基于动物适应性进行有鳞目动物鳞片表面超微结构进化研究有鳞目是爬行动物中比较大的一个类群，包括蜥蜴亚目和蛇亚目，物种数量分别约6512和3709种有鳞目动物体型的进化一直是近年来的研究热点，在有四肢的蜥蜴型和无肢细长的蛇型之间的演化至少发生了25次从蜥蜴型到蛇型的转变较为普遍，肢体缩短，足趾丢失和身体伸长的演变，发生在多种有鳞目进化分支中，例如，蛇蜥科、环尾蜥科、盲蜥科、板蜥科、裸眼蜥科、鳞脚蜥科和石龙子科这种形态的转变与大规模的生物地理格局、群落生态和自然选择有关体型的转变是由遗传变异和自然选择作用下驱动形态、行为、生活史和基因调控发生的从蜥蜴型到蛇型，由于蛇和某些无肢蜥蜴的肋骨和鳞片之间功能性连接的改变，形态特征上最明显的变化就是鳞片数量减少（Kerfoot1970）随着扫描电子显微镜的发展与运用，使研究从宏观的鳞片数量多少、种类组成，到更加精细结构的鳞片微观组成状况的转变，如微皮纹和皮肤感受器的分布特征与栖息地生境的相互关系从蜥蜴型到蛇型的转变与鳞片表面的超微结构有着密切关系，借助扫描电镜研究蛇型蜥蜴的鳞片微结构对揭示该类动物的进化过程具有深远意义鳞片是有鳞目动物区别于其他羊膜卵动物的主要特征之一。
有鳞目动物的鳞片由最外层的表皮层和内部的真皮层组成相比于表皮层，真皮层结构通常比较稳定表皮层在有鳞目动物蜕皮的不同时期组织结构略有不同一个完整的脱皮周期分为两个时期，即休止期和蜕皮期在完全休止期，表皮由内而外由5层细胞组成，分别为生发层、α-角质层、中层、β-角质层和角皮层在脱皮期，表皮层由6层紧密的细胞层组成，从内而外分别为透明层、腔隙层、α-角质层、中层、β-角质层和角皮层鳞片最外层的结构称为角皮层，其表面具有复杂的微观结构，包括脊、孔、网状结构等，这一结构首先由Leydig(1872）提出，研究者通常将角皮层和其表面的各种微结构统称为微皮纹，不同学者给出的英文名称不甚相同，如Ruibal1968、dBursteinetal.1974和Peterson1984a等微皮纹的初步研究表明，其形态特征可能作为分类的一种参考指标微皮纹与其所处的身体部位、鳞片大小和结构、个体发育和行为等方面具有密切关系近年来，有鳞目动物微皮纹与栖息环境之间关系吸引了众多学者的关注Arnold(2002）发现扁平狭长带状微皮纹结构可以减少运动过程中的摩擦，增加去污能力Gower(2003）认为狭窄、精细、规则的微皮纹可能使穴居蛇类具有更好的疏水性和去污力。
此外，刺状表面具有更高的超疏水性鳞片表面微皮纹结构与有鳞目动物的微生境紧密相关作为感知周边栖息地环境变化的重要感觉器，皮肤感受器也成为近年来的研究热点关于有鳞目动物皮肤感受器的研究主要集中于形态结构、分布模式、功能等方面皮肤感受器大多位于头部鳞片表面，其他部位鳞片的棘或龙骨突侧部的皮肤亦有分布研究发现，不同部位皮肤感受器的大小和数量存在显著差异，并且分布位置不稳定，且这种不稳定性可能是蜥蜴的原始状态鳞片上感受器的形态结构和数量会随着个体发育的不同时期而变化皮肤感受器具有不同的形态和结构，如毛发状突起、无毛透镜状和圆顶状的感受器等，而且有的感受器具有色素沉着皮肤感受器可检测外部的物理信号，对动物的生存有着至关重要的影响，如当身体外部遭到危险时，爬行动物可以通过感受器及时感知外界信号，并迅速躲避，或者通过断尾行为来逃生皮肤感受器通过直接接触来感知周围的情况，对温度和微小的机械刺激非常敏感Westhoff等（2005）发现，海蛇的皮肤感受器可用于探测猎物在水中产生的信号，感知水波动产生的刺激迄今为止，微皮纹和感受器的研究大多集中在单个物种或者种群水平的结构与功能适应上，对物种的鳞片微观结构和感受器谱系进化相关性的研究极其匮乏。
Arnold(2002）利用祖先重建分析揭示，微皮纹特征在谱系间出现了多次反复进化的现象，其原因可能是不同微皮纹特征的特定组合更有利于适应其栖息环境Gower(2003）认为，微皮纹特征经历多次独立的起源进化总之，通过对形态特征的祖先重建可以探索形态特征的进化起源以及演变方向和阶段微皮纹结构和感受器是有鳞目动物适应环境的重要表型特征，对其进行祖先重建分析可为有鳞目动物的系统发育提供重要线索本研究以北草蜥、脆蛇蜥和王锦蛇的鳞片为研究对象，利用扫描电子显微镜观察它们的微皮纹结构和皮肤感受器，同时收集整理文献记录的蛇和蜥蜴微皮纹及感受器数据我们希望通过本研究验证如下假设：1）蜥蜴类的微皮纹结构和感受器形态较蛇类的更为原始；2）微皮纹结构和感受器形态与物种所处的进化支系有关；3）尽管进化上更接近于蜥蜴类动物，蛇蜥因生活方式的趋同，其微皮纹和感受器更接近于蛇类1、材料与方法1.1实验动物本研究利用相似生境下的北草蜥、脆蛇蜥和王锦蛇进行对比研究，3个物种均采自浙江丽水，每个物种选取3个样本所有的样本经过检查并清洗后保存于﹣20℃冰箱中，用于显微观察1.2样品处理及显微观察样品解冻后，清洗干净，用解剖刀分别切取北草蜥、蛇蜥和王锦蛇的中段背部和腹部鳞片以及头部鳞片。
头部鳞片选取眼鳞、鼻鳞、眶上鳞、唇鳞、颞鳞和颔片，中段背鳞和腹鳞取大约0.5cm×0.5cm鳞片将鳞片放入5%的福尔马林溶液中固定24h，取出后用流水冲洗1h放入超声波清洗机清洗5min后，梯度酒精脱水（50%、70%、80%、95%、100%各30min），待鳞片自然晾干将样品放入编号的1.5ml离心管中，干燥保存采用自动离子溅射仪（JEOLJFC-1600）镀金后，用扫描电镜（JSM-5610LV）拍照，工作电压为8～10kV1.3数据分析结合本实验的研究结果，收集已发表陆栖有鳞类微皮纹结构（附录1）和感受器形态（附录2）数据，将微皮纹和感受器的结构特征进行数值化其中，包括本实验样本在内共17科99种的微皮纹形态数据，以及8科25种的感受器形态数据对微皮纹特征的记录包括：细胞形状，根据微皮纹表面的边界来界定，分为狭长带状和不规则的多边形结构两类；细胞轮廓，通常为扁平状、向下凹陷和向上凸起三类；细胞边缘小齿，分成无小齿、齿状和刺状突起三类此外，感受器的形态一般分为圆顶状感受器、透镜状感受器和有感觉毛的透镜状感受器三类我们利用MesquiteV3.6(Maddisonetal.2009）从Pyron等（2013）的爬行动物系统进化关系树获取相应研究物种的系统进化树，对微皮纹结构和感受器形态进行祖先重建，以阐明各形态特征在不同体型有鳞类动物中的演化关系。
2、结果分别从眼鳞、眶上鳞、鼻鳞、唇鳞、颞鳞、颔片以及中段背、腹鳞对北草蜥、蛇蜥和王锦蛇的微皮纹和感受器形态特征进行比较（表1）2.1北草蜥微皮纹及感受器形态结构北草蜥的眼睑鳞平彻排列，形状不规则，由上眼睑鳞、上睫鳞、眶上鳞和上睫鳞与眶上鳞之间的粒鳞组成，眼睑鳞、上睫鳞和粒鳞微皮纹为狭长带状，且均无感受器（图1a,b）眶上鳞的微皮纹为狭长带状，边缘向上抬起形成脊，单枚鳞片上具有透镜状感受器，分布1～3枚（图1c）北草蜥颞鳞位于眼与耳孔间，顶鳞与上唇鳞之间，多为五边形，颞鳞上的微皮纹为狭长带状，感受器位于鳞片游离末端，形成凹缺（图1d）北草蜥的鼻孔开口于额鼻鳞、后鼻鳞与第一枚上唇鳞之间额鼻鳞较大，长宽几乎相等，可观察到狭长带状的纹饰和透镜状的感受器分布在鼻鳞边缘，感受器数量1～3枚（图1e）北草蜥单枚唇鳞通常分布1～3枚感受器感受器分布在鳞片游离端，感受器向下凹陷直径约50μm，凹陷程度不同，一侧较深感受器内部较为光滑，感受器周围有狭长带状的微皮纹结构（图1f,g）北草蜥颔片较宽，通常3对，少数对称或不对称，颔片上无感受器颔片上有宽度约5μm的狭长带状微皮纹结构，边缘光滑，且隆起度不高（图1h）。
表1北草蜥、脆蛇蜥和王锦蛇鳞片表皮的微皮纹和感受器形态特征图1北草蜥鳞片表面微皮纹及感受器北草蜥中段背鳞上微皮纹为狭长带状，带状细胞后缘为波浪形，无锯齿状小齿（图1i），中段腹鳞上微皮纹同样为狭长带状，细胞后缘具有锯齿状的小齿凸起，背腹均未观察到感受器（图1j）2.2蛇蜥微皮纹及感受器形态结构蛇蜥的眼鳞由上眼睑鳞、上睫鳞和眶上鳞组成，均呈覆瓦状排列，且上眼睑鳞和上睫鳞微皮纹为狭长带状，边缘较为光滑，上睫鳞鳞片上均分布有透镜状感受器（图2a,b）；眶上鳞单枚鳞片上有2～5枚感受器，感受器周围微皮纹为多边形，相邻细胞边缘向上抬升形成脊，隆起度不高（图2c,d）蛇蜥颞鳞位于耳孔与眼之间，顶鳞与上唇鳞之间，呈叠瓦状排列，单枚鳞片上分布2～5枚感受器，感受器周围微皮纹为多边形（图2e）蛇蜥鼻鳞为一整块，圆形，其上分布感受器，数量3～5枚，可观察到感受器为透镜状结构（图2f），鼻鳞微皮纹结构为不规则多边形，相邻细胞边缘向下凹陷形成沟槽，边缘光滑（图2g），鼻鳞周围的鳞片上都分布着感受器，数量3～10枚，感受器的数量和鳞片大小有关图2蛇蜥头部以及背腹中段鳞片表面微皮纹和感受器蛇蜥上唇鳞和下唇鳞的单枚鳞片均分布有10枚左右的感受器（图2h），可观察到感受器为透镜状结构，周围的微皮纹为不规则多边形，且相邻边缘向下凹陷形成凹槽（图2i）。
蛇蜥颔片三角形，后颔片近似菱形，可观察到单枚颔片上有覆瓦状叠加的圆鳞，游离缘呈弧形，单枚颔片上分布有0～5枚透镜状结构的感受器，颔片上的微皮纹为不规则多边形，且相邻细胞边缘向下凹陷形成槽，感受器内部较为光滑（图2j,k）蛇蜥中段背鳞和腹鳞微皮纹均为不规则多边形，相邻细胞的边缘为扁平状，且无感受器（图2l）2.3王锦蛇微皮纹及感受器形态结构王锦蛇无眼睑，眼鳞主要由眶前鳞、眶后鳞和眶上鳞组成，其微皮纹向上翘起形成脊，紧密排列（图3a），单枚鳞片上分布100多枚透镜状感受器（图3b,c）王锦蛇颞鳞位于眼后，微皮纹为狭长带状，其上同样分布100多枚透镜状感受器（图3d）王锦蛇鼻鳞为前后两块，单枚鳞片上分布100多枚的感受器（图3e），观察到鼻鳞上的微皮纹为狭长带状，但与北草蜥不同，其细胞边缘缺凹形成锯齿状，这些锯齿状的小突起紧密排列感受器为透镜状结构，其内部光滑，没有纹饰（图3e）王锦蛇上唇鳞大约8片，下唇鳞大约11片，单枚鳞片上感受器数量大约在100枚左右（图3f），感受器内部较为光滑，感受器周围的微皮纹为狭长带状，细胞边缘为小齿状凸起，排列规则且紧密（图3g）王锦蛇颔片有两对，分别为前颔片和后颔片，颔片上大约分布50～150枚感受器。
颔片的微皮纹为狭长带状，且边缘有锯齿状的小突起，突起方向指向尾部感受器为透镜状结构，内部光滑（图3h,i）王锦蛇背鳞微皮纹为狭长带状结构，相邻细胞之间覆瓦状排列，细胞后缘有锯齿状的小齿，指向尾部（图3j）腹鳞微皮纹同样为狭长带状，细胞后缘有不规则的锯齿状凸起，指向尾部，且表面分布着微孔（图3k），背腹均无感受器3、讨论3.1微皮纹的结构微皮纹结构特征在3个物种之间存在明显差异：1）脆蛇蜥的头部微皮纹为不规则多边形，而王锦蛇（除眼部周围）和北草蜥头部微皮纹为狭长带状结构；2）北草蜥头部微皮纹的细胞边缘光滑，王锦蛇头部周围（除眼部）微皮纹的细胞边缘具有指向身体尾端的小齿状凸起，而脆蛇蜥的头部微皮纹为不规则多边形3）脆蛇蜥背腹中部的微皮纹结构为不规则多边形，相邻细胞的边缘较为光滑，北草蜥和王锦蛇的背腹中部微皮纹为狭长带状结构，相邻细胞覆瓦状排列，且腹部细胞后缘均具有指向尾部的小齿状凸起微皮纹在有鳞目动物中种间差异很大，例如脆蛇蜥背部微皮纹多为多边形，北草蜥和蛇背部微皮纹为狭长带状而微皮纹在同一个体的不同鳞片上也存在差异，例如，王锦蛇的眼部微皮纹为向上竖起的脊，而其他部位的鳞片为具有小齿状凸起的带状结构；北草蜥的腹部微皮纹具有小齿状凸起，而其他部位的没有小齿状结构。
有鳞目动物鳞片微皮纹特征在身体不同部位的差异。