自然2024 年 12 月 13 日

经过杰西·科克里尔

（鸟图/盖蒂图片社）

鳄鱼的微笑是怎么来的？赋予爬行动物标志性的皱纹鼻子的功能与负责其其余鳞片的功能并不完全相同，精确的机械过程在孵化前很久就将鳞片的斜视折叠成形状。

详细了解鳄鱼蛋内部的情况并非易事，但瑞士日内瓦大学人工与自然进化实验室 (LANE) 的研究人员已经破解了这一难题。

此前，LANE实验室负责人、生物科学家米歇尔·米林科维奇(Michel Milinkovitch)发现，鳄鱼不规则的多边形头部鳞片的形成方式与哺乳动物毛发、鸟类羽毛和爬行动物鳞片排列的结构截然不同。

幼年（2岁）尼罗河鳄鱼。（MC Milinkovitch 和 A. Debry /瑞士日内瓦大学）

这些特征源自胚胎最外层皮肤层的增厚部分，称为基板，它们的排列是由称为图灵模式的相互作用化学波决定的，这些化学波被编码在动物的基因中。

“不规则鳄鱼头鳞的图案为这种范例提供了一个令人着迷的例外，”研究小组在展示研究结果的视频中解释道。

鳄鱼的头部鳞片是通过机械过程雕刻而成的，该团队最初将其归因于拉伸应力，这意味着鳞片之间的皱纹类似于我们人类在生长突增期间可能经历的妊娠纹。

虽然他们对于鳞片图案的机械来源的看法可能是正确的，但在新研究揭示了一种完全不同的力在起作用后，该团队放弃了拉应力理论。

“在这里，我们表明鳄鱼头部鳞片的图案实际上是由压缩机械不稳定性产生的，”作者写道。

a) 孵化的尼罗鳄上颌和下颌上的鳞片形成不规则、不重叠的多边形区域，b) 在整个胚胎发育过程中变得明显

起初，鳄鱼胚胎有光滑的下巴，随着皮肤的生长，下巴逐渐出现皱纹。这些过早的皱纹连接起来形成不规则的鳞片，上颌大而细长，而下颌则布满较小的多边形。

他们通过向尼罗河鳄鱼（ Crocodylus niloticus）卵注射表皮生长因子（EGF）来解决这个问题，EGF是一种可以增加表皮硬度和生长速度的蛋白质，从而产生具有头部鳞片的胚胎，该鳞片是由比通常的鳞片夸张得多的版本形成的。过程。

通过光片显微镜识别的组织层的精确几何形状：红色，表皮；粉红色，真皮；棕白色，骨；紫蓝色，两个选定区域中胶原纤维的方向；橙色，外皮感觉器官。 （F. Berger 和 MC Milinkovitch/瑞士日内瓦大学）

作者写道：“这种‘大脑’的皮肤褶皱网络部分松弛，形成孵化鳄鱼中较小的多边形头部鳞片的图案，也就是说，与凯门鳄的头部鳞片图案高度相似。”

经过 EGF 处理的鳄鱼在处理后 4 周孵化，其皮肤褶皱呈“迷宫式”，头部呈较小的多边形鳞片。

这些实验以及进一步证实了实验室发现的计算机模拟表明，正常的尼罗河鳄鱼头鳞图案是皮肤生长速度快于其下方骨骼的结果，以及皮肤的硬度（但不是生长速度）不匹配的结果。表皮和真皮。

用光片显微镜扫描新生尼罗河鳄鱼的上颌，揭示了研究中发现的头鳞图案自组织机械过程产生的精细褶皱。

这与青少年的生长突增问题完全相反：鳄鱼的皮肤生长速度比身体其他部分的“填充”速度快，导致其褶皱更类似于沙皮狗小狗的褶皱，而不是瘦长人类的妊娠纹。

它还表明，各种鳄鱼的不同头鳞模式可能是由于进化所青睐的胚胎皮肤生长的变化所致。

该研究发表在《自然》杂志上。