作者：麦春兰，黄燕，廖文波

 单位：西华师范大学

    生态适应性是有机体在长期自然选择过程中随着环境因素变化而改变自身 形态、结构和生理生化特性，以便与环境相适应的过程。达尔文在《物种起源》中指出，动物群是由对环境具有不同适应方式的个体所组成，保证其中部分个体面对环境的变化具有存活优势，并成功繁衍后代。在进化过程中，自然选择保留了具有不同表型特征的个体。当环境条件发生较大的改变时，个体也将通过相应的适应对策来应对环境的变化，从而保证个体的存活和物种的繁衍。脑作为有机体认知、记忆、学习和信息处理的中枢系统，其生态适应性能够提高物种的适合度，从而应对环境变化带来的不利影响，保证物种的繁衍。脑大小的进化在达尔文进化论中处于核心地位，它能够对环境选择压力等重要的生态和进化过程产生深远的影响，有助于加深对物种生态适应性的理解。

    动物学家对脑大小与环境压力的关系开展了研究，初步认为脑大小能够体现环境选择压力的作用，并提出了脑大小对环境变化适应性的两种假说。“认知假说”认为较大的脑可以提高认知能力，有利于在波动或新的环境下寻找配偶、觅食和避开天敌。然而，脑也是高耗能器官，大的脑需要消耗更多的能量，因此，“脑高耗能假说”认为小的脑在不稳定的环境下消耗更少的能量，将多余的能量用来提高物种的存活。由此可见，环境变化是促进动物脑大小进化的重要驱动力。近10年来，研究者使用大数据来验证脑大小的生态适应性是否符合“认知假说”和“脑高耗能假说”。 这两个假说在鱼类、鸟类和人类中获得了验证。然而，两栖动物脑大小的研究相对较少。

    西华师范大学两栖动物生态适应四川省青年科技创新团队以两栖动物类群为模式动物，开展了两栖动物雄性间配偶竞争强度、身体大小变异与脑大小的关系，结果表明：相对脑大小与三个雄性配偶竞争强度指标，即有效性比、产卵点密度和雄性前臂肌肉重，显著正相关（图1），而与产卵地群体大小无关。同时，雄性脑大小与有效性比和前臂肌肉重的相关性明显强于雌性。总之，研究表明，大的脑，这意味着更好的认知能力，在雄性间配偶竞争中是有利的。本研究发现也在类群上拓展了性选择在脊椎动物脑进化中所起的突出作用。该研究成果近期已被进化生物学知名刊物《American Naturalist》接受（https://www.journals.uchicago.edu/doi/pdfplus/10.1086/709465），该论文第一作者为西华师范大学生命科学学院研究生麦春兰同学，通讯作者为廖文波研究员。

           

  图 1  雄性相对脑大小与（A）控制性比、（B）产卵点密度和（C）前肢肌肉重的相关性  

 

    同样，该研究团队通过研究两栖动物脑大小与身体重变异系数的进化关系来验证脂肪-脑权衡假说，结果表明：脑大小与身体重变异呈显著性负相关（图2），也就是说，脑越大的物种，其脂肪含量越低，该结论证实了“脂肪-脑权衡”假设的预测，即两栖动物在波动环境下可以权衡生理缓冲和认知缓冲之间的关系，从而作为应对季节性饥饿的补偿策略，相关的成果近期在线发表于进化生物学领域权威刊物《Evolution》（https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/evo.13991）上。该论文第一作者为西华师范大学生命科学学院黄燕副教授，通讯作者为廖文波研究员。

                                                                                   

                                                                                                                      图 2   38种两栖动物相对脑大小与体重变异系数的相关性                

作者介绍：

麦春兰：西华师范大学生命科学学院硕士研究生，主要从事两栖动物脑大小进化研究。

黄燕：西华师范大学生命科学学院副教授，主要从事两栖动物进化生物学研究。

廖文波：西华师范大学生命科学学院研究员，主要从事两栖动物生活史、婚配制度及脑大小进化研究。

编辑：麦春兰，黄燕，廖文波

审核：沈文菁，陈进民