從赫克力士長戟大兜蟲堅硬的天然護甲，到海葵柔軟的充滿液體的觸手，大自然孕育出了各種各樣的骨骼。

這是1910年前後拍攝的膨腹海馬X光照片，從中可見它們的外骨骼，這在魚類中很罕見。攝影：EDWARD CHARLES LE GRICE, LE GRICE, GETTY IMAGES

撰文：LIZ LANGLEY

飛魚以精彩絕倫的雜技著稱：它們會沖出海面，在空中滑翔900多米。

飛魚為什麼飛？是為了躲避捕食者。它們“本質上就是海洋爆米花”，西肯塔基大學的省文物學家、《骨骼的故事》（The Skeleton Revealed）一書的作者Steve Huskey說：“誰都可以吃它們。”

飛魚飛翔的關鍵在于強大的脊柱和尾部，強有力的肌肉因此得以固定，魚尾像螺旋槳一樣前後擺動。骨頭使魚鳍得以延展，并起到類似鳥類翅膀的作用。

不少物種都擁有内骨骼，而飛魚給人的印象最為深刻。内骨骼通常由骨頭組成，出現在脊椎動物體内，包括哺乳動物、鳥類、爬行動物、兩栖動物和魚類。

這些結構存儲着鈣等重要礦物質，為身體提供支撐，保護内髒，并借助骨骼肌肉進行運動；骨骼肌肉通過肌腱附着在骨頭上。關節，即兩塊骨頭的連接處，為不易彎曲的骨骼帶來了靈活性，想象一下在樹之間自由遊走的靈長類動物。

内骨骼最為有名，不過動物王國裡還有另外三種類型的骨骼：外骨骼、軟骨外骨骼和流體靜力骨骼。

各種各樣的骨骼

内骨骼經過進化，已經适應了主人的生活方式。例如，鳥類的骨頭裡充滿了氣囊，這樣不僅能減輕負重，還有助于它們在飛行中吸收更多氧氣。

龜殼，是與動物的肩胛骨和脊骨融合在一起的骨闆，實際上是進化過程中變形的肋骨。龜殼有助于保護這些行動遲緩且脆弱的動物，防止被捕食者獵殺，但最近的研究表明，它最初由堅固基底進化而來，古代烏龜可以借助龜殼進行挖掘，并避開高溫。

一些脊椎動物，尤其是雄性，其頭骨具有更多特性。例如，雄性高冠變色龍的頭部長有彩色骨闆，可能是為了吸引雌性。在鹿科動物中，比如駝鹿和加拿大馬鹿，雄性長有鹿角（頭骨的延伸），既是為了展現統治地位，也是為了吸引配偶。

雖然鹿角每年都會脫落、重新生長，但牛角被堅硬的天然物質角蛋白所包圍，不會脫落，除了叉角羚。一些雌性也有角，但通常比雄性的小。

1890年拍攝的身份不明的蜥蜴的X光照片，突顯了它的内骨骼。這在大多數鳥類、爬行動物、兩栖動物和魚類中較為常見。攝影：GEORGE EASTMAN HOUSE, EDER & VALENTA, GETTY IMAGES

内置盔甲

外骨骼是保護節肢動物的堅硬外殼，比如昆蟲、甲殼動物和蜘蛛。

在面對捕食者時，這種天然護甲是一種非常有效的防禦手段，很多捕食者都無法咬穿外骨骼，Huskey說：“人無我有。”

拉丁美洲和加勒比地區的赫克力士長戟大兜蟲的外骨骼尤其堅硬。雄性長着兩個長角，用來争奪雌性。狹路相逢，兩隻昆蟲會像比試馬上槍術一樣厮打在一起，當一方用角舉起另一方，并把它摔倒在地，則宣告勝利。雌性也青睐角更長的雄性，這是身強體壯的标志。

貝殼是最漂亮的外骨骼，可以保護身體柔軟的軟體動物，比如海螺、扇貝、雞心螺。軟體動物的最外層被稱為外套膜，會分泌蛋白質和礦物質，形成獨特的骨骼庇護所。

外骨骼的缺點是太硬了，動物無法生長。例如，龍蝦的殼可以抵禦饑腸辘辘的海豹，但當龍蝦長大時，它必須蛻去原來的外殼，長出新殼。新殼需要幾周時間才能完全變硬，在此期間，龍蝦在面對捕食者時非常脆弱。

闆鰓亞綱魚類有軟骨内骨骼，比如這條背棘鳐。攝影：SCIENCE PHOTO LIBRARY, ALAMY

專為遊泳打造的骨骼

鲨魚、鳐魚和喬氏銀鲛都屬于闆鰓亞綱，這種魚的内骨骼完全由軟骨組成。軟骨是一種強壯又靈活的組織，比骨頭硬，但更輕，可以讓魚遊得很快，同時節省體能。

包括人類在内，很多有内骨骼的脊椎動物也有軟骨，它們賦予了鼻子和耳朵形狀。在發育早期，大多數哺乳動物胎兒都有軟骨骨骼，并慢慢骨化成為骨頭。

一直以來，人們認為現代鲨魚源于尚未進化出骨頭的原始祖先。然而，2015年，科學家宣布在3.8億年前的鲨魚化石内發現了骨細胞，這意味着鲨魚的祖先有骨頭，但後來失去了骨頭，由更輕便的軟骨取而代之。

闆鰓亞綱魚類身上還覆蓋着所謂的盾鱗。這是一種有紋理的鱗片，如果用錯誤的方式摩擦，它們就會像砂紙一樣；而排列好之後，可以減小阻力，提高遊速。

2017年的一項研究發現，有一種鳐魚的盾鱗來自與牙齒相同的細胞。這印證了一種假設，即古代魚類的鱗片可能進化成了我們今天的牙齒。牙齒被認為是骨骼的一部分，但它們由一種堅硬的礦物質牙釉質組成，而非骨頭。

骨骼驟變

流體靜力骨骼是無脊椎動物體内充滿液體的柱狀物或腔體，無脊椎動物包括水母、扁蟲、線蟲和蚯蚓等環節動物。肌肉和結締組織圍繞腔體，形成堅固的體壁，北卡羅來納大學的生物學家Bill Kier解釋說。

蚯蚓的體腔充滿了玫瑰色的體液，本質上就像血液一樣，Kier說。這些腔體分段，這樣蚯蚓可以獨立擴張和收縮肌肉，産生運動波，讓自己在地面上蠕動。

海葵的内腔周圍的肌肉也會一起運作，讓海葵移動，躲避潛在的捕食者，這與我們的肱二頭肌和肱三頭肌調動上臂類似。

一些動物，比如藍蟹，在脆弱的狀态中，可以從外骨骼切臨時換成流體靜力骨骼。在2013年的一項研究中，Kier和同事Jennifer Taylor發現，在蛻殼期間，藍蟹體内的水壓大幅增加，柔軟的身體内的液體就起到了流體靜力骨骼的作用，可以讓藍蟹移動。大約三天後，新形成的外骨骼足夠堅硬，藍蟹又會恢複原狀。

Huskey說，骨骼是進化過程中令人難以置信的壯舉，每一小塊都對動物、對動物在環境中找到正确的行進方向至關重要。

“沒有骨骼，我們隻是一大袋躺在那裡、在地闆上抽搐的肌肉，”他說：“沒有骨骼，我們哪裡也去不了；骨骼帶來了運動、覓食和我們喜歡的各種行為。”

（譯者：Sky4）

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