2014年的最後一天,美國加利福尼亞大學伯克利分校的科學家在《公共科學圖書館·綜合》(PLOS ONE)上發表了一個大頭蛙屬(Limnonectes)的新種。發表一個兩棲類新種本不是什麼新鮮事,但是稀奇的是,這種蛙的生殖方式非常獨特:體內受精,直接生出蝌蚪。
在蘇拉威西採集到的L. larvaepartus標本。左邊為雄性個體,右邊為雌性。圖片:參考文獻1
這種青蛙發現於印度尼西亞蘇拉威西島。其實二十年前就有科學家採集到了這個物種的標本,但直到去年,它們才被正式命名發表。它的學名被定為L.?larvaepartus——從種加詞裡,我們就能看出它們的生殖方式非同一般:「larvae」意為幼體,而「partus」是分娩的意思。
一般青蛙的生殖方式都是較為低等的體外受精,繁殖期雄蛙趴到雌蛙背上,用前肢死死抱住雌蛙(即抱對),隨後兩者分別將精子和卵細胞排出體外,在水環境下完成受精作用,受精卵在體外完成一系列胚胎發育過程後發育為蝌蚪,再變態發育成為幼蛙。
這種大頭蛙的出現,打破了人們的思維定式。雖然在此之前已經發現了十幾種可以體內受精的蛙類,卵胎生的青蛙也不是第一次發現,但這個新種是已知6400多種蛙中唯一一種直接生蝌蚪的種類。此前發現的那些卵胎生青蛙都會等到受精卵發育、變態為幼蛙後才產出。
L.?larvaepartus的採集位置(左)以及它與其它大頭蛙屬動物的親緣關係。圖片:參考文獻1
科學家第一次注意到這種非凡的生殖方式是在一次在蘇拉威西島的野外考察中。在製備標本的過程中,研究人員發現一隻雌蛙被剖開的腹腔中有什麼東西在顫動,隨後,一群活的蝌蚪從腹腔湧出,這令在場的人大跌眼鏡。此後,人們不止一次目睹這種蛙產出蝌蚪:有一次,一隻雌蛙被捕捉後在研究者的手中產下了蝌蚪;另外四次是人們在採集袋中發現了雌蛙產下的蝌蚪。人們已經至少19次觀察到雌蛙在受到刺激的條件下產出蝌蚪,或經解剖在輸卵管中發現發育完全的蝌蚪,但此前人們尚未觀察到此種在野外環境下的自然分娩。關於這種大頭蛙奇怪的生殖方式,研究人員提出了兩種假說:
這種蛙的卵經過體內受精後發育為蝌蚪後生產出。 這種蛙的受精卵一直在體內發育,直到變態為幼蛙後生產出。
雖然說從已有案例來看,這種大頭蛙直接產出幼蛙的可能性很低,但是畢竟第二種假說有先例可循——非洲胎生蟾屬(Nectophrynoides)和利比亞胎生蟾屬(Nimbaphrynoides)的部分成員就是這樣幹的。到底哪種假說符合事實,實驗室或者野外的直接證據就顯得尤為重要。
為了了解真相,研究人員展開了一系列的研究。首先,他們在不同時間不同地點採集了19隻孕蛙,通過解剖,在輸卵管中只發現了蝌蚪而未發現幼蛙。然後,這批研究人員回到野外,去搜尋這個物種,他們在溪流邊的一個小水窪中發現了至少四群蝌蚪,不同群體的蝌蚪大小不盡相同,明顯是處於不同的生長階段。這些證據都很有力地支持了第一種假說,說明這種蛙的最有可能的繁殖方式是受精卵在體內發育為蝌蚪後產出,蝌蚪在體外完成變態過程。
在野外觀察到的L. larvaepartus雄性個體和蝌蚪(黃圈中)。圖片:參考文獻1
通過解剖觀察,雌蛙通常懷有50多枚卵,最多的個體甚至達到100枚,卵徑約3mm。與其他蛙卵明顯不同的是這些卵的外圍不包被膠層。蛙卵膠層的作用是起到緩衝作用,使中間的受精卵免於受到外力傷害,但由於這種大頭蛙的卵在體內孵化,膠層的存在反而會佔據過多輸卵管的空間——膠層在演化過程中消失可以說是順理成章的。
這種大頭蛙的受精卵在雌蛙體內經過一系列胚胎發育過程後,發育為蝌蚪,每隻蝌蚪的肚子下面都有一個卵黃囊來供給生長發育所需的營養,當卵黃即將耗盡的時候,蝌蚪也基本發育成熟,準備脫離母體自己求生了。卵胎生的生殖方式大大增加了幼體存活的機率,起碼它們不會在卵的階段就被各種動物當果凍吃掉了。
L. larvaepartus的正模標本。圖片:參考文獻1
雖然搞清了生殖方式的問題,但科學家依舊存有疑惑——它是怎樣完成體內受精的呢?人們把雄蛙的內部結構翻個底朝天也沒找到交接器官。這種不同尋常的蛙留給我們的疑問或許還有許多,但無論如何,這個物種揭示了青蛙在海島生態系統中獨特的適應輻射。(編輯:老貓)
參考文獻Iskandar DT et al (2014).?A Novel Reproductive Mode in Frogs: A New Species of Fanged Frog with Internal Fertilization and Birth of Tadpoles.?PLoS ONE
9(12): e115884. doi:10.1371/journal.pone.0115884