近日，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所卢静研究员团队正式发布“数字鲨鱼图谱”（Digital Shark Atlas），建立了一套覆盖现生鲨鱼主要演化支系、基于CT扫描与三维解剖重建的开放共享三维解剖数据集，为鲨鱼比较解剖、功能形态学、生物力学、演化发育以及仿生学研究提供系统的三维解剖数据资源。相关成果以“An open-access CT-based 3D anatomical dataset of extant sharks (Selachii) across all major lineages”为题，发表于《自然》旗下专注于科学数据发表与开放共享的国际学术期刊《科学数据》（Scientific Data）。
鲨鱼是现生有颌脊椎动物中形态与生态高度多样化的类群，从近岸礁区到深海，从底栖伏击者到远洋巡游者，其头部、颌部、鳍和躯干结构随生态生活方式发生显著分化。这些形态差异不仅记录了鲨鱼漫长的演化历史，也为研究脊椎动物摄食、运动和环境适应机制提供了重要材料。然而，与丰富的物种多样性相比，可用于跨物种比较的标准化三维解剖数据仍较有限。已有数字化研究多集中于单一物种或头骨、下颌等局部结构，同时涵盖多个鲨鱼类群并完整包含骨骼与软组织的三维数据尤为缺乏。
图1 现生鲨鱼三维数据集的系统发育框架及生态类型
研究团队基于X射线计算机断层扫描（CT）数据，对现生鲨鱼开展了系统的三维解剖重建，通过大规模人工精细分割和标准化解剖标注，建立了开放获取的“数字鲨鱼图谱”（Digital Shark Atlas）。该数据集收录了117件鲨鱼标本，涵盖72个物种、25个科，覆盖现生鲨鱼全部9个目。其中，115件标本完成了全身三维重建，2件完成了头部三维重建，为鲨鱼跨类群形态比较、演化及功能形态学研究提供了系统的数字解剖资源。
图2 鲨鱼CT数据三维分割与重建流程，以扁鲨（Squatina squatina）为例
“数字鲨鱼图谱”系统重建了脑颅、上下颌、舌弓和鳃弓等头部骨骼结构，以及脊柱、胸鳍和腹鳍骨骼等中轴骨骼与附肢骨骼。对于保存条件较好的标本，研究团队还进一步重建了肌肉、皮肤、胃内容物、生殖系统及胚胎等软组织结构，部分标本包含近百块独立肌肉的三维模型。不同于传统的整体形态展示，该数据集支持从完整个体逐层拆解至单个解剖结构，实现不同器官和组织的独立观察与比较。所有模型均关联相应的标本信息和标准化元数据，支持在线检索与下载，为后续解剖学、比较形态学和功能演化研究提供可直接使用的三维数据资源。
图3 扁鲨头部精细三维解剖重建，展示脑颅、上下颌、舌弓和鳃弓等主要结构
该数据集可广泛应用于比较解剖学、功能形态学、生物力学及仿生学等研究领域。研究人员既可以获取完整标本的三维模型，也可以根据研究需要，单独下载脑颅、上下颌、脊柱和鳍骨骼等解剖结构，开展跨物种形态比较与几何形态测量。完整的颌部骨骼模型可用于有限元分析，研究鲨鱼的咬合力学与摄食功能；保留完整体表形态的三维模型经过适当的网格处理后，还可用于计算流体动力学模拟，比较不同体型鲨鱼的游泳水动力特征。此外，这批三维模型还可用于3D 打印、虚拟现实交互、博物馆科普展陈及科学教育等领域，推动科学数据从基础研究向科普教育和公众传播拓展。
图4 不同现生鲨鱼的三维解剖模型
“数字鲨鱼图谱”已通过中国科学院古脊椎动物与古人类研究所自主建设的三维形态学数据库ADMorph（Archives of Digital Morphology, http://www.admorph.ivpp.ac.cn）向全球开放共享。ADMorph数据库面向脊椎动物形态与演化研究，系统汇集高精度CT影像、三维解剖模型及科学复原成果，通过标准化元数据管理、在线三维预览和数据下载等功能，为数字标本的保存、共享与科研利用提供支撑。“数字鲨鱼图谱”是该平台的重要专题数据集之一，研究人员可通过数据库访问和获取相关三维解剖资源。数据集访问地址： http://admorph.ivpp.ac.cn/dataset/specialTopic/detail/35
图5 扁鲨三维数字解剖模型可视化。从独立骨骼、皮肤半透明到完整体表模型，展示数字标本在科研和科普中的不同应用方式。
视频1 数字鲨鱼图谱部分三维重建模型展示
中国科学院古脊椎动物与古人类研究所博士研究生姚苏元、刘晓悦为论文共同第一作者，卢静研究员为通讯作者。共同作者包括侯叶茂、尹鹏飞、张效梅和崔雪静。该研究得到国家重点研发计划（2025YFF0811702）资助。
