幽灵蝙蝠方言形成机制：遗传、地理与形态因素对社会及回声定位叫声分化的驱动作用

《Ecology and Evolution》：Dialect Formation in Ghost Bats: Genetic, Geographic and Morphological Drivers of Social and Echolocation Call Divergence

本综述首次在巨耳蝠科（Megadermatidae）蝙蝠中揭示了方言形成现象，通过对澳大利亚北部五个幽灵蝙蝠（Macroderma gigas）种群的遗传（SNPs）、地理距离、形态（前臂长、耳长等）与四种叫声类型（社交叫声“chirp-trill”、“squabble”、“ultrasonic social”及回声定位叫声）声学参数的综合分析，发现地理隔离导致的遗传漂变（isolation by distance）显著影响可听社交叫声的分化，而超声社交叫声与回声定位叫声则受功能约束（stabilising selection）保持稳定，凸显了多维度研究动物声音进化的重要性。

　　

引言

方言被定义为同一物种内个体发声的变异，地理距离较远的个体间变异大于邻近个体。这种现象最初在鸣禽中发现，后在鲸类、鳍足类、灵长类等多种动物中被证实。蝙蝠作为声音通信的重要模型，其声音既用于空间定向（回声定位），也用于社交沟通，为研究方言形成提供了独特视角。然而，蝙蝠社交叫声的地理变异研究较少，且多数未控制遗传变异的影响。幽灵蝙蝠是澳大利亚特有的高度发声物种，具有复杂的社交叫声库。研究表明，其种群间存在距离隔离导致的基因流限制，这为方言形成提供了条件。本研究旨在评估澳大利亚北部地区五个幽灵蝙蝠种群在遗传、形态和声学上的分化程度，并探讨不同叫声类型方言形成的驱动因素。

材料与方法

研究在澳大利亚北领地的五个幽灵蝙蝠母系群落（Pine Creek, Kakadu, Tolmer Falls, Claravale, Pungalina）展开。Pungalina种群与其他种群地理距离最远（654-810公里）。研究收集了蝙蝠的组织样本用于基因分型（DArTseq方法，获得21,467个SNPs），测量了前臂长、耳长、耳屏高和鼻叶高四个形态指标，并录制了三种社交叫声（“chirp-trill”、“squabble”、“ultrasonic social”）和回声定位叫声。使用七个声谱参数（如90%带宽BW₉₀、峰值频率F_peak等）进行声学分析。通过主坐标分析（PCoA）、祖先系数估计（sNMF）、F_ST计算、判别函数分析（DFA）和Mantel检验等方法，分析了遗传、地理、形态和声学距离之间的关系。

遗传距离

主坐标分析显示，除Pine Creek和Claravale外，其他种群均形成独立的遗传簇。祖先系数分析表明，当K=2时，Tolmer Falls与其他种群明显分化；K=3时，Claravale和Pine Creek为一组，Kakadu和Pungalina为一组，Tolmer Falls独立；K=4时模式不变；K=5时，Kakadu和Pungalina分离。遗传距离与地理距离高度相关（Mantel检验，r = 0.8204, p = 0.025），表明存在距离隔离。Pine Creek和Claravale（相距39公里）遗传差异极小（F_ST= 0.0020），而Pungalina与其他种群的F_ST在0.0378至0.0523之间，表明基因流有限。

形态距离

形态分析显示，雌性蝙蝠的前臂略长于雄性，但差异很小（约1.7毫米），其他形态特征无显著性别二态性。Pungalina种群的蝙蝠在前臂长、耳长和耳屏高上均显著大于其他四个北部种群，符合伯格曼法则（Bergmann's Rule），即生活在较冷气候下的个体体型更大。鼻叶长度在各种群间无显著差异，可能因其在回声定位中的功能而受到稳定选择约束。判别函数分析进一步证实Pungalina种群在形态上与其他种群明显分离。

声学距离

所有四种叫声类型在不同种群间均存在显著的地理变异。

“chirp-trill”叫声在BW₉₀、BW_IQR、F_min和F_max等参数上表现出种群间差异。判别函数分析将Pine Creek、Claravale、Kakadu和Tolmer Falls归为一组，Pungalina单独为一组。叫声回判至来源种群的整体准确率为44.7%。

“squabble”叫声除F_peak外所有声学参数均存在种群间差异。判别分析显示Pungalina种群与其他种群分离，北部种群内部也存在一定变异。整体回判准确率为50.4%。

“ultrasonic social”叫声的所有声学参数均存在种群间差异。判别分析显示Kakadu和Pungalina叫声相似，Claravale和Pine Creek相似，Tolmer Falls独立成簇。整体回判准确率为46.7%。

回声定位叫声除峰值时间外所有参数均存在种群间差异。判别分析显示Pine Creek种群的回声定位叫声结构与其他种群不同，这可能与录音位置（矿井深处）有关。整体回判准确率为58.1%。

距离矩阵相关性

Mantel检验显示，“chirp-trill”和“squabble”叫声的声学距离与遗传距离（chirp-trill: r = 0.849, p = 0.060; squabble: r = 0.780, p = 0.061）及地理距离（chirp-trill: r = 0.982, p = 0.077; squabble: r = 0.894, p = 0.074）均呈边际显著正相关。然而，在控制了地理距离后，声学距离与遗传距离的相关性不再显著；同样，控制了遗传距离后，声学距离与地理距离的相关性也不显著。这表明观察到的相关性主要由地理隔离驱动，而非遗传对叫声结构的直接控制。

“ultrasonic social”叫声和回声定位叫声的声学距离与遗传或地理距离均无显著相关性。

形态方面，耳长与“squabble”叫声的声学距离显著相关（r = 0.940, p = 0.021），前臂长与“ultrasonic social”叫声的声学距离边际显著相关（r = 0.391, p = 0.078）。其他形态特征与叫声声学距离无显著相关。

讨论

本研究首次在巨耳蝠科蝙蝠中提供了方言形成的证据。遗传分析证实了距离隔离的存在。形态上，Pungalina种群的较大体型符合伯格曼法则，而鼻叶的稳定性则暗示了功能约束。

声学分析表明，方言在所有四种叫声类型中均有出现，但其驱动因素因叫声功能而异。对于可听范围内的社交叫声“chirp-trill”和“squabble”，其声学分化与地理/遗传距离相关，支持了遗传漂变或文化漂变在方言形成中的作用。这些叫声由口腔发出，不受回声定位功能约束，因此在隔离种群中更容易发生漂变。

相比之下，“ultrasonic social”叫声和回声定位叫声虽然也存在地理变异，但这种变异与遗传或地理距离无关。这两种叫声均由鼻腔发出，且结构与回声定位相关功能紧密相连（“ultrasonic social”可能为幼蝠隔离叫声），因此受到稳定选择的强大约束，限制了其种群间分化。回声定位叫声在Pine Creek的差异可能反映了蝙蝠在洞穴内外部行为的可塑性。

本研究强调了在研究信号进化时，需要综合考虑多种叫声类型及其不同的功能约束和进化动力。未来的研究应进一步探讨社会因素（如声音学习）在幽灵蝙蝠方言形成和基因流限制中的潜在作用。