海龟的壳是一件杰作。一项研究表明，海洋龟壳结合了灵活性和强度，以保护自己免受鲨鱼等捕食者的攻击和压力，同时优化运动。这种适应性突显了它们壳的复杂设计，并提供了对这种强度与灵活性卓越平衡的洞察力，这使得它们能够在海洋中生存数百万年——这是进化在环境中塑造物种的一个例子。
当我们设想海龟在野外时，很容易把它们想象成装甲战士——它们坚硬耐用的壳作为几乎无法穿透的盾牌，抵御来自鲨鱼等海洋威胁。这些流线型的壳不仅仅是防御的——它们经过设计，以提高速度、效率和生存机会。为了最小化阻力，它们允许海龟在水中轻松滑行，能够潜入惊人的深度，并应对浮出水面时巨大的压力变化。
海龟的壳是一个复杂的杰作，由两个部分组成：背甲（顶部）和腹甲（底部），两者都覆盖有鳞片——紧密附着在骨骼上的坚韧角质板。骨骼形成一种独特的“夹心”结构，由致密的外层骨骼和轻便的海绵状核心组成，结合了强度、浮力和保护，以保护龟的肌肉、神经和重要器官。
但是，这些材料的特性有什么能赋予海洋龟壳如此显著的保护和灵活性？虽然关于淡水龟和陆地乌龟的壳的研究已经有很多，但海洋龟的研究则相对较少。
为填补这一空白，来自佛罗里达大西洋大学的研究人员深入探讨了北大西洋三种常见海龟物种的背甲的生物力学特性：绿龟（Chelonia mydas）、橘皮龟（Caretta caretta）和肯普龟（Lepidochelys kempii）。他们的研究结果显示出对这些海洋巨人的发展提出了令人惊讶的新见解。
通过先进的压缩测试和统计模型，研究团队在许多生命阶段（从幼龟到成龟）研究了这些龟壳的韧性、刚度和强度。他们的结果发表在《实验生物学杂志》上，表明海洋龟的壳骨复合体在平衡生物力学权衡方面发挥着至关重要的作用，例如较低的刚度和高程度的灵活性，以保护它们免受捕食者和环境压力，同时优化它们在水中高效移动的能力。这种独特的适应性突显了海洋龟形态的复杂和动态性质，壳的设计必须适应它们水生栖息地中生存和高效运动的双重需求。
尽管这三种物种有着相似的结构设计，但它们的壳在应对压力时表现出明显的差异。例如，绿龟拥有最坚韧、最刚性的壳，骨骼更密集、更强壮。同时，橘皮龟则具有更灵活、孔隙较大的背甲，这种设计在压力下更具适应性。这些变化可能反映了每个物种对其独特环境和面临的威胁的进化反应。
有趣的是，海龟的壳在每个物种生长过程中保持恒定的韧性。第一作者、佛罗里达大西洋大学生物科学系博士生伊瓦娜·J·莱茨卡诺表示：“我们相信这种变异很可能是它们进化和栖息环境的结果。不同物种之间壳的刚度差异可能与它们各自独特的生活历史有关，每个物种都适应了独特的环境挑战和捕食风险。”
对绿龟和肯普龟而言，随着体型增大，它们的壳会变得更加坚硬和强壮，提供更强的防御——尤其是在次成龟和成龟阶段。尤其是肯普龟，随着生长，其壳刚性的增长速度更快，这可能是因为它们较早成熟并转向在风险更大的沿海水域觅食。
莱茨卡诺说：“令人着迷的是，它们的壳随着时间推移而进化以提供更多的保护。幼年绿龟的壳刚度可能尤其重要，因为它们的壳缺乏能够有效保护抵抗捕食者的脊刺和龙骨，而年轻的橘皮龟和肯普龟则带有这样的结构。形式和功能的动态相互作用确保了这些龟的生存能力。”
然而，橘皮龟在各生命阶段的壳刚度没有显著变化。壳刚度的缓慢增长可能解释了它们在开放海洋中停留更长时间的原因，避免了更危险的沿海栖息地，直到它们变得更大和更有保护能力。
研究人员还发现，海洋龟的壳对压缩的反应与陆地龟相似，后者具有相似的基本壳结构。壳的内部多孔层是其强度的关键，使其既坚固又耐用，有助于保护海龟免受咬合或抓挠等攻击。
佛罗里达大西洋大学生物科学系的教授、本文共同作者简妮特·温肯博士表示：“成体海龟的壳与它们的陆地亲属相比，竟然出人意料地柔韧。但有一个很酷的地方：虽然它们的壳随时间变得更强，但它们并不会变得像陆地龟的壳那样完全坚固。这种灵活性至关重要——因为它使它们能够在压力下‘弯曲壳体’，这对应对水下环境的严酷和变化条件至关重要。”
这项研究不仅揭示了海龟壳的迷人设计，还显示了大自然如何巧妙地调整这些生物以适应生存。
佛罗里达大西洋大学生物科学系的副教授、文章共同作者玛丽安·波特博士表示：“我们的研究为海龟为何能够在时间上繁衍生息提供了新的见解。它们的壳适应了它们的水生生活方式，既坚固足以抵挡捕食者，又足够坚韧以吸收冲击。这种强度与灵活性的非凡平衡使它们能够在海洋中生存数百万年——这是进化在环境中塑造物种的一个例子。”
