首次组织学描述与骨致密度分析：化石与现生阿尔达布拉巨龟（Aldabrachelys sp. 与 A. gigantea）壳骨碎片比较研究

《The Anatomical Record》：Histological description and bone compactness analysis of fossil (Aldabrachelys sp.) and extant Aldabra giant tortoise (Aldabrachelys gigantea) shell bone fragments

　　

Aldabra Atoll位于Madagascar以北并属于Seychelles Outer Islands，是Aldabra giant tortoise（Aldabrachelys gigantea）的栖息地；该种是曾广泛分布于Western Indian Ocean各岛屿的多种巨龟中唯一幸存者。Aldabra Atoll保存了丰富的巨龟化石记录，为比较已灭绝类型与现生类型的壳骨微解剖（microanatomy）提供了独特机会。该研究首次对化石Aldabrachelys sp.壳碎片开展详细组织学（histology）调查，并与现生A. gigantea进行初步比较，同时测定骨致密度（bone compactness）。多数化石标本显示龟壳骨典型的二胚层结构（diploe），即外皮质（external cortex）和内皮质（internal cortex）包围松质骨（cancellous bone），但皮质厚度、血管化（vascularization）、重塑（remodeling）、Sharpey纤维（Sharpey's fibers）的有无与丰度以及保存状况存在相当变异。相反，现生标本通常显示更均一的微解剖，区域分界不如化石明显。该变异也反映在骨致密度上：化石Aldabrachelys sp.碎片为45.1%–84.9%，现生A. gigantea碎片为45.8%–86.1%。组织学与骨致密度均呈现显著的碎片内与碎片间变异（intra- and interfragment variability），使识别一般性微解剖模式变得复杂，并凸显考虑壳区域变异的重要性。该研究通过壳骨组织学表征，为未来巨龟演化、生态和岛屿适应研究建立了基线。

研究背景与问题：在最近2000年人类到达前，巨龟曾广泛分布于Western Indian Ocean（WIO）岛屿，包括Madagascar、Seychelles和Mascarene Islands。现生Aldabra giant tortoise（Aldabrachelys gigantea）是WIO两支巨龟辐射中唯一幸存者；Aldabra Atoll的化石记录丰富，但化石巨龟确切物种未知，可能来自Granitic Seychelles并与现生种近缘甚至同种，也可能来自Madagascar的A. abrupta（其壳碎片与A. gigantea形态不可区分），故原文称化石材料为Aldabrachelys sp.。此前缺乏对巨龟壳骨微解剖的详细组织学认识，且骨致密度作为生态/栖息地代理存在争议；壳骨区域变异可能影响解释。研究目的在于首次详细描述化石Aldabrachelys sp.壳骨碎片组织学并与现生A. gigantea初步比较，测定骨致密度，建立未来巨龟演化、生态和岛屿适应研究的基线。该研究首次对任何现代巨龟提供基于详细组织学的壳骨描述，并首次考察种内壳骨微解剖变异及化石与现生近缘/可能同种标本的微解剖差异。

关键技术方法：研究人员对Aldabra Atoll的27件化石Aldabrachelys sp.壳碎片（2015–2016和2021年考察采集，来自Picard与Grande Terre多个地点）及7件现生A. gigantea材料（6件来自Picard的Basin Cabri单一个体，另1件为Zurich Zoo的PB 5824右腹甲区碎片，未为本研究安乐死）制备标准岩石学薄片；用数字显微镜和光学显微镜在透射光、正交偏振光及λ补偿正交偏振光下观察。将图像转为二值图后，在R与RStudio中计算骨致密度；对PIMUZ A/III 5441.47和5441.48仅计算缩小区域。解剖术语参照Zangerl（1969），组织学描述主要参照Francillon-Vieillot et al.（1990）。

研究结果：
3.1 Histological assessment of fossil Aldabrachelys sp. fragments（化石Aldabrachelys sp.碎片的组织学评估）
3.1.1 General microanatomical features：薄片观察显示多数化石具典型二胚层结构（diploe），但SNHM 1520.2/26、SNHM 1520.4/26、SNHM 1682.16/26、SNHM 1729/26因保存差和/或广泛重塑不显此结构；除明确说明外无可见生长标记或Sharpey纤维；SNHM 1604/26因强烈成岩作用（diagenesis）变色不纳入微结构描述但纳入骨致密度。结论：化石总体保留三层结构但保存与重塑造成显著变异。
3.1.2 Neural fragments（神经板碎片）：SNHM 1520.4/26整体广泛重塑，外/内皮质与松质骨不可区分，含大型次级骨单位（secondary osteon），残留原骨为平行纤维骨（parallel-fibred bone, PFB）与交织结构胶原纤维束（interwoven structural collagenous fiber bundles, ISF）；SNHM 1727/26皮质薄，内皮质内侧约为外侧三倍厚，外皮质为ISF和松散PFB并含原血管管/骨单位，内皮质PFB高度血管化，各层可见性质不同的间断线但难定为生长标记或成岩改变，Sharpey纤维在三层原组织可见。结论：两神经板碎片差异大，区域厚度与重塑明显。
3.1.3 Costal fragments（肋板碎片）：SNHM 1574.2/26在沟与肋隆起之间皮质增厚，中央区次级骨单位多，内皮质在肋隆起区含中次级骨单位；SNHM 1773/26外内皮质近等厚，内皮质高度组织化PFB且血管少，肋隆起区血管增多，骨细胞小管保存好，生长标记难确，内皮质偶见Sharpey纤维；SNHM 1724/26类似1773但皮质相对薄且血管腔沿缝线拉长；SNHM 1728/26外皮质约为内皮质两倍，内皮质减薄且多无血管，内皮质及右侧外皮质有斜行Sharpey纤维；SNHM 1729/26外内皮质与松质骨不可区分，血管达两面、表面更不平；SNHM 1730/26类似1773，Sharpey纤维难定。结论：肋板显示沟/缝线/肋隆起相关的区域差异和血管化差异。
3.1.4 Indeterminate shell fragments（不定壳骨碎片）：薄片观察发现多数不定碎片与SNHM 1507.10/26等类似，表现为ISF+松散PFB外皮质、小至中原血管和原/次级骨单位、松质骨细梁及不同数量Sharpey纤维；SNHM 1540.454/26具广泛外皮质、最外层无血管PFB、大量不同方向厚Sharpey纤维并可能示生长区；SNHM 1613/26三碎片层厚差异大，SNHM 1613.2/26内皮质局部渐进增厚可能提示病理性生长，SNHM 1613.2/26和1613.3/26外表面凹陷及下方厚度减小提示沟；多个碎片显示血管沿缝线拉长。结论：不定碎片间变异很大，部分特征与区域/病理/沟缝线相关。
3.2 Histological assessment of extant Aldabrachelys gigantea fragments（现生A. gigantea碎片的组织学评估）：现生仅PIMUZ A/III 5441.46（完整周缘板，peripheral）显示典型三层二胚层结构，其余三层难分或缺失；PIMUZ A/III 5441.30为单一组织、编织纤维骨（woven-fibered bone）和大量细Sharpey纤维，无次级重塑；.36和.40含大型次级骨单位，.40原管常斜向表面且外区厚Sharpey更多；.46内皮质因重塑/腔扩展很薄至缺失；.47和.48三层不可靠定义，.48纵切多个非常大次级骨单位；PB 5824三层难分，血管均匀。结论：现生标本微解剖更均一、皮质分界差，需更大样本。
3.3 Bone compactness（骨致密度）：二值图像测量显示化石碎片骨致密度45.1%–84.9%，现生45.8%–86.1%，碎片内和碎片间变异大。结论：骨致密度不能简单概括区域模式，用于生态/栖息地推断时须考虑壳区域变异。

讨论总结：化石与现生碎片均显示广泛组织学特征和成岩保存差异。Grande Terre多数碎片成岩变化较强，而Picard碎片质量总体很好，未来采样应优先保存更好地点。化石皮质厚度及层间比例变异大，可能与沟相关外皮质增厚等生理/区域壳适应或解剖位置功能适应有关；SNHM 1613.2/26内皮质渐进增厚可能为病理性生长，但龟类此前未见此类组织改变；高度碎片化且缺解剖背景时会增加解释难度。现生A. gigantea除一例外未能定义清晰皮质三层，组织与血管化更均一；需更多现生标本。骨致密度高碎片间变异与Jannello et al. (2020)一致，提示用致密度推断龟类生态和栖息地时须谨慎。与远缘龟类比较：Scheyer与Sander（2007）指出陆龟外/内皮质发育好、外皮质弱血管、内皮质PFB低至无血管、松质骨梁短粗，部分碎片符合；Hesperotestudo crassiscutata（Esker et al. 2019）皮质血管稍高、梁更细；Chelonoidis carbonarius和Kinixys homeana（Scheyer 2007）血管更高；水生适应常表现为皮质减少、血管增加和松质/密质均质化，SNHM 1729/26类似Caretta caretta，SNHM 1540.454/26类似Chelonia mydas，后者可能来自海龟（尽管采自陆相Basin Lebine，现海滩为海龟巢场；Pritchard et al. 2022；Stoddart 1971）。总体变异大，难为化石样本定义一般相似性，样本中也可能代表不同物种；需未来研究全部Aldabra化石壳骨。生态原因尚不明确，但须先理解微解剖变异才能稳健研究其生物/非生物过程。

结论翻译：化石Aldabrachelys sp.与现生A. gigantea壳骨碎片均显示高碎片内和碎片间变异；采样点似乎影响保存质量及材料正确解释能力，未来采样应聚焦保存更好的区域。对于现代巨龟，该研究提供首个任何物种壳骨碎片压实度和一般微结构数据；迄今Galápagos巨龟（Chelonoidis niger）壳骨尚未组织学检查。尽管化石与现生标本微解剖存在差异，仍需更多近期死亡动物材料才能进一步结论。该研究为理解复杂生物地理和生态格局提供首个组织学拼图。未来对Aldabra灭绝与现生巨龟以及其他WIO近期灭绝巨龟的组织学研究，可探究岛屿环境中龟巨大化过程及不同物种/岛屿是否相同。未来还应比较不同已知年龄雄雌个体碎片以研究性二态和个体发育变异；研究Cylindraspis sp.、Astrochelys radiata和Astrochelys yniphora（A. gigantea的现生大型Madagascan姐妹类群）可揭示岛屿大小对龟壳适应的影响。