树蛙为何“祖传”滑翔技能？ 破解它或有助防治人类疾病

青蛙为什么会有祖传的滑翔技能？ 有助于解读它，预防人类疾病

动物的复杂性状可以分为表型连续分布的典型数量性状、表型间断分布性状，以及其他难以准确测定的动物的各种行为和心理等。 典型的数量性状包括身高、寿命、体重等； 表型不连续分布性状主要指人类复杂的疾病和动植物复杂的抗性性状等，如精神分裂症、高血压病、骨质疏松症、植物抗病性性状等。

自古以来，"物竞天择，适者生存"的自然规律就不断得到印证。 达尔文提出的这一自然选择学说是生物种群水平的进化理论，自然选择是生物进化的原动力。 如果自然条件的变化具有方向性，经过长期的自然选择，微小的变异就会积累成为明显的变异，从而有可能形成亚种和新品种。

动物复杂性状是动物长期适应进化的结果。 分析其形成机理一直是一个科学课题，面临着跟踪困难、预测困难、控制困难的局面。 在最近国际学术杂志《美国科学院院刊》新发表的封面研究论文成果中，中国科学院成都生物研究所(以下简称中国科学院成都生物所)李家堂研究小组以云南西双版纳傣族自治州地区的"飞蛙"--黑蹼蛙为研究对象，分析了"飞蛙"树上适应性复杂性状的遗传基础

分析动物复杂性状有很大的应用前景

为了适应外部环境条件的变化，自然界物种采取了各种进化策略来适应各种栖息地，如高原、海洋、沙漠等。 例如，两栖动物作为脊椎动物的重要群体之一，有可能实现脊椎动物从水生向陆生的过渡，使动物更加多样化。

动物复杂性状是动物长期适应进化的结果。 像新研究的青蛙一样，为了占据树上的生态系统，进化了一系列的树上适应型和行为特性。

那么，动物的复杂性状是什么呢？ 动物的复杂性状可以分为表型连续分布的经典数量性状、表型断续分布的性状以及其他难以准确测量的动物的各种行为和心理等，例如："经典数量性状包括身高、寿命、体重等； 表型不连续分布性状主要是指人类复杂的疾病和动植物复杂的抗性性状等，如精神分裂症、高血压病、骨质疏松症、植物抗病性状等。 "李家堂研究小组成员、论文第一作者吴威说。

吴威解释说，部分表型间断分布性状存在潜在连续性分布，但表型呈间断分布特征； 一些性状除受多种遗传因素的影响外，还受到环境等非遗传因素的干扰，其机制相当复杂。 "例如，植物复杂抗性性状可能受到光、水分或湿度等环境条件的影响； 人类的一些复杂疾病受生存环境、个人不良习惯、性格、情绪等非遗传因素的影响。 "

学术界认为动物复杂性状是动物长期适应进化的结果，是动物多样性存在的主要基础。 因此，系统分析动物复杂性状不仅是揭示自然本质规律的基础性前沿科学工作，也有重大应用前景。

蹼是支撑青蛙滑翔行为的重要性状

白垩纪晚期大规模物种灭绝事件后，无尾目多科物种独立进化出攀缘和滑翔相关表型，成功拓殖了树上生态位。 黑蹼蛙是其中的代表性物种。 蹼蛙属蛙科，多年生于热带雨林树冠层，是典型的树上蛙类，其最高栖息高度达57米，是目前树上蛙类滞留高度的最高记录。 划水青蛙具备强大的滑翔能力，纵身一跃，张开的划水腿就像迎风张开的滑翔伞，可以帮助它在10米以上的距离内顺利着陆，因此这只青蛙也获得了"划水青蛙"的美名。

中国科学院生物所李家堂研究小组等科学家推测，滑翔这一行为与黑蹼蛙的蹼足有关。 根据蹼在手指/趾间区域的比例，青蛙蹼可分为无蹼、半蹼、全蹼和全蹼等类型，黑蹼青蛙蹼属于全蹼。

为了证实蹼与滑翔的关系，研究者以满是蹼的黑蹼青蛙和无蹼的宝兴树蛙为对象进行了滑翔行为学实验。

"我们分别设置了1米、1.5米、2米的跳台，从跳台上扔下两种青蛙，记录了运动轨迹。 结果表明，黑蹼蛙着陆时尽力展开四肢和蹼足，轨迹形成一定的弧线，四肢与水平面夹角明显较小。 "吴威说，这个实验证实青蛙蹼在滑翔过程中起着重要作用，是支撑滑翔行为的重要性状。

作为一个复杂性状，蹼的形成不是由单个基因控制，而是由多基因之间的复杂调控机制形成。 为了分析这一调控机制，研究小组还提取了黑蹼蛙和宝兴树蛙蹼足各生长期的RNA，结合这两种蛙四肢发育过程表现型和转录组数据，并比较基因组学和时序基因共表达网络分析，得出

"以青蛙为模型，分析动物滑翔的复杂性状，对人们开展动物特殊功能仿生研究和人类相关疾病防治具有重要意义。 "吴威认为，黑蹼蛙为揭示两栖动物树上适应之谜提供了良好的动物模型。

并不是所有的树上蛙类都能滑翔

青蛙滑翔复杂性状的形成是逐渐演化而来的，还是存在重要节点？

在物种层面，新物种的形成是逐渐演化而来还是突然出现，被认为是进化渐变论和间断平衡论的争鸣。 前者变异普遍存在，变异原因和形式多样，生物在长期演化过程中经历自然选择，其微小变异逐渐积累为显著变异，因此祖先种与现生种之间应该存在一系列连续、界线不清的中间型，化石记录不完整的中间型后者认为，物种可以保持长期的稳定状态，但通过成为物种可以飞跃性地加速，在较短的时间内迅速进化成新物种。

对树上蛙类来说，现存树上蛙类大部分始于白垩纪晚期物种大规模灭绝事件之后。 科学家推测，物种灭绝事件可能清空了当时的生态空间，森林生态系统的恢复为树上蛙类的出现提供了机会。 这可能是蛙类拓殖树栖生态位的重要节点。 但值得注意的是，并非所有树上蛙类都滑翔，只有支持滑翔行为的相应表现型，如蹼、皮肤皱褶、特殊身体形态等特征的部分类群才具备滑翔能力。 因此，蛙类拓殖树上生态位的节点不适合直接用于表示滑翔行为的起源。

"划水是支持青蛙滑翔行为的重要性状，首先用于游泳，特别是后肢划水，然后在青蛙中用于滑翔的是性状的功能创新。"研究小组成员从与滑翔相关的表型形态演化看，青蛙滑翔复杂性状的形成逐渐

划水可能对青蛙垂直生态位的分化起重要作用。 例如，有大量蹼足可以滑翔的黑色蹼蛙倾向于树冠层，没有滑翔能力的有弱蹼的博兴青蛙倾向于高原草地和湿地，有半蹼的青蛙倾向于灌木。 "这可能是逐渐演化的表现，但其具体演化模式和驱动因素有待未来深入探索。 另外，需要注意的是，不是所有拥有发达蹼的青蛙都可以滑翔。 例如，白蛤蟆有发达的蹼，但其身体巨大，不具备滑翔能力。 "吴威表示，团队将不断开展研究，不断探索相关复杂性状的演化机制。

"青蛙滑翔行为是多次独立进化的聚集性事件，不同物种之间的进化路径是否相同需要未来的持续探索。 这涉及一系列复杂的科学问题，例如，统一表型是否有相同的分子机制，其进化途径是意外的还是单一途径？ 进化可以重复吗？ 这需要我们不断追问。 "吴威说，能否从动物复杂性状的分析中获得一些信号，为人类疾病的防治提供启示，这也有待未来探索。