《PLOS One》:Gross anatomy of the skeleton of neonates of the Orinoco Matamata turtle (Chelus orinocensis)
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奥里诺科枯叶龟(Chelus orinocensis)于2020年被正式描述,代表了大头侧颈龟属(Chelus)内的第二个进化谱系。由于该物种的解剖学特征此前尚未被阐明,此类信息的缺失对于理解其生物学特性、生态学行为及临床兽医学诊断均造成了阻碍。本研究首次描述
奥里诺科枯叶龟(Chelus orinocensis)于2020年被正式描述,代表了大头侧颈龟属(Chelus)内的第二个进化谱系。由于该物种的解剖学特征此前尚未被阐明,此类信息的缺失对于理解其生物学特性、生态学行为及临床兽医学诊断均造成了阻碍。本研究首次描述了奥里诺科枯叶龟幼体的骨骼系统大体形态学特征。研究人员从亚历山大·冯·洪堡研究所捐赠的一批被没收的龟类中获取了十具个体骨骼,其背甲直线长度(Straight Carapace Length, SCL)介于51至80毫米之间。随后,研究人员将其中两具体型最大的个体的骨骼进行了拆解,并依据解剖图谱与龟类骨学指南对每一块骨骼进行了详尽的形态学描述。研究中识别并拍摄了颅骨、下颌骨、舌器、中轴骨骼及附肢骨骼。与其他龟类相比,在该早期生命阶段,部分骨骼缺失、未完全骨化或表现出异常发达的状态,这很可能反映了该物种特定的生态适应性。未来针对骨骼骨化过程的进一步个体发育研究,对于全面理解该物种的进化历史与功能适应性具有重要意义。
研究背景与意义
奥里诺科枯叶龟(Chelus orinocensis)是2020年才被科学界确认的新物种,与大头侧颈龟属的另一物种亚马逊枯叶龟(Chelus fimbriata)在约1270万年前发生分化。尽管龟类的总体骨骼解剖学已有较多记载,但针对这一新物种的解剖学研究尚属空白。了解动物的基础解剖结构对于探究其功能机制、自然历史以及推进兽医临床研究至关重要。特别是骨骼系统的研究,能够揭示早期发育阶段的形状、大小、排列特征以及骨化过程。此外,枯叶龟属面临的非法宠物贸易威胁日益严重,掌握其解剖学数据对于物种保护、制定放归计划以及临床诊断具有迫切的现实意义。该研究首次系统性地描绘了奥里诺科枯叶龟幼体的完整骨骼宏观形态,填补了该领域的知识空白,为后续的系统发育比较和生态适应性研究奠定了坚实的数据基础。
关键技术方法
研究人员使用了2016年哥伦比亚环境部门没收的551只奥里诺科枯叶龟幼体中的91具死亡标本。从中选取了10只背甲直线长度(SCL)在51.03至80.3毫米之间的个体进行骨骼制备。其中两具最大的标本被完全拆解以进行详细的形态学描述。骨骼制备过程包括解冻、剥离软组织、使用3%过氧化氢溶液处理残留组织以确保完全溶解,随后在阳光下风干约三天。拆分的单个骨骼经过编号、数字游标卡尺测量后被存放于托盘中。较小的骨骼使用连接立体显微镜的相机拍摄,较大的骨骼则使用iPhone 15 Pro Max拍摄。所有骨骼的识别均参考了已发表的解剖学文献。
研究结果
颅骨(Skull)
头部呈扁平三角形,长宽大致相等。作为南美侧颈龟科(Chelidae)的特征之一,该物种缺乏鼻骨(nasal bone)。眼眶相对较小,而鼓室(tympanic cavity)相较于一般龟类显著较大。枕部复合骨位于颅骨尾端,形成枕骨大孔(foramen magnum)和部分颅顶,由背腹向排列的鳞骨上枕骨(supraoccipital)、外枕骨(exoccipital)和基枕骨(basioccipital)组成。基蝶骨(basisphenoid)呈梯形,构成颅腔底部。前耳骨(prootic)和后耳骨(opisthotic)参与构成颅腔和耳腔。方骨(quadrate)呈圆柱形,向外突出形成外耳道。此外,还包括成对的前额骨(prefrontal)、额骨(frontal)、顶骨(parietal)、眶后骨(postorbital)、鳞状骨(squamosal)、上颌骨(maxilla)、颧骨(jugal),以及不成对的成对前颌骨(premaxilla)、犁骨(vomer)和腭骨(palatine)。
下颌骨(Mandible)
下颌呈细长U形拱状,由六对骨骼组成。齿骨(dentary)是最大的下颌元件,构成下颌联合(mandibular symphysis),其唇缘比舌缘更发达,背侧表面具有锋利的切嵴。冠状骨(coronoid)是最小的下颌元件,呈半圆形不规则轮廓。上隅骨(surangular)是尾外侧区最发达的骨骼,形成每个下颌支的后外侧部分和收肌窝(adductor fossa)的外侧壁。隅骨(angular)位于内侧,夹板骨(splenial)位于每个下颌支内侧表面的中央。关节骨(articular)是最靠尾端的下颌元件,具有凸起的关节面,与方骨形成松散的关节,这种结构允许侧颈龟特有的大张口幅度。
舌器(Hyoids)
舌器结构庞大,长度约为颅骨的三分之二。除舌骨角软骨I和II(epibranchial I and II cartilages)及舌突(lingual process)外,其余部分均已完全骨化。在检查的五个较大标本中,舌骨角I软骨表现出部分骨化现象。舌器包括位于腹吻侧的独特锚形不成对骨——舌下骨(hypoglossum);包围舌软骨的小型成对半圆骨——内舌骨(entoglossal);以及单一的舌骨体(hyoid body),它向吻侧扩展形成软骨舌突,向尾侧延伸为气管沟,并与两对鳃角(cornu branchiale I和II)关节相连。
中轴骨骼(Axial skeleton)
椎骨公式为颈椎8枚、背椎10枚、荐椎2枚、尾椎16至18枚。颈椎C1最小,呈双凹型(amphicoelous),无前关节突,具有广泛分叉的后关节突。C2至C4较长,呈后凹型(opisthocoelous),具腹侧龙骨突。C5呈双凸型,C6呈前凹型(procoelous),C7呈双凹型且腹侧龙骨突和关节突最发达,C8呈双凸型。背椎均与肋骨头关节相连,神经弓向背侧扩展形成神经板(neural plates),呈椎体间(intercentral)排列。荐椎不与背甲融合,其横突通过短软骨肋与髂骨(ilium)关节相连。尾椎呈前凹型,神经弓逐渐减小直至消失。
背甲(Carapace)
外部覆盖34块角质盾片,内部由背椎、肋骨及膜成骨(dermal bones)组成。观察到10根肋骨,其中第2至9根肋骨向外侧生长并与外周板(peripheral plates)相连。膜成骨沿中线从吻侧到尾侧依次为1块颈板(nuchal plate)、7块神经板(neural plates)和1块上臀板(suprapygal plate);两侧各有8对肋板(pleural plates)、11块外周板和1块臀板(pygal plate)。研究发现,幼体期膜成骨发育不完全,导致背甲和腹甲中存在大小不一的囟门(fontanelles),例如在最小的个体中肋板未与神经板接触,留下了肋间隙。
腹甲(Plastron)
腹甲通过韧带与肩带连接,并与腰带缝合。在表皮下方,膜成骨构成了腹甲骨。幼体期这些骨骼未完全融合,留有宽阔的中线囟门以供持续生长。从吻侧到尾侧,腹甲骨包括成对的上腹甲(epiplastra)、单一的内腹甲(entoplastron)、成对的舌腹甲(hyoplastra)、下腹甲(hypoplastra)和剑腹甲(xiphiplastra)。舌腹甲和下腹甲在内侧相互咬合,分别形成腋柱(axillary pillar)和腹股沟柱(inguinal pillar),与背甲形成稳固的连接。
附肢骨骼(Appendicular skeleton)
肩带(Pectoral girdle)呈三射状形态,由肩胛骨(scapula)和乌喙骨(coracoid)组成。肩胛骨最长,其肩峰突(acromial process)通过韧带牢固附着于内腹甲,将肩带锚定在腹甲上。前肢(Forelimb)骨骼包括肱骨(humerus)、桡骨(radius)、尺骨(ulna)、腕骨(carpals)、掌骨(metacarpals)和指骨(phalanges)。腕骨分为近列、中列和远列,但在幼体中未观察到通常最后骨化的豌豆骨(pisiform)和副骨(accessory bones)。指式为2-3-3-3-3。
腰带(Pelvic Girdle)由髂骨(ilium)、坐骨(ischium)和耻骨(pubis)组成。髂骨向上延伸至背甲的第8肋板和上臀板。坐骨向尾腹侧投射并缝合于剑腹甲。耻骨向颅腹侧延伸,但其耻骨梳突(pectineal process)与腹甲连接较弱。后肢(Hind Limb)骨骼包括股骨(femur)、胫骨(tibia)、腓骨(fibula)、跗骨(tarsals)、跖骨(metatarsals)和趾骨(phalanges)。跗骨同样分为三列,幼体中未观察到跗骨I和II。第5跖骨(MTV)被称为钩状骨(hooked bone)。趾式同样为2-3-3-3-3,但第5趾无爪。
讨论与结论
本研究首次详细记录了奥里诺科枯叶龟幼体的完整骨骼结构。基于背甲长度判断,受试标本处于孵化后不到六个月的幼体至稚龟阶段。在此发育阶段,研究人员观察到了几个显著的骨骼特征:部分骨骼缺失、其他骨骼未完全骨化以及某些骨骼在受检标本间存在差异。
缺失的骨骼包括鼻骨和中腹甲(mesoplastron)。鼻骨的缺失是大头侧颈龟属(Chelus)的特征,而中腹甲的缺失则是南美侧颈龟科(Chelidae)的特征。未完全骨化的骨骼包括背甲和腹甲的膜成骨,导致幼体中出现了大小不一的囟门。在奥里诺科枯叶龟中,这些囟门一直持续到背甲长度达到15至20厘米时才会闭合。舌器除舌骨角软骨I和II外均已完全骨化,且在背甲长度大于72毫米的个体中,舌骨角软骨I出现了初期骨化,表明该区域存在渐进性骨化过程。此外,前肢的豌豆骨和副骨以及后肢的跗骨I和II在幼体中缺失,这暗示这些骨骼可能在奥里诺科枯叶龟的后期生活中才会骨化。
其他骨骼在受检标本中表现出显著的变异性,包括先前在其他