《Estuarine, Coastal and Shelf Science》：Comparative morphology and functional variation of dermal denticles in deep-sea sharks of the genus
Etmopterus: A multivariate approach.
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软骨鱼类（Elasmobranchs）的特征在于其皮肤真皮层内存在被称为真皮小齿（dermal denticles）或盾鳞（placoid scales）的齿状结构。这些结构的研究为获取生物学和生态学数据提供了一种关键策略，因为其形态有助于分类学
摘要专业翻译
软骨鱼类（Elasmobranchs）的特征在于其皮肤真皮层内存在被称为真皮小齿（dermal denticles）或盾鳞（placoid scales）的齿状结构。这些结构的研究为获取生物学和生态学数据提供了一种关键策略，因为其形态有助于分类学鉴定，且常表现出基于性别和个体发育阶段的变异。此外，真皮小齿的形态与特定的功能适应密切相关，可为了解物种的生活方式提供见解，包括游泳行为、底质关联、生物发光和营养级。研究人员对西南大西洋（Southwest Atlantic）分布的灯笼鲨属（Etmopterus）三种物种——宽带灯笼鲨（E. gracilispinis）、模糊光滑灯笼鲨（E. bigelowi）和光滑灯笼鲨（E. pusillus）——的真皮小齿进行了形态学、功能学和形态计量学模式的描述与表征。研究从三个主要身体区域（头部、躯干和尾部）的八个解剖部位采集皮肤样本，采用体视显微镜和扫描电子显微镜（SEM）进行观察，并运用主成分分析（PCA）、典型变量分析（CVA）和层次聚类等多变量统计方法进行分析。研究结果显示，E. gracilispinis 在所有身体区域均呈现一致的针状冠（Morphotype 1），具有高密度和长冠的特征，而 E. bigelowi 和 E. pusillus 则共享凹形低基板的小齿形态（Morphotype 3），但在尖突（cusp）数量上表现出种间变异。CVA 分析表明，E. gracilispinis 与其他两种物种在形态空间中清晰分离，而 E. bigelowi 与 E. pusillus 之间存在显著的重叠，反映了高度的形态保守性。研究还首次报道了 E. gracilispinis 中光斑（photophore）的分布模式，除背鳍尖端和尾鳍尖端外，所有采样区域均观察到光斑。多变量工具为鲨鱼监测提供了一种稳健的定量技术，小齿变异反映了对深度的局部生态形态适应，其结构上的权衡将防御功能与视觉环境通讯联系起来，首次报道的光斑布局推进了深海生态学框架的建立。
论文解读文章
研究背景与科学问题
软骨鱼类（Elasmobranchs）的皮肤真皮层内存在一类特殊的齿状结构——真皮小齿（dermal denticles），又称盾鳞（placoid scales）。这些结构长期以来被研究者视为获取生物学和生态学数据的重要途径，其形态特征不仅有助于物种的分类学鉴定，还常表现出基于性别和个体发育阶段的显著变异。更重要的是，真皮小齿的形态与其特定的功能适应密切相关，能够为理解物种的生活方式提供关键线索，包括游泳行为、底质关联、生物发光能力以及营养级地位。在深海中，生物发光（bioluminescence）是亚透光区（subphotic zone）中普遍存在的现象，在鲨鱼中仅局限于角鲨目（Squaliformes）的达摩鲨科（Dalatiidae）和乌鲨科（Etmopteridae）。这些中深层（mesopelagic）鲨鱼拥有特化的发光小齿，允许光线从皮肤上的光斑（photophore）发出。
灯笼鲨属（Etmopterus）是乌鲨科中物种丰富的类群，广泛分布于温带和热带水域，栖息于200至2250米深度的远洋和底栖环境。该属在形态上以圆柱形至略扁平的体型、短口和双颌异齿型（dignathic heterodonty）为特征，并在侧面、腹面和尾鳍上分布有光斑。基于分子证据以及真皮小齿的形态和分布，该属被划分为四个主要支系，其中 E. pusillus 支系以光滑皮肤和扁平凹形、具无柄冠（sessile crown）的真皮小齿为特征，而 E. gracilispinis 支系则以钩状小齿和非线性排列为特征。然而，支系内物种间的真皮小齿形态可能存在差异，因此支系水平的诊断应谨慎解读。
在巴西水域，该属有六个物种的代表。尽管这些物种常作为兼捕渔获物被捕获和丢弃，但其种群因深海栖息地提供的庇护而被认为保持稳定，均被IUCN评估为无危（Least Concern, LC）。然而，目前缺乏一种经济有效的分类工具来实现基于真皮小齿分析的精确物种级鉴定。因此，本研究旨在描述和表征西南大西洋分布的三种灯笼鲨属物种（E. gracilispinis、E. bigelowi 和 E. pusillus）真皮小齿的形态学、功能学和形态计量学模式，为建立一种经济有效的分类学工具提供诊断基础。
研究设计与样本来源
研究人员选取了灯笼鲨属三个物种共7个标本进行分析，个体全长（TL）范围为17.4至59.8厘米。其中 E. bigelowi 标本（CC00415）由延绳钓渔船在600至800米深度采集（33°24′S – 51°6′W）；E. pusillus（n=4；CC00417）和 E. gracilispinis（n=2；CC00419）分别在400至600米和300至600米深度通过底拖网采集，采样范围从巴西南里奥格兰德州（Rio Grande do Sul）的Chui至里约热内卢州（Rio de Janeiro）的Cabo Frio（23°05′S–34°34′W），属于REVIZEE Score Sul计划研究航次（2001–2002）。所有样本均保存在FURG亚热带生物多样性中心的软骨鱼类收藏中。
主要技术方法
研究人员从三个主要身体区域的八个部位提取皮肤样本用于真皮小齿分析：头部（吻部H1、颅部H2、鼻孔N）、躯干（身体左侧B、背鳍尖端D、胸鳍尖端P）和尾部（尾鳍嵴C1、尾鳍尖端C2）。样本经改良方案处理后，使用LEICA M165 C体视显微镜拍照，并送往CEME-SUL进行扫描电子显微镜（SEM）观察。形态计量分析使用ImageJ 1.53e软件测量冠长、冠宽和小齿密度（0.5 mm2），并通过Shapiro–Wilk检验和Levene检验评估正态性和方差齐性，采用Kruskal–Wallis检验及Dunn事后检验分析身体区域间的差异。多变量分析方面，研究人员对每个物种分别进行主成分分析（PCA），使用Pearson相关分析作为变量筛选步骤以去除高度相关的冗余性状，并通过层次聚类（Hclustering）可视化相关矩阵。此外，采用线性判别分析（LDA）进行典型变量分析（CVA）以评估物种间的形态分化，通过马氏距离（Mahalanobis distance）量化物种对间的形态差异，并使用Ward's D2方法进行层次聚类。所有统计检验均在R 4.6.1中完成，显著性水平为0.05。
研究结果
冠部形态描述
E. gracilispinis 在所有分析的身体区域均观察到Morphotype 1真皮小齿，其特征为明显的针状冠，具有中央尖突（medial cusp）和从基部延伸至顶端的中央脊（medial ridge）。所有小齿具有两条从基部到顶端的侧脊（lateral ridge），但缺乏侧尖突（lateral cusp）。冠部微结构（microstructures）在雌性中分布于整个冠部，而在雄性中仅限于冠部基部，部分雌性个体中微结构缺失。光斑在除背鳍尖端（D）和尾鳍尖端（C2）外的所有采样区域均被观察到，其中鼻孔区域（N）光斑密度最高。
E. bigelowi 表现出两种真皮小齿形态型及其两种变体。Morphotype 2仅局限于尾鳍尖端（C2），具有尖锐冠、中央尖突和从基部到中部的中央脊。Morphotype 3为凹形低基板小齿，根据尖突数量分为两种变体：V1（4至5个尖突）出现在背鳍尖端（D）和身体左侧（B）；V2（6至7个尖突）出现在吻部（H1）、颅部（H2）、尾鳍嵴（C1）和鼻孔（N）。胸鳍尖端（P）区域缺乏真皮小齿，仅有表皮覆盖。所有形态型均未观察到冠部微结构。光斑主要局限于头部区域（N、H1、H2），鼻孔区域丰度最高。
E. pusillus 表现出两种真皮小齿形态型及三种变体。Morphotype 2仅见于尾鳍尖端（C2）。Morphotype 3的三种变体为：V1（4至5个尖突）出现在身体左侧（B）以及雌性的吻部（H1）、背鳍尖端（D）和尾鳍嵴（C1）；V2（6至7个尖突）出现在鼻孔（N）、颅部（H2）以及雄性的吻部（H1）和胸鳍尖端（P）；V3（8个尖突）仅见于雄性的尾鳍嵴（C1）。雌性胸鳍尖端（P）和雄性背鳍尖端（D）缺乏真皮小齿。所有形态型均未观察到冠部微结构。光斑集中于头部区域（N、H1、H2），在尾鳍嵴（C1）呈线性排列。
冠部形态计量测量
形态计量数据显示，三个物种的密度、冠长和冠宽均存在显著差异（Kruskal–Wallis检验，p < 0.05）。E. gracilispinis 具有最高的密度和冠长值，其次为 E. pusillus，E. bigelowi 最低。冠宽方面，E. pusillus 最宽，其次为 E. bigelowi，E. gracilispinis 最窄。
在冠长方面，E. gracilispinis 表现出明显的纵向尺寸梯度，尾部区域（C1和C2）的小齿最大，长度可达500 μm；E. pusillus 的小齿形态计量最为均匀，尺寸普遍小于200 μm；E. bigelowi 则呈中间模式，仅在尾鳍尖端（C2）出现局部尺寸增大。在冠宽方面，E. gracilispinis 各区域相对稳定且狭窄，最大值低于150 μm；E. pusillus 表现出最高的变异性和最宽的个体小齿，部分头部和躯干小齿宽度超过200 μm；E. bigelowi 则表现出明显的区域化模式，鼻孔（N）和尾鳍嵴（C1）区域的小齿显著更宽。在密度方面，E. gracilispinis 整体密度最高且区域变异性最大，在胸鳍尖端（P）和尾鳍尖端（C2）达到峰值（约40000至45000 mm?2）；E. pusillus 和 E. bigelowi 的密度较低且更稳定，一般介于5000至20000 mm?2之间。
多变量分析
Pearson相关分析揭示了三个物种不同的相关模式：E. gracilispinis 中冠密度与中央脊发育呈强正相关，冠长与微结构覆盖呈显著负相关；E. pusillus 中多个侧尖突测量值与冠长高度相关；E. bigelowi 的相关结构主要由冠宽和尖突数量驱动。
E. gracilispinis 的PCA显示前两个维度累计解释66.18%的形态方差。维度1（39.67%）主要由整个冠部的微结构分布和中央脊发育驱动，维度2（26.51%）主要受冠长和冠部基部微结构影响。双标图显示H1、H2和N形态型聚类于维度1负侧，与全冠微结构变量强相关；C1和B位于上方象限，受冠长和基部微结构显著影响；C2明显分离至维度1正端，与更高的冠密度和中央脊相关。值得注意的是，全长（TL）对前两个维度的影响可忽略不计（cos2 = 0.005和0.026），几乎完全被第三维度捕获（cos2 = 0.919）。
E. bigelowi 的PCA中前两个维度累计解释43.6%的方差。维度1（24.5%）主要由高尖突数量的Morphotype 3-V2（cos2 = 0.85）和侧尖突驱动，与C1、H1、H2和N形态型强相关；维度2（19.1%）主要受中央脊缺失（cos2 = 0.64）和Morphotype 3-V1（cos2 = 0.53）影响，区分了B和D形态型。
E. pusillus 的PCA中前两个维度累计解释45.00%的方差。维度1（26.22%）主要由中央尖突和尖锐冠排列（均为cos2 = 0.92）以及侧尖突（cos2 = 0.66）驱动；维度2（18.79%）主要受冠长（cos2 = 0.61）和冠宽（cos2 = 0.48）影响。双标图显示C2和P形态型位于左下象限，与更高的冠长和特定侧脊模式相关；H1、H2和N形成左上象限的密集聚类；B、C1和D向右侧分离，主要受尖突数量增加的影响。
CVA分析显示三个物种间存在明显的形态区分，第一典型函数（LD1）解释了99.96%的总变异，主要由中央脊从基部到中部的变量驱动（判别系数2.30）。E. gracilispinis 通过显著更长的冠（均值313.4 μm）和更高的密度（21232.6个小齿/cm2）与其他物种清晰区分，位于LD1轴的负极端。相比之下，E. bigelowi 和 E. pusillus 表现出紧密的形态相似性，具有较短（约153 μm）和较宽的小齿，导致其置信椭圆大幅重叠，马氏距离减小。
讨论与结论
本研究的真皮小齿形态描述揭示了所检物种间的清晰区分，E. gracilispinis（属于 E. gracilispinis 支系）与 E. pusillus 和 E. bigelowi（属于 E. pusillus 支系）存在显著差异，这与先前的分子研究和形态分析结果一致。E. gracilispinis 在所有身体区域均呈现一致的小齿形态型，具有突出的针状冠、明显的尖突和中央脊，变异最小。这一形态分离在CVA中得到了统计支持，沿LD1的分离主要由更高的密度、冠长和中央脊发育驱动。相比之下，E. bigelowi 和 E. pusillus 共享凹形低基板小齿的形态模式，尖突数量存在变异。两者CVA置信椭圆的显著重叠强调了它们之间高度的形态保守性，这可能反映了其密切的系统发育关系以及共享的广泛生态背景，而非仅由栖息地效应所致。然而，尽管属于同一支系，这两个物种仍表现出明显的形态变异，主要由尖突数量以及侧尖突和侧脊的数量与排列驱动。
在形态计量方面，E. gracilispinis 表现出随机分布且密集排列的小齿，与先前对 E. perryi 的描述一致——后者具有细长针状小齿，在光斑密集区域近乎直立。E. gracilispinis 中光斑的分布模式首次被报道，除背鳍尖端和尾鳍尖端外所有采样区域均观察到光斑，其中鼻孔区域密度最高，吻部呈聚集状，颅部呈离散簇状，尾鳍嵴呈线性排列。这一发现推进了深海生态学框架的建立。
本研究得出的主要结论是：多变量工具为鲨鱼监测提供了一种稳健的定量技术；真皮小齿变异反映了对深度的局部生态形态适应；结构上的权衡将防御功能与视觉环境通讯联系起来；首次报道的光斑布局推进了深海生态学框架。该研究为通过真皮小齿分析实现精确物种级鉴定提供了诊断基础，建立了一种经济有效的分类学工具。
