非洲沼泽鹬（Porphyrio madagascariensis）眼睑（Pecten oculi）的超微结构与组织学特征：重点探讨其扫描电子显微镜（SEM）-能量色散X射线光谱（EDX）分析结果及其迁徙行为

《Tissue and Cell》：Ultrastructure and Histological features of the Pecten oculi of the African Swamphen ( Porphyrio madagascariensis): with special focus on its SEM-EDX analysis and its migratory behaviour

本研究首次系统观察非洲Swamphen眼板的显微结构，结合扫描电镜-能谱分析发现其分三部分，表面复杂且富含血管，元素组成与昼夜活动相关，揭示眼板结构在生态适应中的功能。

　　

拉马丹·坎迪尔（Ramadan Kandyel）、赛义德·阿拉斯马里（Saeed Alasmari）、萨利姆·H·阿尔哈雷西（Salem H Alharethi）、阿卜杜勒拉赫曼·A·阿尔马迪（Abdulrhman A. Almadiy）、巴德尔·阿尔博加米（Bader Albogami）、迪亚·马苏德（Diaa Massoud）、穆罕默德·阿布曼杜尔（Mohamed Abumandour）

沙特阿拉伯纳杰兰大学文理学院生物系

摘要

我们的研究首次详细描述了非洲沼泽秧鸡（P. madagascariensis）日行性眼睛的肉眼观察特征、立体显微镜观察结果、光学特征以及电子扫描显微镜观察结果。同时，我们还利用扫描电子显微镜-能量色散谱（SEM-EDX）元素分析方法来解释这些特征与其昼夜活动模式之间的关系。这种折叠状的“手风琴式”眼睛结构分为三个部分：基部、中部（15–16个褶皱）和顶端部分。基部结构起源于视网膜，而顶端部分则相互连接形成一根粗壮的桥状结构。从基部到顶端桥状结构，色素沉着逐渐增加，导致亮度也随之增强。扫描电子显微镜观察到，由于眼部褶皱处血管分布密集，其外表面呈现出复杂的扭曲形态；此外，这些褶皱还覆盖着一层玻璃体-眼部限制膜，将其与玻璃体分隔开。高倍率扫描电子显微镜下可见褶皱外表面有大量透明细胞（hyalocytes）。基部横截面显示存在多条毛细血管，黑色素颗粒主要位于围绕毛细血管的色素细胞内。组织学观察表明，这些高度血管化的褶皱由薄层结构组成，其中充满了许多色素细胞。SEM-EDX分析结果显示，氧气含量在顶端部分最高，碳含量在中部和基部最高；镁含量在顶端和基部最低，而钙含量则主要集中在中部。铌元素首次在这三个部位被检测到。结论：这些栖息在埃及淡水湖泊及水流缓慢河流附近的杂食性鸟类的眼部结构特征与其适应性觅食行为密切相关。

引言

非洲沼泽秧鸡（Porphyrio madagascariensis）属于鹤形目（Gruiformes）秧鸡科（Rallidae），是一种常见的水鸟，分布于埃及、马达加斯加和撒哈拉以南非洲地区。这种鸟类具有日行性习性，常群居生活在咸水或淡水中，如湖泊、沼泽和水流缓慢的河流中，偶尔也会出现在季节性洪泛的湿地中（Taylor, 2020）。非洲沼泽秧鸡为杂食性动物，主要以植物为食，同时也捕食昆虫、两栖动物、鱼类、腐肉以及鸟蛋和雏鸟（BirdLife International, 2019）。

眼科研究人员对鸟类眼睛在不同生态环境下的解剖学适应性变化感到困惑（Aboelnour et al., 2020; Nur et al., 2019; Peter-Ajuzie et al., 2021），尤其是鸟类眼睛如何适应多变的环境和气候条件（Bassuoni et al., 2021; Shalaby et al., 2024）。从功能角度来看，视觉在鸟类繁殖、躲避捕食者和寻找食物等过程中起着关键作用（Shalaby et al., 2024）。以往的研究主要关注鸟类眼睛各层的微观结构，尤其是视网膜及其感光细胞，并探讨这些结构如何随不同生物钟节律变化（Bassuoni et al., 2021; El-Bakary and Abumandour, 2017）。

鸟类眼睛的解剖结构与哺乳动物存在显著差异（Bassuoni et al., 2021; Shalaby et al., 2024）。鸟类眼球内部存在一种名为“眼部褶皱”（pecten oculi）的色素化血管结构，这使其与其他脊椎动物的眼睛区分开来（Abumandour et al., 2021; Ince et al., 2017; Yilmaz et al., 2021）。Sillman（1973）首次对眼部褶皱的微观结构进行了描述。近期研究强调了这种独特结构的解剖学重要性，它是一种仅存在于鸟类眼睛中的血管化结构，起源于靠近视神经的视网膜区域（Abumandour et al., 2022; Alan et al., 2020; Elghoul et al., 2022; Segovia et al., 2020; Yilmaz et al., 2021）。尽管长期以来未被重视，但近年来眼部褶皱在学术研究中的关注度逐渐增加（Ince et al., 2017; Kandyle et al., 2022; Yilmaz et al., 2021）。

本研究旨在详细分析非洲沼泽秧鸡（Porphyrio madagascariensis）眼部褶皱的形态特征和元素组成。这种鸟类栖息在埃及的淡水湖泊及尼罗河水流缓慢的河段，具有在水生植被中觅食、季节性迁徙和躲避捕食者等生态行为，但相关的眼部适应性机制尚未得到充分研究。本研究采用了立体显微镜、扫描电子显微镜、组织学和SEM-EDX分析等技术，以揭示其眼部褶皱的解剖结构和元素组成，并与其他鸟类进行比较，从而更好地理解眼部褶皱形态、视觉功能与生态适应之间的关系。

样本采集

本研究选取了从埃及淡水湖泊和尼罗河水流缓慢河段收集的18个非洲沼泽秧鸡（P. madagascariensis）眼睛中的眼部褶皱样本。实验中，通过颈内动脉注射戊巴比妥钠（pentobarbitone sodium）并配合35°C的生理盐水对鸟类进行麻醉，随后将眼部褶皱从去核后的眼睛中取出并置于含有约4%甲醛的固定液中。

宏观与立体显微镜观察

非洲沼泽秧鸡（P. madagascariensis）的眼睛褶皱位于眼球后壁，沿胚胎时期形成的视神经裂隙方向排列。这些黑色色素沉着、折叠状的“手风琴式”结构分为三个部分：基部、中部褶皱（15–16个褶皱）和顶端部分（图1）。基部结构沿着胚胎时期的视神经裂隙延伸，而自由的顶端部分则相互连接形成桥状结构。

讨论

本研究首次利用肉眼观察、立体显微镜、扫描电子显微镜和SEM-EDX元素分析方法，系统研究了非洲沼泽秧鸡（Porphyrio madagascariensis）眼部褶皱的形态特征及其与昼夜活动模式的关系。研究结果表明，这种鸟类眼部褶皱在营养、繁殖和视觉等关键生理功能中发挥着重要作用。

结论

我们的研究首次详细描述了非洲沼泽秧鸡眼部褶皱的形态，并通过SEM-EDX元素分析解释了其与昼夜活动模式之间的联系。这种“手风琴式”结构分为三个部分：基部、中部褶皱（15–16个褶皱）和顶端部分。顶端部分相互连接形成桥状结构。由于丰富的血管分布，其外表面结构复杂且扭曲，并覆盖着一层玻璃体-眼部限制膜。

伦理声明

伦理审批与参与同意：本研究遵循亚历山大大学兽医学院动物护理与使用委员会（IACUC）的规范，并获得了埃及法律的批准。实验过程得到了亚历山大大学兽医学院的伦理许可，并通过了该委员会的审核（项目编号：Approval）。

参与同意

不适用。

出版同意

不适用。

作者贡献

拉马丹·坎迪尔（RK）、赛义德·阿拉斯马里（SA）、萨利姆·H·阿尔哈雷西（SHA）、阿卜杜勒拉赫曼·A·阿尔马迪（Abdulrhman A. Almadiy）、巴德尔·阿尔博加米（Bader Albogami）、迪亚·马苏德（Diaa Massoud）、穆罕默德·阿布曼杜尔（Mohamed Abumandour）共同撰写了主要研究文本。拉马丹·坎迪尔（RK）、赛义德·阿拉斯马里（SA）、萨利姆·H·阿尔哈雷西（SHA）和阿卜杜勒拉赫曼·A·阿尔马迪（Abdulrhman A. Almadiy）负责样本制备；穆罕默德·阿布曼杜尔（MA）、巴德尔·阿尔博加米（Bader Albogami）和拉马丹·坎迪尔（RK）进行了扫描电子显微镜和光学显微镜观察；穆罕默德·阿布曼杜尔（MA）和拉马丹·坎迪尔（RK）负责宏观形态学和测量工作；所有作者均审阅并同意最终发表的手稿版本。

作者贡献声明

拉马丹·坎迪尔（Ramadan Kandyel）：负责撰写初稿、数据可视化处理、软件应用、资源协调、方法设计、数据管理及概念构建。赛义德·阿拉斯马里（Saeed Alasmari）：负责实验设计、数据分析及概念验证。萨利姆·H·阿尔哈雷西（Salem H Alharethi）：负责软件应用、资源协调、方法设计及实验实施。阿卜杜勒拉赫曼·A·阿尔马迪（Abdulrhman A. Almadiy）：负责数据可视化处理、结果验证及实验验证。巴德尔·阿尔博加米（Bader Albogami）：负责数据可视化处理、结果验证、软件应用及项目协调。

致谢

作者感谢亚历山大大学兽医学院以及坦塔大学、纳杰兰大学和法尤姆大学的科学学院在研究工作中的支持。

利益冲突

所有作者均无可能影响论文内容的财务或个人利益关系。