魏格尔特龙科（Weigeltisaurid）翅膀的形态学与骨组织学特征：对世界上最早具备滑翔能力的爬行动物空中运动方式的启示

《Journal of Anatomy》：Morphology and osteo-histology of the weigeltisaurid wing: Implications for aerial locomotion in the world's first gliding reptiles

本文通过显微CT扫描、X射线层析术和薄层切片技术，系统研究了晚石炭世滑翔蜥蜴Weigeltisauridae的滑翔膜骨骼（patagium）及其与腹侧gastralia的关节关系。发现patagials与gastralia存在一一对应的双面关节，且patagials由新生骨构成，与gastralia的骨组织学特征不同。重建显示patagials嵌入腹壁肌肉（M. obliquus externus）并可能通过爪钩固定前缘，形成类似现生飞蜥Draco的滑翔机制。研究为最早滑翔脊椎动物的运动功能提供了关键形态学依据。

　　我们研究了晚二叠纪的Weigeltisauridae科，这些生物被认为是世界上最早的滑翔爬行动物。然而，它们的滑翔膜（即patagium）的解剖结构尚不清楚，这使得我们对它们的滑翔机制和古生物学理解存在困难。本研究通过一系列成像技术和薄片分析，对Weigeltisaurus标本的滑翔膜骨骼进行了详细研究，揭示了其骨骼结构的特殊性，并为滑翔膜的肌肉骨骼组织和生物力学特性提供了新的视角。

研究结果表明，滑翔膜和胃骨（gastralia）之间存在一对一的关节连接，这种连接是通过独特的滑翔膜骨骼结构实现的。此外，通过骨骼结构、组织学和推测的肌肉骨骼关系，我们发现滑翔膜可能是新形成的骨骼结构，因此并不严格同源于胃骨。这为滑翔膜的形成机制提供了新的理解，即这些骨骼可能是从真皮中发展而来的，而不是由原有的软组织或骨骼结构演化而来。

我们首次重建了Weigeltisauridae滑翔膜的肌肉骨骼结构，推测滑翔膜的基础可能嵌入了M. obliquus externus肌肉群。这一肌肉群在现存的飞蜥Draco中被认为有助于滑翔膜的展开，通过将前肢爪子钩住滑翔膜的前缘来维持滑翔膜的张力和形状。这可能为Weigeltisauridae提供了在滑翔过程中保持稳定性与机动性的手段。滑翔膜的折叠可能通过肌肉和肌腱连接，使骨骼在折叠状态中产生弹性张力，类似于Draco的折叠机制。

在本研究中，我们还观察到了滑翔膜骨骼的横截面具有双模式的皮质分布，即在横截面的长轴方向上皮质较厚，而在短轴方向上较薄。这种分布使得滑翔膜骨骼具有足够的刚性，从而防止滑翔过程中滑翔膜的塌陷。这一发现对于理解Weigeltisauridae的滑翔结构和机制具有重要意义，为未来的形态功能或生物力学研究提供了基础。

研究还分析了Weigeltisauridae的滑翔膜骨骼的形态和组织学特征。这些骨骼通常为细长的杆状结构，与其它滑翔爬行动物的骨骼结构不同。滑翔膜骨骼的排列方式在不同标本中存在差异，部分标本中滑翔膜骨骼呈束状排列，而另一些则为规则排列。这种差异可能与滑翔膜的肌肉附着和功能有关，也可能是由于保存状态和个体差异造成的。

此外，我们对滑翔膜骨骼的微结构进行了分析，发现其横截面的皮质分布具有明显的不对称性，这可能影响其在飞行中的抗弯能力。在滑翔膜的中段，骨骼的横截面呈现出双凹的形状，这可能有助于在飞行过程中维持滑翔膜的形状和张力。通过比较现存飞蜥的骨骼结构，我们推测Weigeltisauridae的滑翔膜骨骼可能具有类似的结构功能，即通过骨骼的弯曲和连接来增强滑翔膜的刚性，从而提高飞行效率。

本研究不仅对Weigeltisauridae的滑翔膜结构和滑翔机制提供了新的理解，还为滑翔膜骨骼的起源和演化提供了线索。我们推测，滑翔膜骨骼可能来源于身体壁附近的松散间质组织，与胃骨具有相似的形态发生起源，但并不严格同源。这一结论为理解滑翔膜的演化提供了新的视角，表明滑翔膜骨骼可能是在特定适应性需求下独立演化而来的结构。

我们还对滑翔膜骨骼的生物力学特性进行了探讨。根据骨骼的结构和保存状态，我们推测滑翔膜骨骼可能在飞行过程中承受来自滑翔膜和气流的力。这些力可能包括沿着滑翔膜长度的弯曲力和在飞行中对滑翔膜的支撑力。滑翔膜骨骼的结构可能通过其独特的皮质分布和内部结构来增强其抗弯能力，从而在飞行过程中维持其形状和张力。

综上所述，本研究通过详细的解剖和组织学分析，揭示了Weigeltisauridae滑翔膜骨骼的特殊结构和功能。这些发现不仅有助于理解这一古老滑翔生物的飞行机制，也为研究滑翔结构的演化提供了新的基础。未来的研究可以进一步探讨这些骨骼的肌肉附着和功能，以及它们在飞行中的具体作用，从而更全面地理解Weigeltisauridae的滑翔能力及其在生态系统中的角色。