華人學者發現：恐龍滅絕時，蛙類大爆發

一項新研究表明，在白堊紀-第三紀滅絕事件中，地球喪失了包括非鳥翼類恐龍在內的3/4的物種，卻為蛙類的迅速崛起搭建了舞台。

來源 phys.org

翻譯 劉威爾

審校 譚坤

最新的蛙類進化樹顯示，占蛙類物種總數88%的三條主要進化枝中的物種都在非鳥翼類恐龍消失的大滅絕之後同時出現。（圖片來源：Brian Freiermuth）

在《美國國家科學院院刊》（PNAS）發表的一篇論文中，一個國際研究團隊展示了新的蛙類進化樹，它幫助我們解開了科學家們困擾已久的蛙類演化謎題，闡明了其演化的過程和步驟。

研究人員意外地發現：包含現存蛙類物種數量88%的三條主要譜系是同時在6600萬年前白堊紀晚期、第三紀初期的大滅絕事件之後演化形成的；而非如之前主流研究的觀點，即許多現代蛙類類群起源於更古老的年代。

論文的共同作者、佛羅里達自然歷史博物館兩棲和爬行類副館長 David Blackburn 解釋道：「蛙類在地球上存在的時間已遠超2億年，但我們的研究表明，蛙類的多樣性直到恐龍滅絕之後才出現爆炸式增長，並逐步演化成為現今我們能見到的大多數蛙類物種。」他還表示：「這一結果完全是我們沒有想到的。」

Blackburn 認為，在小行星或彗星撞擊地球，引發大面積動植物滅絕之後，蛙類物種的迅速多樣化表明這些倖存者們很可能填補了地球上新的生態位空缺。

他解釋說：「我們認為，當時的地球生態系統出現了包括大範圍森林破壞等許多重大變化，但蛙類十分擅長在微小的棲息地中掙扎求生，因此當森林和熱帶生態系統逐漸修復後，它們迅速把握了生態系統中新的生存機遇。」

蛙類逐漸壯大並成為脊椎動物中最為多樣化的類群之一，目前有記載的蛙類物種就已超過6700種。但基因數據的缺失嚴重阻礙了科學家們可靠地追溯蛙類的演化歷程並揭示不同蛙類家系間的關係。

圖中名為Petropedates cameronensis的蛙類來自喀麥隆，屬於蛙超科（Natatanura）分枝，大滅絕發生後很快在非洲大陸起源。（圖片來源：Brian Freiermuth 拍攝）

Blackburn 加入了由來自中山大學生命科學學院、德克薩斯大學奧斯汀分校、加州大學伯克利分校的研究人員組成的國際團隊，專攻蛙類演化問題，他們構建的數據集比先前研究中所用的要大7倍。研究團隊從156個蛙類物種中提取了由95個細胞核基因組成的核心數據集，將其與之前發表的研究所提供的基因數據中145個額外物種的數據相結合，得出了迄今為止最為可靠的進化樹，即系統發育關係。研究結果呈現了目前已知的全部55個蛙類家系，並由此得出了蛙類演化的全新時間線。

研究人員隨後利用化石記錄解譯不同蛙類家系之間的基因區別，並定位其分化的可能時間。分析表明，雨蛙超科（Hyloidea）、蛙超科(Natatanura)、姬蛙科（Microhylidae）這三類主要的蛙類進化枝是同時演化形成的。論文的通訊作者、中山大學生命科學學院生物化學與分子生物學系的張鵬教授表示，他們起初對這一結果是持懷疑態度的。

張鵬教授說：「從沒有人得到過這樣的結論。我們設定不同的參數多次重新分析，但結果仍保持不變。這時我才意識到，我們的數據已經給出了強烈的暗示，這不可能是一個錯誤結果。」

Blackburn 介紹稱，以其他動物的演化為背景進行分析結果的檢驗時，這些結果開始顯露出非凡的意義。

他解釋道：「通過觀察鳥類或哺乳動物的系統發育，我們可以發現它們對氣候和地質事件等地球歷史事實的反映。因此，你可能會認為大滅絕、板塊運動等主要事件也會對蛙類演化產生影響，並在某種程度上與主要進化枝之間的分化有所聯繫。這正是我們能從研究得到的系統發育樹上看到的。」

Blackburn還說，世界範圍內具有遠親關係的蛙類物種間普遍具有較強的相似性，這一蛙類演化和生物學問題長久以來都困擾著眾多科學家，如今很可能因為主要蛙類進化枝的同時演化這一結論而有所啟發。大滅絕事件摧毀了地球生態系統並激發了一次系統重啟，不同的現代蛙類家系可能在隨後的時間內經歷了相似的演化路徑。

「你可以輕易地在中非、菲律賓、厄瓜多找到看起來幾乎一樣的蛙類，它們的最近共同祖先可能生活在遠在1億2千萬年前。」Blackburn 補充道，「這些不同的進化枝似乎在大滅絕發生後經歷了極為相似的分化過程。」

樹蛙全部在恐龍滅絕之後演化出現，隨著森林的逐步恢復而繁衍壯大，如圖中馬達加斯加島上的樹蛙Boophis marojezensis。（圖片來源：BrianFreiermuth拍攝）

Blackburn還介紹說，雖然大滅絕事件為蛙類打開了新的生存機遇，顯著推動了世界範圍內樹蛙的演化，但同時也扼殺了許多其它的蛙類進化枝，尤其是分布於北美洲的蛙類。

「除去非常少的幾種，北美地區所有其他蛙類都是在恐龍滅絕後定居的。」Blackburn說，「如果我們能回溯到霸王龍橫行的北美大陸，也可以在那裡看到蛙類，但夜晚的蛙鳴聲絕對會與我們在現代聽到的完全不同。那些蛙類甚至不屬於同一科。」

研究還表明，全球蛙類分布能夠為超級大陸分離過程的追溯提供幫助。這一過程始於2億年前的聯合古陸（Pangea），隨後岡瓦納大陸（Gondwana）分離成為了南美和非洲大陸。數據顯示，蛙類很可能曾在由南美洲向澳洲遷移的過程中將南極洲作為踏腳石，而當時的南極大陸還未被冰原覆蓋。

Blackburn 急切地希望利用新的系統發育樹描繪化石記錄的路線圖，尤其針對白堊紀出現的蛙類。

「這給我們未來可能或不可能發現的結果限定了期望。」他說，「蛙類化石記錄中很可能有許多新的發現等著我們，這太令人興奮了。」

張鵬教授表示，雖然蛙類在大滅絕中的存活以及隨後的興旺都證明了他們極強的恢復力，它們當前面對疾病、生境喪失與退化時表現出來的脆弱性十分令人擔憂。

張鵬教授還說：「我認為，這項研究最令人激動的地方在於，我們向人類展示了蛙類是一種多麼強大的動物類群。他們能夠在導致恐龍消失的全球生物大滅絕中存活並且很快恢復興旺。然而，由於人類對自然生境的破壞，蛙類數量目前正在持續下降。這是否意味著人類正在引發一場比以往還要更嚴重的生物大滅絕？我們需要仔細思考這個問題。」

論文基本信息

【題目】Phylogenomics reveals rapid, simultaneous diversification of three majorclades of Gondwanan frogs at the Cretaceous–Paleogene boundary

【作者】Yan-Jie Feng（封彥傑）, David C. Blackburn, Dan Liang（梁丹）, David M. Hillis, David B. Waked,David C. Cannatellac, and Peng Zhang（張鵬，中山大學生命科學學院）

【期刊】PNAS

【日期】June 2, 2017

【地址】

【摘要】

Frogs (Anura) are oneof the most diverse groups of vertebrates and comprise nearly 90% of livingamphibian species. Their worldwide distribution and diverse biology make themwell-suited for assessing fundamental questions in evolution, ecology, and conservation.However, despite their scientific importance, the evolutionary history andtempo of frog diversification remain poorly understood. By using a moleculardataset of unprecedented size, including 88-kb characters from 95 nuclear genesof 156 frog species, in conjunction with 20 fossil-based calibrations, ouranalyses result in the most strongly supported phylogeny of all major froglineages and provide a timescale of frog evolution that suggests much youngerdivergence times than suggested by earlier studies. Unexpectedly, ourdivergence-time analyses show that three species-rich clades (Hyloidea,Microhylidae, and Natatanura), which together comprise ～88% of extant anuran species,simultaneously underwent rapid diversification at the Cretaceous–Paleogene(K–Pg) boundary (KPB). Moreover, anuran families and subfamilies containingarboreal species originated near or after the KPB. These results suggest thatthe K–Pg mass extinction may have triggered explosive radiations of frogs bycreating new ecological opportunities. This phylogeny also revealsrelationships such as Microhylidae being sister to all other ranoid frogs andAfrican continental lineages of Natatanura forming a clade that is sister to aclade of Eurasian, Indian, Melanesian, and Malagasy lineages. Biogeographicalanalyses suggest that the ancestral area of modern frogs was Africa, and theircurrent distribution is largely associated with the breakup of Pangaea andsubsequent Gondwanan fragmentation.

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