大蹼鈴蟾的兩性異形

姚沖學(xué)， 呂婷， 王方， 黃元， 肖劍， 陳明勇

(云南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，昆明650091)

兩性異形是動物界普遍存在的現(xiàn)象，主要體現(xiàn)在雌雄兩性個(gè)體大小、局部特征和體色上的差異(Shine，1979；蔡垚，2009)。早在1871年，達(dá)爾文在研究生物進(jìn)化中就對生物的兩性異形進(jìn)行過研究(Darwin，1871)。動物的兩性異形可能是由性選擇、非性選擇或者兩者某種組合的選擇壓力導(dǎo)致的(林植華，計(jì)翔，2000)。性選擇是一種直接與雌性增加子代輸出或雄性增加交配次數(shù)的繁殖利益有關(guān)的自然選擇壓力，因而是導(dǎo)致不少動物兩性異形的重要原因(鄭榮泉等，2002)。非性選擇原因也能導(dǎo)致兩性異形，如棲息環(huán)境、生活史、兩性壽命或死亡率的差異和兩性的食性分離以及性成熟個(gè)體分配物質(zhì)和能量的兩性差異(Cooper & Vitt，1989)。因此，對特定物種進(jìn)行雌雄兩性形態(tài)差異分析，不僅有助于理解該物種兩性異形的產(chǎn)生機(jī)制，同時(shí)對于了解物種不同性別個(gè)體的繁殖對策、繁殖投入和進(jìn)化選擇壓力具有重要意義(胡一中等，2015)。兩棲動物兩性異形的研究以往見于多疣狹口蛙Kaloulaverrucosa(賀佳飛等，2006)、滇蛙Nidiranapleuraden(李旭等，2006)、凹耳蛙Odorranatormota(陳旭等，2013)、華南湍蛙Amolopsricketti(胡一中等，2015)、花背蟾蜍Strauchbuforaddei(宮鈴，師玉環(huán)，2016)、沼蛙Ranaguentheri(葉志強(qiáng)等，2016)、中華蟾蜍Bufogargarizans(邵曉忠，師玉環(huán)，2017)、康縣隆肛蛙Nanoranakangxianensis(黃棨通，龔大潔，2018)等。

大蹼鈴蟾Bombinamaxima隸屬無尾目Anura鈴蟾科Bombinatoridae鈴蟾屬Bombina，生活在海拔2 000～3 300 m的靜水塘、小山溪緩流處石塊下、井泉、路旁小溝內(nèi)，主要分布于四川(西南部高山區(qū))、云南(中部及西北部地區(qū))及貴州(費(fèi)梁，1999)。對該種的研究主要見于皮膚分泌液中抗菌活性肽的分離純化及其性質(zhì)(賴仞等，1998；張?jiān)疲?006)、轉(zhuǎn)錄組深度分析及其免疫系統(tǒng)的功能研究(張英霞等，2008)、皮膚白蛋白的胰蛋白酶抑制劑活性研究(趙鋒等，2013)等。張?jiān)?2006)的研究發(fā)現(xiàn)，從大蹼鈴蟾皮膚分泌物中提取出來的maximin3抗菌肽對人類免疫缺陷病毒(艾滋病病毒)有明顯的抑制作用，因此，大蹼鈴蟾對艾滋病病毒防治藥物及其他科學(xué)研究具有重要價(jià)值。有關(guān)大蹼鈴蟾兩性異形的研究尚未見報(bào)道，研究大蹼鈴蟾兩性異形可為后續(xù)研究其性選擇和進(jìn)化機(jī)制提供更多的基礎(chǔ)資料。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

2018年6—8月在云南省昆明市金殿水庫后山采集71只大蹼鈴蟾成體(47♂，24♀)，采用英衡電子天平(精度0.01 g)稱量體質(zhì)量(body mass，BM)，采用上海恒量電子數(shù)顯游標(biāo)卡尺(精度0.01 mm)測量以下15項(xiàng)外部形態(tài)特征：(1)體長(body length，BL)：自吻端至體后端的長度；(2)頭長(head length，HL)：自吻端至上下頜關(guān)節(jié)后緣的長度；(3)頭寬(head width，HW)：頭兩側(cè)之間的最大距離；(4)吻長(snout length，SL)：自吻端至眼前角的長度；(5)鼻間距(internasal space，INS)：左右鼻孔內(nèi)緣之間的距離；(6)眼間距(interorbital space，IOS)：左右上眼瞼內(nèi)側(cè)緣之間最窄距離；(7)上眼瞼寬(width of upper eyelid，WUE)：上眼瞼的最大寬度；(8)眼徑(diameter of eye，DE)：與體軸平行的眼的直徑；(9)前臂及手長(length of lower arm and hand，LLAH)：自肘關(guān)節(jié)至第三指末端的長度；(10)前臂寬(diameter of lower arm，DLA)：前臂最粗的直徑；(11)腿或后肢全長(leg or hind limb length，LL)：自體后端正中部位至第四趾末端的長度；(12)脛長(tibia length，TL)：脛部兩端之間的長度；(13)脛寬(tibia width，TW)：脛部最粗的直徑；(14)跗足長(length of foot and tarsus，LFT)：自脛跗關(guān)節(jié)至第四趾末端的長度；(15)足長(foot length，F(xiàn)L)：自內(nèi)蹠突的近端至第四趾末端的長度(費(fèi)梁，1999)。用剪蹼法標(biāo)記已捕捉的個(gè)體，以免重復(fù)捕捉，測量標(biāo)記后放回原處(陳旭等，2013)。

1.2 數(shù)據(jù)處理方法

采用Excel和SPSS 23.0處理數(shù)據(jù)。首先用Kolmogorov-Smirnov和Levene分別檢測所有數(shù)據(jù)的正態(tài)性和方差同質(zhì)性。獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較兩性的體長和體質(zhì)量。當(dāng)測量數(shù)據(jù)符合正態(tài)性和方差同質(zhì)性時(shí)，相關(guān)分析采用Pearson檢驗(yàn)，否則用Spearman檢驗(yàn)。當(dāng)局部形態(tài)特征與體長顯著相關(guān)時(shí)，以體長為協(xié)變量，做單因素協(xié)方差分析，最后將兩性異形差異明顯且與體長顯著相關(guān)的形態(tài)特征與體長做一元線性回歸分析。描述統(tǒng)計(jì)值用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(Mean±SE)表示，顯著性水平設(shè)置為α=0.05。

兩性異形指數(shù)=1-體型較小性別的平均體長/體型較大性別的平均體長(Gibbons & Lovich，1990)。

2 結(jié)果與分析

經(jīng)Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)得知，大蹼鈴蟾所有15項(xiàng)特征都符合正態(tài)性，經(jīng)Levene檢驗(yàn)得知，吻長、前臂寬、腿或后肢全長這3項(xiàng)特征方差不齊(P<0.05)，所以采用Spearman檢驗(yàn)與體長的相關(guān)性，其余形態(tài)特征都滿足正態(tài)性和方差齊性，采用Pearson檢驗(yàn)與體長的相關(guān)性。除了雌性眼間距外(P=0.061)，雌雄頭長、頭寬、吻長、鼻間距、上眼瞼、眼徑、前臂及手長、前臂寬、腿或后肢全長、脛長、脛寬、跗足長和足長13項(xiàng)形態(tài)特征與體長有極顯著相關(guān)性(P<0.001)(表1)。

雄性大蹼鈴蟾平均體長為53.54 mm±1.14 mm(n=47)，雌性平均體長為52.74 mm±1.45 mm(n=24)，雄性略大于雌性，雄雌體長比為1.015，兩性異形指數(shù)為0.01，雄性其他特征的平均值都略大于雌性，平均值比最大的是前臂寬，達(dá)1.249，其次是脛長，為1.108，腿或后肢全長的平均值比(1.090)和脛寬的平均值比(1.083)也較大。此外，其余形態(tài)特征平均值比都較小。獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)的結(jié)果顯示，雌雄體長(F=1.062，P>0.05)和體質(zhì)量(F=6.225，P>0.05)與性別之間的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。以體長為協(xié)變量，單因素協(xié)方差分析結(jié)果表明，頭長(F=8.296，P=0.005)、吻長(F=22.484，P=0.000)、前臂寬(F=85.323，P<0.001)、腿或后肢全長(F=48.840，P<0.001)、脛長(F=46.607，P<0.001)、脛寬(F=9.731，P<0.001)和跗足長(F=25.901，P<0.001)在兩性間的差異有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表2)。

表1 大蹼鈴蟾成體各項(xiàng)形態(tài)特征與體長的相關(guān)性Table 1 Correlation between morphological characteristics and body length of adult Bombina maxima

表2 大蹼鈴蟾成體形態(tài)特征的兩性差異Table 2 Morphological differences between different sexes of adult Bombina maxima

對與性別有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的7項(xiàng)形態(tài)特征分別與體長做一元線性回歸分析，雄性頭長(0.26)、吻長(0.12)、前臂寬(0.15)、腿或后肢全長(1.22)、脛長(0.39)、脛寬(0.17)和跗足長(0.84)的斜率均大于雌性，其中，腿或后肢全長的差異最大，表明雄性大蹼鈴蟾的這7項(xiàng)形態(tài)特征隨體長的生長速率大于雌性(圖1)。

3 討論

研究顯示，兩棲動物個(gè)體大小兩性異形有3種模式：(1)雌性成體大于雄性成體；(2)雄性成體大于雌性成體；(3)兩性個(gè)體大小同形(Powell & Russell，1985)。第一種較為普遍，有利于雌性提高繁殖輸出，約90%的無尾兩棲類屬于這種(Shine，1979)；第二種通常與促使雄性向較大體型方向進(jìn)化的性選擇壓力較強(qiáng)有關(guān)；第三種則有可能是生育力選擇和性選擇作用力相對平衡的結(jié)果(Katsikaros & Shine，1997)。從本次研究結(jié)果來看，大蹼鈴蟾屬于第二種模式，即雄性成體大于雌性成體。解釋動物的兩性異形目前有3種假說：(1)性選擇假說：該假說認(rèn)為，性選擇是雄性個(gè)體向較大體型進(jìn)化的驅(qū)動力(Darwin，1871)。在配偶競爭中，個(gè)體較大的一方可通過雄性斗爭占據(jù)優(yōu)勢，從而增加交配的成功率，因此性選擇促使雄性個(gè)體向體型較大方向發(fā)展(胡一中等，2015)。(2)生育力選擇假說：生育力選擇是雌性個(gè)體向較大體型發(fā)展的主要動力(Darwin，1871；Shine，1979)。與雄性相比，雌性需要更大的腹腔以增大懷卵量，因而個(gè)體大的雌性將具有更大的生育力和繁殖輸出(Shine，1979)。(3)生態(tài)位分離假說：兩性個(gè)體在生態(tài)位上的分離與差異是兩性異形出現(xiàn)的原因(Shine，1989)。本研究結(jié)果顯示，大蹼鈴蟾符合性選擇假說。另外，大蹼鈴蟾的雌雄體長平均值比為0.985，兩性異形指數(shù)為0.01，遠(yuǎn)小于花臭蛙Odorranaschmackeri(雌雄平均體長比：1.814，兩性異性指數(shù)：0.496；李成，2000)、大綠臭蛙Odorranagraminea(雌雄平均體長比：1.814，兩性異性指數(shù)：0.476；鄭榮泉等，2002)、凹耳蛙(雌雄平均體長比：1.716，兩性異性指數(shù)：0.418；陳旭等，2013)，而接近康縣隆肛蛙(雌雄平均體長比：1.091，兩性異性指數(shù)：0.08；黃棨通，龔大潔，2018)。由此可見，大蹼鈴蟾屬于雄性成體大于雌性成體且雌雄異形較小的兩棲類。

圖1 大蹼鈴蟾形態(tài)特征與體長的關(guān)系Fig. 1 The relationship between morphological characteristics and body length of Bombina maxima

大蹼鈴蟾雌雄異形的原因，可能是由于雄性在性選擇上競爭激烈，只有身體強(qiáng)健和四肢發(fā)達(dá)(尤其是用于抱握雌性的前臂)的雄性個(gè)體才能在交配權(quán)的競爭中占據(jù)優(yōu)勢，發(fā)達(dá)的前臂能保證雄性在抱對過程中不會從雌性背上掉落，強(qiáng)烈的性選擇壓力促使雄性個(gè)體向體型較大的方向發(fā)展。

大蹼鈴蟾的頭長、吻長、前臂寬、腿或后肢全長、脛寬、脛長和跗足長在兩性間的差異有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且雄性這7項(xiàng)形態(tài)特征隨體長的生長速率大于雌性。其中，雄性前臂寬、腿或后肢全長、脛寬、脛長和跗足長都比雌性大，說明雄性支持運(yùn)動的四肢比雌性更有優(yōu)勢(宮鈴等，2016)。

致謝：感謝云南省林業(yè)職業(yè)學(xué)院白冰博士在樣品采集過程中給予的幫助。