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(dòng)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(duì)生物的兩性異形進(jìn)行過(guò)研究(Darwin，1871)。動(dòng)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(dòng)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(duì)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(duì)于了解物種不同性別個(gè)體的繁殖對(duì)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(dòng)物兩性異形的研究以往見(jiàn)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(wú)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(duì)該種的研究主要見(jiàn)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(lái)的maximin3抗菌肽對(duì)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(duì)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(jiàn)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(kù)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(cè)量以下15項(xiàng)外部形態(tài)特征：(1)體長(zhǎng)(body length，BL)：自吻端至體后端的長(zhǎng)度；(2)頭長(zhǎng)(head length，HL)：自吻端至上下頜關(guān)節(jié)后緣的長(zhǎng)度；(3)頭寬(head width，HW)：頭兩側(cè)之間的最大距離；(4)吻長(zhǎng)(snout length，SL)：自吻端至眼前角的長(zhǎng)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(zhǎng)(length of lower arm and hand，LLAH)：自肘關(guān)節(jié)至第三指末端的長(zhǎng)度；(10)前臂寬(diameter of lower arm，DLA)：前臂最粗的直徑；(11)腿或后肢全長(zhǎng)(leg or hind limb length，LL)：自體后端正中部位至第四趾末端的長(zhǎng)度；(12)脛長(zhǎng)(tibia length，TL)：脛部?jī)啥酥g的長(zhǎng)度；(13)脛寬(tibia width，TW)：脛部最粗的直徑；(14)跗足長(zhǎng)(length of foot and tarsus，LFT)：自脛跗關(guān)節(jié)至第四趾末端的長(zhǎng)度；(15)足長(zhǎng)(foot length，F(xiàn)L)：自內(nèi)蹠突的近端至第四趾末端的長(zhǎng)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(cè)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(cè)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(zhǎng)和體質(zhì)量。當(dāng)測(cè)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(zhǎng)顯著相關(guān)時(shí)，以體長(zhǎng)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(zhǎng)顯著相關(guān)的形態(tài)特征與體長(zhǎng)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(zhǎng)/體型較大性別的平均體長(zhǎng)(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(zhǎng)、前臂寬、腿或后肢全長(zhǎng)這3項(xiàng)特征方差不齊(P<0.05)，所以采用Spearman檢驗(yàn)與體長(zhǎng)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(zhǎng)的相關(guān)性。除了雌性眼間距外(P=0.061)，雌雄頭長(zhǎng)、頭寬、吻長(zhǎng)、鼻間距、上眼瞼、眼徑、前臂及手長(zhǎng)、前臂寬、腿或后肢全長(zhǎng)、脛長(zhǎng)、脛寬、跗足長(zhǎng)和足長(zhǎng)13項(xiàng)形態(tài)特征與體長(zhǎng)有極顯著相關(guān)性(P<0.001)(表1)。

雄性大蹼鈴蟾平均體長(zhǎng)為53.54 mm±1.14 mm(n=47)，雌性平均體長(zhǎng)為52.74 mm±1.45 mm(n=24)，雄性略大于雌性，雄雌體長(zhǎng)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(zhǎng)，為1.108，腿或后肢全長(zhǎng)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(zhǎng)(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(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。以體長(zhǎng)為協(xié)變量，單因素協(xié)方差分析結(jié)果表明，頭長(zhǎng)(F=8.296，P=0.005)、吻長(zhǎng)(F=22.484，P=0.000)、前臂寬(F=85.323，P<0.001)、腿或后肢全長(zhǎng)(F=48.840，P<0.001)、脛長(zhǎng)(F=46.607，P<0.001)、脛寬(F=9.731，P<0.001)和跗足長(zhǎng)(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(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)做一元線性回歸分析，雄性頭長(zhǎng)(0.26)、吻長(zhǎng)(0.12)、前臂寬(0.15)、腿或后肢全長(zhǎng)(1.22)、脛長(zhǎng)(0.39)、脛寬(0.17)和跗足長(zhǎng)(0.84)的斜率均大于雌性，其中，腿或后肢全長(zhǎng)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(zhǎng)的生長(zhǎng)速率大于雌性(圖1)。

3 討論

研究顯示，兩棲動(dòng)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(wú)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(duì)平衡的結(jié)果(Katsikaros & Shine，1997)。從本次研究結(jié)果來(lái)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(dòng)物的兩性異形目前有3種假說(shuō)：(1)性選擇假說(shuō)：該假說(shuō)認(rèn)為，性選擇是雄性個(gè)體向較大體型進(jìn)化的驅(qū)動(dòng)力(Darwin，1871)。在配偶競(jìng)爭(zhēng)中，個(gè)體較大的一方可通過(guò)雄性斗爭(zhēng)占據(jù)優(yōu)勢(shì)，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(shuō)：生育力選擇是雌性個(gè)體向較大體型發(fā)展的主要?jiǎng)恿?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(shuō)：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(shuō)。另外，大蹼鈴蟾的雌雄體長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)比：1.091，兩性異性指數(shù)：0.08；黃棨通，龔大潔，2018)。由此可見(jiàn)，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(zhǎng)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(jìng)爭(zhēng)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(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)，發(fā)達(dá)的前臂能保證雄性在抱對(duì)過(guò)程中不會(huì)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(zhǎng)、吻長(zhǎng)、前臂寬、腿或后肢全長(zhǎng)、脛寬、脛長(zhǎng)和跗足長(zhǎng)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(zhǎng)的生長(zhǎng)速率大于雌性。其中，雄性前臂寬、腿或后肢全長(zhǎng)、脛寬、脛長(zhǎng)和跗足長(zhǎng)都比雌性大，說(shuō)明雄性支持運(yùn)動(dòng)的四肢比雌性更有優(yōu)勢(shì)(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(guò)程中給予的幫助。