皮齒，它不僅是保護性的“鎧甲”，更是優化大白鯊流體動力學性能的關鍵。其形成過程和生物力學機制如下：
一、 盾鱗（皮齒）的形成過程
胚胎發育起源： 大白鯊的盾鱗在胚胎發育早期就開始形成。它們起源于
真皮層中的特殊細胞群（類似于牙齒發育的牙蕾）。
細胞分化與基質沉積：- 真皮中的成齒細胞開始分化并活躍起來。
- 這些細胞首先分泌形成盾鱗的基板，這是一個寬闊平坦的基底，用于錨定在真皮結締組織中。
- 隨后，成齒細胞在基板上方構建牙本質主體結構。牙本質是一種堅硬的礦化組織，主要成分是羥基磷灰石晶體（磷酸鈣）和膠原蛋白纖維，賦予了盾鱗強度和韌性。
- 表皮層的細胞（類似于形成牙齒釉質的成釉細胞）則在牙本質冠部（暴露在外的部分）沉積一層極其堅硬的類釉質物質（又稱冠釉質或釉鱗質）。這層物質硬度極高，接近甚至超過哺乳動物牙齒的釉質，是盾鱗最堅硬、最耐磨的部分。
形態塑形：- 在基質沉積的同時，細胞活動塑造了盾鱗獨特的形態：一個寬闊的矩形或菱形基板深嵌在真皮中，一個中空的髓腔（類似于牙齒的牙髓腔），以及一個向后傾斜、尖銳的冠狀棘刺。
- 冠狀棘刺的尖端和邊緣通常覆蓋著最厚的類釉質層。
- 盾鱗表面并非光滑，而是布滿了精細的V形或山脊狀的溝槽，這些結構在流體力學中至關重要。
排列與生長：- 盾鱗在皮膚表面并非雜亂無章，而是以特定的模式排列，形成重疊的瓦片狀結構。新形成的盾鱗位于皮膚生長區（如鰭的邊緣），而老的盾鱗會隨著鯊魚的生長逐漸被推向身體后方。
- 盾鱗一旦形成并礦化完成，其大小和形態基本固定。鯊魚長大時，皮膚會通過增加盾鱗之間的間距以及在新皮膚區域生成新的盾鱗來適應體型增長。盾鱗本身不會像魚鱗那樣脫落再生，但損壞后可以被替換。
二、 盾鱗結構的生物力學機制解析
盾鱗的結構是其卓越生物力學性能的基礎，主要體現在以下幾個方面：
防護“鎧甲”機制：
- 剛柔并濟的結構：
- 堅硬的冠部（類釉質+牙本質）： 類釉質冠部提供了極高的表面硬度和耐磨性，能有效抵抗捕食或搏斗中與其他生物（包括同類）、粗糙海底或獵物骨骼的刮擦、沖擊和磨損。牙本質層則提供了支撐和韌性，防止冠部在沖擊下脆性斷裂。
- 韌性基底（基板+牙本質根部+膠原纖維）： 寬闊的基板深埋于富含膠原蛋白的真皮結締組織中，形成強大的錨定。這種連接方式允許盾鱗在受到強力沖擊時有一定的緩沖和位移空間，將沖擊力分散到更大面積的皮膚和肌肉組織上，避免局部應力集中導致的嚴重損傷。真皮層的膠原纖維網絡也提供了整體柔韌性和抗撕裂能力。
- 重疊排列： 瓦片狀的重疊排列（前一片覆蓋后一片的基板部分）形成了連續的防護層，幾乎沒有縫隙，防止尖銳物體直接刺入較軟的真皮層。同時，這種排列允許皮膚在鯊魚游動彎曲時保持靈活性。
流體動力學優化機制（減阻）：
- 肋條狀溝槽： 盾鱗表面（尤其是冠部）的精細V形或山脊狀溝槽是其減阻的核心。
- “Riblet Effect” (肋條效應)：
- 這些微小的溝槽能夠引導緊貼鯊魚皮膚表面的水流（邊界層）。
- 溝槽結構抑制了水流中橫向的旋渦（湍流）的形成和發展。湍流會增加水與皮膚表面的摩擦阻力（表皮阻力）。
- 溝槽引導水流主要沿鯊魚身體長軸方向（從前向后）流動，使水流更趨向于層流狀態。
- 結果：顯著降低了鯊魚游泳時的表皮摩擦阻力。研究表明，鯊魚皮盾鱗結構可以減少高達7-10% 的摩擦阻力。
- 渦流控制： 除了減阻，溝槽結構還可能有助于控制身體后方產生的渦流，減少尾渦阻力，進一步提高推進效率。
抑菌與防污機制：
- 盾鱗堅硬的表面和特定的微觀結構（如溝槽）使得細菌、藻類、藤壺等海洋生物難以牢固附著其上。
- 鯊魚快速的游動本身也產生水流剪切力，有助于沖刷掉試圖附著的生物。
- 這種自清潔能力對于保持皮膚健康、減少寄生生物負擔以及維持最佳流體動力學性能都至關重要。
輔助感知？
- 有研究推測，盾鱗基板周圍的神經末梢可能對水流變化或壓力有一定感知能力，但相較于鯊魚發達的側線系統，這種感知作用可能是次要的。
總結
大白鯊的“皮膚鎧甲”——盾鱗（皮齒），是胚胎期由真皮和表皮細胞共同構建的高度特化的礦化結構。其獨特的形態（帶溝槽的冠狀棘刺、寬闊基板）和材料組成（堅硬的類釉質冠、韌性的牙本質主體、膠原錨定）提供了剛柔并濟的防護，有效抵御物理損傷。更重要的是，其表面的精細溝槽結構通過肋條效應顯著優化了流體動力學性能，大幅降低游泳阻力，這對大白鯊這樣的高速頂級掠食者至關重要。同時，其結構和鯊魚的生活方式也賦予了其天然的抗生物附著能力。這種精妙的生物復合材料結構是數百萬年自然選擇的杰作，也為人類在仿生材料（如減阻泳衣、船體涂層、抗菌表面）和生物力學研究領域提供了寶貴的靈感來源。
