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与其他爬行类动物不同的是，变色龙能够随自己意愿的改变自己的肤色。变色龙变换体色完全取决于皮肤表层内的色素细胞，在这些色素细胞中充满着不同颜色的色素。
纽约康奈尔大学生物系的安德森对变色龙肤色的“变色原理”进行了研究后，总结的解释就是说变色龙皮肤中有三层色素细胞，最深的一层是由载黑素细胞构成的，细胞带有的黑色素可与上一层细胞相互交融；中间层是由鸟嘌呤细胞构成，它主要调控暗蓝色素；最外层细胞则主要是黄色素和红色素。安德森说，“基于神经学调控机制，色素细胞在神经的刺激下会使色素在各层之间交融变换，实现变色龙身体颜色的多种变化”。
变色龙的皮下有三种色素组织，绿色、蓝色和灰色。绿色和蓝色的色素组织呈长纺锤型，垂直于皮肤广泛分布在皮下，而灰色的色素组织就在绿色和蓝色的色素组织之下，平行于皮肤分布。变色龙变色的原理就在于绿色和蓝色色素组织的变化。
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