Перейти к основному содержанию

Головастик на дереве: адаптации личинок тропических амфибий к обитанию в фитотельмах

Рис. 1. Головастики рода Kalophrynus, внешний вид сверху и сбоку: (А, Б) K. interlineatus; (В, Г) K. honbaensis; (Д, Е) K. cryptophonus. Масштабная линейка 5 мм.

В 2023 году в журнале Vertebrate Zoology опубликована статья сотрудника ИПЭЭ РАН Анны Васильевой (в соавторстве с Нгуен Тхи Ван), посвященная эволюции личинок тропических лягушек, перешедших к размножению в древесных микроводоемах – фитотельмах.

Использование фитотельм для выведения потомства широко распространено среди амфибий, обитающих в сложных тропических экосистемах. С одной стороны, такая стратегия позволяет развивающимся головастикам избежать плотной межвидовой конкуренции и давления хищников. С другой стороны, в условиях замкнутых микроводоемов головастики сталкиваются с нехваткой пищевых ресурсов. Одним из способов преодолеть эти ограничения является оофагия, то есть «яйцевой каннибализм» – питание яйцами того же вида лягушек, к которому принадлежат сами головастики.

Личиночная оофагия обычна для многих семейств лягушек, головастики которых в целом склонны к хищничеству (например, Hylidae, Leptodactylidae, Rhacophoridae и др.). Однако она куда более удивительна для семейства узкоротов (Microhylidae), очень специализированные головастики которых приспособлены к фильтрации мелких организмов или частиц органики из воды. Переход от микрофильтрации к макрофагии и ее частному случаю – оофагии – сложная эволюционная задача, требующая значительных морфологических перестроек в ротовом аппарате, жаберном аппарате (который выступает в качестве фильтрующей структуры) и пищеварительной системе.

Прекрасной моделью для изучения этого эволюционного перехода послужили головастики трех близкородственных, очень сходных между собой видов лягушек рода Kalophrynus, один из которых (K. interlineatus) обитает в мелких стоячих лужах и является микрофильтратором, а два других развиваются в фитотельмах – крупных заполненных водой дуплах деревьев (K. honbaensis) и полых стеблях бамбука (K. cryptophonus) и являются облигатными оофагами.

Постепенный переход от открытых водоемов к объемным, вмещающим до нескольких литров воды полостям в стволах деревьев и бревнах и к узким просветам бамбуковых междоузлий объемом всего в 20-50 мл в ряду головастиков K. interlineatus – K. honbaensis – K. cryptophonus сопровождается заметными внешними изменениями: уплощением тела, удлинением хвоста и уменьшением плавников (Рис. 1), что облегчает локомоцию в вязкой от слизи жидкости фитотельм.

Рис. 2. Строение элементов хрящевого скелета у головастиков рода Kalophrynus с разными трофическими специализациями. Вверху: череп, дорзальный вид; в центре: нижняя челюсть, фронтальный вид; внизу: гиобранхий, вентральный вид. (А–В) K. interlineatus; (Г–Е) K. honbaensis; (Ж–И) K. cryptophonus. Условные обозначения: arso подглазничная перемычка, bsb задняя копула, bsh передняя копула, cad слуховая капсула, cbr цератобранхиальные хрящи, cir нижнегубной хрящ, cmk меккелев хрящ, cpo гребень ушной капсулы, cqd квадратнокраниальная комиссура, crh цератогиальный хрящ, csr верхнегубной хрящ, ctr рога трабекулы, fsoc подглазничное окно, part сочленовный отросток, pas восходящий отросток, pdq небноквадратный хрящ, plhyp гипобранхиальная пластинка, plo личиночный ушной отросток, plp задний латеральный отросток, pranl переднебоковой отросток, prant передний отросток, prbrh жаберные отростки, prlat боковой отросток. Масштабная линейка 1 мм.

Переход от питания взвешенными в воде мелкими организма и частицами органики к поглощению целиком яиц – относительно крупного, богатого питательными веществами корма – приводит к прогрессирующему укорочению пищеварительного тракта и появлению объемного желудка. Кроме того, смена трофических адаптаций сопровождается в том же ряду головастиков выразительным преобразованием хрящевого личиночного скелета (Рис. 2): череп утрачивает широкие боковые отростки (prlat), характерные для головастиков-микрофильтраторов; последовательно редуцируется задняя часть небноквадратного хряща (pdq); слабый, нитевидный нижнегубной хрящ (cir) становится более мощным, приспособленным для захвата более крупного корма; жаберный аппарат все более утрачивает фильтрующие функции: ажурная жаберная корзинка (cbr I-IV) постепенно редуцируется, гиобранхиум в целом становится более робустным, приспособленным для более мощного всасывания.

Полученные результаты наглядно показывают, каким образом происходит адаптивная эволюция головастиков, осваивающих новые экологические ниши в тропических экосистемах, и каким образом личинки близкородственных видов лягушек приобретают большее морфологическое разнообразие, чем взрослые особи.

Исследование выполнено на базе Совместного российско-вьетнамского научно-исследовательского и технологического центра.

Выходные данные публикации:
Vassilieva A.B., Nguyen T.V. (2023) Restricting living space: Development and larval morphology in sticky frogs (Microhylidae: Kalophrynus) with different reproductive modes. Vertebrate Zoology 73: 367-382. https://doi.org/10.3897/vz.73.e98618