馬來穿山甲和中華穿山甲鱗片編碼系統及鱗片差異性

郭 策 逯金瑤 李思源 姜宇澤 梁春芳 華 彥 李 波 李 立 唐松元 徐艷春*

(1.東北林業大學野生動物與自然保護地學院，哈爾濱，150040；2.國家林業和草原局野生動物保護與利用工程技術研究中心，哈爾濱，150040；3.湖南省生物多樣性保護中心，長沙，410116；4.廣東省林業科學研究院，廣東省森林培育與保護利用重點實驗室，廣州，510520)

世界上現存8種穿山甲[1-3]，亞洲有4種，分別是菲律賓穿山甲(Manisculionensis)、印度穿山甲(M.crassicaudata)、中華穿山甲(M.pentadactyla)和馬來穿山甲(M.javanica)；非洲有4種，分別是南非穿山甲(M.temminckii)、大穿山甲(M.gigantea)、樹穿山甲(M.tricuspis)和長尾穿山甲(M.tetradactyla)。由于棲息地的減少和破碎化，以及大量偷獵等原因[4-5]，穿山甲種群數量迅速減少，中華穿山甲和馬來穿山甲減少最為明顯[6]。

穿山甲的鱗片是重要的防衛器官，不同種類穿山甲的鱗片形態存在差異，如非洲大穿山甲的鱗片巨大，樹穿山甲的鱗片狹長，亞洲穿山甲的鱗片較小、近乎扇形。鱗片形態差異可能源自對環境的不同適應，但其適應性進化機制尚不清楚，因此，比較研究鱗片的形態、分布格局、數量變化等都具有重要的生物學價值。同時，在執法過程中通過鱗片的形態比較來識別物種、估算個體數量也是一項非常重要的手段。

鱗片形態表現出明顯的種間差異，可以提供個體信息，但鱗片的幾何形狀在身體各個部位上呈現出明顯的漸變性[7]，只有同一部位的鱗片才具有可比性[8]。在執法實踐中常常面對離體鱗片，很難確定一個鱗片的來源部位，嚴重影響鑒定工作，因此，開發一種確定鱗片位置的工具非常重要。

通過觀察發現，穿山甲周身鱗片是有序排列的，排列方向為從前向后、從中線向肢端，均呈覆瓦狀[9]。鱗片形態沿著排列方向逐漸移行漸變，并有左右對稱的趨勢。如果以身體縱軸和四肢建立坐標系，就可以對每一枚鱗片按所處的部位進行編碼。有了固定的空間位置，就可以研究形態變化的規律，確定鱗片的位置，最終得以把相應部位的鱗片進行形態比較，大大簡化比較過程，提高可靠性。為此，本研究以馬來穿山甲和中華穿山甲為例，建立了鱗片空間編碼方法，并從2個物種的比較中發現二者在鱗片排列方式和分布規律上的差異。

1 材料與方法

1.1 穿山甲鱗片的編碼規則

1.1.1 體表區域劃分及編碼方法

用5只馬來穿山甲和5只中華穿山甲的死體標本建立鱗片的編碼系統。把穿山甲軀體分為頭部、頸部、軀干、四肢和尾部5個區域(圖1)。因為頭部的鱗片小而雜亂，形態變化缺乏規律性，故此，編碼系統中未包含頭部鱗片，而是對頸部、軀干、四肢和尾部的鱗片進行編碼。

圖1 穿山甲鱗片位置分區

編碼之前建立坐標系。以體背中列(dorsal middle row)鱗片為縱軸，以首行頸鱗為橫軸，建立平面坐標系。確定首行頸鱗時，首先以耳廓兩側的鱗片(auricle scale，AS)作為頭部最后1行鱗片，其下一行即為頸部的首行鱗片。把位于該行背中列的鱗片定義為背中列上的首枚鱗片，作為坐標系的原點(original point，OP)，也是編碼的起點(圖2)，橫坐標設為0，縱坐標設為1。自此鱗開始，沿背中列向尾部的方向對背中列上所有鱗片依次編碼為2、3、4、5……，直至尾端最后1片鱗片。

圖2 穿山甲首行鱗片位置

因頸部與軀干部的鱗片是直接移行過渡的，故此，頸部和背部使用同一個編碼方法：背中列右側鱗片(trunk dorsolateral scale right rows，DLR)和背中列左側鱗片(trunk dorsolateral scale left rows，DLL)按右正左負原則編碼，背中列右側首行(DLR1)鱗片依次編碼為(1，1)、(1，2)、(1，3)……，第2行(DLR2)鱗片編碼為(2，1)、(2，2)、(2，3)……，依次順延至肢端或腹部最后1枚。背中列左側首行(DLL1)鱗片依次編碼為(1，-1)、(1，-2)、(1，-3)……，第2行(DLL2)鱗片編碼為(2，-1)、(2，-2)、(2，-3)……，依次順延至肢端或腹部最后1枚(圖3)。

圖3 鱗片區域劃分編碼

1.1.2 前肢邊界的劃分和編碼方法

頸部和軀干部編碼時，每枚鱗片下均覆蓋1枚鱗片。但從背部向前肢轉換處，有1枚鱗片下覆蓋2枚鱗片，由此定義被覆蓋的2枚鱗片所在的行為前肢首行，左右前肢劃分相同，編碼按照右正左負的原則，右前肢(right forelimb，RFL)首行鱗片編碼為(1，1)、(1，2)、(1，3)……，第2行鱗片編碼為(2，1)、(2，2)、(2，3)……，依次順延至肢端最后1枚；左前肢(left forelimb，LFL)首行鱗片編碼為(-1，-1)、(-1，-2)、(-1，-3)……，第2行編碼為(-2，-1)、(-2，-2)、(-2，-3)……，至肢端最后1枚(圖4)。

圖4 前肢與軀干交接鱗片位置

1.1.3 后肢邊界的劃分和編碼方法

軀干部靠近后肢位置的鱗片陡然變小，變小的首行鱗片即為后肢首行，左右肢相同。編碼時也根據右正左負的原則，右后肢(right hindlimb，RHL)首行編碼為(1，1)、(1，2)、(1，3)……，第2行編碼為(2，1)、(2，2)、(2，3)……，依次順延至肢端最后1枚；左后肢(left hindlimb，LHL)首行編碼為(-1，-1)、(-1，-2)、(-1，-3)……，第2行編碼為(-2，-1)、(-2，-2)、(-2，-3)……，依次順延至肢端最后1枚(圖5)。

圖5 后肢與軀干交接鱗片位置

1.1.4 尾部的劃分和編碼方法

因尾背部與軀干部的鱗片是直接移行過渡的，因此，尾背部和軀干部使用同一個編碼方法，尾腹部編碼方法：以尾腹部中列鱗片為縱軸，以首行尾腹部鱗片為橫軸，建立平面坐標系。確定首行尾腹部鱗片時，首先以縱軸上第1片鱗片為原點，遵循每片鱗片覆蓋下一片鱗片的原則，確定第1行鱗片(圖6A)，但如果第1行鱗片上方還有多余行鱗片，則以鱗片上方首行鱗片作為第1行鱗片(圖6B)。自尾腹部縱軸第1片鱗片開始，向尾末端的方向對縱軸上所有鱗片依次編碼為1、2、3、4、5……，直至最后1片鱗片。編碼時也根據右正左負的原則，尾腹中列右側首行(right caudal middle，RCM1)鱗片依次編碼為(1，1)、(1，2)……，第2行(RCM2)鱗片編碼為(2，1)、(2，2)……，依次順延至尾部側鱗片(但不包括尾部側鱗片)。尾腹中列左側首行(left caudal middle，LCM1)鱗片依次編碼為(1，-1)、(1，-2)……，第2行(LCM2)鱗片編碼為(2，-1)、(2，-2)、(2，-3)……，依次順延至尾側鱗片前1枚鱗片。

圖6 穿山甲尾腹部鱗片位置

1.2 數據處理與分析

將全身各部位鱗片的編碼坐標輸入Excel 2010的數據表中，采用R 3.6.3程序包的tidyverse、readxl、ggnewscale分別將每種穿山甲的5只個體，以及2物種所有樣本的數據進行疊加，用ggplot2程序包生成熱圖，以顯示種內變異和種間差異。統計每種穿山甲各部位鱗片數量，采用獨立樣本t檢驗分析種間的差異。描述性統計和t檢驗均采用IBM SPSS 19.0完成。

2 結果與分析

2.1 全身鱗片分布的保守區與可變區

通過全身鱗片的編碼，得到馬來穿山甲(n=5)和中華穿山甲(n=5)鱗片分布的熱圖。身體背面熱圖(圖7)中顏色越深表示該區域的鱗片分布越保守，即個體間的差異越小。2個物種都表現出相似的分布格局：軀干部越靠近背中列的部位個體間越保守，越靠近腹側邊緣的部位個體間變化越大。四肢部位比軀干部的變化大，四肢背側較腹側保守。具體而言，四肢的第1行鱗片數量在個體間變化最大，第2行次之；最后2或3行變異度也較大，而中間的4或5行相對保守；四肢靠近遠端的鱗片變異度大，靠近軀干的鱗片比較保守。四肢的保守性基本左右對稱。尾背前8行表現出較大的個體差異性，鱗片數量的增減情況呈左右對稱。

圖7 穿山甲全身鱗片分布的熱圖(n=5)

尾腹部兩側邊緣處2個物種差異明顯，馬來穿山甲尾腹部前端鱗片呈“凹”字排列，中華穿山甲尾腹部前端鱗片呈“凸”字排列(圖8)。尾腹部鱗片越靠近中列越保守。

圖8 穿山甲尾腹部鱗片分布熱圖(n=5)

2.2 鱗片分布的差異

將馬來穿山甲和中華穿山甲鱗片分布熱圖疊加，發現2個物種鱗片分布的差異主要在尾部和四肢(圖9)。馬來穿山甲體背鱗片的保守區范圍略大于中華穿山甲，但體背鱗片排列行數基本一致；馬來穿山甲尾部和四肢的鱗片數量和行數均明顯多于中華穿山甲。

2.3 鱗片數量的差異

馬來穿山甲和中華穿山甲全身鱗片的總數和各個區域鱗片數量都存在極顯著的差異(表1)。馬來穿山甲全身鱗片的總數(793～913枚)明顯多于中華穿山甲(548～623枚)。縱向來看，二者軀干部背中列的鱗片數沒有顯著差異，但尾部背中列的鱗片數前者顯著多于后者；橫向來看，軀干部體周鱗片的列數和前后肢的鱗片數，前者都顯著大于后者，這與鱗片分布熱圖顯示的差異相一致。2種穿山甲背中列兩側的鱗片在向左或右移行過程中，會偶有缺失一行的現象，使身體左右的鱗片行數不完全對稱。當一行鱗片缺失時，其下一行的鱗片通常明顯變大，補足缺失的空間(圖10)。在編碼系統中，這種缺失現象可以清晰地反映出來(圖9)。

表1 馬來穿山甲和中華穿山甲身體各區域鱗片的數量差異

圖9 馬來穿山甲(紅色)和中華穿山甲(藍色)鱗片分布格局的比較

圖10 馬來穿山甲鱗片正常格局(左)和缺失(右)

尾腹部區域的顏色差異明顯，馬來穿山甲尾腹部鱗片明顯比尾背部鱗片顏色淺(圖11A、B)，中華穿山甲尾腹部鱗片與尾背部鱗片顏色一致，呈深褐色(圖11C、D)。

圖11 馬來穿山甲和中華穿山甲尾部顏色比較

四肢是鱗片變異度較高的區域，也是種間差異的主要區域。馬來穿山甲的前后肢鱗片的行數、前后足背面鱗片的行數、腕關節處的鱗片數都多于中華穿山甲，且差異顯著(表2)。馬來穿山甲和中華穿山甲四肢的首行鱗片的縱坐標(相對于背中列的位置)、腕關節首行鱗片相對于前肢的首行鱗片，以及踝關節首行鱗片相對后肢首行鱗片的位置之間也表現出一定的差異(表3)。從前肢腕關節處到前掌末端覆鱗的數量，以及后肢踝關節處到后掌末端覆鱗數量都呈逐漸減少的趨勢。

表2 馬來穿山甲和中華穿山甲四肢鱗片數量的差異

表3 馬來穿山甲和中華穿山甲四肢鱗片相對背中列的位置

此外，馬來穿山甲前肢最后一縱列鱗片逆向生長，與相鄰縱列鱗片呈“人”字狀拱起，而中華穿山甲無此縱列鱗片(圖12)。因此，這一縱列鱗片可作為鑒別馬來穿山甲和中華穿山甲的特征。

圖12 馬來穿山甲(左)和中華穿山甲(右)前肢鱗片

3 討論

本研究通過定義一個平面坐標系，將穿山甲全身鱗片進行逐一編碼，將不同個體、不同物種全身的鱗片放進一個統一的系統內進行比較。這種歸一化處理不僅可以比較鱗片空間分布格局的差異，還可以比較鱗片數量的差異。用熱圖這一直觀方式展現比較結果，獲得了較好的識別效果。

通過熱圖比較發現：2種穿山甲軀干部位的鱗片均比較保守，但在體側存在橫向缺失的現象；鱗片變化最大的區域在四肢，同一個物種，四肢鱗片相對于背中列的起始位置以及腕、踝關節鱗片相對前后肢首行鱗片的位置均存在差異，而且四肢同一區域鱗片的數量也會有很大的變化。這在以往的研究中，面對數量眾多、形態各異的鱗片，很難做到如此直觀和簡化。隨著樣本量的不斷增加，鱗片位置和數量的變異性會越來越清晰地展現出來，種內、種間的比較也變得更加容易。例如，可根據任意位置上的兩個或多個鱗片的熱值進行定量比較，揭示種內的變異度或種間的差異。把鱗片的位置和數量作為形態表型進行定量，與遺傳學、環境因子等進行聯合分析，可以挖掘出物種、群體和個體等多水平的信息。因此，這種方法可以成為穿山甲形態學比較的便捷工具，在形態學、分類學、鑒定學等方面發揮作用。