无尾两栖动物个体发育过程中食物多样性对脑和肠之间关系的影响

论文摘要

有机体的脑作为学习、记忆、认知和信息处理的中枢系统,其适应性进化研究是进化生物学的核心内容之一。脑作为无尾两栖动物的一种高耗能器官,有机体的其他高耗能器官,如肠道,是影响脑进化的重要因素。“认知假说”认为拥有相对较大的脑的物种,其认知能力越强,能选择质量更高的食物来提高食物的消化吸收从而获取更多能力,并且食物质量越高,肠道消化食物越快,导致肠长度越短。因此,解析脑与肠之间的进化权衡关系,同时探讨脑和肠之间的权衡关系是否受到食物多样性的影响,有助于理解脑进化的驱动机制。本研究以四川盆地与横断山区的12种无尾两栖动物作为研究对象,通过鉴定胃容物组成计算食物多样性,解剖并测量所有个体的脑大小和肠长度,揭示了无尾两栖动物食物多样性对肠长度的影响,解析了脑大小和肠长度之间的关系,同时阐明了两栖动物在个体发育过程中,脑大小和肠长度之间权衡关系的变化以及食物多样性对脑大小和肠长度之间权衡关系的影响。主要结果和结论如下:1.通过对12个无尾两栖类物种进行肠道解剖与测量,利用单因素方差分析得到肠长度在12个物种间存在显著性差异（F=165.818,P<0.001）;通过鉴定胃容物和个体栖息地周围捕捉的昆虫种类,得到每个物种的食物组成并评估其食物多样性。消化理论假说认为有机体中,食用高质量的食物可减小消化道长度。通过对12种两栖动物通过线性回归分析发现食物多样性和肠长度呈显著正相关关系（F=69.159,P<0.001）,此结果与消化理论假说相符;但是对单个物种进行分析,结果显示只有岷山蟾蜍（F=4.338,P=0.043）和无指盘臭蛙（F=5.129,P=0.029）的食物多样性和肠长度存在正相关关系,其他物种则没有。2.无尾两栖动物脑区域包括嗅神经、嗅脑、大脑、中脑、小脑五个部分,完整解剖脑区域,分析物种的脑各部分与总脑间的差异,结果显示,脑各部分和总脑均存在显著的种间差异:嗅神经（F=125.718,P<0.001）、嗅脑（F=68.008,P<0.001）、大脑（F=137.716,P<0.001）、中脑（F=144.320,P<0.001）、小脑（F=132.417,P<0.001）和总脑（F=117.757,P<0.001）。控制系统发育关系和身体大小的系统发育最小二乘回归方法分析结果表明在脑区域中,肠长度与嗅神经（t=-3.347,P=0.009）、中脑（t=-3.096,P=0.013）和小脑（t=-2.509,P=0.033）之间均存在显著性负相关关系。3.本研究利用骨龄学方法对12个物种的499个体进行了精确的年龄鉴定,结果显示所有个体的年龄分布在0-6龄之间,种间年龄差异显著（F=19.789,P<0.001）。去除6龄阶段的3个物种,对其余6个年龄阶段的物种分别计算每个年龄阶段的每个物种脑大小（包括5个脑区域）,身体大小、肠长度的平均值,通过系统发育最小二乘回归方法分析得到,随着年龄的增加,嗅神经越大,肠长度越短,同时嗅神经与肠长度之间负相关关系显著的三个年龄阶段（2龄,3龄和4龄）,其负相关关系还在逐渐增大;在小脑与肠长度之间同样存在这样的关系,年龄的增加,小脑越大,肠长度越短,小脑与肠长度之间负相关关系显著的四个年龄阶段,其负相关关系同样在逐渐增大。同时脑大小和肠长度之间的关系受到食物多样性的影响,控制食物多样性的影响后:在1龄时总脑大小与肠长度之间的关系发生改变,不再具有显著性关系;在4龄时嗅神经与肠长度之间的权衡关系也发生了改变,其显著性关系消失;而在5龄时,大脑和肠长度出现了显著性负相关。同时,我们发现,在3龄和4龄,小脑与肠长度之间的权衡关系受食物多样性影响最大,其负相关关系显著变大（斜率:3龄:-0.425到-0.601;4龄:-0.461到-0.644）。上述研究结果揭示了横断山区12种无尾两栖动物的食物多样性对肠长度、不同发育过程中脑大小和肠长度之间关系的影响,同时阐明了物种在不同发育阶段所摄入食物组成不同,强调了食物多样性的重要性。不同发育阶段食物多样性的变化,对两栖动物的人工繁育至关重要,特别是在濒危物种的种群复壮中有重要的指示作用。解析食物多样性对不同发育过程中脑大小和肠长度之间关系的影响,为两栖动物保护提供了新的方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 前言
•   1.1 无尾两栖动物概况
•   1.2 研究目的和意义
•   1.3 国内外研究现状
• 第2章 研究地点和实验方法
•   2.1 研究区域概况
•   2.2 样品的采集和处理
•     2.2.1 野外工作
•     2.2.2 室内工作
•       2.2.2.1 骨龄学测定
•       2.2.2.2 脑和肠的解剖与测量
•       2.2.2.3 系统发育重建
• 第3章 数据分析方法和结果
•   3.1 食物组成与食物多样性与肠长度的关系
•     3.1.1 各物种间肠长度的差异性
•     3.1.2 各物种的食物组成
•     3.1.3 食物多样性对肠长度的影响
•   3.2 脑大小和肠长度之间的关系
•     3.2.1 各物种间脑大小的差异性
•     3.2.2 脑大小和肠长度之间的权衡关系
•   3.3 个体发育过程中脑大小和肠长度之间关系的变化
•     3.3.1 年龄结构
•     3.3.2 不同年龄阶段脑大小和肠长度之间的关系
•   3.4 个体发育过程中食物多样性对脑大小和肠长度之间关系的影响
•     3.4.1 食物多样性对脑大小和肠长度之间关系的影响
•     3.4.2 不同年龄阶段食物多样性对脑大小和肠长度之间关系的影响
• 第4章 讨论
•   4.1 食物组成与食物多样性
•   4.2 脑大小和肠长度的协同进化
•   4.3 个体发育过程中脑大小和肠长度之间权衡关系的改变
•   4.4 个体发育过程中食物多样性对脑区域和肠长度之间权衡关系的影响
•   4.5 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的科研情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 钟茂君

导师: 廖文波

关键词: 脑大小,肠长度,食物多样性,权衡,无尾两栖动物

来源: 西华师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 西华师范大学

分类号: Q958

总页数: 57

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