变色龙科牙齿微解剖结构与植入几何形态描述

《Journal of Anatomy》：A description of dental microanatomy and implantation geometry in Chamaeleonidae

　　

变色龙科（Chamaeleonidae）是一类分布于非洲和马达加斯加的鳞龙类（Squamata）支系。该类群具有端生齿（acrodont dentition）特征，即每颗牙齿附着在颌骨顶端并直接缝合于支持性颌骨上。传统描述中，牙齿与支持性颌骨之间缺乏内外侧接触（mediolateral contact），这一特征将端生齿与其他爬行动物中常见的侧生齿（pleurodont）和槽生齿（thecodont）植入形式区分开来。尽管鳞龙类呈现出多样化的牙齿植入形式，变色龙科却独特地在整个个体发育过程中始终维持端生齿的植入方式。根据历史上对牙齿组织同源性的理解，端生齿型变色龙被认为缺乏哺乳动物、鳄类、侧生齿型鬣蜥科（Iguanidae）和飞蜥科（Agamidae）等其他羊膜动物（amniotes）中所描述的完整牙周膜组织集合。本研究利用薄片组织学（thin-section histology）和显微计算机断层扫描（microcomputed tomography，μCT）对变色龙科的牙齿植入和附着组织进行了解读。研究人员识别出此前未被认知的每颗牙齿唇侧在支持性颌骨内的插入方式，尽管如此，该方式仍与每颗牙齿沿支持性颌骨唇侧和舌侧部分的顶端植入相吻合。这种内外侧接触通过横切面视角下支持性骨内部牙本质（dentine）的出现而显现，此前按定义为端生齿所应缺失。研究人员将矿化附着组织中的Sharpey纤维解释为钙化牙周膜（calcified periodontal ligament）的存在，此前亦未被描述于变色龙中。此外，研究还识别出牙本质与牙槽骨之间独特的指状交错结构，表现为褶齿样（plicidentine-like）的牙本质褶状突起，生长中的颌骨通过这些突起穿插其间。基于研究结果，研究人员将端生齿几何形态定义为牙齿植入颌骨顶端，而不伴随唇侧和舌侧骨壁作为牙齿两侧的壁状隆起，尽管牙齿的每一侧可能表浅地插入颌骨内。总之，本研究有助于推动近期羊膜动物牙齿解剖学文献中描述鳞龙类哺乳动物样三联体牙周膜（tripartite periodontium）的趋势，以区别于传统的单一"附着骨"（bone of attachment）解释。

本研究发表于《Journal of Anatomy》，聚焦于变色龙科牙齿微解剖结构与植入几何形态这一长期存在争议的研究领域。在羊膜动物牙齿植入形式的研究中，传统的分类体系将牙齿植入方式分为槽生齿、侧生齿和端生齿三大类。其中，端生齿长期以来被认为缺乏侧生齿和槽生齿所具有的完整牙周组织，仅依靠单一的"附着骨"实现牙齿与颌骨的连接。变色龙科作为端生齿型的代表性类群，其牙齿被认为直接附着于颌骨顶端，缺乏内外侧接触，且不存在矿化的牙周膜结构。然而，近期研究在多种鳞龙类中识别出三联体牙周膜的成分，挑战了传统认识，使得变色龙科牙齿的真实组织结构成为亟待澄清的科学问题。研究的科学意义在于重新审视端生齿的定义边界，明确变色龙科牙齿附着组织的真实构成，并为理解羊膜动物牙齿演化的同源性问题提供关键证据。

研究人员选取了两件 Alberta 大学动物学博物馆（UAMZ）的变色龙标本作为研究对象：UAMZ R375（*Chamaeleo* sp.）用于显微CT扫描，该标本保存有完整的右侧齿骨；以及 UAMZ R958（*Trioceros* sp.）用于制作新的组织学薄片。此外，研究还重新检视了加拿大自然博物馆标本 CMNAR 12588-2（*Trioceros johnstoni*）的组织学系列切片，该切片最初由 Budney（2004）描述。配合 μCT 分析的是 SkyScan 1076 成像仪，扫描参数为 9 μm 分辨率、75 kV 管电压、130 μA 电流，使用 0.5 mm 铝滤光片，曝光时间 589 ms。组织学处理包括甲醛固定、盐酸脱钙 36-47 天、石蜡包埋、Leica RM2125 RTS 切片机切片，以及 Masson 三色染色。切片观察采用 Nikon E-600 光学显微镜，并在正交偏振光下检视胶原纤维的双折射特性。

研究成果部分包含以下主要内容：

3.1 骨学观察。对 UAMZ R375 标本的肉眼观察显示，变色龙所有牙齿具有相同的植入几何形态和替换模式，无论其位置如何。上颌约有 14 个齿位，齿骨约有 18 个齿位。每颗牙齿为三尖型并呈内外侧压缩。该标本脑颅完全愈合，结合牙齿磨损程度，判断为接近最大体型的成年个体。

3.2 显微断层扫描结果。μCT 扫描显示，每颗牙齿沿支持性颌骨顶端接触其舌侧，同时部分插入上颌的唇侧内部。在横切面上，上颌骨与每颗牙齿的唇侧表面接触。齿骨牙齿同样呈现这一模式。研究人员发现，牙齿并非通过隆起的壁状结构附着，而是通过接触面朝向髓腔倾斜下滑实现"插入"。这种内外侧接触同时定位于支持性颌骨顶端，符合端生齿的定义，但修正了传统认知中关于缺乏内外侧接触的假设。

3.3 薄片组织学结果。重新检视 CMNAR 12588-2 确认了 Budney（2004）所观察到的牙槽骨存在，其特征为骨细胞陷窝以及与下层板层骨的编织纤维方向差异。新制作的 Trioceros sp.（UAMZ R958）系列切片提供了更精细的观察。

3.3.1 冠状面组织学。左齿骨第四齿的冠状切面显示，牙冠牙本质具有牙本质小管，可识别为正牙本质（orthodentine）。牙冠牙本质下方、支持骨组织上方存在钙化牙周膜与牙骨质的复合体，在正交偏振光下呈现双折射。无细胞牙骨质（acellular cementum）缺乏牙骨质细胞陷窝和双折射性固有纤维，厚度约 30 μm。其下方为具有强双折射和牙骨质细胞陷窝的细胞牙骨质（cellular cementum）。两种骨组织以逆转线（reversal line）分界：逆转线以上为编织纹理的牙槽骨，以下为组织良好的板层骨。牙槽骨与细胞牙骨质的区别在于其直接位于逆转线上方、含有骨细胞陷窝，且缺乏全层双折射。Sharpey 纤维从牙槽骨穿出并插入上方细胞牙骨质。附着表面和齿骨板层骨在正交偏振光下也呈现双折射，表明纤维从牙骨质经牙槽骨传至齿骨的连续性。牙齿唇舌侧高度大致相等，附着表面朝向髓腔上升同时背离其下降，表明真实的附着表面并非沿颌骨顶端平坦分布。

3.3.2 横切面组织学。右齿骨前端的横切面显示，齿骨板层骨包围一系列严重磨损的牙齿，牙槽骨外部围绕齿骨板层骨，后者又包裹牙齿牙本质。这证实了非浅表接触的存在，正牙本质从冠部向基底部延伸与齿骨接触。牙槽骨与下层板层骨通过上述逆转线分隔。在更基底部的左上颌横切面中，上颌唇侧的板层骨持续与每颗牙齿的牙本质接触，牙本质小管呈背腹向排列，完全可诊断为正牙本质，未观察到骨性牙本质（osteodentine）。

3.3.3 矢状面组织学。左齿膜的傍矢状切面显示，牙齿两侧 ankylosed 于残留的板层骨冠向表面。尽管附着高度矿化，表面仍由混合的附着组织界定，在正交偏振光下显示可变的双折射。无细胞外源性纤维牙骨质（Acellular Extrinsic Fibre Cementum，AEFC）直接标记附着组织与牙冠牙本质的边界，特征为缺乏牙骨质细胞陷窝和双折射性固有纤维。傍矢状切面揭示了 Sharpey 纤维在正交偏振光下的存在：矿化纤维从下方的牙槽骨插入，穿过细胞固有纤维牙骨质（Cellular Intrinsic Fibre Cementum，CIFC），该组织具有牙骨质细胞陷窝。纤维方向大致平行于牙本质与牙槽骨的接触面。这些纤维是钙化牙周膜残存的证据。齿骨板层骨直接位于牙冠牙本质下方，与编织牙槽骨相比具有双折射性和组织化基质。尤为重要的是，下层颌骨含有小的正牙本质囊袋，具有清晰的牙本质小管，在接近牙冠的区域与冠部牙本质小管方向融合，而在完全包埋于骨内的囊袋中，小管垂直于矢状切面平面呈内外侧方向走行。研究人员将这些囊袋解读为从冠部基部发出的突起，即横切面中的牙本质层板（dentine lamellae）。层板之间的空隙被颌骨完全填充，其间及层板上方可观察到骨细胞陷窝。

讨论部分围绕四个核心议题展开。关于"真正的端生齿"，研究指出"端生齿"一词正确定义为牙齿在颌骨唇侧和舌侧均顶端植入，不存在牙齿附着的隆起壁。传统理解认为变色龙缺乏内外侧接触，但本研究通过 μCT 和组学切片证明，变色龙牙齿确实存在内外侧接触，尤其在唇侧表现为牙齿插入颌骨内部的浅表形式。这与蛇类的亚端生齿不同——后者具有三个更高的骨壁。变色龙未观察到近期文献预期的牙本质或颌骨填充，支持 Buchtová 等人（2013）关于孵化后植入几何形态不变的解释。牙齿冠部的基底延伸可能解释了横切面上观察到的牙本质与邻接齿骨的接触。

关于"逆转线和三联体牙周膜的存在"，此前文献未在变色龙中描述逆转线，部分原因是"骨性基座"的先前识别。本研究确认了 Budney（2004）所观察到的牙槽骨，并将其中的改建带明确为逆转线。研究表明，骨性基座不仅包含颌骨板层骨，还包括牙槽骨和其他矿化附着组织。通过正交偏振光显微镜的应用，研究揭示了此前因仅使用普通偏振光而被遮蔽的钙化牙周膜纤维方向。Sharpey 纤维的观察进一步补充了 ?ulcová 等人（2025）基于"ankylloblasts"单一附着组织的模型。尽管三联体牙周膜的机械功能因高度 ankylosed 而不明显，但其三种组成成分均可被识别。

关于"牙本质在牙周组织中分布的新观察"，矢状切面揭示了此前未描述的牙本质分布特征：颌骨内含有具有清晰牙本质小管的正牙本质囊袋，这些囊袋在横切面中呈牙本质层板状，被骨组织完全包绕。这一褶齿样状态可能通过牙本质折叠产生层板、随后生长中的颌骨侵入而形成。虽然其精确的微解剖、发育和功能尚不完全清楚，但推测其功能可能与其他羊膜动物的褶齿相似，即加固牙齿基部，这与变色龙牙齿附着组织增厚及缺乏牙齿替换的适应性特征相一致。

关于"端生齿变色龙具有羊膜动物祖先型组织"，研究指出三联体牙周膜一度被认为是槽生齿脊椎动物所特有，但近期文献已将其识别范围扩展至所有已研究的颌类脊椎动物。本研究的观察支持了这一趋势："附着骨"仅是三联体牙周膜的缩短形式，在端生齿和侧生齿中均如此。在鳞龙类中，牙周膜、牙骨质和牙槽骨已在侧生齿型 varanids、鬣蜥科、蛇类和"端生齿"型飞蜥科中被识别，本研究则在两种变色龙科物种中确认了这些结构。研究认为，传统植入形式分类不应被视为离散单元，而应作为同源牙周组织多样化排列的广泛概括。发育上，侧生齿的不对称性与端生齿的对称性之间存在演化关联，前者可能通过时间推移产生后者。

研究结论部分翻译如下："Recent literature has revised the conventional understanding of squamate 'bone of attachment' recognizing instead that the tripartite periodontium once thought unique to thecodont vertebrates is present in all gnathostomes studied so far...the traditional categories of dental implantation in amniotes should not be considered as discrete units, they serve as broad generalizations of the diverse arrangements of homologous periodontal tissues that mediate the adhesion of the teeth to the underlying jawbone."（近期文献已修正了对鳞龙类"附着骨"的传统认识，转而确认一度被认为槽生齿脊椎动物所特有的三联体牙周膜，实际上存在于迄今已研究的所有颌类脊椎动物中……羊膜动物牙齿植入的传统分类不应被视为离散单元，它们仅作为介导牙齿与下层颌骨粘着的同源牙周组织多样化排列的广泛概括。）