反刍动物距骨形态的影响因素：异速生长、系统发育与环境的差异作用

《Communications Biology》：The differentiated impacts and constraints of allometry, phylogeny, and environment on the ruminants’ ankle bone

研究人员为探究影响反刍动物距骨形态的因素，开展相关分析，发现三者均有影响，为反刍动物演化研究提供新视角。

　　在动物的奇妙世界里，骨骼就像是一部部隐藏着进化秘密的 “史书”，其中反刍动物的距骨（astragalus）更是一块充满神秘色彩的 “拼图”。反刍动物作为地球上较为特殊的一类哺乳动物，它们的生存和演化一直是生物学家们关注的焦点。距骨作为连接反刍动物小腿和足部的关键结构，对其运动起着至关重要的作用。以往的研究发现，异速生长（allometry）、系统发育（phylogeny）和环境等因素，都可能在距骨的形态塑造上留下 “痕迹”，但这些因素之间相互交织，就像一团乱麻，让研究人员很难理清它们各自对距骨形态的具体影响。为了破解这团 “乱麻”，来自 Martin Luther University Halle-Wittenberg、Museum für Naturkunde 等多个研究机构的研究人员 Orgebin Pierre、Dziomber Laura 等人开展了一项深入研究，相关成果发表在《Communications Biology》上。

研究人员首先面临的挑战是如何获取足够多且具有代表性的样本。为此，他们从多个博物馆收集了 205 个距骨样本，涵盖了 58 种现存物种和 51 种灭绝物种，尽可能全面地覆盖了反刍动物在大小、系统发育和栖息地方面的多样性。接下来，研究人员运用了 3D 几何形态测量学（3D geometric morphometrics）这一强大的工具。该技术可以精确地量化距骨的形状，就像是给距骨拍了一张张高精度的 “3D 照片”，让研究人员能够从各个角度观察和分析它的形态特征。之后，研究人员通过主成分分析（PCA）、变异分配分析（VARPART）、多变量协方差分析（MANCOVA）等一系列复杂的统计方法，对数据进行抽丝剥茧般的分析，以探究异速生长、系统发育和环境对距骨形态的影响。

研究结果显示，在形态变异评估方面，主成分分析表明，PC1 代表了 19.17% 的总形状变异，主要与距骨的粗壮程度和滑车倾斜度有关，更粗壮的距骨滑车倾斜度较小；PC2 代表了 8.34% 的变异，与距骨的前后外侧发育情况等相关。在贡献分析上，通过多种统计分析发现，异速生长方面，距骨大小与反刍动物体重显著相关，大型反刍动物的距骨更粗壮；系统发育方面，整个反刍动物系统发育中距骨形状分布并非随机，不同分支的距骨形态存在差异；环境方面，栖息地与距骨形状存在一定的相关性，例如开放环境和封闭环境中反刍动物的距骨形态有所不同。在进一步的分析中，通过对不同分支和栖息地的深入研究，发现牛科动物的距骨近端滑车嵴更发达，麝科动物的后突更明显；开放环境中的距骨内侧延伸更发达，山地环境中的距骨更粗壮。

在讨论部分，研究人员指出，异速生长对距骨形态影响显著，不过像长颈鹿这种特殊的物种，由于其独特的 “高跷” 式运动方式，并不完全符合一般的规律。系统发育上，距骨虽可用于区分反刍动物的不同类群，但在区分某些类群时仍面临挑战，这是因为存在进化趋同和类群内变异较大的情况。环境方面，不同的生态环境确实会对距骨形态产生影响，这种影响反映了反刍动物对不同环境的适应性变化。

总的来说，这项研究通过全面而细致的分析，清晰地揭示了异速生长、系统发育和环境对反刍动物距骨形态的差异化影响和约束。这不仅为我们理解反刍动物的演化历程提供了全新的视角，也让我们对生物与环境之间的相互作用有了更深入的认识。同时，研究结果也为古生态学研究提供了重要的参考依据，帮助科学家们更好地通过化石距骨重建古代生态环境。

研究人员在这项研究中主要运用了以下关键技术方法：一是样本采集，收集了来自多个博物馆的大量反刍动物距骨样本，涵盖现存和灭绝物种；二是 3D 模型构建，利用不同技术生成距骨的 3D 模型，如表面扫描、X 射线计算机断层扫描等；三是几何形态测量分析，通过 3D 几何形态测量学方法对距骨形状进行量化，并结合主成分分析、变异分配分析等多种统计手段进行深入研究。