廖文波团队在两栖动物脑容量的适应性演化取得重要进展
种群密度是种群最基本的数量特征，不同物种的种群密度通常存在着较大差异，而这种差异往往与其身体大小和能量需求有关。体型较大的物种通常需要更大的生存空间来获得更多的食物以满足能量需求，从而呈现出较低的种群密度。近年来研究表明，陆生哺乳动物的种群密度与其脑容量也有关，然而两栖类的脑容量是否与种群密度有关还尚不清楚。通过探究脑容量与种群密度的关系，能进一步了解脑容量在物种生态和进化中的作用，以及脑容量如何影响物种应对环境变化的能力。
近日，西华师范大学廖文波研究员团队在Science China Life Sciences Letter栏目上发表题为“Anuran brain size predicts food availability–driven population density”的研究成果，揭示了脑容量较大的两栖类物种会呈现出较高的种群密度。
目前有两种假设来解释脑容量与种群密度之间的关系。“认知假说”认为，更大的脑所带来的更高的认知能力让动物能够通过更多创新或灵活的行为来探索新资源，从而增加其种群密度。而“发育成本假说”认为，由于脑是高耗能器官，脑容量较大的物种通常会减少繁殖投入并延长发育时间，其对能量的需求可能会导致种群增长率的减慢和种群密度的降低。为探究无尾两栖类脑容量与种群密度的关系是否遵循这两种假说，廖文波研究员团队以中国102种两栖动物为研究对象，通过近6年野外观察，并整合形态学、解剖学、系统发育学等多维度研究手段，使用控制系统发育关系的比较分析和路径分析系统地解析了102种无尾两栖类的脑容量、食物丰富度、环境恶劣程度和种群密度之间的关系（图1）。
图1 两栖类食物丰度（g）、相对脑容量、种群密度（个体/m2）和身体大小（mm）的关系。相对脑容量和种群密度之间存在正相关关系（A）。食物丰度与种群密度（B）、相对脑容量（C）和身体大小（D）呈正相关。与食物丰度、身体大小、种群密度、相对脑容量和温度变异系数有关的路径分析（E）。
结果显示，在控制身体大小后，两栖类的种群密度和相对脑容量之间呈显著性正相关（种群密度：t99=6.58，P<0.001；身体大小：t99=21.16，P<0.001；λ= 0.301.00,<0.01；图1A），这表明脑容量更大的两栖类具有更强的认知能力，能获得更多资源，从而呈现出更高的种群密度。在考虑了可能介导种群密度和脑容量之间关系的因素——食物丰度和环境恶劣程度后，研究发现食物丰富度与种群密度呈正相关（t63=6.61，P<0.001，λ<0.011.00,<0.01；图1B），相对脑容量与食物丰富度呈正相关（t62=3.46，P<0.001；身体大小：t62=14.81，P<0.001；λ= 0.641.00,<0.01；图1C），食物丰富度与体型呈正相关（t63=5.64，P<0.001，λ<0.011.00,<0.01；图1D），表明当环境的食物丰富度较高时，更大的脑所带来的认知效益可能超过更小的脑所带来的节能效益。
关于食物丰度如何影响脑容量、身体大小和种群密度的进一步研究显示（图1E），在食物丰度较高和种群密度较低的情况下，无尾两栖类会进化出更大的身体，这表明体型较大的无尾两栖类需要更多的食物来满足它们的能量需求，而身体大小与种群密度之间的负相关可以用能量等价法则来解释，即个体代谢率随着身体大小的增加而增加。同时，食物丰度对脑容量影响表明，较大的脑具有更强的认知能力，这可能是与资源可利用性相关。
总的来说，两栖类的种群密度的变化可能是由不同的食物丰富度导致的，种群密度越高的物种生活在食物资源越丰富的栖息环境。同时，在环境条件较好的情况下，脑容量大的物种所具有的较强的认知能力可以探索新的资源来平衡能量需求，从而增加了其种群密度。研究结果为两栖类种群密度与脑容量之间的正相关提供了重要证据，表明两栖类的脑容量可以预测其种群密度的变化，为两栖类对环境的适应以及保护其物种多样性保护研究提供新的视角。
西华师范大学西南野生动植物资源教育部重点实验室廖文波研究员为该文通讯作者，蒋莹博士为第一作者，北京林业大学栾晓峰教授参与了该研究工作。研究获得了国家自然科学基金（批准号：31970393）和四川省自然科学基金重点项目（批准号：22NSFCSC0011）资助。
更多详细信息，请登陆期刊官网，阅读原文。[点击下方链接或阅读原文]▼