牛蛙与绿蛙蝌蚪热耐受性对比研究揭示入侵物种生理生态机制

本综述通过对比具有显著入侵能力差异的两种两栖动物——美国牛蛙（Lithobates catesbeianus）和绿蛙（L. clamitans）蝌蚪的热耐受性特征，重点分析了临界高温（CTMAXMAX下降的敏感特征，表明热生理可塑性可能并非牛蛙入侵成功的核心机制，为理解入侵物种的生理生态适应性提供了新的实证视角。

　　

引言

入侵物种作为全球生物多样性丧失的主要驱动因素，其成功建立种群的生理机制仍待深入解析。美国牛蛙与绿蛙这一对同属物种在北美东部原生区存在广泛分布重叠，但入侵历史呈现显著差异：牛蛙已成为全球性入侵物种，广泛分布于美国西部及四大洲40多个国家，而绿蛙在外来区域的建立记录极为有限。研究者提出假说：入侵物种可能具备更强的热应激耐受性和热驯化能力，这一生理特性可能解释两者在入侵能力上的显著差异。

材料与方法

研究团队于2022年5-6月从密歇根州西南部的实验池塘系统采集77只野生蝌蚪（牛蛙42只，绿蛙35只），所有个体处于Gosner 25-38发育阶段。实验设置两种温度处理：基础组（14°C昼/10°C夜）和暖驯化组（20°C昼/16°C夜），驯化周期为6天。采用标准升温法（0.3°C/分钟）测定临界高温（CT_MAX），判定标准为蝌蚪丧失翻身能力时的温度。通过线性回归模型分析物种间CT_MAX差异，并计算驯化响应比（ARR）量化热驯化能力。

结果

临界高温测定

在基础温度驯化条件下，牛蛙与绿蛙蝌蚪的CT_MAX无统计学显著差异（p=0.06），但呈现趋势性差异：牛蛙平均CT_MAX为38.2°C，绿蛙为37.5°C。体重对热耐受性无显著影响（p=0.12）。

热驯化能力

经过20°C暖驯化处理后，两物种均未表现出正向热驯化响应。值得注意的是，绿蛙CT_MAX显著下降至37.2°C（ARR=-0.03），而牛蛙维持稳定表现（ARR=0）。物种与驯化温度的交互作用不显著（p=0.50），但暖驯化后种间差异达到极显著水平（p<0.01）。

讨论

研究结果部分否定了初始假说：两种蝌蚪在基础热耐受性方面并未表现出显著差异，且均缺乏典型的热驯化能力。然而绿蛙在暖环境下面临的热敏感特性（CT_MAX下降）可能成为其入侵受限的潜在生理限制因子。野外观察支持这一推论——在较温暖的浅水池塘中，牛蛙蝌蚪的数量显著超过绿蛙。

除热生理特性外，牛蛙的入侵成功可能源于多种协同机制：一是通过竞争排斥作用（如已有研究显示移除牛蛙后绿蛙数量显著增加）；二是可能存在的快速进化适应；三是多重生物与非生物因子的交互作用。研究还指出热耐受性与热可塑性间可能存在生理权衡约束，高基础耐热性物种的驯化潜力往往受限。

结论

本研究首次系统比较了牛蛙与绿蛙蝌蚪的热生理特性，发现内在热耐受性差异并非导致入侵能力分化的主要因素。建议后续研究从三方面深入探索：一是扩大地理种群采样范围（特别关注原生区南部近缘种群）；二是开展温度依赖的种间竞争实验；三是加强对西部引入区种群的生理适应性研究。该研究为理解入侵物种的生理生态机制提供了重要基准数据，同时建立了多物种比较研究的方法学框架。