中国林蛙变态发育中舌鳃骨的形态变化

裴跃斌， 王宏元， 梁 刚

(陕西师范大学 生命科学学院， 陕西 西安 710119)

两栖动物是脊椎动物从水生向陆生过渡的类群，在动物发育和进化研究中具有重要意义[1-2]。在两栖动物的个体发育和形态学研究中，无尾两栖类因骨骼相对保守而成为可靠的研究对象，其中蝌蚪舌鳃骨引起了学者的广泛关注[3-4]。Bauerdantoin等对非洲爪蟾(Xenopuslaevis)蝌蚪舌鳃骨的基本结构进行了描述，其舌鳃骨由角舌骨、关联骨、鳃下骨板和鳃篮等部分构成[5]；王晓雯等对中华蟾蜍(Bufogargarizans)和中国林蛙(Ranachensinensis)蝌蚪的舌鳃骨进行了比较[6]；夏坤等结合栖息环境对小角蟾(Megophrysminor)、中华蟾蜍、隆肛蛙(Feiranaquadranus)、黑斑侧褶蛙(Pelophylaxnigromaculatus)和中国林蛙5种蝌蚪的Gonser(G)36期舌鳃骨进行了观察分析[7]。此外， Eidewood、Sarah、Vera等、Rose等、Senevirathne等和Sheil也对无尾两栖类不同物种蝌蚪的舌鳃骨进行了研究[8-13]。虽然有关无尾两栖类的舌鳃骨研究已经积累了一些资料，但大多都集中在蝌蚪变态发育的某个时期，对舌鳃骨形态变化在变态发育全程的研究仍少见。

中国林蛙是我国北方地区广泛分布且具有较强陆地生活适应能力的无尾两栖类[14-15]。本文以G26～G46共21期的中国林蛙蝌蚪为研究对象，对其进行改良的Toyal骨骼双染色与观察比较，旨在探究中国林蛙蝌蚪变态发育中舌鳃骨的形态变化，为无尾两栖类的骨形态学研究积累资料，为探讨两栖动物的形态结构与生活环境、生理功能的关系提供形态学依据。

1 材料与方法

选取在实验室环境下自然孵育的中国林蛙蝌蚪作为材料。采用Gonser分期法[16]，选取G26～G46共21期的蝌蚪，每期取材4只，用4%多聚甲醛固定24 h以上。待各期蝌蚪取材固定后，用改良的Toyal骨骼双染色法进行染色，骨呈玫红色，软骨呈蓝色[17]。在Zeiss Discovery V12 型体视显微镜下剥离出舌鳃骨并对其进行形态观察，在相同参数下采集各期的图像。

2 结果与分析

2.1 舌鳃骨的一般形态

中国林蛙蝌蚪的舌鳃骨是构成头骨腹面的主要结构，包括角舌骨、关联骨、鳃下骨板、鳃篮4个部分，左右对称(图1)。对G38期蝌蚪舌鳃骨各部分的一般形态描记如下。

图1 中国林蛙G38期蝌蚪的舌鳃骨Fig.1 Hyobranchial skeleton of Rana chensinensis tadpoles at G38 stage

(1)角舌骨：角舌骨位于舌鳃骨的最前端，以软骨状态存在，呈翼状，左右对称分布，左右结构依靠关联骨Ⅰ在中轴线处相互连结。角舌骨可分为骨体、前突、后突、前侧突、横向突5部(图1)。

(2)关联骨：关联骨共有2块，均位于舌鳃骨中轴线上，包括位于前端的关联骨Ⅰ与位于后端的关联骨Ⅱ。关联骨不仅将左右对称的角舌骨相连结，而且将位于舌鳃骨前端的角舌骨和后端的鳃下骨板、鳃篮结构相连结，是连结舌鳃骨各部分的纽带(图1)。

(3)鳃下骨板：鳃下骨板位于舌鳃骨的后端，为1块近似三角形的软骨板。鳃下骨板的内侧缘与舌鳃骨的中轴线平行，前端与关联骨Ⅱ的后端相连结；鳃下骨板的外侧缘与角舌骨后突的内侧面相互靠近，最近处仅留一道狭缝；鳃下骨板的后缘与角鳃弓的前端相互融合，共同构成鳃篮结构的前端(图1)。

(4)鳃篮：鳃篮位于舌鳃骨的后端，是由左右对称的各4条角鳃弓共同围成的篮状结构。鳃篮结构有3级软骨分支,第1级分支为角鳃弓，是构成鳃篮结构的主架；第2级分支为角鳃弓上分出的细小软骨，称作鳃耙；第3级分支为鳃耙上分出的更细微的软骨分支，呈珊瑚状。角鳃弓从外侧向内侧依次为角鳃弓Ⅰ～Ⅳ，角鳃弓Ⅰ和Ⅱ、Ⅱ和Ⅲ、Ⅲ和Ⅳ的后端分别相互融合，将鳃篮结构后端封闭；角鳃弓的前端与鳃下骨板的后缘融合，将鳃篮结构前端封闭。在鳃篮结构前端，2个角鳃弓中间均有朝向后端的针状软骨，称作鳃骨针(图1)。

2.2 舌鳃骨在变态发育中的形态变化

中国林蛙G26期蝌蚪已具备舌鳃骨各部分结构，但舌鳃骨整体较小，且与G38期相比，关联骨Ⅱ呈卵圆形，与关联骨Ⅰ之间的连结较少，使得关联骨Ⅰ和Ⅱ之间界限分明(图2，G26)。

G27～G35期蝌蚪的舌鳃骨与G26期相比，结构基本相同，呈等速率生长。G35期的舌鳃骨大小约为G26期的1.5倍(图2，G27～G35)。

G36～G38期蝌蚪的舌鳃骨与G35期相比，各部分结构仍然呈等速率生长，G38期舌鳃骨发育到最大，大小约为G26期的2倍。此外，与G35期相比，G36～G38期的关联骨Ⅱ由卵圆形变为倒立的“秤砣”形，且与关联骨Ⅰ之间的连结增多(图2，G36～G38)。

图2 中国林蛙G26～G46期蝌蚪的舌鳃骨Fig.2 Hyobranchial skeleton of Rana chensinensis tadpoles from G26 to G46 stages

G39～G41期蝌蚪的舌鳃骨开始萎缩，各部分结构吸收变小。G41期舌鳃骨的大小约为G26期的1.6倍(图2， G39～G41)。

G42期蝌蚪的舌鳃骨形态开始发生变化，主要表现为：①角舌骨加粗；角舌骨的横向突向后方明显倾斜，与后方的鳃篮结构接近；角舌骨的前侧突变小并趋于消失。②鳃篮结构中的第3级软骨分支和鳃骨针消失 (图2，G42)。

G43期蝌蚪的舌鳃骨与G42期相比，形态变化主要为：①角舌骨的形态变化极大，近端明显加粗，边缘变得钝圆，远端明显变细，外侧缘变直。②关联骨Ⅰ与角舌骨开始融合；关联骨Ⅱ呈椭圆形，与关联骨Ⅰ的连结面扩大并发生融合；关联骨Ⅱ的后端两侧开始与鳃下骨板发生融合。③鳃下骨板由G42期的扇形变化为不规则的三角形；鳃下骨板的后角伸出八字形的细长突起，称为后内侧突。④角鳃弓的前端和后端不再闭合，形成几乎相互平行的4对角鳃弓，使得鳃篮结构消失；鳃耙已完全消失；角鳃弓与鳃下骨板连结部分软骨消失，角鳃弓的前端与鳃下骨板之间不再关联(图2，G43)。

G44期蝌蚪的舌鳃骨与G43期相比，形态变化主要为：①关联骨Ⅰ与关联骨Ⅱ进一步融合，关联骨Ⅱ的后缘平直，与鳃下骨板进一步融合。②左、右鳃下骨板向中轴靠近，内侧缘平直，中间留有细缝。③4对角鳃弓进一步变短(图2，G44)。

G45期蝌蚪的舌鳃骨与G44期相比变化较大，主要表现为：①角舌骨的前端明显变细且其前突变为细棒状突起，左、右角舌骨呈细长的“羊角弓”状排列。②关联骨Ⅰ与关联骨Ⅱ已完全融合成1块呈三角形的关联骨，前端与角舌骨相互融合，后端与鳃下骨板几乎完全融合。③鳃下骨板的周缘变钝，后内侧突变长。④4对角鳃弓完全消失(图2，G45)。

G46期林蛙的舌鳃骨已基本发育为成体舌骨。与G45期蝌蚪的舌鳃骨相比，G46期舌鳃骨的形态变化为：①角舌骨基本呈S形的软骨棒，弯曲部位更加平滑，后端略显膨大并趋于水平。②关联骨与鳃下骨板已经融合成1块软骨板。③左、右鳃下骨板在中轴处完全融合，其外侧缘的前部发育出1个三角形小突起——前外侧突，外侧缘的后部也发育出1个三角形小突起——后外侧突，后内侧突变得粗而钝(图2，G46)。

中国林蛙G26～G46期蝌蚪舌鳃骨的各部分结构均以软骨状态存在。

3 讨论

动物的形态结构是功能的物质基础，而功能的变化又会影响形态结构的改变。Rose等[11]指出，骨骼的形态学特征对研究脊椎动物进化史是最重要的，且骨骼的功能在发育和演变过程中是易变的，多种多样的承重骨和软骨反映了动物的摄食、呼吸和移动等方式。无尾两栖类蝌蚪舌鳃骨的功能与气体交换和滤食密切相关[18-20]。

本文研究结果显示，中国林蛙G26期蝌蚪孵化出膜不久，完全行水生生活，该期蝌蚪已具有结构完备的舌鳃骨，鳃篮结构较发达，该结构特征与其在水中进行鳃呼吸和滤食浮游植物的功能相适应。G26～G38期蝌蚪逐渐生长变大，对氧气和食物的需求量增大，与此生理机能相适应，包括鳃篮结构在内的舌鳃骨快速生长发育，至G38期时舌鳃骨的结构大小约为G26期的2倍，发达的舌鳃骨结构才能够满足蝌蚪新陈代谢中对氧气和食物的基本需求。G39～G41期蝌蚪处于变态前期，蝌蚪的体型逐渐变小，肺脏开始发育，后肢可以活动且五趾已完全分化，与此相适应，舌鳃骨停止生长且逐渐吸收变小，G41期舌鳃骨的大小约为G26期的1.6倍。G42期蝌蚪的前肢已伸出体表，尾部开始退化，发育为拥有五趾型附肢的四足动物，初步具备了陆生脊椎动物的基本形态结构与功能[21-23]；该期蝌蚪舌鳃骨鳃篮结构中的第3级软骨分支和鳃骨针消失，鳃篮急剧萎缩，舌鳃骨向成体舌骨转变。G43～G46期蝌蚪完成了变态，四肢能够支撑身体并具备了跳跃能力，尾部完全消失，开始进行肺呼吸，食性也由滤食浮游植物转变为用舌捕食昆虫和软体动物[24-27]；在该阶段，舌鳃骨的角舌骨、关联骨和鳃下骨板均发生变形与重塑，鳃篮消失，G46期的舌鳃骨已基本发育为成体舌骨。

综上所述，中国林蛙蝌蚪舌鳃骨的形态结构决定了其呼吸方式以适应水生生活的鳃呼吸为主，摄食方式和食性为滤食静态的浮游植物。蝌蚪变态发育为成体后，呼吸方式改变为以适应陆地生活的肺呼吸为主，摄食方式和食性改变为用舌捕食动态的昆虫和软体动物[24-27]。为了适应以上生理功能的变化，中国林蛙蝌蚪舌鳃骨的形态结构经历了由小到大、又由大变小、最终在舌鳃骨原来位置重塑出成体舌骨的发育过程。中国林蛙变态发育中舌鳃骨形态结构的变化及其呼吸和摄食方式的改变，再次表明两栖动物的形态结构是功能的基础，功能的变化又会影响形态结构的改变。

4 结论

中国林蛙蝌蚪的舌鳃骨由角舌骨、关联骨、鳃下骨板和鳃篮4部分构成。在变态发育中，舌鳃骨始终以软骨状态存在。G26期蝌蚪的舌鳃骨已具备完整结构，G26～G38期舌鳃骨各部分呈等速率生长，至G38期舌鳃骨达到最大；G39～G41期舌鳃骨开始自行吸收，形态略变小；G42期舌鳃骨形态已有较大变化； G43～G46期舌鳃骨的角舌骨、关联骨和鳃下骨板均发生变形与重塑，鳃篮逐渐消失，舌鳃骨发育为成体舌骨。为了适应生理功能的变化，中国林蛙蝌蚪舌鳃骨的形态结构经历了由小到大、又由大变小、最终在舌鳃骨原来位置重塑出成体舌骨的发育过程。