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科技日報記者 張蓋倫

廣西大學林學院斯里蘭卡籍馬德華教授團隊主導，與英國邊山大學、澳大利亞博物館、美國哈佛大學科研人員合作，近日在Nature子刊Communication Biology發(fā)文，揭開兩棲動物東半球樹蛙科進化之謎。

兩棲動物是自然界中捕食者和獵物的關鍵組成部分，蛙類是兩棲動物的主要類群。它們是生態(tài)系統(tǒng)食物鏈的主要成分，是從蛇到猛禽等很多動物的食物來源。兩棲動物是陸地脊椎動物的先驅(qū)者，其濕潤、滲透性的皮膚，雙相的生命周期和變溫特點，使它們易受到干燥條件的影響，因此兩棲動物是氣候變化的特殊指示物種。

氣候的不斷變化已經(jīng)導致蛙類種群數(shù)量以前所未有的速度減少。兩棲動物自然滅絕的速度約是每500年1個物種，然而在1980年后的很短時間內(nèi)，至少有200個物種完全消失。兩棲動物有著漫長且緩慢的物種分化速率，若兩棲動物種群數(shù)量以當前的速率快速下降，那么進化的物種將無法補充即將滅絕的物種。

樹蛙科是無尾目的一科，目前已描述有22個屬432個種，約占全球兩棲綱無尾目（青蛙和蟾蜍）的6%。樹蛙科有10-12屬200-300種。樹蛙科外形與雨蛙非常相似，但和雨蛙沒有很近的親緣關系，而與蛙科親緣關系比較接近。東半球樹蛙科廣泛地分布在氣候多變的地理區(qū)域，主要為亞洲和非洲。

樹蛙科主要有4種不同的生殖模式：水生繁殖 （凝膠覆蓋的水生卵和水生蝌蚪)，膠體筑巢 (膠體覆蓋的陸生卵和水生蝌蚪)，泡沫筑巢 （泡沫覆蓋的陸生卵和水生蝌蚪)和陸地直接發(fā)育 (卵或幼蛙在孵化完成后已完全發(fā)育，即沒有蝌蚪階段)。陸生直接發(fā)育和泡沫筑巢是促進這些蛙類快速分化的關鍵進化創(chuàng)新。泡沫筑巢使樹蛙能夠具備抗干燥的必要條件，即能夠在更開放、更干燥的棲息地產(chǎn)卵。陸地直接發(fā)育使樹蛙能夠在多種類型的潮濕棲息地產(chǎn)卵，以遠離對水體的依賴。

該研究使用最新的數(shù)據(jù)分析方法，對東半球樹蛙科415個物種現(xiàn)有的全部基因組和多基因序列數(shù)據(jù)進行分類歸并，構建生成了迄今為止最為全面的系統(tǒng)發(fā)育樹。結(jié)果表明，在東半球樹蛙科整個系統(tǒng)發(fā)育過程中，物種分化速率幾乎是恒定的，但物種豐富度的分布卻很不均勻、在演化過程中有明顯聚集現(xiàn)象。其中，島嶼上的高海拔地區(qū)和一些具有陰冷潮濕氣候的大陸地區(qū)呈現(xiàn)較高的物種多樣性和獨特的分類群。

研究結(jié)果證實了樹蛙科的起源中心是亞洲的東北地區(qū)，通過適應新的氣候條件（“生態(tài)位進化”主導）或在有利的氣候時期進行擴散（“生態(tài)位保守”主導），從而到達遠離其起源中心的冷濕避難區(qū)。

樹蛙科早期的物種多樣性演化和分散是在生態(tài)位保守主導的冷濕氣候條件下發(fā)生的，但隨著關鍵進化創(chuàng)新的出現(xiàn)，它們能夠適應氣候變暖。在大約0.4億年前的全球變暖期，樹蛙科的早期祖先在東亞或東南亞地區(qū)定居，其后代開始適應“始新世時代中期的氣候最適期（MECO）”不斷增加的夏季溫度，這些適應與樹蛙科的陸生繁殖模式的進化相吻合。隨后在始新世-漸新世過渡期內(nèi)發(fā)生了全球變冷事件，導致海平面下降，促使這些適應溫暖氣候的祖先物種，從遭受氣候惡劣影響的地區(qū)向鄰近的避難所遷移。

此外，研究結(jié)果還進一步表明，東亞、東南亞和喜馬拉雅地區(qū)的許多水生繁殖和膠體筑巢的物種向較冷的氣候條件演化，而棲息在巽他古陸和印度半島的許多陸生直接發(fā)育和泡沫筑巢物種向較暖的氣候進行演化。與大陸地區(qū)相比，島嶼空生態(tài)位提供的生態(tài)機會加速了樹蛙物種多樣性的演化速率。

這些發(fā)現(xiàn)足夠說明，氣候避難所、生態(tài)機遇、關鍵進化創(chuàng)新、對氣候條件的長期適應，以及氣候在時間尺度上的變化促進了樹蛙科物種的多樣性演化。研究結(jié)果對樹蛙科進化歷史提供了全新認識，將有助于預測樹蛙物種對當前和未來氣候變化的響應，從而提出有效的保護策略。