科研人员揭开两栖动物东半球树蛙科进化之谜

广西大学林学院斯里兰卡籍马德华教授团队主导，与英国边山大学、澳大利亚博物馆、美国哈佛大学科研人员合作，近日在Nature子刊Communication Biology发文，揭开两栖动物东半球树蛙科进化之谜。

两栖动物是自然界中捕食者和猎物的关键组成部分，蛙类是两栖动物的主要类群。它们是生态系统食物链的主要成分，是从蛇到猛禽等很多动物的食物来源。两栖动物是陆地脊椎动物的先驱者，其湿润、渗透性的皮肤，双相的生命周期和变温特点，使它们易受到干燥条件的影响，因此两栖动物是气候变化的特殊指示物种。

气候的不断变化已经导致蛙类种群数量以前所未有的速度减少。两栖动物自然灭绝的速度约是每500年1个物种，然而在1980年后的很短时间内，至少有200个物种完全消失。两栖动物有着漫长且缓慢的物种分化速率，若两栖动物种群数量以当前的速率快速下降，那么进化的物种将无法补充即将灭绝的物种。

树蛙科是无尾目的一科，目前已描述有22个属432个种，约占全球两栖纲无尾目(青蛙和蟾蜍)的6%。树蛙科有10-12属200-300种。树蛙科外形与雨蛙非常相似，但和雨蛙没有很近的亲缘关系，而与蛙科亲缘关系比较接近。东半球树蛙科广泛地分布在气候多变的地理区域，主要为亚洲和非洲。

树蛙科主要有4种不同的生殖模式：水生繁殖 (凝胶覆盖的水生卵和水生蝌蚪)，胶体筑巢 (胶体覆盖的陆生卵和水生蝌蚪)，泡沫筑巢 (泡沫覆盖的陆生卵和水生蝌蚪)和陆地直接发育 (卵或幼蛙在孵化完成后已完全发育，即没有蝌蚪阶段)。陆生直接发育和泡沫筑巢是促进这些蛙类快速分化的关键进化创新。泡沫筑巢使树蛙能够具备抗干燥的必要条件，即能够在更开放、更干燥的栖息地产卵。陆地直接发育使树蛙能够在多种类型的潮湿栖息地产卵，以远离对水体的依赖。

该研究使用最新的数据分析方法，对东半球树蛙科415个物种现有的全部基因组和多基因序列数据进行分类归并，构建生成了迄今为止最为全面的系统发育树。结果表明，在东半球树蛙科整个系统发育过程中，物种分化速率几乎是恒定的，但物种丰富度的分布却很不均匀、在演化过程中有明显聚集现象。其中，岛屿上的高海拔地区和一些具有阴冷潮湿气候的大陆地区呈现较高的物种多样性和独特的分类群。

研究结果证实了树蛙科的起源中心是亚洲的东北地区，通过适应新的气候条件(“生态位进化”主导)或在有利的气候时期进行扩散(“生态位保守”主导)，从而到达远离其起源中心的冷湿避难区。

树蛙科早期的物种多样性演化和分散是在生态位保守主导的冷湿气候条件下发生的，但随着关键进化创新的出现，它们能够适应气候变暖。在大约0.4亿年前的全球变暖期，树蛙科的早期祖先在东亚或东南亚地区定居，其后代开始适应“始新世时代中期的气候最适期(MECO)”不断增加的夏季温度，这些适应与树蛙科的陆生繁殖模式的进化相吻合。随后在始新世-渐新世过渡期内发生了全球变冷事件，导致海平面下降，促使这些适应温暖气候的祖先物种，从遭受气候恶劣影响的地区向邻近的避难所迁移。

此外，研究结果还进一步表明，东亚、东南亚和喜马拉雅地区的许多水生繁殖和胶体筑巢的物种向较冷的气候条件演化，而栖息在巽他古陆和印度半岛的许多陆生直接发育和泡沫筑巢物种向较暖的气候进行演化。与大陆地区相比，岛屿空生态位提供的生态机会加速了树蛙物种多样性的演化速率。

这些发现足够说明，气候避难所、生态机遇、关键进化创新、对气候条件的长期适应，以及气候在时间尺度上的变化促进了树蛙科物种的多样性演化。研究结果对树蛙科进化历史提供了全新认识，将有助于预测树蛙物种对当前和未来气候变化的响应，从而提出有效的保护策略。(科技日报记者 张盖伦)