马来穿山甲和中华穿山甲鳞片编码系统及鳞片差异性

郭 策 逯金瑶 李思源 姜宇泽 梁春芳 华 彦 李 波 李 立 唐松元 徐艳春*

(1.东北林业大学野生动物与自然保护地学院，哈尔滨，150040；2.国家林业和草原局野生动物保护与利用工程技术研究中心，哈尔滨，150040；3.湖南省生物多样性保护中心，长沙，410116；4.广东省林业科学研究院，广东省森林培育与保护利用重点实验室，广州，510520)

世界上现存8种穿山甲[1-3]，亚洲有4种，分别是菲律宾穿山甲(Manisculionensis)、印度穿山甲(M.crassicaudata)、中华穿山甲(M.pentadactyla)和马来穿山甲(M.javanica)；非洲有4种，分别是南非穿山甲(M.temminckii)、大穿山甲(M.gigantea)、树穿山甲(M.tricuspis)和长尾穿山甲(M.tetradactyla)。由于栖息地的减少和破碎化，以及大量偷猎等原因[4-5]，穿山甲种群数量迅速减少，中华穿山甲和马来穿山甲减少最为明显[6]。

穿山甲的鳞片是重要的防卫器官，不同种类穿山甲的鳞片形态存在差异，如非洲大穿山甲的鳞片巨大，树穿山甲的鳞片狭长，亚洲穿山甲的鳞片较小、近乎扇形。鳞片形态差异可能源自对环境的不同适应，但其适应性进化机制尚不清楚，因此，比较研究鳞片的形态、分布格局、数量变化等都具有重要的生物学价值。同时，在执法过程中通过鳞片的形态比较来识别物种、估算个体数量也是一项非常重要的手段。

鳞片形态表现出明显的种间差异，可以提供个体信息，但鳞片的几何形状在身体各个部位上呈现出明显的渐变性[7]，只有同一部位的鳞片才具有可比性[8]。在执法实践中常常面对离体鳞片，很难确定一个鳞片的来源部位，严重影响鉴定工作，因此，开发一种确定鳞片位置的工具非常重要。

通过观察发现，穿山甲周身鳞片是有序排列的，排列方向为从前向后、从中线向肢端，均呈覆瓦状[9]。鳞片形态沿着排列方向逐渐移行渐变，并有左右对称的趋势。如果以身体纵轴和四肢建立坐标系，就可以对每一枚鳞片按所处的部位进行编码。有了固定的空间位置，就可以研究形态变化的规律，确定鳞片的位置，最终得以把相应部位的鳞片进行形态比较，大大简化比较过程，提高可靠性。为此，本研究以马来穿山甲和中华穿山甲为例，建立了鳞片空间编码方法，并从2个物种的比较中发现二者在鳞片排列方式和分布规律上的差异。

1 材料与方法

1.1 穿山甲鳞片的编码规则

1.1.1 体表区域划分及编码方法

用5只马来穿山甲和5只中华穿山甲的死体标本建立鳞片的编码系统。把穿山甲躯体分为头部、颈部、躯干、四肢和尾部5个区域(图1)。因为头部的鳞片小而杂乱，形态变化缺乏规律性，故此，编码系统中未包含头部鳞片，而是对颈部、躯干、四肢和尾部的鳞片进行编码。

图1 穿山甲鳞片位置分区

编码之前建立坐标系。以体背中列(dorsal middle row)鳞片为纵轴，以首行颈鳞为横轴，建立平面坐标系。确定首行颈鳞时，首先以耳廓两侧的鳞片(auricle scale，AS)作为头部最后1行鳞片，其下一行即为颈部的首行鳞片。把位于该行背中列的鳞片定义为背中列上的首枚鳞片，作为坐标系的原点(original point，OP)，也是编码的起点(图2)，横坐标设为0，纵坐标设为1。自此鳞开始，沿背中列向尾部的方向对背中列上所有鳞片依次编码为2、3、4、5……，直至尾端最后1片鳞片。

图2 穿山甲首行鳞片位置

因颈部与躯干部的鳞片是直接移行过渡的，故此，颈部和背部使用同一个编码方法：背中列右侧鳞片(trunk dorsolateral scale right rows，DLR)和背中列左侧鳞片(trunk dorsolateral scale left rows，DLL)按右正左负原则编码，背中列右侧首行(DLR1)鳞片依次编码为(1，1)、(1，2)、(1，3)……，第2行(DLR2)鳞片编码为(2，1)、(2，2)、(2，3)……，依次顺延至肢端或腹部最后1枚。背中列左侧首行(DLL1)鳞片依次编码为(1，-1)、(1，-2)、(1，-3)……，第2行(DLL2)鳞片编码为(2，-1)、(2，-2)、(2，-3)……，依次顺延至肢端或腹部最后1枚(图3)。

图3 鳞片区域划分编码

1.1.2 前肢边界的划分和编码方法

颈部和躯干部编码时，每枚鳞片下均覆盖1枚鳞片。但从背部向前肢转换处，有1枚鳞片下覆盖2枚鳞片，由此定义被覆盖的2枚鳞片所在的行为前肢首行，左右前肢划分相同，编码按照右正左负的原则，右前肢(right forelimb，RFL)首行鳞片编码为(1，1)、(1，2)、(1，3)……，第2行鳞片编码为(2，1)、(2，2)、(2，3)……，依次顺延至肢端最后1枚；左前肢(left forelimb，LFL)首行鳞片编码为(-1，-1)、(-1，-2)、(-1，-3)……，第2行编码为(-2，-1)、(-2，-2)、(-2，-3)……，至肢端最后1枚(图4)。

图4 前肢与躯干交接鳞片位置

1.1.3 后肢边界的划分和编码方法

躯干部靠近后肢位置的鳞片陡然变小，变小的首行鳞片即为后肢首行，左右肢相同。编码时也根据右正左负的原则，右后肢(right hindlimb，RHL)首行编码为(1，1)、(1，2)、(1，3)……，第2行编码为(2，1)、(2，2)、(2，3)……，依次顺延至肢端最后1枚；左后肢(left hindlimb，LHL)首行编码为(-1，-1)、(-1，-2)、(-1，-3)……，第2行编码为(-2，-1)、(-2，-2)、(-2，-3)……，依次顺延至肢端最后1枚(图5)。

图5 后肢与躯干交接鳞片位置

1.1.4 尾部的划分和编码方法

因尾背部与躯干部的鳞片是直接移行过渡的，因此，尾背部和躯干部使用同一个编码方法，尾腹部编码方法：以尾腹部中列鳞片为纵轴，以首行尾腹部鳞片为横轴，建立平面坐标系。确定首行尾腹部鳞片时，首先以纵轴上第1片鳞片为原点，遵循每片鳞片覆盖下一片鳞片的原则，确定第1行鳞片(图6A)，但如果第1行鳞片上方还有多余行鳞片，则以鳞片上方首行鳞片作为第1行鳞片(图6B)。自尾腹部纵轴第1片鳞片开始，向尾末端的方向对纵轴上所有鳞片依次编码为1、2、3、4、5……，直至最后1片鳞片。编码时也根据右正左负的原则，尾腹中列右侧首行(right caudal middle，RCM1)鳞片依次编码为(1，1)、(1，2)……，第2行(RCM2)鳞片编码为(2，1)、(2，2)……，依次顺延至尾部侧鳞片(但不包括尾部侧鳞片)。尾腹中列左侧首行(left caudal middle，LCM1)鳞片依次编码为(1，-1)、(1，-2)……，第2行(LCM2)鳞片编码为(2，-1)、(2，-2)、(2，-3)……，依次顺延至尾侧鳞片前1枚鳞片。

图6 穿山甲尾腹部鳞片位置

1.2 数据处理与分析

将全身各部位鳞片的编码坐标输入Excel 2010的数据表中，采用R 3.6.3程序包的tidyverse、readxl、ggnewscale分别将每种穿山甲的5只个体，以及2物种所有样本的数据进行叠加，用ggplot2程序包生成热图，以显示种内变异和种间差异。统计每种穿山甲各部位鳞片数量，采用独立样本t检验分析种间的差异。描述性统计和t检验均采用IBM SPSS 19.0完成。

2 结果与分析

2.1 全身鳞片分布的保守区与可变区

通过全身鳞片的编码，得到马来穿山甲(n=5)和中华穿山甲(n=5)鳞片分布的热图。身体背面热图(图7)中颜色越深表示该区域的鳞片分布越保守，即个体间的差异越小。2个物种都表现出相似的分布格局：躯干部越靠近背中列的部位个体间越保守，越靠近腹侧边缘的部位个体间变化越大。四肢部位比躯干部的变化大，四肢背侧较腹侧保守。具体而言，四肢的第1行鳞片数量在个体间变化最大，第2行次之；最后2或3行变异度也较大，而中间的4或5行相对保守；四肢靠近远端的鳞片变异度大，靠近躯干的鳞片比较保守。四肢的保守性基本左右对称。尾背前8行表现出较大的个体差异性，鳞片数量的增减情况呈左右对称。

图7 穿山甲全身鳞片分布的热图(n=5)

尾腹部两侧边缘处2个物种差异明显，马来穿山甲尾腹部前端鳞片呈“凹”字排列，中华穿山甲尾腹部前端鳞片呈“凸”字排列(图8)。尾腹部鳞片越靠近中列越保守。

图8 穿山甲尾腹部鳞片分布热图(n=5)

2.2 鳞片分布的差异

将马来穿山甲和中华穿山甲鳞片分布热图叠加，发现2个物种鳞片分布的差异主要在尾部和四肢(图9)。马来穿山甲体背鳞片的保守区范围略大于中华穿山甲，但体背鳞片排列行数基本一致；马来穿山甲尾部和四肢的鳞片数量和行数均明显多于中华穿山甲。

2.3 鳞片数量的差异

马来穿山甲和中华穿山甲全身鳞片的总数和各个区域鳞片数量都存在极显著的差异(表1)。马来穿山甲全身鳞片的总数(793～913枚)明显多于中华穿山甲(548～623枚)。纵向来看，二者躯干部背中列的鳞片数没有显著差异，但尾部背中列的鳞片数前者显著多于后者；横向来看，躯干部体周鳞片的列数和前后肢的鳞片数，前者都显著大于后者，这与鳞片分布热图显示的差异相一致。2种穿山甲背中列两侧的鳞片在向左或右移行过程中，会偶有缺失一行的现象，使身体左右的鳞片行数不完全对称。当一行鳞片缺失时，其下一行的鳞片通常明显变大，补足缺失的空间(图10)。在编码系统中，这种缺失现象可以清晰地反映出来(图9)。

表1 马来穿山甲和中华穿山甲身体各区域鳞片的数量差异

图9 马来穿山甲(红色)和中华穿山甲(蓝色)鳞片分布格局的比较

图10 马来穿山甲鳞片正常格局(左)和缺失(右)

尾腹部区域的颜色差异明显，马来穿山甲尾腹部鳞片明显比尾背部鳞片颜色浅(图11A、B)，中华穿山甲尾腹部鳞片与尾背部鳞片颜色一致，呈深褐色(图11C、D)。

图11 马来穿山甲和中华穿山甲尾部颜色比较

四肢是鳞片变异度较高的区域，也是种间差异的主要区域。马来穿山甲的前后肢鳞片的行数、前后足背面鳞片的行数、腕关节处的鳞片数都多于中华穿山甲，且差异显著(表2)。马来穿山甲和中华穿山甲四肢的首行鳞片的纵坐标(相对于背中列的位置)、腕关节首行鳞片相对于前肢的首行鳞片，以及踝关节首行鳞片相对后肢首行鳞片的位置之间也表现出一定的差异(表3)。从前肢腕关节处到前掌末端覆鳞的数量，以及后肢踝关节处到后掌末端覆鳞数量都呈逐渐减少的趋势。

表2 马来穿山甲和中华穿山甲四肢鳞片数量的差异

表3 马来穿山甲和中华穿山甲四肢鳞片相对背中列的位置

此外，马来穿山甲前肢最后一纵列鳞片逆向生长，与相邻纵列鳞片呈“人”字状拱起，而中华穿山甲无此纵列鳞片(图12)。因此，这一纵列鳞片可作为鉴别马来穿山甲和中华穿山甲的特征。

图12 马来穿山甲(左)和中华穿山甲(右)前肢鳞片

3 讨论

本研究通过定义一个平面坐标系，将穿山甲全身鳞片进行逐一编码，将不同个体、不同物种全身的鳞片放进一个统一的系统内进行比较。这种归一化处理不仅可以比较鳞片空间分布格局的差异，还可以比较鳞片数量的差异。用热图这一直观方式展现比较结果，获得了较好的识别效果。

通过热图比较发现：2种穿山甲躯干部位的鳞片均比较保守，但在体侧存在横向缺失的现象；鳞片变化最大的区域在四肢，同一个物种，四肢鳞片相对于背中列的起始位置以及腕、踝关节鳞片相对前后肢首行鳞片的位置均存在差异，而且四肢同一区域鳞片的数量也会有很大的变化。这在以往的研究中，面对数量众多、形态各异的鳞片，很难做到如此直观和简化。随着样本量的不断增加，鳞片位置和数量的变异性会越来越清晰地展现出来，种内、种间的比较也变得更加容易。例如，可根据任意位置上的两个或多个鳞片的热值进行定量比较，揭示种内的变异度或种间的差异。把鳞片的位置和数量作为形态表型进行定量，与遗传学、环境因子等进行联合分析，可以挖掘出物种、群体和个体等多水平的信息。因此，这种方法可以成为穿山甲形态学比较的便捷工具，在形态学、分类学、鉴定学等方面发挥作用。