Γνωρίστε την Odontochelys semitestacea. Αυτό το πλασματάκι περνά τις μέρες του βουτώντας σε έλη της Ύστερης Τριασικής μαζί με πλήθος άλλων ερπετών. Κάτω από την επιφάνεια έχει την καλύτερη άμυνα απέναντι σε επιθέσεις: ένα σκληρό κέλυφος στην κοιλιά του.
Meet Odontochelys semitestacea. This little creature spends its days splashing in Late Triassic swamps with a host of other reptiles. Under the surface lies its best defense against attack: a hard shell on its belly.
Η Odontochelys είναι πρώιμος πρόγονος της χελώνας. Το μισοκελυφωμένο σώμα της δείχνει κάτι σημαντικό για τη σύγχρονη χελώνα: ουσιαστικά, έχει δύο καβούκια τα οποία αναπτύσσονται τελείως ξεχωριστά όσο η χελώνα είναι ακόμα έμβρυο. Και τα δύο συνιστούν προεκτάσεις του σκελετού του ζώου, και μαζί αποτελούνται από σχεδόν 60 κόκαλα.
Odontochelys is an early ancestor of the turtle. Its half-shelled body illustrates an important point about the modern turtle: it actually has two shells that develop totally separately while the turtle is still an embryo. Both are extensions of the animal’s skeleton, and together they are made of almost 60 bones.
Όπως άλλα έμβρυα, τα έμβρυα της χελώνας αποτελούνται από αδιαφοροποίητα κύτταρα που τρέπονται σε συγκεκριμένους τύπους κυττάρων και έπειτα σε όργανα και ιστούς, μέσω γονιδιακής δραστηριότητας και επικοινωνίας μεταξύ των κυττάρων.
Like other embryos, turtle embryos are made of undifferentiated cells that become specific cell types, and then organs and tissues, through gene activity and communication between cells.
Αρχικά, τα έμβρυα της χελώνας μοιάζουν πολύ με εκείνα άλλων ερπετών, πτηνών και θηλαστικών, με εξαίρεση ένα εξόγκωμα κυττάρων που ονομάζεται κελυφική ράχη. Η ράχη επεκτείνεται γύρω από το σώμα μεταξύ του λαιμού και της μέσης, δημιουργώντας ένα σχήμα δίσκου. Καθοδηγεί τον σχηματισμό του πάνω μέρους του κελύφους της χελώνας, ή αλλιώς του καβουκιού, προσελκύοντας πιθανώς τα κύτταρα που θα γίνουν πλευρά. Αντί να κάμπτονται προς τα κάτω ώστε να φτιάξουν έναν τυπικό θωρακικό κλωβό, τα πλευρά κινούνται εξωτερικά προς την κελυφική ράχη. Έπειτα, εκκρίνουν μια πρωτεΐνη σηματοδότησης που μετατρέπει τα περικλείοντα κύτταρα σε κύτταρα σχηματισμού οστών. Αυτά τα 50 οστά αναπτύσσονται μέχρι να συναντηθούν και να ενωθούν με ραφές. Ένας οστέινος δακτύλιος στερεοποιεί τις άκρες του κελύφους. Η εξωτερική στρώση δερματικών κυττάρων παράγει τις φολίδες, ή σκούτους, που καλύπτουν το κέλυφος.
At first, turtle embryos look very similar to those of other reptiles, birds, and mammals, except for a bulge of cells called the carapacial ridge. The ridge expands around the body between the neck and lower back, creating a disc shape. It guides the formation of the upper part of the turtle’s shell, called the carapace, likely by attracting the cells that will become ribs. Instead of curving downwards to make a regular rib cage, the ribs move outwards towards the carapacial ridge. They then secrete a signaling protein that converts surrounding cells into bone-forming cells. These fifty bones grow until they meet and connect with sutures. A ring of bone solidifies the carapace’s edges. The outer layer of skin cells produces the scales, known as scutes, that cover the carapace.
Η ανάπτυξη του κάτω μισού του κελύφους, το πλάστρου, υποκινείται από κύτταρα της νευρικής ακρολοφίας, τα οποία μπορούν να παράγουν πολλούς τύπους κυττάρων, όπως νευρώνες, χόνδρους και οστά. Μια παχιά ασπίδα από αυτά τα κύτταρα απλώνεται σε όλη την κοιλιά, και ενώνεται σε περιοχές που παράγουν εννέα οστά σαν πλάκες. Τελικά, αυτά ενώνονται με το κέλυφος μέσω ραφών.
The development of the bottom half of the shell, the plastron, is driven by neural crest cells, which can produce a variety of different cell types including neurons, cartilage and bone. A thick shield of these cells spreads across the belly, coming together in regions that produce nine plate-like bones. Eventually, these connect to the carapace by sutures.
Το καβούκι της χελώνας έχει προφανή οφέλη στην προστασία από θηρευτές, αλλά το άκαμπτο περίβλημα παρουσιάζει επίσης και κάποιες προκλήσεις. Όσο η χελώνα μεγαλώνει, οι ραφές μεταξύ των οστών του καβουκιού και του πλάστρου ανοίγουν. Τα περισσότερα θηλαστικά και ερπετά στηρίζονται σε έναν ελαστικό θώρακα που διαστέλλεται επιτρέποντάς τους να αναπνέουν, αλλά οι χελώνες χρησιμοποιούν κοιλιακούς μύες ενωμένους με το κέλυφος: έναν για να εισπνέουν, και έναν για να εκπνέουν.
A turtle’s shell has obvious advantages for guarding against predators, but the rigid casing also presents some challenges. As the turtle grows, the sutures between the bones of the carapace and plastron spread. Most mammals and reptiles rely on a flexible rib cage that expands to allow them to breathe, but turtles use abdominal muscles attached to the shell instead: one to breathe in, and one to breathe out.
Πώς, λοιπόν, εξελίχθηκε το καβούκι; Παρόλο που υπάρχουν ακόμα κενά στο απολιθωματικό αρχείο, το πρώτο βήμα φαίνεται πως ήταν μια πύκνωση των πλευρών. Ο παλαιότερος καταγεγραμμένος πρόγονος της χελώνας, ένα πλάσμα που ονομάζεται Eunotosaurus africanus, ζούσε πριν από 260 εκατομμύρια χρόνια και δεν έμοιαζε σχεδόν καθόλου με τη σύγχρονη χελώνα, όμως είχε μια σειρά από φαρδιά, επίπεδα πλευρά που στερέωναν τους μύες των δυνατών μπράτσων του. Ο Eunotosaurus πιθανώς ήταν ζώο που ζούσε κάτω από το έδαφος, σκάβοντας σπίτια για τον εαυτό του στη σημερινή νότια Αφρική.
So how did the shell evolve? Though there are still gaps in the fossil record, the first step seems to have been a thickening of the ribs. The oldest known turtle ancestor, a creature called Eunotosaurus africanus, lived 260 million years ago and looked almost nothing like a modern turtle, but it had a set of broad, flat ribs that anchored the muscles of its powerful forearms. Eunotosaurus was likely a burrowing creature, digging homes for itself in what’s now southern Africa.
Η odontochelys semitestacea αποτυπώνει και ένα ακόμη,
Odontochelys semitestacea illustrates another, later step in turtle evolution,
μεταγενέστερο στάδιο στην εξέλιξη της χελώνας, με παχιά πλευρά όπως ο Eunotosaurus και μια κοιλιακή πλάκα για προστασία. Τα πρώτα απολιθωματικά ευρήματα του πλήρους κελύφους των σύγχρονων χελωνών είναι περίπου 210 εκατομμυρίων ετών, και ανήκουν σε ένα είδος ονόματι Proganochelys quenstedti, του οποίου τα πλευρά ήταν ενιαία. Η proganochelys μπορούσε να κινείται μεταξύ νερού και στεριάς. Σε αντίθεση με τις σύγχρονες χελώνες, δεν μπορούσε να μαζέψει το κεφάλι στο καβούκι, αλλά είχε προστατευτικά αγκάθια στο λαιμό.
with thick ribs like Eunotosaurus plus a belly plate for protection. Our first fossil evidence of the full shell characteristic of modern turtles is about 210 million years old, and belongs to a species called Proganochelys quenstedti, whose ribs had fused. Proganochelys could move between water and land. Unlike modern turtles, it couldn’t retract its head into its shell, but had defensive spines on its neck.
Τα καβούκια των σύγχρονων χελωνών είναι σχεδόν τόσο ποικίλα
Modern turtle shells are almost as diverse as the turtles themselves.
όσο και οι ίδιες οι χελώνες. Οι θαλάσσιες χελώνες έχουν πιο επίπεδα, πιο ελαφριά καβούκια για αεροδυναμική κίνηση μέσα στο νερό. Στο μεταξύ, οι χελώνες της στεριάς έχουν θολωτά καβούκια που μπορούν να ξεγλιστρούν από τα σαγόνια των θηρευτών και τις βοηθούν να επανέρχονται στη σωστή πλευρά αν αναποδογυρίσουν. Οι δερματοχελώνες και οι τριονυχίδες έχουν καβούκια χωρίς τον οστέινο δακτύλιο γύρω από τις άκρες τους ή τις σκληρές λωρίδες που τα καλύπτουν, κάτι που τις διευκολύνει να στριμώχνονται σε στενούς χώρους.
Sea turtles have flatter, lighter shells for streamlined gliding through the water. Land-dwelling tortoises, meanwhile, have domed shells that can slip free of predators’ jaws and help them turn right-side up if they fall on their backs. Leatherback and softshell turtles have shells without the ring of bone around the edge of the carapace or the tough scutes covering it, making it easier for them to squeeze into tight spaces.