丽斑麻蜥胚胎适应干旱的生理生态对策及分子机制

The study of ecophysiological adaptation of animals to extreme environments is a hot topic in ecology. In the context of climate change, both high temperature and arid environment will reduce the fitness of species. Reptiles are widely distributed in arid regions and therefore become an ideal system to study animal adaptation to arid environment. Existing studies of reptiles' drought tolerance have focused on adults but have paid less attention to fragile egg and embryonic stages; they focus on interspecies differences, but little is known about intraspecific variability. This study is based on the latest research and our own previous studies. We use the arid, semi-arid, and humid populations of Eremias argus as the object, and integrated biology as technique to compare the morphological structure and physical and chemical traits of the eggs; humidity manipulation experiments will be conducted to study osmotic pressure regulation, metabolic rate changes, and the use of metabolic substrates during embryonic development; transcriptomics will be performed to screen key genes in energy and water metabolic pathways, aiming to elucidate the adaptation strategies and plasticity response patterns of eggs and embryos of reptiles in different humidity environments through morphological, physiological, and molecular levels. The research results have important scientific value for revealing the ecophysiological strategies and evolution mechanism of animal adaptation to arid environment, and will provide a theoretical basis for understanding the impact of climate change on animals.

动物对极端环境的生理生态适应研究是生态学领域的热点。气候变化背景下，高温和干旱环境均会使物种的适合度下降。爬行动物广泛分布于干旱地区，成为动物对干旱环境适应对策研究的理想对象。爬行动物干旱耐受性的已有研究，集中于成体，但忽视了脆弱的卵和胚胎阶段；关注种间差异，但对种内变异知之甚少。本研究基于最新进展和项目组前期基础，以干旱、半干旱和湿润种群的丽斑麻蜥(Eremias argus)为对象，采用整合生物学技术，比较卵的形态结构和理化特征；利用湿度控制实验研究胚胎发育过程中渗透压调节、代谢率变化和代谢底物利用方式；并运用转录组学技术筛选能量和水代谢通路中的关键基因，旨在从形态、生理到分子水平阐述爬行动物在不同湿度环境中卵和胚胎的本地适应对策和可塑性响应模式。研究结果对揭示动物适应干旱环境的生理生态对策与演化机理具有重要的科学价值，为认识气候变化对动物的影响提供理论依据。

动物对极端环境的适应研究是生态学领域的热点。爬行动物广泛分布于干旱地区，是动物对干旱环境适应对策研究的理想对象，但已有相关研究，更关注成体的种间差异，对脆弱的胚胎阶段的种内变异研究较少。本研究以广湿性卵生爬行动物--丽斑麻蜥(Eremias argus)为对象采用整合生物学技术，比较卵的形态结构和理化特征；利用湿度控制实验研究胚胎发育过程中渗透压调节、代谢率变化和代谢底物利用方式；并关注在繁殖过程中关注母体胚胎对适度环境变化的本地适应策略，旨在从形态、生理到生活是对策方面阐述爬行动物在不同湿度环境中成体和胚胎的本地适应对策和可塑性响应模式。研究发现：对于成体，在形态上，通过减少鳞片数量，提高鳞片厚度特别是角质层厚度来减少水分蒸发；行为和生理上，通过降低选择体温、代谢率来降低肺皮失水率，代谢底物上更倾向于用脂肪代谢且蛋白代谢也更旺盛，在限水条件下干旱种群表现出适应性的体温和代谢调节策略，各种群丽斑麻蜥的免疫功能均会在限水条件下降低。对于胚胎，卵壳结构上，通过减少气孔的大小提供数量的方式保证在干旱条件下的吸水能力；在代谢上，干旱种群在发育后期卵内脂肪和蛋白含量显著上升，说明代谢方式存在种群间差异。在生活史对策上，干旱种群是典型K选择策略，繁殖后代数量少但受环境湿度变化影响也小；相反，湿润种群表现出r选择策略，尽管胚胎受环境湿度降低孵化率和存活率会显著下降，但母体会遭遇干旱环境时补偿性提高繁殖后代数量，这种繁殖策略上的地理变异对未来气候变化下该物种的分布格局有重要影响，未来在丽斑麻蜥分布区的南北部边界附近由于湿度变化和当地繁殖策略上的不匹配会出现种群数量严重下降的状况。本研究结论对揭示动物适应干旱环境的生理生态对策与演化机理具有重要的科学价值，为认识气候变化对动物的影响提供重要的理论和实践依据。