山溪鲵属物种对高海拔环境的适应性进化研究

Adaptive evolution is one of the key issues in evolutionary biology. High altitude environments are famous for low temperature and hypoxia, which play important effects on the organisms live in high altitude environments. So, the adaptive evolution of organisms in high altitude environments is the hotspot of biologist and evolutionary biologist. However, the present researches mainly focus on molecular level, and other levels (for example morphology, life history and physiology) have received little attentions. Batrachuperus species, endemic to China, are ideal model for studying adaptive evolution in high altitude environments because they are the highest altitude distributed salamanders and widely distribute in a range of altitude. In this project, the variations of the charactertics of morphology, life history, and physiology in Batrachuperus species will be researched by the methods of morphology, histology and physiology, and the adaptive evolution of Batrachuperus species in high altitude environments will be discussed combining the environmental data. The objectives of this study are not only understand the biological features of Batrachuperus species, the adaptive evolution of Batrachuperus species in high altitude environments, but also provide a foundation for the researches of speciation, distribution pattern, and adaptive evolution of other animals in high altitude environments. So, this research has an important scientific significance.

适应性进化是进化生物学研究的核心问题之一。高海拔环境以低温和缺氧著称，其对高海拔环境生活的生物产生重要影响。因此，研究高海拔生物的适应性进化成为当前的研究热点。但目前的研究主要集中在分子方面，其他方面涉及较少。山溪鲵属(Batrachuperus)物种是中国特有、全球海拔分布最高、终生水栖的有尾两栖动物；不同物种海拔分布不同，且同种不同种群海拔分布相差较大，故其成为研究高海拔适应性进化的理想模型。本项目拟以山溪鲵属物种为研究对象，综合形态学、组织学、生理学和统计学等的方法和技术，从种间和种内两层面研究山溪鲵属物种的形态特征、生活史特征和生理特征的变化，结合环境资料探讨山溪鲵属物种对高海拔环境的适应性进化。本项目的开展不仅可了解山溪鲵属物种的生物学特性，明确其对高海拔环境的适应，而且也能为物种的形成、分布格局研究以及其他类群动物对高海拔环境的适应性进化研究提供参考资料，具有重要的科学意义。

高海拔以其独特的环境特征——低温、缺氧给生物的生存带来重要的影响，因此长期以来探讨高海拔生物的适应性进化成为众多学者关注的焦点，也是当前的研究热点。本项目以中国特有的、全球海拔分布最高、终生水栖的有尾两栖动物——山溪鲵属物种为研究对象，从形态、生活史和生理方面探讨其对高海拔的适应。主要研究的结果包括：（1）山溪鲵头体长不具有两性异形，但在体形方面具有明显的两性异形；小鲵科物种的两性异形特征与生境无关；（2）不同物种以及同种不同海拔种群之间皮肤结构组成相似，但在各层的厚薄以及腺体和血管的数量存在变化（如表皮厚度存在两性异形且随海拔的增加而增加），体现了对行为、海拔和生境的适应；（3）几何形态能很好的区分不同物种以及同种不同种群，海拔对头骨特征的主要影响是眼眶的大小（上颌骨和翼骨包围的区域），即随着海拔的增加眼眶增大；（4）山溪鲵属物种的头体长、体重和年龄对海拔的响应存在多种形式，即不同物种表现的模式不同；（5）血液参数值的变化不仅与物种的分类地位有关（具有种、属特性），而且与物种的生活环境、生活习性以及活动水平等因素相关，海拔对血液参数的影响包括红细胞的大小、血红蛋白浓度和红细胞数量等方面；（6）对盐源山溪鲵的MicroRNA和转录组的研究明确了盐源山溪鲵的分子生物学特征，为后续的相关研究奠定了基础；（7）在项目执行期间还开展了一些其他物种的外部形态、骨骼学、生理学和生活史的研究，并取得了较好的成果。本项目的研究成果不仅明确了山溪鲵属物种的生物学特征，而且揭示其对高海拔环境的适应进化，也为研究动物对高海拔环境的适应提供了重要的基础资料。