两个雨蛙科蛙类物种生物荧光的性别与种间差异

《Biologia》：Sexual and interspecific differences in biofluorescence of two hylid frog species from Mexico

　　

生物荧光是指吸收的光以更长波长重新发射的现象，在两栖动物中报道日益增多，但方法上的不一致限制了比较分析。研究人员回顾了20项记录两栖动物生物荧光的研究，涉及29科237种，发现主要以紫外光（ultraviolet, UV）和皇家蓝光（royal blue, RB）作为激发光源，且数据收集普遍缺乏标准化。在本研究中，研究人员开发了一种基于ImageJ的、成本效益高的图像量化方法，并将其应用于来自墨西哥的两个同域树蛙物种——Charadrahyla taeniopus和Rheohyla miotympanum。个体在皇家蓝光（440–460 nm）下拍摄，并分析背腹表面的荧光强度和空间分布。两个物种均表现出生物荧光，且存在显著的种间和性别差异。Charadrahyla taeniopus的背部和腹部亮度更高，雄性腹部荧光强度显著大于雌性，表明存在性二型。相比之下，Rheohyla miotympanum背部荧光较弱，但腹部荧光明显，性别间无显著差异。研究结果表明，标准化图像分析为检测和比较生物荧光模式提供了稳健框架，特别是在缺乏分光光度计设备时。这些结果提示，腹部生物荧光可能具有通讯或性信号功能，并强调未来生物荧光研究需要方法一致性和行为学整合。

标准化图像分析揭示两种墨西哥雨蛙科物种生物荧光的性别与种间差异

生物荧光（biofluorescence）是指有机体吸收高能光后以更长波长重新发射光的现象，其发射波长通常位于450–550 nm的蓝绿光范围。虽然两栖动物中的生物荧光报道日益增多，但研究大多停留在存在/缺失的定性描述，缺乏统一的激发光源、滤光片和量化指标，使得不同研究之间难以比较。目前已有20项研究覆盖29科237种两栖动物，其中63%使用紫外光激发，仅少数使用皇家蓝光，且数据采集过程普遍缺乏标准化。因此，亟需一种经济、可重复的定量方法，以推动该领域的比较研究。

在这项发表于《Biologia》的研究中，研究人员首先回顾了已发表的关于两栖动物荧光的研究，识别出方法学上的不足；随后以墨西哥两种同域分布的树蛙——Charadrahyla taeniopus和Rheohyla miotympanum为对象，开发了一种基于ImageJ的图像定量方法，用于比较背、腹面荧光的种间和性别差异。研究人员在2024年3月于墨西哥普埃布拉州Villas Cuetzalan生态保护区（云雾林，海拔1274 m）进行了为期三个夜晚的调查，共采集40只个体，其中C. taeniopus 20只（雌9、雄11），R. miotympanum 20只（雌9、雄11）。采集后在黑暗环境中使用皇家蓝光（440–460 nm）手电筒和500 nm黄色长通滤光片拍摄背腹照片，利用ImageJ软件沿身体中线提取灰度值（grayscale value, GV）、平均亮度（average brightness, AB）、亮度面积（brightness area, BA）和积分密度（integrated density, IntDen）。统计采用Shapiro–Wilk检验评估正态性，并使用Mann–Whitney U检验比较组间差异。

结果部分，按原文小标题总结如下：

**Amphibian fluorescence background（两栖动物荧光背景）**：对20项研究（14篇论文和6篇科学笔记）的综述显示，生物荧光已在237种两栖动物中记录到，隶属29科，其中无尾目213种（89.9%），有尾目22种（9.3%），蚓螈目2种（0.8%）。激发光方面，63%的研究使用紫外光，17.3%同时使用紫外和皇家蓝光，8.6%仅用皇家蓝光。雨蛙科（Hylidae）物种占全部记录物种的46.8%，成为研究最多的类群。然而，只有55%的研究提供了详细的数据采集描述，40%仅提及材料而无详细方法，5%甚至未提供灯型信息，反映出方法标准化的严重缺失。

**Field work（野外工作）**：共获得C. taeniopus雌性平均吻肛长（snout-to-vent length, SVL）58.7 mm（43.0–65.9 mm），雄性48.1 mm（32.5–58.6 mm）；R. miotympanum雌性平均32.7 mm（27.8–41.6 mm），雄性27.4 mm（25.0–30.0 mm）。两种蛙均在蓝光下显现荧光，且荧光模式在不同个体间具有一致性。

**Sexual dimorphism in fluorescence（荧光的性二型）**：在C. taeniopus中，雌性背、腹平均亮度分别为82.3±35.2和174.8±53，雄性分别为109.6±32.9和140.0±61.5。统计检验显示，背部积分密度无显著性别差异（W=62, p=0.65），但腹部雄性显著高于雌性（W=78, p<0.05）。雄性在股部和肛门附近出现亮斑，而雌性荧光较弱。在R. miotympanum中，雌性背、腹平均亮度分别为21.0±15.2和119.7±38.8，雄性为17.9±6.8和157.4±38.4；背部无显著差异（W=62, p=0.5），腹部雄性显著高于雌性（W=56, p<0.001）。这表明两种树蛙的腹部荧光均存在性二型性。

**Interspecific fluorescence（种间荧光）**：C. taeniopus的背部平均亮度（97.3±34.0）明显高于R. miotympanum（19.3±10.6），而腹部的差异较小（155.6±57.7对140.4±38.6）。不考虑性别时，两种蛙的背、腹积分密度均存在极显著差异（背W=411，腹W=405，均p<0.0001）。雌性比较中，C. taeniopus的背、腹IntDen均显著高于R. miotympanum（背W=69，腹W=72，均p<0.0001）；雄性比较同样如此（背W=141，腹W=134，均p<0.0001）。C. taeniopus呈现背腹均强的荧光，而R. miotympanum背部荧光弱、腹部荧光强，两种模式明显可辨。根据灰度值绘制的堆叠线图显示，C. taeniopus雌性背部荧光强度沿中线逐渐上升后缓慢下降，腹部则先出现强峰后迅速降低；雄性背部呈现宽阔平台状，腹部初始峰值中等后逐渐下降。R. miotympanum雌性背部均匀，腹部初始峰值中等后下降；雄性背部呈宽平台状，腹部变异较小但灰度值最高，且亮度覆盖整个喉部、腹部和肛门周围，股骨和胫骨无亮度。

讨论部分指出，腹部荧光的性二型性可能与求偶行为有关，例如雄性在喉部区域发出更亮的荧光，可能用于声囊膨胀时的视觉展示。由于这两种蛙为夜行性且生活在植被茂密的环境中，生物荧光可能通过增强低光条件下的视觉对比度而参与种内通讯。研究还强调，基于图像的分析无法完全取代分光光度计，但其成本低廉，适合大规模采样和物种筛查。未来研究应采用皇家蓝光（440–460 nm）与500 nm黄色滤光片，统一拍摄和曝光参数，并整合行为学与生态学数据，以深入揭示生物荧光的功能和进化意义。

研究结论：本研究表明，标准化图像分析为检测和比较生物荧光模式提供了稳健框架，特别是在分光光度计设备不可用时。腹部生物荧光可能具有通讯或性信号功能，并强调未来研究需要方法一致性和行为学整合。