摘要
四足动物肢骨的形态和内部结构反映了功能需求、机械负荷和环境条件之间复杂的相互作用。在大多数四足动物中，肢骨微解剖显示出明显的生态信号，水生分类群通常表现出骨致密性增加，而陆生分类群则表现出更开放的髓腔。龟鳖目代表了一个显著的例外，因为陆生和水生乌龟都具有异常致密的长骨，这表明除了栖息地之外的因素也在塑造它们的骨骼设计。在此，我们首次呈现了对龟类长骨皮质骨质量、几何形状、组织质量以及与机械稳态相关的分布/质量（d/q）关系的全面全骨纵向分析，旨在评估在龟类躯体计划的约束下，运动生态如何调节骨骼设计。我们使用外周定量计算机断层扫描（pQCT）分析了四种跨越陆生–水生梯度的龟类物种的股骨和肱骨（Chelonoidis carbonarius, Chelonoidis chilensis, Trachemys dorbignii, 和 Phrynops hilarii）。对每根骨骼沿其长度的十个连续横截面进行评估，以量化皮质骨矿物质含量、皮质面积、体积骨矿物质密度、横截面惯性矩、骨强度指数以及组织刚度与横截面设计之间的 d/q 关系。统计比较侧重于骨干中段区域，种间差异使用方差分析（ANOVA）进行评估，并通过相关性分析和协方差分析（ANCOVA）检查与机械稳态相关的模式。所有物种均表现出龟类特有的“过度设计”状态，具有大量的皮质骨以及骨干中段的峰值质量和密度。然而，在骨几何形状和皮质组织的组织方面出现了显著的种间差异。陆生物种，特别是 Chelonoidis carbonarius，显示出更高的皮质质量和更大的惯性矩，反映了在承重运动下增强的抗弯曲能力。相比之下，更水生的 Phrynops hilarii 显示出较低的惯性矩和更平坦或接近零的 d/q 斜率，表明这是一种生物力学策略，倾向于通过内膜填充来获得压缩刚度，而不是针对弯曲进行结构优化。中间物种在该梯度上占据过渡位置。这些结果表明，尽管存在与龟类躯体计划相关的强烈系统发育约束，但皮质骨的空间分布已针对运动生态进行了精细调整。龟类的骨机械稳态在“过度设计”的框架内运行，为陆生与水生负荷模式产生不同的结构解决方案。我们的发现提供了栖息地、运动模式和长骨设计之间的定量联系，揭示出龟类肢体不仅仅是过度建造，而是为其机械环境精确工程设计的。
利益冲突声明
作者声明无利益冲突。
数据可用性声明
研究数据未共享。
