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但就其结构和功能而言,它是我们人类及其他所有脊椎动物皮肤的雏形。
我们目前掌握的关于最早期脊椎动物皮肤的信息,大都是通过对部分现存最原始的脊椎动物,例如某些鱼类和水生两栖动物上皮的研究后推测得到的。
这些动物的上皮必须具备保护功能,必须具备敏感性,必须能调节生物体与外部环境之间的生化交互。
其中,尤为重要的是贯穿整个皮肤的各种物质的交互,包括盐、水、氧气,这样才能维持内环境稳定。
因为皮肤必须执行以上种种功能,所以即使是最原始的脊椎动物,它的皮肤也是由多种类型的细胞组成的。
这丝毫不令人意外。
抓过鱼的人都知道,鱼摸起来滑溜溜的,有时甚至是黏糊糊的。
这是因为鱼上皮细胞中的单细胞黏液腺会分泌一种黏液,并在鱼体表形成一个黏液层,[26]这个黏液层能减少鱼游动时的阻力。
鱼身局部黏液层较厚且含有纤维,这是为了保护鱼脆弱的内脏免受擦伤。
鱼皮也有神经纤维穿过,许多还与专门的感觉细胞群相关,包括鱼的体外味蕾。
仔细观察鱼鳃,我们会发现一层更特别的膜,即专门运送氧气、氯化物及其他小分子和离子的上皮。
鳃上皮通过调节氧气、氯化物及其他小分子和离子的运输,维持鱼内环境的电解质平衡,以保证鱼体内的氧气供应。
当第一批脊椎动物首次爬上陆地时,它们就面临着巨大的挑战。
人们称第一批脊椎动物为第一批四足动物。
为适应陆地生活,它们必须发生结构和生理的变化,包括外鳃的消失。
当然,它们依然需要溶解氧和必需的盐分。
此时,它们身体的最外层也开始发生变化,全身的皮肤取代鳃上皮,来执行调节离子和水平衡的功能。
回头再看这些四足动物在今天的后代—现存的两栖类动物它们的皮肤上依然保留着当年过渡到半陆地生活时留下的明显特征。
和鱼一样,两栖动物也是通过皮肤分泌黏液来保持湿润的,但和鱼不同的是,两栖类的黏液腺是多细胞的。
两栖类动物皮肤上特殊的瓶状细胞有助于维持动物体内恰到好处的盐分浓度和水分含量。
所有两栖类动物表皮最外层都含有角蛋白。
大部分鱼的皮肤不含角蛋白,但所有成年两栖类动物、所有爬行动物、鸟类及哺乳动物的表皮都含有角蛋白。
角蛋白复合物是表皮最外层已经死亡且不具备渗透性的细胞的主要成分。
角蛋白主要有α-角蛋白和β-角蛋白两种形式,长久以来一直参与脊椎动物的演化。
角蛋白主要有两个作用:[27]其一是作为皮肤的坚硬附件,如鱼的生殖突,鸟的羽毛,哺乳动物的体表被毛,以及大部分四足动物的蹄爪;其二是增强皮肤抵抗力,提供额外的抗磨损保护,及水下运动的被动屏障。
这两大功能对大多数时间生活在陆地上的动物而言至关重要。
对于两栖类动物而言,黏液分泌和角质化共同保护着它们免受微生物的侵害。
此外,部分两栖类动物的颗粒腺还能分泌毒液或者刺激物,以进一步保护自身免受微生物感染,并使自己有毒,或者使自身的肉质令其他动物难以下咽。
假如你是一只小小的、没有巨大牙齿也跑不快的动物,那么变得令其他动物难以下咽是有好处的。
蟾蜍的皮肤能产生有毒物质的事实广为人知,实际上许多其他两栖动物同样也能生产。
[28]
最早期爬行动物的祖先在适应全天候陆地生活的过程中,皮肤结构也发生过巨大变化。
肺完全取代皮肤,从外部环境中获取氧气,肾脏开始执行维持体内盐分平衡的功能。
但作为动物,仍需避免在户外被晒干,或移动时身体严重受损。
问题的解决办法或许是四足动物皮肤演化中最有意义的一步,也即角质层的出现。
于早期爬行动物而言,这一变化是翻天覆地的。
由基质蛋白、角蛋白、复合脂质组成的扁平上皮细胞层不仅能防止皮肤表面水分的流失,还能增强皮肤的抗磨损能力。
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