Панцирь черепахи представляет собой щит брюшной и спинной частей черепах ( отряд Testudines), полностью закрывающий все жизненно важные органы черепахи, а в некоторых случаях даже голову. [1] Он состоит из модифицированных костных элементов, таких как ребра, части таза и других костей, встречающихся у большинства рептилий. Кость панциря состоит как из скелетной, так и из кожной кости , что свидетельствует о том, что полное покрытие панциря, вероятно, образовалось за счет включения кожного панциря в грудную клетку.
Панцирь черепахи является важным исследованием не только из-за очевидной защиты, которую он обеспечивает для животного, но и как инструмент идентификации, в частности, с окаменелостями, поскольку панцирь является одной из частей черепахи, которые, вероятно, переживут окаменение. Следовательно, понимание структуры раковины живых видов дает материал, сравнимый с окаменелостями.
Панцирь ястребиной черепахи , среди других видов, использовался в качестве материала для широкого спектра мелких декоративных и практичных предметов с древних времен, но обычно его называют панцирем черепахи .
Панцирь черепахи состоит из многочисленных костных элементов, обычно названных в честь аналогичных костей других позвоночных, и ряда ороговевших щитков , которые также имеют уникальные названия. Некоторые из тех костей, которые составляют верхнюю часть панциря, панцирь , произошли от ветвей лопатки ключиц вместе с дорсальной и поверхностной миграцией cleithra. [2] Вентральная поверхность называется пластроном . [3] [4] Они соединены областью, называемой мостом. Фактический шов между мостом и пластроном называется передней стойкой моста. [5] В плевродырахзадний таз также является частью карапакса, полностью сросшегося с ним. Это не относится к Cryptodires , у которых плавающий таз. [3] [4] Передняя и задняя стойки моста являются частью пластрона. На панцире есть швы, в которые они вставляются, известные как мостовой шов панциря. [5]
В панцире черепаший слой эпидермиса . Этот слой важен для прочности окружающей его оболочки. В международном исследовании толщина слоя может составлять от двух до четырех клеток. Даже при такой небольшой толщине эпидермис допускает деформацию, которую может испытывать оболочка, и обеспечивает ей большую поддержку. [6] Слой эпидермиса виден в обеих частях панциря, панциря и пластрона, и он толще в критических областях. Более толстый эпидермис позволяет испытывать более высокие нагрузки без остаточной деформации или критического разрушения оболочки. [7]
Форма раковины возникла в результате ее эволюционного процесса, в результате которого появилось множество микроструктур, способствующих выживанию и движению. Форма панциря позволяет животному избегать хищных ситуаций. Микроструктуры могут включать упомянутые ранее щитки или ребра внутри скорлупы. Внутри скорлупы и по всей скорлупе можно найти множество ребер. Ребристые структуры обеспечивают дополнительную структурную поддержку, но позволяют панцирю упруго деформироваться в зависимости от ситуации, в которой находится черепаха (т. е. при побеге хищника). [8] В панцире черепах также были обнаружены неструктурные механизмы, которые помогают черепахе передвигаться . Слизистая пленка как бы покрывает части скорлупы, позволяя подобно трениюи перетащите .
Кости панциря названы в честь стандартных элементов позвоночных. Таким образом, панцирь состоит из восьми плевры с каждой стороны, это комбинация ребер и сросшихся кожных костей. За пределами этого в передней части раковины находится единственная затылочная кость, серия из двенадцати парных периферических костей, которые проходят вдоль каждой стороны. В задней части раковины находится пигальная кость, а перед ней, позади восьмой плевральной кости, находится надпигальная кость. [3]
Между каждой из плевральных костей находится ряд нервных костей [9] , которые хотя и присутствуют всегда, но не всегда видны [10] у многих видов Pleurodire они погружены ниже плевральных костей. [11] Под нервной костью находится нервная дуга, которая образует верхнюю половину оболочки спинного мозга. Ниже этого остальная часть позвоночного столба. [4] У некоторых видов черепах есть несколько дополнительных костей, называемых мезопластами, которые расположены между панцирем и пластроном в области моста. Они присутствуют у большинства черепах Pelomedusid . [12]
Скелетные элементы пластрона также в основном парные. Впереди две эпипластры, за ними гиопластра. Они заключают в себе единственный энтопластрон. Они составляют переднюю половину пластрона, а гиопластрон содержит переднюю стойку моста. Задняя половина состоит из двух гипопластов (содержащих заднюю стойку моста), а задняя половина представляет собой пару мечевидных суставов. [4] [5]
Над костяными элементами находится ряд щитков, состоящих из кератина и очень похожих на ткань рога или ногтя. В центре панциря находятся пять позвоночных щитков, а за ними четыре пары реберных щитков. По краю раковины 12 пар краевых щитков. Все эти щитки расположены так, что большей частью швы между костями приходятся на середину верхних щитков. В передней части раковины может быть шейный щиток (иногда его неправильно называют затылочным щитком), однако наличие или отсутствие этого щитка сильно варьируется даже внутри вида. [4] [12]
На пластроне спереди есть два горловых щитка, за которыми следует пара грудных, затем брюшные, бедренные и, наконец, анальные. Особая вариация заключается в том, что у черепах Pleurodiran есть межгулярный щиток между гулярами спереди, что дает им в общей сложности 13 пластральных щитков. По сравнению с 12 у всех черепах Cryptodiran. [4] [12]
Панцирь — спинная (задняя), выпуклая часть структуры панциря черепахи , состоящая из окостеневших ребер животного, сросшихся с кожной костью. Позвоночник и расширенные ребра срастаются посредством окостенения с дермальными пластинками под кожей, образуя твердую оболочку. С внешней стороны панцирь покрыт щитками , которые представляют собой роговые пластинки из кератина , защищающие панцирь от царапин и ушибов. киль _, у некоторых видов имеется гребень, идущий от передней к задней части животного, они могут быть одиночными, парными или даже тремя рядами. У большинства черепах панцирь относительно однороден по структуре, основные различия составляют видовые различия в общей форме и цвете. Однако черепахи с мягким панцирем , черепахи со свиным носом и кожистые морские черепахи потеряли щитки и уменьшили окостенение панциря. Это оставляет раковину покрытой только кожей . [14] Это все очень водные формы.
Эволюция панциря черепахи уникальна из-за того, что панцирь представляет собой трансформированные позвонки и ребра. В то время как у других четвероногих лопатка или лопатки находятся за пределами грудной клетки, у черепах лопатка находится внутри грудной клетки. [15] [16] Панцири других четвероногих, таких как броненосцы , не связаны напрямую с позвоночником или грудной клеткой, что позволяет ребрам свободно двигаться вместе с окружающими межреберными мышцами. [17] Однако анализ переходной окаменелости Eunotosaurus africanus показывает, что ранние предки черепах потеряли эту межреберную мышцу, обычно находившуюся между ребрами. [18]
Пластрон (множественное число: пластроны или пластры) — это почти плоская часть структуры панциря черепахи , которую можно было бы назвать брюшком или брюшной поверхностью панциря. Он также включает в свою структуру переднюю и заднюю стойки моста и мост оболочки. [4] [5] Пластрон состоит из девяти костей, а две эпипластры на передней границе пластрона гомологичны ключицам других четвероногих. [19] Остальные пластральные кости гомологичны гастралиям других четвероногих. Пластрон был описан как экзоскелет , подобно остеодерме других рептилий; но в отличие от остеодерм пластрон также содержит остеобласты ,остеоид и надкостница . [20]
Эволюция пластрона оставалась более загадочной, хотя Жорж Кювье, французский натуралист и зоолог XIX века, писал, что пластрон развился в основном из грудины черепахи. [21] Это хорошо согласуется со знаниями, полученными в ходе эмбриологических исследований, показывающих, что изменения в путях развития ребер часто приводят к порокам развития или потере пластрона. Это явление происходит в процессе развития черепахи, но вместо полной потери грудины план тела черепахи переназначает кость в форму пластрона, [22] хотя другие анализы показывают, что эндохондральнаягрудина отсутствует и заменена экзоскелетным пластроном. Вентральные ребра фактически отсутствуют, они заменены пластроном, если только гастралии, из которых развился пластрон, когда-то не были плавающими вентральными ребрами. [20] В ходе эволюции черепахи, вероятно, произошло разделение труда между ребрами, которые специализировались на стабилизации туловища, и брюшными мышцами, которые специализировались на дыхании, и эти изменения произошли за 50 миллионов лет до того, как панцирь полностью окостенел. [23]
Открытие окаменелости предка черепахи, Pappochelys rosinae, дает дополнительные сведения о том, как образовался пластрон. Pappochelys служит промежуточной формой между двумя ранними стволовыми черепахами, E. africanus и Odontochelys, последняя из которых обладает полностью сформированным пластроном. Вместо современного пластрона у Pappochelys есть парные гастралии, как у E. africanus . Паппочелисотличается от своего предка, потому что гастралии имеют признаки того, что они когда-то были слиты, на что указывают ископаемые образцы с раздвоенными концами. Эти данные показывают постепенный переход от парных гастралий к парным и сросшимся гастралиям и, наконец, к современному пластрону у этих трех экземпляров. [24]
В некоторых семьях между грудными и брюшными щитками есть шарнир, позволяющий черепахе почти полностью закрываться. У некоторых видов пол тестудина можно определить по тому, является ли пластрон вогнутым , мужским или выпуклым , женским. Это из-за брачного положения; вогнутый пластрон самца позволяет ему легче садиться на самку во время совокупления.
Пластральные щитки соединяются центральным швом посередине пластрона. Относительная длина сегментов шва может быть использована для идентификации вида черепахи . На пластроне шесть латерально-симметричных пар щитков: горловой, плечевой, грудной, брюшной, бедренный и анальный (идущие от головы к хвосту по шву); брюшной и горловой щитковые швы примерно одинаковой длины, а бедренный и грудной — примерно одинаковой длины.
Горловой щиток или горловой выступ на черепахе - это самая передняя часть пластрона, нижняя сторона панциря. У некоторых черепах есть парные горловые щитки , а у других одиночный неразделенный горловой щиток. Горловые щитки можно назвать горловым выступом, если они торчат, как лопатка .
Пластральная формула используется для сравнения размеров отдельных пластральных щитков (измеряется по среднему шву). Часто выделяют следующие пластральные щитки (с их аббревиатурой):
межгранульный | = интергул |
гуляр | = гуль |
плечевой | = гул |
грудной | = грудная клетка |
брюшной | = абд |
бедренный | = женщина |
анальный | = ан |
Сравнение пластральных формул обеспечивает различие между двумя видами. Например, для восточной коробчатой черепахи пластральная формула такова: an > abd > gul > pect > hum >< fem. [25]
Пластроны черепах использовались древними китайцами в гадании , называемом пластромантией . См. также кости Оракула .
Панцирь черепахи покрыт щитками , состоящими из кератина . Отдельные щитки, как показано выше, имеют определенные названия и, как правило, одинаковы для разных видов черепах. Наземные черепахи не сбрасывают щитки. Новые щитки растут за счет добавления слоев кератина к основанию каждого щитка. Водные хелонии сбрасывают отдельные щитки. Щиток эффективно формирует кожу над нижележащими костными структурами; между щитком и скелетом находится очень тонкий слой подкожной клетчатки. У некоторых видов щитки могут быть ярко окрашены, но основной цвет сверху от серого до темно-коричневого; пластральные щитки часто имеют основной цвет от белого до желтого. [ нужна цитата] Эмбриологическое исследование Мустакаса-Верхо и Черепанова показывает, что формирование пластральных щитков кажется независимым от формирования панцирных щитков, предполагая, что панцирь и пластрон развивались отдельно. [26]
Появление щитков коррелирует с переходом четвероногих от водного к наземному образу жизни в каменноугольном периоде (340 млн лет назад). [27] В ходе эволюции от амфибий к наземным амниотам произошел переход самых разнообразных структур кожи. Предки черепах, вероятно, отделились от амфибий, чтобы развить роговой покров у своих ранних наземных предковых форм. [28]
Панцирный гребень играет важную роль в развитии панциря черепахи. Эмбриологический анализ показывает, что панцирный гребень инициирует формирование панциря черепахи. [30] Это вызывает осевую остановку, что приводит к дорсализации ребер, перестройке плечевого пояса и заключению его в грудную клетку, а также развитию панциря. [31] Odontochelys semitestacea представляет признаки осевой остановки, которая наблюдается у эмбрионов, но не имеет веерообразных ребер и панциря. Это говорит о том, что примитивный панцирный гребень функционировал по-другому и, должно быть, позже приобрел функцию посредника в развитии ребер и панциря. [32] [22] Ген Pax1 и Sonic hedgehog( Shh ) служат ключевыми регуляторами во время развития позвоночного столба. Экспрессия Shh в нервной трубке важна для поддержания экспрессии Pax1 в вентральном склеротоме и, таким образом, играет ключевую роль в развитии ребер карапакса. Генетические наблюдения Pax1 и Shh дополнительно обеспечивают понимание экспрессии ключевых генов, которые потенциально могут быть ответственны за изменение морфологии черепах. [33]
Во время развития эмбриона черепахи ребра врастают в гребень панциря, уникальный для черепах, и входят в дерму спины, чтобы поддерживать панцирь. О развитии сигнализируют местные факторы роста фибробластов, включая FGF10 . [29]
Зоологи пытались объяснить эволюционное происхождение черепах и, в частности, их уникальный панцирь. В 1914 Дж. Верслуйс предположил, что костные пластинки в дерме, остеодермы , срастаются сначала друг с другом, а затем с расположенными под ними ребрами. Эта теория сохранилась и в 21 веке, когда Оливье Риппель предложил гипотетического предшественника черепахи, спина которого была покрыта костными панцирями в дерме, которую он назвал «предком в горошек». [34] [35] Майкл Ли предположил, что трансформация панциря началась с небронированного парарептилия, а затем бронированного парейазавра, и закончилась современными черепахами с полностью развитым панцирем и перемещенной грудной клеткой. [36] Теория объясняет эволюцию ископаемых парезавров изBradysaurus к Anthodon , но не по поводу того, как ребра могли прикрепиться к костным кожным пластинкам. [34]
Недавние открытия окаменелостей стволовых черепах дают «всеобъемлющий сценарий» эволюции панциря черепахи. Окаменелость, которая может быть стволовой черепахой из пермского периода Южной Африки, Eunotosaurus , около 260 миллионов лет назад, имела короткий широкий туловище и туловище с расширенными и несколько перекрывающимися ребрами, что указывает на раннюю стадию приобретения как ад. [34] Окаменелость была названа «диапсидной рептилией в процессе вторичного превращения в анапсид». [37] Оливье Риппель резюмирует филогенетическое происхождение предков черепах: « Эунотозавр находится в нижней части ствола черепашьего дерева, за ним следуют паппохели и одонтохели .вдоль стебля черепахи и далее к черепахам, обращенным к макушке». [38]
Тайлер Лайсон и его коллеги предполагают, что эунотозавр может означать роющее происхождение черепах. В течение пермского периода расширенные ребра, возможно, обеспечивали большую устойчивость при рытье нор, придавая форму тела, напоминающую существующую черепаху-суссориального суслика , с сильными плечами и передними конечностями и увеличенными структурами прикрепления мышц, такими как их бугорок на заднем клювовидном отростке и их большие и широкие концевые фаланги образуют лопатообразные «руки». Окаменелости, возможно, помогли Eunotosaurus пережить глобальное массовое вымирание в конце пермского периода и могли сыграть важную роль в ранней эволюции панцирных черепах. [39] [40]
Стеблевая черепаха из среднего триаса Германии около 240 миллионов лет назад, Pappochelys , имеет более отчетливо расширенные ребра, Т-образные в поперечном сечении. [34] Они различаются по форме вдоль позвоночника. [41]
Стеблевая черепаха позднего триаса из Гуйчжоу , Китай, Eorhynchochelys , является гораздо более крупным животным, до 1,8 метра (5,9 фута) в длину, с длинным хвостом и расширенными, но не перекрывающимися ребрами; как и у более ранних окаменелостей, у него маленькие зубы. [34]
Также в позднем триасе, около 220 миллионов лет назад, у пресноводных Odontochelys semitestacea из Гуанлина на юго-западе Китая была частичная раковина, состоящая из полного костного пластрона и неполного панциря. [42] [32] Окаменелость показала, что пластрон развился раньше, чем панцирь. [43] Как и у коронных черепах, у него отсутствовали межреберные мышцы, поэтому подвижность ребер была ограничена. Ребра были расширены в стороны и расширены без окостенения, как у эмбрионов современных черепах. [44]
Развитие раковины завершается в позднетриасовых Proganochelys Германии и Таиланда. [44] [45] Ему не хватало способности втягивать голову в панцирь, у него была длинная шея и длинный шипастый хвост, оканчивающийся булавой, как у анкилозавра . [46]
Септицемическая язвенная болезнь кожи (SCUD) или «гниль скорлупы» вызывает изъязвление скорлупы. [47] Это вызвано проникновением бактерий или грибков через ссадины и плохое содержание животных . Заболевание прогрессирует до септицемической инфекции, вызывающей деградацию печени и других органов. [48]
Пирамидирование - это деформация панциря содержащихся в неволе черепах , при которой панцирь растет неравномерно, что приводит к пирамидальной форме, лежащей в основе каждого щитка. Факторы, которые могут способствовать пирамидированию, включают неадекватное водоснабжение; чрезмерное потребление животного или растительного белка ; недостаточное количество кальция , УФВ и/или витамина D3 ; плохое питание. [49] [50] [51]
Пластрон дикого самца черепахи Германа с продолжающейся гнилью панциря (обведено красным) и рубцами от предыдущей гнили панциря (обведено черным)
Черепаха - суслик с сильным пирамидированием
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )