火蝾螈幼虫体表化学指纹的栖息地特异性及其对同型交配的潜在影响

《Chemoecology》：Fire salamander larvae show habitat type-specific surface chemical fingerprints

本研究针对德国波恩附近火蝾螈种群中雌性个体使用池塘与溪流两种不同栖息地进行幼虫投放的现象，通过采集水体环境背景及幼虫体表化学样本，结合TD-GC-MS技术分析发现：不同栖息地水体的化学特征组成存在显著差异，且幼虫体表携带栖息地特异性化学特征。这一发现为解释成年个体可能通过保留幼虫期的化学特征实现同型交配提供了新线索，对理解生态 speciation 机制具有重要意义。

　　

在德国波恩附近的科滕福斯特森林中，火蝾螈（Salamandra salamandra）种群展现出一个有趣的现象：雌性个体会选择两种截然不同的栖息地——池塘或溪流——来投放它们的幼虫。这种栖息地选择行为背后，隐藏着种群分化的秘密。成年火蝾螈虽然生活在同一片陆地栖息地，但遗传学分析显示，它们形成了与幼虫栖息地类型相关的两个遗传集群。那么，这些成年个体是如何识别并选择与自己幼虫栖息地类型相同的配偶的呢？化学信号可能是关键。

以往的研究表明，火蝾螈能够通过化学线索区分个体性别和栖息地类型，但化学信号的来源及其形成机制尚不明确。由于两栖动物皮肤具有渗透性，幼虫期生活的 aquatic 环境可能在其体表留下特定的化学“印记”。如果这种印记能够跨越 metamorphosis 保留到成年期，就有可能成为同型交配（assortative mating）的基础。为此，研究人员开展了一项研究，旨在探究火蝾螈幼虫是否已经携带栖息地特异性的体表化学指纹。

研究人员在2023年3月对科滕福斯特森林中的两个池塘（P1、P2）和两条溪流（S1、S2）进行了采样。他们捕获了大小相近的火蝾螈幼虫，并使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）管非侵入性地擦拭幼虫体表，以收集其表面化合物。同时，他们还采集了各栖息地的水体样本作为环境背景对照，并监测了pH、水温和溶解氧等 abiotic 参数。所有样本通过热脱附气相色谱-质谱联用（TD-GC-MS）技术进行分析，并使用metaMS软件包进行峰对齐和数据处理。

研究结果揭示，池塘和溪流的水体环境背景化学特征存在显著差异。溪流溶解氧含量更高，pH值也更偏碱性，而水温无显著差异。更重要的是，在排除了环境背景特征后，幼虫体表仍检测到237种特异性化学特征。其中，池塘幼虫独有39种特征（16.5%），溪流幼虫独有54种特征（22.8%），两者共享144种特征（60.8%）。统计分析进一步证实，不同栖息地类型及不同采样地点之间的幼虫体表化学组成均存在显著差异。

这些发现表明，火蝾螈幼虫在早期发育阶段就已形成栖息地特异性的体表化学指纹。这种特异性可能来源于栖息地特有的微生物群落、食物资源或水体化学性质的间接影响。例如，溪流中底栖动物多样性更高，而池塘中持续的有机物分解可能产生独特的化学环境。此外，水体流动性的差异也会影响化学信号的传播方式。

本研究首次建立了使用PDMS管非侵入性采集两栖类幼虫体表化学样本的方法，为未来研究提供了技术参考。更重要的是，研究结果支持了“幼虫期化学印记可能延续至成年期并介导同型交配”的假说。若这一机制得到证实，将为了解生态 speciation 过程中化学通信的作用提供重要案例。作者建议未来通过幼虫移植实验和 metamorphosis 后的嗅觉选择实验进一步验证这一假说，并探索雌性个体是否依赖栖息地特异性气味选择幼虫投放地点。

这项研究不仅揭示了火蝾螈种群分化的化学基础，也为理解动物如何通过环境适应的方式形成繁殖隔离机制打开了新的窗口。相关成果发表于《Chemoecology》，为化学生态学领域提供了新的研究思路和方法借鉴。