烏龜：未來最瀕危的脊椎動物

和恐龍同時期的動物

烏龜廣義上指龜鱉目的統(tǒng)稱，狹義上指龜科下的物種。在動物分類學上隸屬于爬行綱、龜鱉目、龜科，是常見的龜鱉目動物之一，是現(xiàn)存古老的爬行動物。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、桂南等地數(shù)量較多。國外主要分布于日本、韓國和朝鮮。

一般將龜另稱為烏龜，龜是以甲殼為中心演化而來的爬行動物。龜最早見于三疊紀初期，當時就有發(fā)展完全的甲殼，盡管早期龜可能還不能夠像今日一樣將頭部與四肢縮入殼中。龜已經(jīng)在地球生存了幾千萬年，和恐龍系同時期的動物。

龜?shù)谋臣组L10～18厘米，寬6～12厘米。雄性龜背甲近黑色，雌性棕褐色。分為頭、頸、軀、尾和四肢。與其他爬行動物有顯著區(qū)別的特殊形態(tài)構造是具有龜殼，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成：腹甲在體側延伸，以骨縫或韌帶與背甲相連，這個伸長部分稱為甲橋。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)外兩層構成：內(nèi)層由若干骨板組成，外層由若干角質盾片組成。棱皮龜科完全鞘，稱為喙。龜有肌肉質舌，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，用肺呼吸。

有些龜是陸棲，少數(shù)棲于海洋，其余生活于淡水中。以鮮嫩植物或小動物為食，或以兩者為食?？砷L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、呈圓形或瘦長形，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1.5m，重200kg，因可以載入爬行而著名，綠毛龜是人們喜愛的展覽動物，它實際上是背甲上生有綠藻的金龜或水龜。

清光緒年間，金石學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，即后來的甲骨文?？赡芤驗辇?shù)男凶咚俣染徛医?jīng)常依賴龜殼進行非常有效的防守，所以形象上是沒有出息的樣子。但也因為龜長壽，故成為中國四靈之一。據(jù)歷史記載，白龜?shù)膲勖_到800年以上，故有“千年烏龜萬年鱉”的長壽美譽佳話。

烏龜?shù)淖嫦龋喊爰X龜

半甲齒龜?shù)纳黹L約40公分。半甲齒龜與現(xiàn)代烏龜有許多不同之處。舉例而言：半甲齒龜?shù)纳舷骂I長有牙齒，而現(xiàn)代烏龜?shù)念M部已演化出角質構成的喙嘴。許多史前烏龜已具有完整的龜殼;但是，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。除了嘴部有牙齒、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，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。尾椎的橫突并沒有愈合，肩胛骨缺乏肩峰突。與后來的烏龜不同。

科學家根據(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。

怎樣計算烏龜年齡

隨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)紋圈與樹木的年輪相似，依此可以判斷烏龜?shù)哪挲g，即數(shù)盾片上的同心環(huán)紋數(shù)，然后加1等于龜?shù)膶嶋H年齡。龜?shù)哪贻喸?0歲前較為清晰，年齡愈長愈難用肉眼辨認，只有依據(jù)龜?shù)闹亓縼硗扑?。人工養(yǎng)殖除外，野生龜每500g重的龜齡，在我國南方龜約20年，北方龜約40年。大概年齡可從龜殼的紋路觀測，顏色越深，紋路越清晰就越老，反之則嫩，如果是實際年齡，則不好判斷。

冬眠中的烏龜怎樣呼吸

當進入嚴寒冬季，在如此低溫的環(huán)境中，很多地球生物其實都需要進入一種睡眠狀態(tài)，只有充分的進入到睡眠狀態(tài)，才能確保這些生物安然等來春天。在眾多冬眠的動物中，作為變溫動物的烏龜受環(huán)境氣溫的影響是非常明顯的，在11月至第二年的3月，如果氣候溫度達不到10°C的話，這種生物就處于一種冬眠狀態(tài)，而在這種狀態(tài)下它們靜靜的藏在池底的淤泥之中，又或者是在一些稻草或者松土之中。一旦進入這種狀態(tài)，它們就不需要進食，而且一動不動的。一直到4月初的時候，環(huán)境的溫度達到15°C以上，才能讓這種生物重新醒來，并且開始大量攝入食物。

對于我們?nèi)祟悂碚f，如果處于水溫比較低的水塘中，不需要太長時間便有可能喪命。那這種需要冬眠的生物是如何存活的呢？

烏龜之所以能夠在溫度很低的池塘中活下來，是因為它屬于一種變溫生物，即依靠外部熱源的生物，它們在外部熱源發(fā)生變化的情況下，自己也會跟隨著這種變化而變化，但是我們也知道那些烏龜是用肺呼吸的，需要呼吸空氣。在它冬眠時，又是怎樣呼吸空氣的呢？

通過研究，科學家發(fā)現(xiàn)，龜這種生物之所以能夠在冰冷的水中度過冬眠時期，是受它們的體溫與新陳代謝兩者因素的影響，當這種生物處于冷水中的時候，其新陳代謝的能力是非常緩慢的，隨著水的溫度越來越低，其所具有的新陳代謝功能就會變得越來越緩慢，也正是因為如此，才讓這種生物能在能量或者氧氣較少的環(huán)境下也能夠維持生存。

不僅如此，科學家們還發(fā)現(xiàn)，當這些烏龜進入冬眠狀態(tài)的時候，必須借助之前所儲存的能量，將其移動到與血管齊平的身體表面，此時就可以通過吸收池塘中的氧氣來維持生存。在此需要說明的一點是，這種生物在冬眠狀態(tài)下是不需要使用肺部進行呼吸的。

不過科學家在對眾多烏龜種類進行研究的時候發(fā)現(xiàn)，并不是所有的龜都會隨著水溫的變化而變化。當這種生物在水中生存的時候，它們還需要面對兩個問題，因為一旦水結上冰之后，在冰封的池塘中氧氣含量是非常少的，尤其到了冬季，這些水池可能是嚴重缺氧的，其中有一些種類的龜能夠面對含氧量極低的水，但是有一些烏龜則無法面對這種問題。其中能夠適應這種缺氧狀態(tài)的是鱷龜和彩繪龜，由于這兩個生物可以利用新陳代謝轉變成不需要氧氣就能進行新陳代謝的狀態(tài)，因此它們在缺氧的水中依然能夠安然冬眠。這兩種物龜種類可以在冷水溫度下，承受一百多天的強制淹沒，尤其是彩繪龜更具備強大耐缺氧性。

未來最瀕危的脊椎動物？

人類的世界可能被某些失去的東西所標記，比如說烏龜。以美國地質調(diào)查局的杰弗里·洛維奇為首的生物學家團隊在《生物科學》雜志中寫道：“烏龜在這個現(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。

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物中最瀕危的物種，它們的未來甚至比那些遭受困境而且得到廣泛宣傳的兩棲動物還要危險。

研究人員哀嘆稱，無論是自然資源保護論者還是公眾，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，為何我們需要嚴肅對待》的文章，并不僅僅是一項呼吁人類保留一些不可替代的生物學遺產(chǎn)的懇求。更確切地說，洛維奇的團隊從失去的生態(tài)學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顯著的特征，分別是大種群數(shù)和高生態(tài)量。比如說，歷史上每公頃健康濕地中曾經(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，針對非洲大草原的一項食草動物研究估計，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

這樣一來就會引發(fā)一系列生態(tài)學問題。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)境的礦物質循環(huán)中占據(jù)著重要的位置，去特別是在那些缺乏鈣或者磷的生態(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物種群。一項針對江河口水龜?shù)难芯堪l(fā)現(xiàn)，由于水龜?shù)南В罅康柠}堿灘在短短的8個月時間里就變成了泥灘。這一動態(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的，而且能夠造成營養(yǎng)鹽減少、生態(tài)量結構改變、種群功能消失和入侵物種復辟等后果，所有這些對于生態(tài)系統(tǒng)的健康都是至關重要的?！?/p>

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者，它們會挖掘洞穴并且移動土壤使其變得肥沃。它們的消失也會導致生物多樣性的進一步降低。

此外，在那些溫血鳥類和對能量需求較高的哺乳動物無法生存的棲息地中，烏龜獨特的生理學，比如說緩慢的新陳代謝、資源短缺時的休眠能力，都能夠讓它們在那里維持巨大的種群數(shù)量。當烏龜消失之后，其它動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，失去更多這些標志性的非凡幸存者真的會讓這個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？

烏龜與世界上最大的鋼步子

靠自己翻身的一種方法就是，造出一個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，龜龜們要找到一個只有一個靜態(tài)平衡點的物體。

什么是靜態(tài)平衡點？你可以想象一下，不倒翁靜止的時候，和桌面有幾個接觸點？是一個對吧，這個點就是一個靜態(tài)平衡點。球的話有無數(shù)個靜態(tài)平衡點。

不倒翁能不倒的原因是它的屁股重，重心很低。不倒翁雖然只有一個靜態(tài)平衡點，但是不倒翁的秘訣在于，它的屁股比較大比較重，頭很輕，因此搖擺一段時間后能穩(wěn)定在平衡點上?？墒?，要找到一個全身密度均勻的不倒翁就不容易了。

這個問題，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)學上提出了這個設想。一開始，大多數(shù)科學家也沒考慮烏龜，他們認為單單穩(wěn)態(tài)物體不可能存在，物體最少也有4個靜態(tài)平衡點。

后來，普林斯頓大學的工程學教授想到了烏龜翻身的問題。他們想，烏龜之所以沒有滅絕，它們的龜殼一定是一種天然的不倒翁，里面說不定可以找到天然的單單穩(wěn)態(tài)物體。

為了證實這點，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和內(nèi)力成功翻身，不管怎樣都不會被玩壞。也就是說，這些小家伙們就是不倒翁體質的生物。

科學家通過這個耗時10年的研究，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懸而未決的數(shù)學問題，還解決了烏龜翻身的生物學問題。

通過印度星斑陸龜?shù)撵`感，他們制作出了這種單單穩(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的，但是它卻有不倒翁的技能。鋼步子獲得了很多設計大獎，2010上海世博會匈牙利館展出的鎮(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。

不倒翁體質烏龜翻身法

他們還分析了烏龜翻身的技巧，發(fā)現(xiàn)烏龜?shù)姆矸椒ㄖ饕殖?種。扁烏龜?shù)姆矸ǎ?/p>

如果某龜背甲的高度只有寬度的0.6以下，更容易游泳和挖洞，所以它可能是一只水龜，或者習慣住在泥里。

不過，扁平的龜殼也有明顯的弱點。由于扁殼有2個平衡點，一個在背上，一個在肚子上，所以翻過來朝天的話也很穩(wěn)，不容易翻回去。

曾夸口說可以用杠桿撬動地球的阿基米德告訴大家，杠桿越長，所需的力越小，因此你需要有一根長脖子，把它當成杠桿，用你的頭當作支點，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。側頸龜類、鱷龜科和動胸龜科都是力量型的烏龜選手。

腫背甲烏龜?shù)姆矸ǎ?/p>

背甲高度如果達到寬度的0.8，那么龜殼看起來就比較腫，而這樣的龜龜主要就是靠龜殼自然翻身，而不需要借助脖子當杠桿。

翻身時幾乎不需要花費能量，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物的下巴，但也更容易因重心不穩(wěn)被頂翻，同時也不利于游泳和挖洞。也就是說，其龜殼比較適應于地面上的生活。

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個穩(wěn)定平衡點（兩側背甲各一個，肚子上一個）。

那么在翻身時，依靠自身的形狀，龜殼會自動轉到側面貼地的位置，然后這個龜龜就需要伸長脖子當作臨門一腳。

沙龜屬、大部分陸龜屬和箱龜屬用的就是這種混合法。