四川动物  2019, Vol. 38 Issue (2): 194-199, 205

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姚冲学, 吕婷, 王方, 黄元, 肖剑, 陈明勇
YAO Chongxue, LYU Ting, WANG Fang, HUANG Yuan, XIAO Jian, CHEN Mingyong*
大蹼铃蟾的两性异形
Sexual Dimorphism of Bombina maxima
四川动物, 2019, 38(2): 194-199, 205
Sichuan Journal of Zoology, 2019, 38(2): 194-199, 205
10.11984/j.issn.1000-7083.20180381

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收稿日期: 2018-12-10
接受日期: 2019-02-14
大蹼铃蟾的两性异形
姚冲学 , 吕婷 , 王方 , 黄元 , 肖剑 , 陈明勇*     
云南大学生命科学学院, 昆明 650091
摘要:2018年6—8月,测量采自云南省昆明市金殿水库后山的71只(47,24♀)大蹼铃蟾Bombina maxima成体的体长、头长、头宽等15项形态特征指标并检验该物种的两性异形。结果表明:雄性平均体长为53.54 mm±1.14 mm,雌性平均体长为52.74 mm±1.45 mm,雄性与雌性平均体长比为1.015,两性异性指数为0.01;大蹼铃蟾的体长、体质量与性别之间的差异无统计学意义;除了雌性的眼间距外,其余13项形态特征与体长均有极显著相关性;以体长为协变量的协方差分析结果显示,大蹼铃蟾的头长、吻长、前臂宽、腿或后肢全长、胫长、胫宽和跗足长在两性间的差异有高度统计学意义;雄性的这7项形态特征随体长的生长速率大于雌性。性选择假说能解释大蹼铃蟾的两性异形现象。
关键词大蹼铃蟾     两性异形     性选择假说    
Sexual Dimorphism of Bombina maxima
YAO Chongxue , LYU Ting , WANG Fang , HUANG Yuan , XIAO Jian , CHEN Mingyong**     
School of Life Sciences, Yunnan University, Kunming 650091, China
Abstract: From June to August in 2018, sexual dimorphism of Bombina maxima was studied on 71 adults (47, 24♀) collected from the back hill of the Golden Temple Reservoir in Kunming, Yunnan province. By measuring the 15 morphological characteristics, such as body length, head length, head width, etc., the results showed that the average body length of male B. maxima was 53.54 mm±1.14 mm, while the female's average body length was 52.74 mm±1.45 mm. The average body length ratio of male to female was 1.015, and the heterosexual index was 0.01. According to independent sample t test results, B. maxima had no statistical significance in body length and body mass between sexes. The results of correlation test showed that all the other 13 morphological characteristics were significantly correlated with body length, except interorbital space in females. Using body length as the covariant, the covariance analysis results showed that, 7 morphological characteristics of B. maxima such as head length, snout length, diameter of lower arm, leg or hind limb length, tibia length, tibia width and length of foot and tarsal were highly statistical significance between sexes. The results of unary linear regression showed that the growth rate of male head length, snout length, diameter of lower arm, leg or hind limb length, tibial width, tibial length and length of foot and tarsal were larger than those of female. In conclusion, the sexual dimorphism of B. maxima can be explained by the sexual selection hypothesis.
Keywords: Bombina maxima     sexual dimorphism     sexual selection hypothesis    

两性异形是动物界普遍存在的现象,主要体现在雌雄两性个体大小、局部特征和体色上的差异(Shine,1979蔡垚,2009)。早在1871年,达尔文在研究生物进化中就对生物的两性异形进行过研究(Darwin,1871)。动物的两性异形可能是由性选择、非性选择或者两者某种组合的选择压力导致的(林植华,计翔,2000)。性选择是一种直接与雌性增加子代输出或雄性增加交配次数的繁殖利益有关的自然选择压力,因而是导致不少动物两性异形的重要原因(郑荣泉等,2002)。非性选择原因也能导致两性异形,如栖息环境、生活史、两性寿命或死亡率的差异和两性的食性分离以及性成熟个体分配物质和能量的两性差异(Cooper & Vitt,1989)。因此,对特定物种进行雌雄两性形态差异分析,不仅有助于理解该物种两性异形的产生机制,同时对于了解物种不同性别个体的繁殖对策、繁殖投入和进化选择压力具有重要意义(胡一中等,2015)。两栖动物两性异形的研究以往见于多疣狭口蛙Kaloula verrucosa(贺佳飞等,2006)、滇蛙Nidirana pleuraden(李旭等,2006)、凹耳蛙Odorrana tormota(陈旭等,2013)、华南湍蛙Amolops ricketti(胡一中等,2015)、花背蟾蜍Strauchbufo raddei(宫铃,师玉环,2016)、沼蛙Rana guentheri(叶志强等,2016)、中华蟾蜍Bufo gargarizans(邵晓忠,师玉环,2017)、康县隆肛蛙Nanorana kangxianensis(黄棨通,龚大洁,2018)等。

大蹼铃蟾Bombina maxima隶属无尾目Anura铃蟾科Bombinatoridae铃蟾属Bombina,生活在海拔2 000~3 300 m的静水塘、小山溪缓流处石块下、井泉、路旁小沟内,主要分布于四川(西南部高山区)、云南(中部及西北部地区)及贵州(费梁,1999)。对该种的研究主要见于皮肤分泌液中抗菌活性肽的分离纯化及其性质(赖仞等,1998张云,2006)、转录组深度分析及其免疫系统的功能研究(张英霞等,2008)、皮肤白蛋白的胰蛋白酶抑制剂活性研究(赵锋等,2013)等。张云(2006)的研究发现,从大蹼铃蟾皮肤分泌物中提取出来的maximin3抗菌肽对人类免疫缺陷病毒(艾滋病病毒)有明显的抑制作用,因此,大蹼铃蟾对艾滋病病毒防治药物及其他科学研究具有重要价值。有关大蹼铃蟾两性异形的研究尚未见报道,研究大蹼铃蟾两性异形可为后续研究其性选择和进化机制提供更多的基础资料。

1 材料和方法 1.1 实验材料和方法

2018年6—8月在云南省昆明市金殿水库后山采集71只大蹼铃蟾成体(47 ♂,24♀),采用英衡电子天平(精度0.01 g)称量体质量(body mass,BM),采用上海恒量电子数显游标卡尺(精度0.01 mm)测量以下15项外部形态特征:(1)体长(body length,BL):自吻端至体后端的长度;(2)头长(head length,HL):自吻端至上下颌关节后缘的长度;(3)头宽(head width,HW):头两侧之间的最大距离;(4)吻长(snout length,SL):自吻端至眼前角的长度;(5)鼻间距(internasal space,INS):左右鼻孔内缘之间的距离;(6)眼间距(interorbital space,IOS):左右上眼睑内侧缘之间最窄距离;(7)上眼睑宽(width of upper eyelid,WUE):上眼睑的最大宽度;(8)眼径(diameter of eye,DE):与体轴平行的眼的直径;(9)前臂及手长(length of lower arm and hand,LLAH):自肘关节至第三指末端的长度;(10)前臂宽(diameter of lower arm,DLA):前臂最粗的直径;(11)腿或后肢全长(leg or hind limb length,LL):自体后端正中部位至第四趾末端的长度;(12)胫长(tibia length,TL):胫部两端之间的长度;(13)胫宽(tibia width,TW):胫部最粗的直径;(14)跗足长(length of foot and tarsus,LFT):自胫跗关节至第四趾末端的长度;(15)足长(foot length,FL):自内蹠突的近端至第四趾末端的长度(费梁,1999)。用剪蹼法标记已捕捉的个体,以免重复捕捉,测量标记后放回原处(陈旭等,2013)。

1.2 数据处理方法

采用Excel和SPSS 23.0处理数据。首先用Kolmogorov-Smirnov和Levene分别检测所有数据的正态性和方差同质性。独立样本t检验比较两性的体长和体质量。当测量数据符合正态性和方差同质性时,相关分析采用Pearson检验,否则用Spearman检验。当局部形态特征与体长显著相关时,以体长为协变量,做单因素协方差分析,最后将两性异形差异明显且与体长显著相关的形态特征与体长做一元线性回归分析。描述统计值用平均值±标准误(Mean±SE)表示,显著性水平设置为α=0.05。

两性异形指数=1-体型较小性别的平均体长/体型较大性别的平均体长(Gibbons & Lovich,1990)。

2 结果与分析

经Kolmogorov-Smirnov检验得知,大蹼铃蟾所有15项特征都符合正态性,经Levene检验得知,吻长、前臂宽、腿或后肢全长这3项特征方差不齐(P<0.05),所以采用Spearman检验与体长的相关性,其余形态特征都满足正态性和方差齐性,采用Pearson检验与体长的相关性。除了雌性眼间距外(P=0.061),雌雄头长、头宽、吻长、鼻间距、上眼睑、眼径、前臂及手长、前臂宽、腿或后肢全长、胫长、胫宽、跗足长和足长13项形态特征与体长有极显著相关性(P<0.001)(表 1)。

表 1 大蹼铃蟾成体各项形态特征与体长的相关性 Table 1 Correlation between morphological characteristics and body length of adult Bombina maxima
形态特征
Morphologicalcharacteristics
雄性Male (n=47) 雌性Female (n=24) Levene检验
Levene test
Pearson检验
Pearson test
Spearman检验
Spearman test
Pearson检验
Pearson test
Spearman检验
Spearman test
头长 0.900 0.808 F=2.122
HL P<0.001 P<0.001 P=0.150
头宽 0.932 0.933 F=0.516
HW P<0.001 P<0.001 P=0.457
吻长 0.896 0.785 F=6.211
SL P<0.001 P<0.001 P=0.015
鼻间距 0.779 0.839 F=0.487
INS P<0.001 P<0.001 P=0.487
眼间距 0.678 0.388 F=0.303
IOS P<0.001 P=0.061 P=0.584
上眼睑宽 0.729 0.783 F=1.222
WUE P<0.001 P<0.001 P=0.273
眼径 0.859 0.912 F=0.022
DE P<0.001 P<0.001 P=0.883
前臂及手长 0.937 0.883 F=2.925
LLAH P<0.001 P<0.001 P=0.092
前臂宽 0.910 0.722 F=4.005
DLA P<0.001 P<0.001 P=0.049
腿或后肢全长 0.961 0.814 F=6.209
LL P<0.001 P<0.001 P=0.015
胫长 0.936 0.908 F=3.874
TL P<0.001 P<0.001 P=0.054
胫宽 0.875 0.795 F=1.058
TW P<0.001 P<0.001 P=0.166
跗足长 0.959 0.900 F=2.338
LFT P<0.001 P<0.001 P=0.131
足长 0.892 0.893 F=1.760
FL P<0.001 P<0.001 P=0.189

雄性大蹼铃蟾平均体长为53.54 mm±1.14 mm(n=47),雌性平均体长为52.74 mm±1.45 mm(n=24),雄性略大于雌性,雄雌体长比为1.015,两性异形指数为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宽,达1.249,其次是胫长,为1.108,腿或后肢全长的平均值比(1.090)和胫宽的平均值比(1.083)也较大。此外,其余形态特征平均值比都较小。独立样本t检验的结果显示,雌雄体长(F=1.062,P>0.05)和体质量(F=6.225,P>0.05)与性别之间的差异无统计学意义。以体长为协变量,单因素协方差分析结果表明,头长(F=8.296,P=0.005)、吻长(F=22.484,P=0.000)、前臂宽(F=85.323,P<0.001)、腿或后肢全长(F=48.840,P<0.001)、胫长(F=46.607,P<0.001)、胫宽(F=9.731,P<0.001)和跗足长(F=25.901,P<0.001)在两性间的差异有高度统计学意义(表 2)。

表 2 大蹼铃蟾成体形态特征的两性差异 Table 2 Morphological differences between different sexes of adult Bombina maxima
形态特征
Morphological
characteristics
平均值±标准误(范围)
Mean±SE (Range)
t检验
t test
单因素协方差分析
One-Way ANCOVA
雄性Male
(n=47)
雌性Female
(n=24)
体长
BL/mm
53.54±1.14
(42.44~74.95)
52.74±1.45
(33.57~61.32)
F=1.062
P=0.674
头长
HL/mm
17.00±0.33
(13.61~22.50)
16.02±0.41
(10.76~20.20)
F=8.296
P=0.005
头宽
HW/mm
19.17±0.32
(15.18~26.74)
19.08±0.41
(14.19~22.18)
F=0.397
P=0.531
吻长
SL/mm
7.53±0.15
(5.66~9.90)
6.95±0.15
(5.17~7.93)
F=22.484
P<0.001
鼻间距
INS/mm
3.10±0.07
(2.17~4.36)
2.96±0.09
(1.99~3.70)
F=1.930
P=0.169
眼间距
IOS/mm
3.26±0.08
(2.15~5.07)
3.06±0.09
(2.15~3.86)
F=2.956
P=0.090
上眼睑宽
WUE/mm
4.56±0.10
(3.54~6.41)
4.48±0.13
(2.68~5.55)
F=0.040
P=0.842
眼径
DE/mm
5.61±0.11
(4.26~7.51)
5.43±0.16
(3.17~6.49)
F=1.462
P=0.231
前臂及手长
LLAH/mm
23.12±0.45
(16.93~30.90)
22.36±0.52
(14.33~26.40)
F=2.641
P=0.109
前臂宽
DLA/mm
7.13±0.18
(5.02~10.48)
5.71±0.21
(3.24~8.78)
F=85.323
P<0.001
腿或后肢全长
LL/mm
73.97±1.43
(56.98~100.06)
67.88±1.45
(47.98~78.15)
F=48.840
P<0.001
胫长
TL/mm
22.90±0.47
(17.35~31.86)
20.66±0.51
(14.58~25.49)
F=46.607
P<0.001
胫宽
TW/mm
9.23±0.22
(6.49~13.42)
8.52±0.24
(5.73~10.98)
F=9.731
P=0.003
跗足长
LFT/mm
50.00±0.99
(37.09~70.94)
46.62±1.06
(34.36~56.14)
F=25.901
P<0.001
足长
FL/mm
19.20±0.35
(14.45~26.80)
18.48±0.40
(13.66~22.51)
F=3.889
P=0.053
体质量
BM/g
18.12±1.22
(7.98~50.06)
15.95±1.03
(4.50~23.43)
F=6.252
P=0.246

对与性别有高度统计学意义的7项形态特征分别与体长做一元线性回归分析,雄性头长(0.26)、吻长(0.12)、前臂宽(0.15)、腿或后肢全长(1.22)、胫长(0.39)、胫宽(0.17)和跗足长(0.84)的斜率均大于雌性,其中,腿或后肢全长的差异最大,表明雄性大蹼铃蟾的这7项形态特征随体长的生长速率大于雌性(图 1)。

图 1 大蹼铃蟾形态特征与体长的关系 Fig. 1 The relationship between morphological characteristics and body length of Bombina maxima
3 讨论

研究显示,两栖动物个体大小两性异形有3种模式:(1)雌性成体大于雄性成体;(2)雄性成体大于雌性成体;(3)两性个体大小同形(Powell & Russell,1985)。第一种较为普遍,有利于雌性提高繁殖输出,约90%的无尾两栖类属于这种(Shine,1979);第二种通常与促使雄性向较大体型方向进化的性选择压力较强有关;第三种则有可能是生育力选择和性选择作用力相对平衡的结果(Katsikaros & Shine,1997)。从本次研究结果来看,大蹼铃蟾属于第二种模式,即雄性成体大于雌性成体。解释动物的两性异形目前有3种假说:(1)性选择假说:该假说认为,性选择是雄性个体向较大体型进化的驱动力(Darwin,1871)。在配偶竞争中,个体较大的一方可通过雄性斗争占据优势,从而增加交配的成功率,因此性选择促使雄性个体向体型较大方向发展(胡一中等,2015)。(2)生育力选择假说:生育力选择是雌性个体向较大体型发展的主要动力(Darwin,1871Shine,1979)。与雄性相比,雌性需要更大的腹腔以增大怀卵量,因而个体大的雌性将具有更大的生育力和繁殖输出(Shine,1979)。(3)生态位分离假说:两性个体在生态位上的分离与差异是两性异形出现的原因(Shine,1989)。本研究结果显示,大蹼铃蟾符合性选择假说。另外,大蹼铃蟾的雌雄体长平均值比为0.985,两性异形指数为0.01,远小于花臭蛙Odorrana schmackeri(雌雄平均体长比:1.814,两性异性指数:0.496;李成,2000)、大绿臭蛙Odorrana graminea(雌雄平均体长比:1.814,两性异性指数:0.476;郑荣泉等,2002)、凹耳蛙(雌雄平均体长比:1.716,两性异性指数:0.418;陈旭等,2013),而接近康县隆肛蛙(雌雄平均体长比:1.091,两性异性指数:0.08;黄棨通,龚大洁,2018)。由此可见,大蹼铃蟾属于雄性成体大于雌性成体且雌雄异形较小的两栖类。

大蹼铃蟾雌雄异形的原因,可能是由于雄性在性选择上竞争激烈,只有身体强健和四肢发达(尤其是用于抱握雌性的前臂)的雄性个体才能在交配权的竞争中占据优势,发达的前臂能保证雄性在抱对过程中不会从雌性背上掉落,强烈的性选择压力促使雄性个体向体型较大的方向发展。

大蹼铃蟾的头长、吻长、前臂宽、腿或后肢全长、胫宽、胫长和跗足长在两性间的差异有高度统计学意义,且雄性这7项形态特征随体长的生长速率大于雌性。其中,雄性前臂宽、腿或后肢全长、胫宽、胫长和跗足长都比雌性大,说明雄性支持运动的四肢比雌性更有优势(宫铃等,2016)。

致谢: 感谢云南省林业职业学院白冰博士在样品采集过程中给予的帮助。
参考文献
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