阶段依赖的塑性以及青蛙非强制性洞居生命周期的演化

《BMC Biology》：Stage dependent plasticity and the evolution of a non-obligate cave dwelling life cycle in frogs

两栖动物Oreolalax rhodostigmatus的变态发育阶段中，洞穴蝌蚪通过基础代谢增强和免疫抑制适应资源有限环境，而变态高峰后组织环境响应性显著下降，后肢作为特化器官环境敏感性最弱。研究证实阶段依赖的适应性可塑性是解释其非必需洞穴生活现象的关键机制。

　　

摘要

背景

可塑性对动物的环境适应至关重要，然而其在生命周期进化中的作用仍不甚明了。无尾两栖动物具有两阶段生命周期，蝌蚪和青蛙遵循不同的进化路径。非强制性穴居蛙类 Oreolalax rhodostigmatus 就体现了这一现象：其蝌蚪已很好地适应了洞穴环境，而青蛙则依赖外部资源。阶段依赖性的适应性可塑性可能解释了这种矛盾的生命周期特征，即预测在变态高峰期后环境响应能力会下降，而早期阶段的可塑性有助于适应资源有限的洞穴环境。

结果

我们通过比较同一群体中穴居和野外生活的 O. rhodostigmatus 蝌蚪在十个发育阶段（从变态前到变态高峰期）的四个器官（肝脏、尾部、皮肤和后肢）的转录组，研究了其转录可塑性。器官转录组反映了发育和环境的影响。正如预测的那样，在变态高峰期开始后，肝脏、皮肤和尾部的转录反应显著减弱，而青蛙特有的器官——后肢对环境的响应能力最弱。在变态高峰期之前，穴居个体表现出基本细胞过程（如RNA和蛋白质合成）的上调，以及与免疫相关过程的下调，这与资源有限环境中的资源分配策略一致。此外，肝脏中参与胆汁生物合成和外源物质代谢的基因表达增加，表明营养吸收和利用能力增强；而尾部中与胰高血糖素和胰岛素抵抗相关的基因上调则表明其对饥饿的耐受性提高。

结论

我们的研究结果支持这样的假设：阶段依赖性的可塑性解释了非强制性穴居无尾两栖动物的进化现象，突显了可塑性在塑造动物生活方式进化中的潜在作用。