鉴别差异:形态测量学揭示区分两种隐秘幼年鳐鱼的关键特征

《Ecology and Evolution》:Spot the Difference: Morphometrics Reveals Key Traits for Distinguishing Two Cryptic Juvenile Skate

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月06日 来源:Ecology and Evolution 2.6

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  准确的物种鉴定对于受威胁物种的有效管理至关重要,尤其对于分布重叠且形态相似的物种。鳐类(Order Rajiformes)表现出高度保守的表面形态,这导致该群体内长期存在分类混乱和错误鉴定。中间鳐(Dipturus intermedius)和蓝鳐(D. bat

  
准确的物种鉴定对于受威胁物种的有效管理至关重要,尤其对于分布重叠且形态相似的物种。鳐类(Order Rajiformes)表现出高度保守的表面形态,这导致该群体内长期存在分类混乱和错误鉴定。中间鳐(Dipturus intermedius)和蓝鳐(D. batis)正是这一挑战的典型例子;两个物种均栖息于东北大西洋,并拥有复杂交织的分类历史。鉴于其重叠分布,精确的物种鉴定对确保有针对性的管理行动十分必要。尽管已有适用于较大个体的可靠形态学检索表,但幼体鉴定仍具挑战性,因为许多诊断特征发育不完全或因损伤而模糊不清。本研究旨在通过采用经分子技术验证的形态学方法,确定用于区分幼体(<100 cm)中间鳐和蓝鳐的额外特征。分析重点是识别在受损标本中仍可检测到的明显特征,以确保该方法在野外条件下的实际适用性。研究人员确定了四个可用于区分两物种幼体的稳健特征:腹面着色、盘体形状、前缘盘缘形状和吻部形状。本文的发现提高了幼体中间鳐和蓝鳐的数据准确性,支持有针对性的保护行动,并有助于这些受威胁物种的有效管理和长期恢复。
准确物种识别是受威胁物种有效管理的基础,尤其对分布重叠且形态相似的类群。鳐类(Order Rajiformes)表面形态高度保守,导致长期分类混淆和错误鉴定。中间鳐(Dipturus intermedius)与蓝鳐(D. batis)是典型例子,二者共享东北大西洋分布区,历史上被视为同一物种,直至约十年前才通过分子研究被确认为两个独立谱系,并于2021年获得正式分类认可。两者均为极危(Critically Endangered)物种,20世纪高强度捕捞导致其数量锐减。它们生命周期长、繁殖力低,幼鱼补充对种群维持尤为关键,然而其幼体形态鉴别特征尚未完全发育,且常因捕捞损伤而缺失,导致基于渔业数据的鉴定错误频发。分子鉴定手段虽然可靠,但需要专业设备和时间,难以用于常规监测。因此,亟需开发经验证、易操作的形态学鉴定框架,以支持幼鱼监测与保护。

针对这一需求,研究人员利用2021年爱尔兰海洋研究所底鱼调查(Marine Institute Irish Groundfish survey)采集的死亡鳐类样本,选取全长小于100 cm的84尾幼体,结合线粒体细胞色素氧化酶亚基I(COI)条形码进行物种鉴定,并对其开展基于标志点的几何形态测量学(Geometric Morphometrics)分析与腹面色图像分析。研究发现四个可靠鉴别特征:腹面色带、盘体形状、前缘盘缘形状和吻部形状。该成果已发表于《Ecology and Evolution》。这些特征在受损标本中仍可识别,显著提高了幼鱼鉴定准确性,为保护行动提供了数据支撑。

在技术方法上,研究首先通过COI条形码对样本进行分子鉴定,共鉴定出39尾中间鳐和46尾蓝鳐,分子结果由12个诊断性核苷酸位点及100%自举支持的系统发育树确认。随后,研究人员选取高质量照片,对三个形态区域——完整盘体(Full Disc)、前缘盘缘(Anterior Disc Margin)和头与吻部(Head and Rostrum)——进行地标及半地标数字化,经广义普鲁克斯特分析(Generalised Procrustes Analysis)去除非形状变异,再利用普鲁克斯特ANOVA(Procrustes ANOVA)检验物种、性别和大小的影响,并采用主成分分析(Principal Component Analysis)降维后执行线性判别分析(Linear Discriminant Analysis)/典型变量分析(Canonical Variate Analysis),以留一交叉验证评估判别性能。腹面色分析则通过ImageJ测量腹面侧缘深色区域面积和灰度值。所有统计均在R环境下完成。

3.1 COI条形码:分子鉴定成功区分两物种,所有样本被明确归入两个高支持率的单系支系,且两物种从未在同一次渔获中出现。

3.2 形态测量分析:共保留53个样本(雌性23尾,雄性30尾),全长范围29.4–99.4 cm。

3.2.1 完整盘体(Full Disc):普鲁克斯特ANOVA显示物种对盘形有显著影响(F=7.86,Z=4.58,p=0.001),解释18.40%变异;典型变量分析沿第一典型变量完全分离,留一交叉验证正确率100%。变形矢量图显示,中间鳐盘体更宽、吻部相对前缘更突出、前缘盘缘更凹、后缘盘角更窄。

3.2.2 前缘盘缘(Anterior Disc Margin):物种效应显著(F=11.06,Z=4.53,p=0.01),解释31.00%变异;典型变量分析显示几乎完全分离,交叉验证正确率100%。中间鳐前缘盘缘曲率更大,头部区域更窄长,盘角侧移。

3.2.3 头与吻部(Head and Rostrum):物种效应显著(F=5.08,Z=3.08,p=0.001),解释18.50%变异;但典型变量分析存在较大重叠,交叉验证正确率仅76%,判别能力中等。中间鳐吻部略窄、眶间距较小。

3.3 图像分析:

3.3.1 腹面着色(Ventral Colouration):所有幼年中间鳐在腹面后侧缘具深色带,覆盖面积16.14%±3.76%,灰度均值58.37±23.82;蓝鳐腹面色带缺失或极弱,平均覆盖仅3.59%±5.54%,仅8尾个体出现,且颜色更浅(灰度均值99.57±45.79)。Wilcoxon秩和检验证实两物种在面积和灰度上均有显著差异(面积W=15,p=8.74×10?5;灰度W=95,p=0.02)。腹面色带面积随全长减小,但仅在蓝鳐中显著(F=16.41,R2=0.58,p=0.002),中间鳐趋势不显著。

讨论与结论:基于上述结果,研究推荐四个特征用于区分幼年中间鳐和蓝鳐。其中腹面着色、盘体形状和前缘盘缘形状判别力较强,吻部形状存在重叠,应作为互补特征组合使用,而非单独诊断标记。与已有研究相比,这些特征在幼体和受损个体中仍可识别,可作为现有鉴定标准的补充。此外,异速生长和性别对形状无显著影响,表明这些特征相对稳定。保护意义上,可靠的物种特定数据对于确定幼鱼关键栖息地至关重要。鉴于两种鳐的生活史和生态需求不同,错鉴定可能导致保护措施偏移。本框架提供了快速、低成本的鉴定手段,有助于提高渔业数据质量,支持空间管理策略,从而促进种群恢复。总结来说,通过提供可靠且易获得的额外鉴定特征,本研究提高了幼年中间鳐和蓝鳐的数据准确性,支持有针对性的保护行动,并有助于这些受威胁物种的有效管理和长期恢复。
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