高原林蛙生活史特征变化及其适应

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两栖动物的生活史研究能有助于解答两栖动物复杂生活史的起源、延续及适应进化。青藏高原独特的自然环境孕育了特殊的野生动植物多样性。然而,在全球变化的影响下,高海拔地区的两栖动物正在逐渐减少,甚至灭绝。  高原林蛙(Rana kukunoris)隶属蛙科(Ranidae)林蛙属(Rana),是青藏高原特有的两栖动物。我们于2014年3-5月在青藏高原东缘的四川省茂县、松潘县、若尔盖县沿海拔梯度(1750米至3450米)调查了10个高原林蛙种群。获得了各种群内个体的性别与18项形态度量数据(261个个体)。同时,对所有个体进行剪趾采样,利用骨龄学方法估测其年龄。基于此,本研究将探讨高原林蛙生活史特征沿海拔梯度的变化趋势及其环境适应。主要结果有:  1)高原林蛙各种群间的平均年龄存在差异。随海拔升高,种群平均年龄逐渐增大,且雌性的平均年龄大于雄性。性成熟年龄在不同性别间没有差异,但随海拔升高,性成熟年龄增大。  2)除前臂宽和跗足长外,其他形态特征与年龄的相关性均明显。雄性的体长、体重、头长、鼻间距、眼睑宽、鼓膜及股长与海拔呈显著正相关;吻长、眼间距及胫长与海拔呈显著负相关。雌性的头宽、眼间距、眼睑宽、前臂宽、胫长及足长与海拔呈显著负相关;体长与海拔无显著相关性。因而,雄性个体的身体大小沿海拔梯度的变化符合贝格曼定律(Bergmanns rule)。雌、雄性个体的四肢长度与体长的比值均随海拔升高而降低。这种变化趋势与艾伦法则(Allens rule)一致。雄性个体的吻长、眼间距、前臂宽及胫长的变化与温度呈显著正相关,而头长、眼睑宽的变化与温度呈显著负相关。雌性的吻长、鼻间距、眼间距、眼睑宽、眼径、前臂、手长、前臂宽、后肢长、胫长、胫宽、跗足长及足长的变化均与温度呈显著正相关,而其他形态特征的变化与温度无显著相关性。  3)性二型性(sexual size dimorphism,SSD)分析结果表明高原林蛙多个形态特征存在性二型性现象(如:体长、体重、头长、头宽、吻长、鼻间距、眼间距、眼睑宽、眼径、鼓膜径、前臂及手长、前臂宽、后肢长及股长),且除前臂宽外雌性均大于雄性。除跗足长和股长外,其他形态特征的SSD变化均无显著的异速生长关系,不符合伦施法则。当控制纬度因素的影响时,除眼间距外,其他形态特征的变化均表现出雌性比雄性更易变。即,在高原林蛙中SSD的变化遵循反伦施法则(inverse of Renschs rule)。  综上,高原林蛙的生活史特征主要受到海拔梯度和温度变化的影响,并且通过形态特征的改变以适应其所生活的环境。雌、雄间身体大小变化趋势的不一致暗示不同性别的个体适应环境变化的策略可能存在较大差异。形态特征的SSD现象也支持这种可能性。在当前正在发生并将持续的环境变化影响下,本项目的研究结果能为青藏高原东缘地区两栖动物的保护提供有效的科学支撑,有助于针对不同海拔梯度的种群或不同性别的个体开展更为深入的适应机制研究。
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