有些蠑螈和青蛙的幼體會長出大頭和“尖牙”，變身“食肉魔”，嗜食同類，以便讓自己快速發(fā)育成熟。
圖上這只成年長趾蠑螈(Ambystoma macrodactylum)來自俄勒岡州德舒特縣（Deschutes County）。，長趾蠑螈的幼體時期，如果生活的池塘里食物匱乏，蠑螈幼體的頭可能會變大，還可能長出犁骨齒。
俄勒岡州中部的三姐妹火山上隱藏著一處安靜的季節(jié)性水潭，在這里生活的蠑螈外形奇特。
“我立刻注意到這些蠑螈幼體特別瘦，但它們的頭很大，”美國地質(zhì)調(diào)查局的生物學(xué)家Susan Walls說道。當(dāng)她近距離觀察時，發(fā)現(xiàn)它們的頭和頜骨比正常的蠑螈幼體要大得多。事實證明，這些“大嘴”有著非常特殊的用途：嗜食同類。
在以這群蠑螈幼體為研究對象的一篇研究論文中， Walls 指出，它們的頜骨上還長著更大的尖牙狀犁骨齒(在這一物種中，犁骨齒通常只是長在第一排牙齒后面的小凸起)。這些特征都有助于它們吃掉同類，為什么會出現(xiàn)這種情況呢?
環(huán)境壓力下的“變形”過程稱為表型可塑性。長趾蠑螈只有在幼體期才會發(fā)生形變。一旦它們完全成熟，比如圖上這只，就不可能再發(fā)生變化了。
長趾蠑螈幼體無法在陸地生活，形變就發(fā)生在幼體時期，頭和頜骨會越來越大，犁骨齒也會越來越明顯。如果食物和水充足，這些特征就不會出現(xiàn)；但如果它們餓了好幾天，需要盡快離開池塘(比如，在干燥的春季或夏季)，它們的頭和牙齒就會變大，度過危機(jī)之后又會變回原來的樣子。更大的嘴巴和尖牙有助于它們吃掉更大的獵物，其中也包括它們的兄弟姐妹。這種高蛋白飲食可以讓它們免于餓死，并幫助它們更快地成熟，這樣它們就可以在池塘干涸之前離開。
這是表型可塑性的一個典型例子，闡釋了環(huán)境因素誘發(fā)的變化對動物外形的影響，“變形”現(xiàn)象不僅存在于長趾蠑螈中，兩棲動物和其它類型的動物中也有。“有的昆蟲分為大頭型和小頭型，有的線蟲會長出牙齒，還有的原生生物(單細(xì)胞生物)在擁擠環(huán)境中會瘋狂吞噬同類，”北卡羅萊納大學(xué)的生物學(xué)教授David Pfennig說道，他研究過火蜥蜴和犁足蟾蜍的表型可塑性。
兩棲動物的種類在全球范圍內(nèi)已經(jīng)減少了43%，是脊椎動物中多樣性喪失比例最高的物種。了解了表型可塑性的機(jī)制，有助于幫助兩棲動物恢復(fù)種群的多樣性。
變身食肉魔
大多數(shù)兩棲動物的幼體生活在水中，成年之后才會在陸地生活。而表型可塑性只發(fā)生在幼體時期。
長趾蠑螈的幼體看起來很像蝌蚪，通常不會嗜食同類，但它們攻擊性較強(qiáng)：“我直接觀察它們時，常會看到互相撕咬的現(xiàn)象，”加州州立大學(xué)生物學(xué)副教授Erica Wildy說道。
鋤足蟾蝌蚪通常會發(fā)育成雜食動物(左)。但它在捕食大型的獵物時，比如蝦(中間)，會呈現(xiàn)出獨(dú)特的食肉動物形態(tài)(右)，這種狀態(tài)下它們專門以蝦，其他蝌蚪或更大的獵物為食。
Erica Wildy在研究食物如何影響長趾蠑螈幼體攻擊性的過程中發(fā)現(xiàn)，與世隔絕的山地蠑螈與山谷蠑螈之間存在行為差異，而山谷里通常更容易獲得食物和水源。她還注意到，山谷蠑螈沒有表現(xiàn)出那么強(qiáng)的攻擊性，也沒有出現(xiàn)任何“食肉魔”。Wildy在論文中指出，食物匱乏這一環(huán)境壓力是引發(fā)山地蠑螈攻擊性和同類相食行為的一個關(guān)鍵因素。
Wildy還注意到，與那些以浮游動物為食的蠑螈幼體相比，變形后的蠑螈幼體生長速度似乎更快。她推測，這可能是因為環(huán)境壓力下它們不得不快速成長，以便在池塘干涸之前離開。如果池塘干涸，那尚處于幼體時期的蠑螈會立即死亡。
此外，據(jù)Walls稱，如果“食肉魔”遷移到一個更廣闊的棲息地，并恢復(fù)之前的飲食結(jié)構(gòu)，它們將會變回正常形態(tài)。
變形的物種
什么樣的壓力能引起如此劇烈的變化呢?對于長趾蠑螈來說，主要是食物的匱乏以及即將干涸的季節(jié)性水潭。對于虎蠑螈來說，空間壓力是引發(fā)變形的主要原因。在非常擁擠的環(huán)境中，虎蠑螈之間的相互碰撞可能會誘發(fā)“食肉魔”的出現(xiàn)。
鋤足蟾蝌蚪的頭部大小會隨著食物種類的不同而變化。Pfennig說，如果它們在幼體時期碰巧吃下了大型獵物，一些幼體就可能會變成大頭。正常形態(tài)和大頭形態(tài)差別很大，以至于科學(xué)家們曾認(rèn)為它們是兩個不同的物種。
新熱帶樹蛙蝌蚪（Neotropical treefrog tadpoles）可以根據(jù)附近捕食者的類型變化成不同的形態(tài)。蜻蜓形態(tài)(上)時會長出彩色的尾巴來分散蜻蜓的注意力，而魚形態(tài)(下)時會長出尾巴來幫助它們躲避魚類。
有些變形是為了躲避捕食者。新熱帶樹蛙蝌蚪會根據(jù)捕食者的類型做出不同的反應(yīng)，它們在顏色和肌肉結(jié)構(gòu)上都發(fā)生了變化。
“如果它們聞到水里有魚的味道，就會長出一條長尾巴，尾巴上的肌肉也會變大，”瓦薩學(xué)院(Vassar College)的生物學(xué)助理教授Justin Touchon說道。這樣一來魚就很難認(rèn)出它們，也方便它們快速地游走。
“但是如果它們聞到了蜻蜓幼蟲的氣味，就會長出五顏六色的大尾鰭，”Touchon說道。這條尾巴會分散蜻蜓的注意力，成為蜻蜓幼蟲的攻擊對象，這樣蝌蚪那脆弱柔軟的身體就能逃過一劫。
進(jìn)化正在發(fā)生？
我們不知道引起這些變化的具體原因，Touchon說，但基因表達(dá)是其中一個關(guān)鍵因素?！皠游锫劦侥骋徊妒痴叩臍馕叮蛘卟煊X到水是熱的，就會激活一些基因，使其快速表達(dá)，或者抑制其他基因?！?/p>
他目前正在研究哪些基因可能與樹蛙的變形有關(guān)。
“許多研究人員認(rèn)為，表型可塑性對進(jìn)化沒有影響，因為環(huán)境引起的變異通常是不會遺傳的。另一些人則認(rèn)為可塑性會減緩進(jìn)化。還有人持相反觀點，他們認(rèn)為表型可塑性加速了進(jìn)化，”Pfennig說道。
對任何一個物種來說，能夠?qū)Σ煌沫h(huán)境條件做出快速反應(yīng)都是一種優(yōu)勢，隨著氣候的不斷變化，這一優(yōu)勢的重要性將會更加突出。近年來美國西部干旱和火災(zāi)頻發(fā)，生活在亞利桑那州普芬格的拙足蟾的生長周期越來越短。肉食性變種(或食肉魔)可能會更加常見，因為嗜食高蛋白食物有助于它們更快地發(fā)育成熟，盡早離開水育室，繁殖速率也會更快。
“表型可塑性應(yīng)該給物種一段緩沖期。擁有一定的靈活性可以讓物種更容易適應(yīng)環(huán)境的變化，增加生存幾率，”Touchon說道。
雖然Touchon的觀點有道理，但前提是動物們已經(jīng)做好了迎接變化的準(zhǔn)備?！坝袡C(jī)體的生存能力取決于它們的居住地，適應(yīng)條件，以及居住地會發(fā)生什么樣的氣候變化，” Mary Jane West-Eberhard說道，她是史密森熱帶研究所的高級科學(xué)家。
表型可塑性有助于動物適應(yīng)氣候變化，佛羅里達(dá)州的網(wǎng)紋鈍口螈就是一個很好的例子。2018年10月，颶風(fēng)邁克爾席卷墨西哥灣岸區(qū)，海水涌入了圣馬克國家野生動物保護(hù)區(qū) （St. Marks National Wildlife Refuge），那時，網(wǎng)紋鈍口螈正在這里的季節(jié)性淡水潭中繁殖。風(fēng)暴過后，工作人員Susan Walls在園區(qū)發(fā)現(xiàn)了活的蠑螈，即使是被鹽水淹沒的地方也有網(wǎng)紋鈍口螈出沒。
它們是怎么活下來的呢?“研究表明，生活在沿海地區(qū)的相關(guān)動物，例如蠑螈，比生活內(nèi)陸地區(qū)的個體耐鹽性強(qiáng)。這是表型可塑性的一個類型，它們能夠更好地適應(yīng)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件，” Walls說道。
近年來，科學(xué)家對兩棲動物如何適應(yīng)氣候變化引發(fā)的壓力環(huán)境有了更多的了解， Walls希望人類可以利用這些信息制定更加明智的保護(hù)計劃。
【兩棲動物幼體如何變身“食肉魔”？】相關(guān)文章：
★ 怎樣理解運(yùn)動物體的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象？
★ [多圖]一周太空圖片:太陽耀斑、驚嘆號形星系、南極洲冰架斷裂
★ 中國四大自然奇觀
★ 漫談世界地理人種
