生活在美洲的青蛙如何以及为何进化出极端的头骨?

许多青蛙看起来像带腿的水气球,但不要被愚弄。在光滑的皮肤下,一些物种会出现刺或者其他骨骼突出物。

生活在美洲的青蛙如何以及为何进化出极端的头骨?

来自中美洲的雨蛙可能会利用头骨上的骨刺来抵御掠食者

尽管大多数青蛙的头骨形状简单,表面光滑,但其他青蛙却进化出了更奇特的特征,例如人造牙,精致的冠,头盔状的设防和毒液刺钉。一项新的研究是第一个仔细研究这些铠甲青蛙头骨的进化和功能的研究。

佛罗里达自然历史博物馆的研究人员使用3-D数据研究了代表所有活蛙科的158种物种的头骨形状。放射状的头骨通常被复杂的凹槽,山脊和凹坑所覆盖,这些凹槽由额外的骨骼层形成。研究小组发现,这种特性被称为“高骨化”,在青蛙中进化了25次以上。具有相同摄食习惯或防御能力的物种往往会形成形状和图案相似的头骨,即使它们之间经过数百万年的进化也是如此。

该研究的主要作者,佛罗里达大学的博士生丹尼尔·帕鲁(Daniel Paluh)说:“从表面上看,青蛙看起来很相似,但是当您看着它们的头骨时,您会看到巨大的差异。” “一些最奇怪的头骨是在吃鸟和哺乳动物的青蛙中发现的,它们用头部作为盾牌,或者在极少数情况下,它们是有毒的。它们的头骨显示出青蛙的奇特和多样性。”

关于青蛙头骨的最新一次全面研究发表于1973年。从那时起,科学家将描述的青蛙种类增加了一倍,更新了我们对它们进化关系的理解,并借助CT扫描开发了新的分析技术。

这使Paluh能够使用青蛙头骨上的36个地标进行扫描和数字化(作为美国国家科学基金会资助的oVert项目的一部分),以分析和比较整个青蛙生命树的形状。

他说:“在我们采用数字化标本的方法之前,真正量化形状的唯一方法是对每个头骨进行线性测量。”

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南美半角蛙可以捕食其他脊椎动物

帕卢(Paluh)发现,不仅高僵化和怪异的颅骨形状趋于同时出现,而且它们经常与吃掉非常大的猎物或用头部进行防御的青蛙有关。

吃其他脊椎动物的鸟类(鸟类,爬行动物,其他青蛙和小鼠)的青蛙通常有巨大的,宽敞的头骨,后颚附近有颚关节。帕卢说,这给了他们更大的空缺,可以用来猎食它们的猎物。他的分析表明,这些物种的头骨上布满了微小的凹坑,可以提供额外的力量和咬力。

几乎所有的青蛙的下颌都没有牙齿,但是有些,例如Budgett的青蛙,已经进化出下部的犬牙状结构,从而使它们的猎物受到刺伤。其中一种是Guenther的有袋蛙,其双颚上都有真牙,可以吃超过其体长一半的猎物。

其他青蛙则用头堵住洞穴的入口,以防被捕食。这些物种倾向于有海绵状的头骨,上面覆盖着小尖峰。最近发现其中一些是有毒的,例如布鲁诺的黑头蛙。当捕食者撞向其中一只青蛙的头时,专门的尖刺刺穿了皮肤下的毒腺作为防御。

尽管该研究表明高骨化和奇异的头骨形状之间存在持续的重叠,但研究人员不确定哪个先出现。青蛙开始吃大的猎物然后演化出更强壮的头骨吗?反之亦然?

帕卢说:“这是一个“鸡还是蛋”的问题。

今天的7,000种青蛙物种的共同祖先没有装饰过的头骨。佛罗里达博物馆的爬虫学策展人和研究合著者戴维·布莱克本说,但是坚固的头骨确实出现在甚至更古老的青蛙祖先中。

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大多数青蛙拥有一个简单的头骨形状和光滑的表面

大多数青蛙拥有一个简单的头骨形状和光滑的表面。但是有些物种进化出精心制作的装甲头骨,适合捕获大型猎物或防御。信用:Daniel Paluh

他说:“虽然所有青蛙的祖先都没有骨化过多的头骨,但这就是相当古老的两栖动物祖先的头骨的建造方式。” “这些青蛙可能正在使用古老的发育途径来产生特征,以刻画其祖先的历史。”

先前的研究提出,青蛙会进化成高骨化作用,以防止在干燥环境中流失水分,但是帕卢(Paluh)的研究发现,栖息地与高骨化作用并不一定相关。该性状表现在生活在地下,树木,水中和陆地上的青蛙中。

但是栖息地的确会影响头骨的形状:水生青蛙的头骨往往长而平坦,而挖掘物种的头骨通常带有带有尖嘴的短头骨,这种形状还使它们能够像筷子一样用嘴捕捉蚂蚁和蚂蚁等小而易弯曲的猎物。白蚁说,白蚁。这些物种包括墨西哥穴居蟾蜍和澳大利亚to蛙,它们是生活在世界不同地区的远亲。

尽管这项研究为青蛙 头骨的形状提供了新的思路,但布莱克本说,我们对青蛙的基本生物学知识还不甚了解。

布莱克本说:“奇怪的是,比起知道这些青蛙吃什么,我们更容易生成精美的头骨图像。” “自然历史仍然很艰难。仅仅因为我们知道事物存在并不意味着我们对它们一无所知。”

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