早期四足动物“皮骨纹饰”的作用

蚓螈利用皮骨祛酸

皮肤内，尤其是覆盖头盖及形成部分肩带的骨质拥有高度复杂的脊与沟，它们被称为“皮骨纹饰”（dermal sculpture）。研究者通过分析发现，这些皮骨充当着反酸剂容器的作用，它所对抗的不是胃酸，而是为了对抗体液中的酸性物质。体液过度酸化是生物想要生存于陆地的一个不可避免的问题，而皮骨能帮助中和积累的酸性物质。虽然多数生物最终可能还会回到水中以摆脱二氧化碳，但皮骨的存在延长了它们在陆上的活动时间。来自布朗大学的生态学与进化生物学家Christine Janis教授领导了这项研究，他说，动物的骨甲（bony armor）一直以来都是个谜，但就算是最少量的血管化骨骼，也能延长陆上活动时间，那么它们是如何成为进化优势的呢？

动物主要依靠三种方式吸收氧气、排出二氧化碳，一些小型动物由于体表面积与体积比非常高而通过皮肤进行交换，鱼类通过鳃进行交换，陆生动物则利用肺。Janis和他的同伴所研究的早期四足动物似乎拥有这三种方式，它们保留着鳃部，能够在水中运作，同时也能利用皮肤释放二氧化碳，它们还拥有不太高效的肺部，因为它们的肋骨不能像人类那样活动。那么陆生四足动物究竟如何祛酸呢？它们中有一些可能会像现代的蛙、乌龟和凯门鳄一样，依靠非结构骨骼或矿物沉积。圣路易斯大学的Daniel Warren副教授注意到一些特殊的方式仍存在于豹蛙（leopardfrog）身上。凯门鳄及一些龟类还能利用皮骨缓冲酸性物质。这些出现于现代生物中的祛酸机制，可能在早期四足动物中也扮演着重要的作用。

虽然此项研究并没有给出任何直接的或实验的证据来支持皮骨在化石中的此种作用，但作者除了给出四足动物身体需要祛酸的事实和皮骨现今的祛酸作用外，还提供了一些已经被化石证据证实了的预言。例如，原始水生四足动物拥有比那些经常登陆的四足动物更为简单（如更少血管化）的皮骨，在两栖动物中，水生的Whatcheeria比起其亲属彼得普斯螈（Pederpes）的皮骨及其纹饰就要简单得多。又如，拥有可扩张肋骨的四足动物的皮骨及纹饰也较少，炭螈类（anthracosaurs）和爬行类之间就是这种关系。再如，研究者还发现，小型的、半陆生的、与其现代利用皮肤排放二氧化碳的两栖动物亲缘关系更近的四足动物，与其体型较大的亲属种类相比，也拥有更为简单的皮骨及纹饰。

Janis最后说，在现生生物中，利用皮骨来祛酸和沉积酸性物质的化学及结构标志能够被鉴别出来，这提供给我们一种较为可行的验证方法，就是在早期四足动物化石中也去寻找相似的标志。

（化石网/歆塬 编译）