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从赫克力士长戟大兜虫坚硬的天然护甲，到海葵柔软的充满液体的触手，大自然孕育出了各种各样的骨骼。

这是1910年前后拍摄的膨腹海马X光照片，从中可见它们的外骨骼，这在鱼类中很罕见。摄影：EDWARD CHARLES LE GRICE, LE GRICE, GETTY IMAGES


撰文：LIZ LANGLEY

飞鱼以精彩绝伦的杂技著称：它们会冲出海面，在空中滑翔900多米。

飞鱼为什么飞？是为了躲避捕食者。它们“本质上就是海洋爆米花”，西肯塔基大学的省文物学家、《骨骼的故事》（The Skeleton Revealed）一书的作者Steve Huskey说：“谁都可以吃它们。”

飞鱼飞翔的关键在于强大的脊柱和尾部，强有力的肌肉因此得以固定，鱼尾像螺旋桨一样前后摆动。骨头使鱼鳍得以延展，并起到类似鸟类翅膀的作用。

不少物种都拥有内骨骼，而飞鱼给人的印象最为深刻。内骨骼通常由骨头组成，出现在脊椎动物体内，包括哺乳动物、鸟类、爬行动物、两栖动物和鱼类。

这些结构存储着钙等重要矿物质，为身体提供支撑，保护内脏，并借助骨骼肌肉进行运动；骨骼肌肉通过肌腱附着在骨头上。关节，即两块骨头的连接处，为不易弯曲的骨骼带来了灵活性，想象一下在树之间自由游走的灵长类动物。

内骨骼最为有名，不过动物王国里还有另外三种类型的骨骼：外骨骼、软骨外骨骼和流体静力骨骼。

各种各样的骨骼

内骨骼经过进化，已经适应了主人的生活方式。例如，鸟类的骨头里充满了气囊，这样不仅能减轻负重，还有助于它们在飞行中吸收更多氧气。

龟壳，是与动物的肩胛骨和脊骨融合在一起的骨板，实际上是进化过程中变形的肋骨。龟壳有助于保护这些行动迟缓且脆弱的动物，防止被捕食者猎杀，但最近的研究表明，它最初由坚固基底进化而来，古代乌龟可以借助龟壳进行挖掘，并避开高温。

一些脊椎动物，尤其是雄性，其头骨具有更多特性。例如，雄性高冠变色龙的头部长有彩色骨板，可能是为了吸引雌性。在鹿科动物中，比如驼鹿和加拿大马鹿，雄性长有鹿角（头骨的延伸），既是为了展现统治地位，也是为了吸引配偶。

虽然鹿角每年都会脱落、重新生长，但牛角被坚硬的天然物质角蛋白所包围，不会脱落，除了叉角羚。一些雌性也有角，但通常比雄性的小。

1890年拍摄的身份不明的蜥蜴的X光照片，突显了它的内骨骼。这在大多数鸟类、爬行动物、两栖动物和鱼类中较为常见。摄影：GEORGE EASTMAN HOUSE, EDER & VALENTA, GETTY IMAGES

内置盔甲

外骨骼是保护节肢动物的坚硬外壳，比如昆虫、甲壳动物和蜘蛛。

在面对捕食者时，这种天然护甲是一种非常有效的防御手段，很多捕食者都无法咬穿外骨骼，Huskey说：“人无我有。”

拉丁美洲和加勒比地区的赫克力士长戟大兜虫的外骨骼尤其坚硬。雄性长着两个长角，用来争夺雌性。狭路相逢，两只昆虫会像比试马上枪术一样厮打在一起，当一方用角举起另一方，并把它摔倒在地，则宣告胜利。雌性也青睐角更长的雄性，这是身强体壮的标志。

贝壳是最漂亮的外骨骼，可以保护身体柔软的软体动物，比如海螺、扇贝、鸡心螺。软体动物的最外层被称为外套膜，会分泌蛋白质和矿物质，形成独特的骨骼庇护所。

外骨骼的缺点是太硬了，动物无法生长。例如，龙虾的壳可以抵御饥肠辘辘的海豹，但当龙虾长大时，它必须蜕去原来的外壳，长出新壳。新壳需要几周时间才能完全变硬，在此期间，龙虾在面对捕食者时非常脆弱。

板鳃亚纲鱼类有软骨内骨骼，比如这条背棘鳐。摄影：SCIENCE PHOTO LIBRARY, ALAMY

专为游泳打造的骨骼

鲨鱼、鳐鱼和乔氏银鲛都属于板鳃亚纲，这种鱼的内骨骼完全由软骨组成。软骨是一种强壮又灵活的组织，比骨头硬，但更轻，可以让鱼游得很快，同时节省体能。

包括人类在内，很多有内骨骼的脊椎动物也有软骨，它们赋予了鼻子和耳朵形状。在发育早期，大多数哺乳动物胎儿都有软骨骨骼，并慢慢骨化成为骨头。

一直以来，人们认为现代鲨鱼源于尚未进化出骨头的原始祖先。然而，2015年，科学家宣布在3.8亿年前的鲨鱼化石内发现了骨细胞，这意味着鲨鱼的祖先有骨头，但后来失去了骨头，由更轻便的软骨取而代之。

板鳃亚纲鱼类身上还覆盖着所谓的盾鳞。这是一种有纹理的鳞片，如果用错误的方式摩擦，它们就会像砂纸一样；而排列好之后，可以减小阻力，提高游速。

2017年的一项研究发现，有一种鳐鱼的盾鳞来自与牙齿相同的细胞。这印证了一种假设，即古代鱼类的鳞片可能进化成了我们今天的牙齿。牙齿被认为是骨骼的一部分，但它们由一种坚硬的矿物质牙釉质组成，而非骨头。

骨骼骤变

流体静力骨骼是无脊椎动物体内充满液体的柱状物或腔体，无脊椎动物包括水母、扁虫、线虫和蚯蚓等环节动物。肌肉和结缔组织围绕腔体，形成坚固的体壁，北卡罗来纳大学的生物学家Bill Kier解释说。

蚯蚓的体腔充满了玫瑰色的体液，本质上就像血液一样，Kier说。这些腔体分段，这样蚯蚓可以独立扩张和收缩肌肉，产生运动波，让自己在地面上蠕动。

海葵的内腔周围的肌肉也会一起运作，让海葵移动，躲避潜在的捕食者，这与我们的肱二头肌和肱三头肌调动上臂类似。

一些动物，比如蓝蟹，在脆弱的状态中，可以从外骨骼切临时换成流体静力骨骼。在2013年的一项研究中，Kier和同事Jennifer Taylor发现，在蜕壳期间，蓝蟹体内的水压大幅增加，柔软的身体内的液体就起到了流体静力骨骼的作用，可以让蓝蟹移动。大约三天后，新形成的外骨骼足够坚硬，蓝蟹又会恢复原状。

Huskey说，骨骼是进化过程中令人难以置信的壮举，每一小块都对动物、对动物在环境中找到正确的行进方向至关重要。

“没有骨骼，我们只是一大袋躺在那里、在地板上抽搐的肌肉，”他说：“没有骨骼，我们哪里也去不了；骨骼带来了运动、觅食和我们喜欢的各种行为。”


（译者：Sky4）