烏龜：未來最瀕危的脊椎動(dòng)物

●金鈴兒 玉琳 編

和恐龍同時(shí)期的動(dòng)物

烏龜廣義上指龜鱉目的統(tǒng)稱，狹義上指龜科下的物種。在動(dòng)物分類學(xué)上隸屬于爬行綱、龜鱉目、龜科，是常見的龜鱉目動(dòng)物之一，是現(xiàn)存古老的爬行動(dòng)物。中國各地幾乎均有烏龜分布，但以長江中下游各省的產(chǎn)量較高。廣西各地也都有出產(chǎn)，尤以桂東南、桂南等地?cái)?shù)量較多。國外主要分布于日本、韓國和朝鮮。

龜已經(jīng)在地球生存了幾千萬年，和恐龍是同時(shí)期的動(dòng)物，是以甲殼為中心演化而來的爬行動(dòng)物。龜最早見于三疊紀(jì)初期，當(dāng)時(shí)即有發(fā)展完全的甲殼。早期龜可能還不能夠像今日一樣將頭部與四肢縮入殼中。龜背甲長10～18厘米，寬6～12厘米。雄性背甲近黑色，雌性棕褐色。分為頭、頸、軀、尾和四肢。與其他爬行動(dòng)物有顯著區(qū)別的特殊形態(tài)構(gòu)造是具有龜殼，寬短的軀體包含于龜殼內(nèi)。龜殼有拱起的背甲和扁平的腹甲構(gòu)成：腹甲在體側(cè)延伸，以骨縫或韌帶與背甲相連，這個(gè)伸長部分稱為甲橋。頭、四肢和尾從龜殼邊緣伸出，一般均能縮入殼內(nèi)（除海龜和鱷龜）。背甲和腹甲均由內(nèi)外兩層構(gòu)成：內(nèi)層由若干骨板組成，外層由若干角質(zhì)盾片組成。棱皮龜科完全沒有角質(zhì)盾片，表面覆蓋以革質(zhì)皮膚，其骨板也退化為許多小骨片。烏龜?shù)凝敋た砂局瞥升斈z，是常用的中藥。

龜類上下頜均無齒，頜緣被以角質(zhì)鞘，稱為喙。龜有肌肉質(zhì)舌，不能伸出。有眼瞼及瞬膜，瞳孔圓形。聽覺不敏銳，觸覺及嗅覺較發(fā)達(dá)，用肺呼吸。瀉殖肛孔圓形或縱裂。交接器單個(gè)。

有些龜是陸棲，少數(shù)棲于海洋，其余生活于淡水中。以鮮嫩植物或小動(dòng)物為食，或以兩者為食，可長期忍受禁食。通常每年繁殖一次，雌性在陸地產(chǎn)卵，卵為白色、圓形或瘦長形，通常母龜用后腿挖洞，并將卵產(chǎn)于洞中。常見的大型陸龜種類有象龜，體長1.5米，重200千克，因可以載人爬行而著名。綠毛龜是人們喜愛的展覽動(dòng)物，它實(shí)際上是背甲上生育綠藻的金龜或水龜。

清光緒年間，金石學(xué)家王懿榮偶然在中藥材上的“龍骨”片（龜甲）發(fā)現(xiàn)有古文字，即是后來的甲骨文。可能因?yàn)辇數(shù)男凶咚俣染徛?，而且?jīng)常依賴它非常有效地防守，形象上是沒有出息的樣子。但也因?yàn)辇旈L壽，成為中國“四靈”之一。據(jù)歷史記載，白龜?shù)膲勖_(dá)到800年以上，故有“千年烏龜萬年鱉”的美譽(yù)佳話。

烏龜?shù)淖嫦龋喊爰X龜

半甲齒龜?shù)纳黹L約40厘米。半甲齒龜與現(xiàn)代烏龜有許多不同特征。比如：半甲齒龜?shù)纳舷骂M有牙齒，而現(xiàn)代烏龜?shù)念M部已演化出角質(zhì)構(gòu)成的喙嘴；許多史前烏龜已具有完整的龜殼，但半甲齒龜只有腹部具有甲殼，背部無殼；半甲齒龜?shù)睦吖菍拸V，類似現(xiàn)代烏龜?shù)呐咛ァ?/p>

科學(xué)家據(jù)此推測，烏龜?shù)母辜资怯筛估哐莼?；而特化的脊椎與加寬的肋骨逐漸連在一起，演化出背甲。除了嘴部的牙齒、缺乏背甲以外，半甲齒龜還具有許多原始特征。它們的脊椎與肋骨的接觸面，不同于后來的烏龜。同時(shí)，半甲齒龜?shù)娘B骨比例也不同于后來的烏龜，其眼睛之前的部分較長，我尾椎的橫突沒有愈合，肩胛骨缺乏肩峰突。

半甲齒龜又稱無殼龜

科學(xué)家根據(jù)上述特征，發(fā)現(xiàn)半甲齒龜不僅是已知最古老的烏龜，也是已知最原始的烏龜，它們可能是種過渡化石。

怎樣計(jì)算烏龜年齡

隨著大自然的周期性變換，烏龜有明顯的生長期和冬眠期，生長期背甲盾片和身體一樣生長，形成疏松較寬的同心環(huán)紋圈，冬眠期烏龜進(jìn)入蟄伏狀態(tài)，停止生長，背甲盾片也幾乎停止生長，形成的同心環(huán)紋圈狹窄緊密。如此疏密相間的同心環(huán)紋圈同以樹木的年輪推算樹齡相似。依此可以判斷烏龜?shù)哪挲g，即盾片上的同心環(huán)紋多少，然后加1等于龜?shù)膶?shí)際年齡。龜?shù)哪贻喸?0齡前較為清晰，年齡愈長愈難用肉眼辨認(rèn)，只有依據(jù)龜?shù)闹亓縼硗扑?，人工養(yǎng)殖除外，野生的龜每500克重的龜齡，在我國南方約20年，北方的龜約40年。大概年齡可從龜殼的紋路觀看，顏色越深，紋路越清晰就越老，反之則嫩，如果是實(shí)際年齡，則不好判斷。

冬眠中的烏龜是怎樣呼吸的

當(dāng)進(jìn)入嚴(yán)寒冬季，在如此低溫的環(huán)境中，很多地球生物其實(shí)都需要進(jìn)入一種睡眠狀態(tài)，只有充分進(jìn)入到 睡眠狀態(tài)，才 能確保這些生物安然等來春天。在眾多冬眠的動(dòng)物中，作為變溫動(dòng)物的烏龜，受到環(huán)境氣溫的影響是非常明顯的，在11月至第二年的3月，如果氣候溫度達(dá)不到10℃的話，它們就處于一種冬眠狀態(tài)，而在這種狀態(tài)下它們靜靜藏在池底的淤泥之中，或是在一些稻草或者松土之中。一旦進(jìn)入這種狀態(tài)，它們就不需要進(jìn)食，而且一動(dòng)不動(dòng)。一直到4月初的時(shí)候，環(huán)境的溫度達(dá)到15℃以上，才能讓它們重新醒來，并且開始大量攝入食物。

對(duì)于我們?nèi)祟悂碚f，如果處于水溫比較低的水塘中時(shí)，不需要太長時(shí)間便有可能喪命。而這種需要冬眠的生物是如何維持生命的呢？

烏龜之所以能夠在溫度很低的池塘中保持生命，是因?yàn)樗鼘儆谝环N變溫生物，這種生物是依靠外部熱源的生物，它們?cè)谕獠繜嵩窗l(fā)生變化的情況下，自己也會(huì)跟隨著這種變化而變化，但是我們也知道，烏龜是用肺呼吸的，那么在它們冬眠時(shí)，又是怎樣呼吸空氣的呢？

通過研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，烏龜之所以能夠在冰冷的水中度過冬眠時(shí)期，是因?yàn)樗鼈兊捏w溫與新陳代謝兩者因素的影響。當(dāng)它們處于冷水中的時(shí)候，其新陳代謝的能力是非常緩慢的，隨著水的溫度越來越低，它們所具有的新陳代謝功能就會(huì)變得越來越緩慢，讓它們能在更低的能量或者氧氣的環(huán)境下維持生存。

不僅如此，科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)烏龜進(jìn)入冬眠狀態(tài)的時(shí)候，必須借助之前所儲(chǔ)存的能量，將其移動(dòng)到與血管齊平的身體表面，然后通過吸收池塘中的氧氣來維持生存。在此需要說明的一點(diǎn)是，它們?cè)诙郀顟B(tài)下是不需要使用肺部進(jìn)行呼吸的。

另外，在它們身上還有一個(gè)非常不錯(cuò)的血管組織。讓他們可以借助血管化的表面吸收供應(yīng)它們生存下來的足夠的氧氣，而這些氧氣也足以維持其代謝能力的需求。

不過科學(xué)家在對(duì)眾多烏龜種類進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，并不是所有的種類都會(huì)隨著水溫的變化而變化。一旦水結(jié)上冰，池塘中的氧氣含量是非常少的，其中有一些種類能夠面對(duì)含氧量極低的水，但是有一些烏龜則無法適應(yīng)。其中能夠適應(yīng)這種缺氧狀態(tài)的是鱷龜和彩繪龜，它們可以轉(zhuǎn)變成不需要氧氣就能進(jìn)行新陳代謝的狀態(tài)，因此它們?cè)谌毖醯乃幸廊荒軌虬踩欢摺＿@兩種烏龜可以在冷水溫度下，承受一百多天的強(qiáng)制淹沒，尤其是彩繪龜更具備強(qiáng)大耐缺氧性。

未來最瀕危的脊椎動(dòng)物可能是它

如果人類的世界也有一以概之的象征，你可能會(huì)想到很多新奇的標(biāo)志性物件——它們的存在，能夠被遙遠(yuǎn)未來的考古學(xué)家視作地球基本進(jìn)程中，呈現(xiàn)明顯人類色彩的標(biāo)記。不論好壞，這些標(biāo)記已經(jīng)融入到了地球的生物地球化學(xué)中，比如混凝土、塑料、放射性碎片、城市、礦井、快速增長的溫室氣體濃度等等。

但是人類的世界也可能被某些失去的東西所標(biāo)記，比如烏龜。以美國地質(zhì)調(diào)查局的杰弗里·洛維奇為首的生物學(xué)家團(tuán)隊(duì)在《生物科學(xué)》雜志中寫道：“烏龜在這個(gè)現(xiàn)代世界中茍延殘喘，但是它們的掙扎卻從未被重視，甚至被刻意忽略?！?/p>

烏龜?shù)淖嫦瓤梢宰匪莸?億多年前，現(xiàn)在的356種烏龜中有接近61%的物種瀕?；蛘咭呀?jīng)滅絕。它們毫無爭議地成為脊椎動(dòng)物中最瀕危的物種，它們的未來甚至比那些遭受困境但得到廣泛宣傳的兩棲動(dòng)物要更危險(xiǎn)。

研究人員哀嘆稱，無論是自然資源保護(hù)論者還是公眾，都未發(fā)覺烏龜所面臨的困境，但是他們所發(fā)表的這篇名為《所有的烏龜都去哪了，為何我們需要嚴(yán)肅對(duì)待》的文章，并不僅僅是一項(xiàng)呼吁人類保留一些不可替代的生物學(xué)遺產(chǎn)的懇求。更確切地說，洛維奇的團(tuán)隊(duì)從失去的生態(tài)學(xué)功能方面闡述了烏龜?shù)臏缃^問題。

他們還寫道：“史前的烏龜種群有兩個(gè)顯著的特征，分別是大種群數(shù)和高生態(tài)量。比如，歷史上每公頃的健康濕地中曾經(jīng)含有接近1噸的水龜，而每公頃的陸龜生態(tài)量接近600公斤。相比之下，針對(duì)非洲大草原的一項(xiàng)食草動(dòng)物研究估計(jì)，每公頃的烏龜生態(tài)量為199公斤。烏龜?shù)目傊亓吭?jīng)超過大象?！?/p>

一系列的生態(tài)問題

這樣一來就會(huì)引發(fā)一系列生態(tài)學(xué)問題。烏龜和它們富含脂肪的龜?shù)肮B(yǎng)著那些以它們?yōu)槭车奈锓N。它們腐爛后的身體會(huì)重新調(diào)節(jié)分配環(huán)境中的重要營養(yǎng)鹽。洛維奇和同事們稱：“烏龜或許在一些生態(tài)環(huán)境的礦物質(zhì)循環(huán)中占據(jù)著重要的位置。特別是在那些鈣或者磷缺乏的生態(tài)環(huán)境。沒有它們的存在，海灘和沙丘生態(tài)環(huán)境可能根本無以為繼?！?/p>

烏龜也調(diào)節(jié)著它們賴以為食的植物和動(dòng)物種群。一項(xiàng)針對(duì)江河口水龜?shù)难芯堪l(fā)現(xiàn)，由于水龜?shù)南?，大量的鹽堿灘在短短的8個(gè)月時(shí)間里就變成了泥灘。這一動(dòng)態(tài)變化或許在許多環(huán)境中都能發(fā)現(xiàn)。研究人員在論文中寫道：“烏龜消失的影響是深遠(yuǎn)的，而且能夠造成營養(yǎng)鹽減少、生態(tài)量結(jié)構(gòu)改變、種群功能消失和入侵物種復(fù)辟等后果，所有這些對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)的健康都是至關(guān)重要的。

以植物為食的烏龜也在種子傳播中扮演著重要的角色。包含馬達(dá)加斯加島的猴面包樹在內(nèi)的一些樹木由于烏龜?shù)南Ф霈F(xiàn)了衰退，水路沿岸的植被模式也在發(fā)生著變化。許多烏龜也是土壤生物攪動(dòng)者，它們會(huì)挖掘洞穴并且移動(dòng)土壤使其變得肥沃。它們的消失也會(huì)導(dǎo)致生物多樣性的進(jìn)一步降低。

此外，在那些溫血鳥類和對(duì)能量需求較高的哺乳動(dòng)物無法生存的棲息地中，烏龜獨(dú)特的生理學(xué)，比如說緩慢的新陳代謝、資源短缺時(shí)的休眠能力，都能夠讓它們?cè)谀抢锞S持巨大的種群數(shù)量。當(dāng)烏龜消失之后，其它動(dòng)物無法取代它們的位置。

研究人員寫道：“隨著世界的發(fā)展和演變，失去更多這些標(biāo)志性的非凡幸存者真的會(huì)讓這個(gè)世界變得讓人感到悲哀。烏龜曾是滅絕恐龍的小行星撞擊的幸存者，將來它們還能成為人類世界的幸存者嗎？”

烏龜是怎么翻身的？

許多小朋友都養(yǎng)過烏龜，你可能會(huì)遇到它們翻不過來需要幫忙的時(shí)候。要是碰巧沒人幫忙，這只烏龜是不是會(huì)變成龜仙人干？再加上，一些好斗的公烏龜還喜歡在打架的時(shí)候把對(duì)手翻過來。它們這樣防御力“+50”，行動(dòng)力“-1000”的裝備設(shè)定，在野外是怎么活下來的呢？

印度星斑陸龜（右）就是一種鋼步子（左），它們的形狀類似，且都是不倒翁。

烏龜與世界上最大的鋼步子

顯然，不可能所有的烏龜在肚皮朝天的時(shí)候都有大俠來相救。它們還需要依靠自己的力量。

靠自己翻身的一種方法就是，造出一個(gè)具有不倒翁功能的龜殼來，這樣不管怎么翻身，最后龜龜們都可以穩(wěn)穩(wěn)地翻回來。也就是說，龜龜們要找到一個(gè)只有一個(gè)靜態(tài)平衡點(diǎn)的物體。什么是靜態(tài)平衡點(diǎn)？你可以想象一下，不倒翁靜止的時(shí)候，和桌面有幾個(gè)接觸點(diǎn)？是一個(gè)對(duì)吧，這個(gè)點(diǎn)就是一個(gè)靜態(tài)平衡點(diǎn)。球就有無數(shù)個(gè)靜態(tài)平衡點(diǎn)。

不倒翁的“秘訣”在于，它的屁股比較大比較重，頭很輕，因此搖擺一段時(shí)間后能穩(wěn)定在平衡點(diǎn)上?？墒?，要找到一個(gè)全身密度均勻的不倒翁就不容易了。

這個(gè)問題，被命名為單單穩(wěn)態(tài)形狀問題。一開始，它是俄國數(shù)學(xué)家弗拉基米爾·阿諾爾德在1995年提出的。

阿諾爾德沒往烏龜那處去想，只是單純地從數(shù)學(xué)上提出了這個(gè)設(shè)想。一開始，大多數(shù)科學(xué)家也沒考慮烏龜，他們認(rèn)為單單穩(wěn)態(tài)物體不可能存在，物體最少也有4個(gè)靜態(tài)平衡點(diǎn)。

后來，普林斯頓大學(xué)的工程學(xué)教授想到了烏龜翻身的問題。他們想，一定是龜殼讓烏龜成為“不倒翁”，里面說不定可以找到天然的單單穩(wěn)態(tài)物體。

為了證實(shí)這點(diǎn)，他們抓了30只包括印度星斑陸龜在內(nèi)的不同品種的烏龜，每天不玩別的，就玩翻烏龜。他們發(fā)現(xiàn)，其中的大多數(shù)烏龜?shù)凝敋ざ寄軒退鼈兎?，特別是小印度星斑陸龜總能完全不借助外力成功翻身，不管怎樣都不會(huì)被玩壞。也就是說，這些小家伙們就是不倒翁體質(zhì)的生物。

通過這個(gè)耗時(shí)10年的研究，研究團(tuán)隊(duì)終于在印度星斑陸龜上找到了傳說中的單單穩(wěn)態(tài)形狀。他們不但解決了一個(gè)懸而未決的數(shù)學(xué)問題，還解決了烏龜翻身的生物學(xué)問題。

通過印度星斑陸龜?shù)撵`感，他們制作出了單單穩(wěn)態(tài)形狀，并且把它命名為鋼步子。鋼步子全身上下是勻質(zhì)的，但是它卻有不倒翁的技能。鋼步子獲得了很多設(shè)計(jì)大獎(jiǎng)，2010上海世博會(huì)匈牙利館展出的鎮(zhèn)館之寶就是鋼步子，這也是世界上最大的鋼步子，大約有3米高。

不倒翁體質(zhì)烏龜翻身法

他們還分析了烏龜翻身的技巧，根據(jù)背甲的高度和寬度比發(fā)現(xiàn)烏龜?shù)姆矸椒ㄖ饕殖?種。

扁烏龜?shù)姆矸ǎ?/p>

如果背甲的高度只有寬度的0.6以下，更容易游泳和挖洞，所以可能是一只水龜，或者習(xí)慣住在泥里。

不過，扁平的龜殼也有明顯的弱點(diǎn)。由于扁殼有2個(gè)平衡點(diǎn)，一個(gè)在背上，一個(gè)在肚子上，所以翻過來朝天的話也很穩(wěn)，不容易翻回去。另外，扁殼的設(shè)定也容易被肉食動(dòng)物當(dāng)成法國薄脆餅干。

曾夸口說可以用杠桿撬動(dòng)地球的阿基米德告訴大家，杠桿越長，所需的力越小，因此扁龜需要有一根長脖子，把它當(dāng)成杠桿，用頭當(dāng)作支點(diǎn)，幫助自己翻身。

所以一般來說，扁殼的烏龜脖子更長，高殼的烏龜脖子比較短。側(cè)頸龜類、鱷龜科和動(dòng)胸龜科都是這樣力量型的烏龜選手。

腫背甲烏龜?shù)姆矸ǎ?/p>

背甲高度如果達(dá)到寬度的0.8，那么龜殼看起來就比較腫，而這樣的烏龜主要就是靠龜殼自然翻身，而不需要借助脖子當(dāng)杠桿速度也很快。

這樣臃腫的龜殼雖然更容易翻身，咬起來也容易扭傷肉食動(dòng)物的下巴，但也更容易重心不穩(wěn)被頂翻，同時(shí)也不利于游泳和挖洞。也就是說，這種龜殼比較適應(yīng)于地面上的生活。

印度星龜、豹紋陸龜、射紋龜、一些陸龜屬和箱龜屬都是屬于這一類。

其他烏龜?shù)姆矸ǎ?/p>

如果龜甲的高度和寬度比在0.6和0.8之間，龜殼就有3個(gè)穩(wěn)定平衡點(diǎn)（兩側(cè)背甲各一個(gè)，肚子上一個(gè)）。

那么在翻身時(shí)，依靠自身的形狀，龜殼會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)到側(cè)面貼地的位置，然后這個(gè)烏龜就需要伸長脖子當(dāng)作臨門一腳。

沙龜屬、大部分陸龜屬和箱龜屬用的就是這種混合法。