喷水孔位于眼眶后方，由舌颌囊发育形成，包含鳃丝残留结构[2] [6] 。在底栖软骨鱼类中，该孔道通过肌肉收缩吸入水流，维持鳃部氧气交换，使鲨鱼可在海底沙埋状态下持续呼吸[4] [7] 。多鳍鱼等原始硬骨鱼类则通过喷水孔直接吸入空气，实验显示其93%的氧气摄取依赖此途径[4] 。
志留纪曙鱼化石（约4.38亿年前）显示：原始真盔甲鱼类的第一鳃囊已发育出完整半鳃结构，证实喷水孔起源于颌弓与舌弓间的退化鳃裂[1] [6] 。泥盆纪宽甲鱼化石（4.1亿年前）的鳃丝印痕，直接证明该结构具有呼吸功能[3] [7] 。至3.6亿年前，早期四足动物将喷水孔改造为中耳腔，其舌颌骨演变为镫骨，形成陆地听觉系统雏形[5] [7] 。
中国科学院研究团队通过三项关键发现构建演化证据：
曙鱼脑颅三维重建显示鳃弓与喷水孔的解剖同源性[1][3]
宽甲鱼标本保留鳃丝微细结构，证明呼吸功能延续[6][7]
盾皮鱼类（如麒麟鱼）化石揭示颌弓重组过程[2][6]同步辐射X射线成像技术在微体化石研究中发挥了重要作用[2][7]。
喷水孔的功能转变标志着脊椎动物两次重大适应事件：
泥盆纪硬骨鱼类利用喷水孔呼吸空气，突破水生环境限制[4][6]
石炭纪四足动物将其改造为听觉器官，实现陆地声波感知[5]人类中耳的咽鼓管仍保留喷水孔原始呼吸通道的解剖特征[3][6]。
研究推翻了持续百年的"自由舌弓理论"，确认：
喷水孔是有颌类的原始特征，非次生进化产物[2][6]
盾皮鱼类与软骨鱼类的喷水孔具有同源演化关系[1][7]该结论被2022年《生态和演化前沿》论文确立为学界共识[3][6]。