哺乳動物當中的異類:非洲刺鼠尾巴上的秘密盔甲
這一發現是在為開放脊椎動物計劃(openVertebrate program)對博物館標本進行常規CT 掃描時發現的,該計劃旨在為研究人員、教育工作者和藝術家提供脊椎動物的3D 模型。共同作者、佛羅里達自然歷史博物館數字成像實驗室主任愛德華-斯坦利(Edward Stanley)說:”我當時正在掃描耶魯大學皮博迪博物館(Yale Peabody Museum)的一個小鼠標本,它的尾巴看起來顏色異常深。”
刺鼠的尾巴皮下有一種叫做”骨膜”的骨板,當動物受到攻擊時,骨板就會脫落,使它們能夠迅速逃走。圖片來源:Edward Stanley 拍攝
他最初認為變色是標本保存過程中出現的瑕疵造成的。但幾天后,當他對X 光片進行分析時,斯坦利發現了一個他非常熟悉的明顯特徵。
德國生物學家約亨-尼特哈默(Jochen Niethammer)以前至少觀察到過一次刺鼠的骨膜,他在1975 年發表的一篇文章中將刺鼠的骨膜結構與中世紀的石雕相提並論。尼特哈默正確地將骨板解釋為一種骨骼,但他從未對最初的觀察結果採取後續行動,幾十年來這一群體一直被忽視–直到科學家發現了刺鼠的另一個看似無關的奇特現象。
2012 年的一項研究表明,刺鼠可以完全再生受傷的組織而不留疤痕,這種能力在爬行動物和無脊椎動物中很常見,但在哺乳動物中卻鮮為人知。它們的皮膚也特別脆弱,撕裂時所需的力量僅為普通小鼠皮膚的四分之一,但刺鼠的癒合速度是普通小鼠的兩倍。
希望找到人類組織再生模型的研究人員已經開始繪製賦予刺鼠超凡癒合能力的遺傳途徑圖。馬爾科姆-馬登(Malcolm Maden)就是其中一位研究人員,他的實驗室就在斯坦利辦公室對面的大樓裡。他是佛羅里達大學的生物學教授,也是這項研究的第一作者。
馬登和他的同事分析了刺鼠骨膜的發育過程,證實它們實際上與犰狳的骨膜相似,但很可能是獨立進化而來的。骨膜也有別於穿山甲的鱗片或刺猬和豪豬的絨毛,它們由角蛋白組成,而角蛋白與構成毛髮、皮膚和指甲的組織相同。
刺鼠有四個屬,都屬於去甲亞科。然而,除了它們的DNA 和牙齒形狀有可能相似之外,科學家們一直無法找到該亞科物種的一個共同特徵來將它們與其他囓齒類動物區分開來。
斯坦利懷疑它們的區別可能只是表象,於是又掃描了所有四個屬的博物館標本。他發現,每一種刺鼠的尾巴都覆蓋著相同的骨鞘。二刺鼠科的近親–沙鼠則沒有骨膜,這意味著這一特徵很可能只進化了一次,即在過去互不相同的刺鼠的祖先身上。
骨膜在該類群中無處不在,這表明它們具有重要的保護功能。然而,由於刺鼠的另一個特殊屬性,這種功能並沒有立即顯現出來: 它們的尾巴非常容易脫落。在某些棘鼠物種中,尾巴脫落的現象非常普遍,在野外,特定種群中幾乎有一半的個體都沒有尾巴。
斯坦利說:”這真是讓人大跌眼鏡。刺鼠的尾巴可以脫皮,這意味著外層的皮會脫落,留下肌肉和骨頭。發生這種情況時,個體往往會咬掉尾巴的剩餘部分。”
儘管它們有再生能力,但脫尾這種把戲刺鼠只能表演一次。與某些蜥蜴不同,它們不能再生尾巴,而且尾巴的每個部分都不容易分離。
為了弄清為什麼囓齒類動物對保留自己的尾巴似乎並不情願,卻要費盡周折給尾巴穿上盔甲,作者轉而研究了馬達加斯加的一群同樣古怪的魚形壁虎。大多數壁虎都沒有骨膜,但正如它們的名字所暗示的那樣,魚紋壁虎身上覆蓋著薄而重疊的骨板,就像刺鼠一樣,它們的皮膚非常脆弱,一有風吹草動就會脫落。