数亿年来，爬行动物一直在皮肤中断断续续地长出盔甲，但科学家从未完全理解其演化过程。一项大规模的新演化研究表明，这些皮肤骨板是在多个蜥蜴类群中独立出现的，而非源自单一的有甲祖先。更令人惊讶的是，澳洲巨蜥在很久以前失去了这种盔甲，却在数百万年后又重新演化了出来。
从那时起，皮骨一直是进化中反复出现的主题。然而，我们对此仍知之甚少。为什么它们会在海龟、鳄鱼、蜥蜴、蛇甚至恐龙等如此多样的群体中反复出现？是否存在一个拥有皮骨的共同祖先孕育了它们所有？
发表在《林奈学会生物学杂志》（Biological Journal of the Linnean Society）的一项新研究中，我们探讨了这个问题。我们结合化石证据和现代计算工具，重建了3.2亿年的爬行动物皮骨进化史。
我们的研究结果终结了一场长达数个世纪的争论：皮骨确实是在多个蜥蜴谱系中独立进化的。在此过程中，我们还追溯了其最具标志性的群体之一——巨蜥（goannas）的一次独特进化回归。
当骨骼位于体表时
化石记录中最古老的皮骨可能追溯到4.75亿年前。那时，一些最早的脊椎动物进化出了复杂的骨质外骨骼。
这似乎有悖直觉，因为脊椎动物的定义字面上就是拥有脊椎。然而，它们的骨质内骨骼直到5000万年后才进化出来。
纵观进化史，皮肤形成骨组织的能力一次又一次地重现。鱼鳞就是一个例子。
另一个例子是皮内成骨（osteoderms）——陆生动物的皮骨。在远古时期离开水域后，皮内成骨可能帮助动物适应陆地生活。
除此之外，情况就不那么明朗了。皮内成骨在大多数谱系中消失了，却又不断重现，尤其是在爬行动物中。为了理解这是如何发生的，我们需要拼凑出一个复杂的进化谜题。
骨骼讲述的故事
想象一下，在银行抢劫案发生很久后才到达现场。没有完美的目击者。你询问了几十个人——有人看到了逃逸车辆，有人注意到了劫匪的夹克。还有人听到了警报声。
每个人的叙述都不完整，有些甚至相互矛盾。但随着你收集更多的描述，某些细节开始对齐。最终，一幅连贯的画面浮现出来。
这就是我们探索爬行动物皮骨之谜的方式。我们的“目击者”是643个现存和已灭绝的物种。每个物种都与其他物种有某种亲缘关系，并提供了独特的视角。我们不断调查，直到它们的故事开始趋同。
我们发现，大多数蜥蜴最初进化出皮内成骨是在晚侏罗世和早白垩世，即1亿多年前。那时，一些最标志性的恐龙在地球上漫游，包括高耸的腕龙（Brachiosaurus）、凶猛的异特龙（Allosaurus）和背部长有骨板的剑龙（Stegosaurus）。
气候和生态系统正在迅速变化，创造了新的挑战和机遇。盔甲可能帮助蜥蜴在捕食者面前幸存，应对恶劣环境，或迁入新的栖息地。
在皮内成骨进化的早期爆发之后，步伐放缓了，从那时起，大多数群体一直保留着它们的皮骨。
只有一个主要的例外。
巨蜥的回归
巨蜥的祖先（在澳大利亚也被称为 goannas）完全失去了皮内成骨——可能是因为它们活跃的生活方式和高效的身体在没有额外负重的情况下运作得更好。
但当它们的后代大约在2000万年前到达澳大利亚时，发生了一件了不起的事情：它们又长出了皮内成骨。
我们可以将这次重新进化定位到中新世，当时澳大利亚的气候正变得干燥。皮骨可能有助于减少水分流失，并可能在开阔、干旱的环境中提供保护。
令人惊讶的是，巨蜥是已知唯一在失去皮内成骨后重新获得的蜥蜴谱系。这对多洛定律（Dollo’s law）提出了挑战，该定律认为一旦复杂的性状消失，就无法再次进化。
解决长达一个世纪的争论
20世纪初，研究人员假设蜥蜴是从一个共同祖先那里继承了皮内成骨。
后来，这种观点被另一种观点取代，即这些骨板在特定群体之间独立进化。关于其潜在进化机制的争论随之而来，甚至深入到分子水平，但这些讨论进展超前，却未能将皮内成骨的起源锚定在通往现代爬行动物的清晰进化时间轴上。
我们的研究提供了这一基础，我们感到自豪的是，它发表在查尔斯·达尔文首次分享其开创性思想的同一本期刊上。在许多方面，我们的工作是过去与现在的综合。
化石证据帮助我们解决了一个长期存在的问题，但只有现代计算技术才使得将数千种进化情景（每种情景都包含数百个物种的性状数据）缩小为一个单一、连贯的故事成为可能。
证据很明确：在数亿年的时间里，皮内成骨在不同的蜥蜴谱系中多次独立进化。既然我们知道了这一点，科学家们将能够研究其背后的遗传和发育机制。
在蜥蜴中，巨蜥是已知唯一失去这种盔甲，却在一次非凡的进化转折中重新获得它的谱系。这种模式与在澳大利亚发现的其他进化奇观完美契合，那里是有袋类动物统治、哺乳动物产卵的地方。
它还表明，进化很少遵循直线路径，而是在地球上不断变化的条件下蜿蜒前行。