自从1935年被引入澳大利亚以来,甘蔗蟾蜍(Rhinella marina)已经在澳大利亚北部迅速地吞噬了整个地区。由于没有天敌或寄生虫来应对它们的毒性,它们的数量激增。现在,甘蔗蟾蜍的数量如此之多,自然选择已经倾向于更具有食肉性的蝌蚪,一项新的实验研究刚刚揭示了这一点。
最初引入澳大利亚是为了控制当地的甘蔗甲虫(Dermolepida albohirtum),以保护该国昆士兰州的甘蔗产业,最初引入的102只蟾蜍现在数量已达到2亿只,密度是它们在南美原生栖息地的10倍。甘蔗蟾蜍无论成体还是蝌蚪都有毒,这给澳大利亚的捕食者如可爱的北部袋鼬(Dasyurus hallucatus)带来了巨大问题。这些有袋类捕食者几乎因试图吃掉蟾蜍并中毒而灭绝,现在已非常罕见。
甘蔗蟾蜍的蝌蚪通常以藻类和腐烂的有机物为食。虽然它们在原生地偶尔会表现出食肉性,甚至在成年后也会被发现互相啃食,但研究人员猜测,澳大利亚甘蔗蟾蜍数量的激增可能增强了它们的食肉倾向。为了验证这一点,悉尼大学的生态学家Jayna DeVore和她的同事进行了超过500次试验,比较了南美原生蝌蚪与澳大利亚野生蝌蚪的行为。他们给蝌蚪提供了一个空容器,或者一个装有蝌蚪幼体的容器。
来自澳大利亚的蝌蚪几乎有30%的几率会进入装有幼体的容器,而来自南美的蝌蚪则没有表现出偏好。幼体被澳大利亚蝌蚪吞食的几率也比它们在原生栖息地高2.5倍以上。研究小组在论文中写道:“因此,食肉行为从原生范围的偶发性行为转变为澳大利亚的目标性反应,蝌蚪在检测到幼体信号后停止正常觅食活动,以便定位并吞食它们。
”为了观察这种对食肉行为的增强偏好是否引发了其他进化变化,研究人员在蝌蚪发育过程中进行了一些测量。他们发现,澳大利亚的蝌蚪已经进化出策略来缩短其脆弱的幼体阶段:蝌蚪在发育的预进食阶段迅速生长。但这也有代价。澳大利亚蝌蚪的后期发育阶段比南美蝌蚪慢,研究人员解释说:“在入侵栖息地中,食肉蝌蚪阶段与脆弱的卵和幼体阶段之间存在进化军备竞赛。
”澳大利亚入侵甘蔗蟾蜍对食肉行为的增加偏好也可能解释了先前研究中发现成年蟾蜍旅行方式的改变。它们现在以比祖先移民快六倍的速度移动,通过更直线的移动——这是首次在动物中识别出路径直性作为遗传特征。DeVore和她的团队解释说,这种增强的扩散能力加速了对新、无食肉栖息地的殖民。尽管这种捕食者/猎物驱动的自然选择在许多物种之间有很好的记录,但在单一物种中以前并没有如此清晰地展示过。
所有这些变化仅在86年内发生——尽管具有快速的性成熟速度,这仍然意味着蟾蜍的许多代——并且确实展示了进化压力在塑造所有形式生命方面的力量。这项研究发表在《美国国家科学院院刊》上。