骨骼在生物體的生命活動中起到重要作用,其為生物體提供力學支撐及重要器官的保護,為肌肉組織提供附著表面。研究指出兩棲類物種的骨骼形態與它們的棲息地類型具有直接相關性,因此,骨骼形態學研究是了解物種適應性進化的良好素材。
中國科學院成都生物研究所李家堂課題組以樹棲蛙類(樹蛙和雨蛙,圖1)和非樹棲蛙類(鈴蟾科、蟾蜍科、角蟾科、姬蛙科和蛙科)物種為研究對象,對前肢和第三掌骨進行比較形態學研究,同時結合系統發育關系及生態位分析,進一步探究無尾目物種對樹棲蛙類的適應性進化。
本研究顯示,樹棲蛙類物種樹蛙亞科(Rhacophorinae)物種的第三掌骨遠末端存在一個骨質結節(Bony knob,圖2),該結構由側面的關節軟骨(AL)通過軟骨硬化形成,解剖學發現其上粘附有肌肉。系統發育比較方法(PCM)結果顯示該性狀與樹棲有著顯著相關性。因此,研究推測骨質結節可能是為肌肉提供更大附著面積,發達的肌肉有助于其提升抓握能力。此外,研究結果顯示在雨蛙屬(Hyla)物種的第三掌骨中部存在一個與骨質結節同方向的彎曲(圖2),其可能充當一個特殊的插入位置或受力點,來幫助雨蛙屬物種產生更大的抓握力。樹棲蛙類和非樹棲蛙類物種的前臂和手的比較分析結果顯示相對手長在非樹棲蛙類與樹棲蛙類之間具有顯著差異(圖3)。樹棲蛙類擁有較長的手,其可能與樹棲適應中的抓握相關。
本項研究得到中科院東南亞中心青年基金項目,國家自然科學基金,四川省科技廳國際合作基金等資助。研究近期發表于Acta Zoologica。
圖1:左示意樹蛙類物種,右示意雨蛙類物種
圖2:第三掌骨的透明骨骼染色結果 A:非樹棲蛙類;B:樹棲蛙類,樹蛙亞科樣本;C:樹棲蛙,雨蛙科樣本。
圖3:樹棲蛙類與非樹棲蛙類相對前肢長和手長統計圖,a:相對前肢長,b:相對手長
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