你注意过乌龟的鳞片吗？其中藏着恐龙皮肤形成的秘密

如果你仔细观察过乌龟的头部，可能会发现一件有趣的事：它们头顶的鳞片排列似乎毫无规律，左右不对称，甚至每只乌龟的鳞片图案都独一无二。相比之下，蛇或蜥蜴的鳞片往往整齐对称，像是精心设计的盔甲。

加拉帕戈斯象龟（学名：Chelonoidis nigra，图片来源：Peter Wilton）

为什么乌龟的鳞片如此“随意”？最近，一项发表在《交叉科学》（iScience）上的研究揭开了这个谜底——乌龟的头部鳞片，竟是由两种完全不同的机制共同塑造的！这一发现不仅让我们重新认识乌龟的进化史，甚至还可能改写我们对恐龙时代爬行动物的理解。

鳞片从何而来？脊椎动物的两种“建造方案”

绝大多数脊椎动物（如鸟类、哺乳动物、蜥蜴等）的鳞片、羽毛或毛发，都是由一种叫“基板”（placode）的皮肤特殊区域发育而来。基板就像一张施工蓝图，由基因信号精确控制，告诉皮肤：“这里该长鳞片，那里该长羽毛。”

整齐排列的蜥蜴鳞片 （该蜥蜴学名为Calotes grandisquamis，图片来源：Babujayan）

但鳄鱼是个例外。它们的鳞片形成并非由基因调控，而是依靠生长过程中皮肤的机械折叠（mechanical folding）自然生成。由于皮肤各区域的生长速度不同，加之受到下方骨骼的限制，皮肤会产生压缩应力，最终像揉皱的纸张一样，形成凹凸不平的鳞片图案。

尼罗鳄的不规则鳞片（图片来源：Leigh Bedford）

科学家原本认为，基因控制和机械折叠这两种模式是互斥的，但新的研究发现乌龟竟然能“双管齐下”，把两种模式都用上了！

乌龟的“双轨制”：基因+物理双重操控

近日，瑞士日内瓦大学遗传与进化系的研究团队借助3D光片显微镜和计算机建模，首次清晰呈现了乌龟头部鳞片的形成过程。令人意外的是，不同区域的鳞片竟是通过截然不同的机制发育而成的！

具体来说，乌龟在胚胎发育初期，头部侧面的鳞片会优先启动一套由基因调控的机制，像铺路一样先建立一个规则的“基板”，这些鳞片整齐排列，这种方式有点类似蜥蜴的鳞片发育方式。

非洲盾臂龟头顶鳞片的发育过程（图片来源：iScience）

随后，头顶中央区域则开始发生皮肤的机械折叠，这种物理作用会自然挤压出形状不对称、排列不规则的鳞片网络，就像鳄鱼头部的鳞片一样。由于机械折叠不像基因控制那样精准可控，每一只乌龟头顶的图案、甚至同一只乌龟左右两边的鳞片形状都不尽相同。

研究团队使用力学模型重现了乌龟头部中央鳞片的形成模式（图片来源：iScience）

也就是说，龟类采用了一个非常巧妙的“双轨策略”：先基因、后物理。这样的设计既确保了头部两侧——也就是感觉器官附近——鳞片布局的精确性，又让头顶区域拥有更多变的结构，从而增强抗压能力，可谓功能与个性兼顾。

乌龟头顶鳞片的形成模式（图片来源：iScience）

穿越时空的进化线索：恐龙时代的皮肤遗产

更令人震撼的是，这一发现很可能改写我们对爬行动物进化史的认识。研究显示，乌龟头部具有通过皮肤机械折叠形成不对称鳞片的能力，并不是某种偶然出现的特殊适应，更可能是一种古老的性状。

研究人员推测，龟类（Testudinata）与主龙类（Archosauria，包括鳄鱼、鸟类等）的共同祖先——也就是某种恐龙或恐龙的近亲，极有可能早在2亿年前就已经掌握了这种物理生成鳞片的机制。而鸟类在进化过程中可能丢失了这一特性，转向完全的基因调控。

鸟类和鳄目动物（图中为大白鹭和泽鳄）是现存仅有的主龙类群 （图片来源：Timothy A. Gonsalves）

换句话说，乌龟头顶的褶皱不仅是生物结构的奇观，更是活生生的“恐龙时代皮肤遗产”。

蜥脚类恐龙皮肤印痕（图片来源：James St. John）

这些科学事实，让人对乌龟不禁多了一份敬意。它们头顶那些看似“随性”的鳞片，其实是自然界两种建造逻辑——精密的分子调控与粗犷的物理力学——在一张小小脸庞上的联袂演出，并且悄悄持续了两亿年。科学的目光，正是通过这些微小而精妙的线索，将今天与遥远的过去紧紧地联结了起来。（刘若冰）

审核：张云峰 中国科学院动物研究所 研究员

本文来源科普新媒体平台“蝌蚪五线谱”，已经授权发布