从多视角视觉模型解析杰克龙蜥（Amphibolurus muricatus）背纹种内变异的生态与进化意义

这篇研究通过多光谱摄影和视觉建模技术（QCPA框架），首次从捕食者（笑翠鸟Dacelo novaeguineae和灰钟鹊Cracticus torquatus）和同种蜥蜴的视觉系统出发，揭示了澳大利亚杰克龙蜥背纹的种内变异机制。研究发现体型、性别、栖息地类型和遗传分支（clade）共同塑造了背纹特征，且不同观察者在1米和5米距离下的感知差异显著。特别指出沿海灌丛栖息地的个体具有更高纹样复杂性，而雄性在近距展示更强的亮度对比，为理解动物伪装策略的局部适应与多维度选择压力提供了新视角。

　　

摘要

研究采用多光谱摄影结合定量色彩模式分析（QCPA）框架，对杰克龙蜥（Amphibolurus muricatus）的背纹进行量化，构建了蜥蜴（视觉敏锐度7.4 cpd）和两种鸟类捕食者（笑翠鸟41 cpd、灰钟鹊30 cpd）的视觉模型。通过分析60只来自7个地点的个体，发现背纹变异受体型（SVL）、性别、栖息地类型和遗传分支四重影响，且观察者身份和距离显著调节这些效应的呈现方式。

1 引言

动物体色和图案的种内变异是遗传、自然选择和性选择共同作用的结果。杰克龙蜥作为广泛分布的澳大利亚蜥蜴，其背纹具有显著地理变异，但此前缺乏从生态相关观察者视角的研究。本研究创新性地结合视觉建模技术，探讨背纹变异的功能意义。

2 方法

2.1 研究动物

样本覆盖5个遗传分支（A-E），采集自沿海灌丛和干旱森林等生境。所有个体在繁殖季（10-2月）捕获后立即拍摄背纹，避免体色因应激改变。

2.2 图像采集

使用改装的全光谱相机（280-1100 nm）配合Baader紫外/红外滤光片，在标准光照条件下拍摄。每只蜥蜴拍摄可见光（VIS）和紫外光（UV）谱图像，并通过64色艺术家色粉阵列校准。

2.3 图像分析

采用micaToolbox软件模拟三种观察者的视觉感知：

• 蜥蜴模型：基于Ctenophorus decresii的5种视锥细胞敏感度

• 鸟类模型：笑翠鸟（UVS型）和灰钟鹊（VS型）的通用视锥模板

  分析指标包括可辨簇数量、边缘强度（色彩/亮度）和模式复杂性（PCA降维后的PC1-3）。

3 结果

3.1 1米距离观察

• 蜥蜴视角：雄性比雌性多30%可辨簇（p=0.025），沿海个体PC2得分低（p=0.001），表明更高色彩对比。

• 鸟类视角：灰钟鹊在沿海灌丛中检测到更多簇（雄性+1.64，p<0.001），而笑翠鸟发现体型越大簇越少（p<0.001）。

• 遗传差异：分支B与C的蜥蜴在PC1得分差异最大（Δ2.98，p=0.007），反映栖息地驱动的选择分化。

3.2 5米距离观察

鸟类空间分辨率下降导致：

• 灰钟鹊对雄性的簇检测优势消失（p=0.367）

• 笑翠鸟仍能识别沿海灌丛个体的高复杂性（PC1得分+0.52，p=0.031）

4 讨论

研究发现背纹变异是多重选择压力的平衡：

1. 体型效应：大个体在蜥蜴视角下纹样更破碎，可能增强同类识别；而对鸟类则更易被检测。

2. 性别二态性：雄性高对比度可能用于性选择，但需权衡捕食风险——笑翠鸟在1米处对雄性的检测率比雌性低15%。

3. 栖息地适应：沿海灌丛的复杂背景驱动更高纹样多样性（PC2得分降低23%），支持"背景匹配"假说。

4. 系统发育印记：分支B/C间的稳定差异暗示遗传漂变与局部适应的共同作用。

该研究为理解动物颜色进化的多维机制提供了范式，强调未来研究需整合：

• 捕食者群落组成的空间变异

• 个体发育中的纹样可塑性

• 纹样-微生境匹配的适合度代价