蛙类配偶识别行为的进化机制

Studying on animal behaviors is an effective approach for understanding human psychogony. In previous project, we focused on the neuroendocrinological mechanisms of mate recognition behavior in Xenopus lavevis, and achieved remarkable and interesting results. Mate recognition is a complex behavioral and psychological process and shaped by sexual selection and natural selection. However, the evolution mechanisms of mate recognition behavior are not clear. Mate recognition in frogs consists of signal sending, receiving and processing. Mate recognition requires congruence between the signal structure and the responsive properties of the sensory system that decodes the signal. What are the mechanisms of co-evolution of the sender and receiver? Present project will focus on evolution of the call structure and properties of the sensory system, based on the results of the previous project. We will study evolution of the call structure, the role of female preferences in evolution of the call structure of the males (by methods of behavior, auditory electrophysiology and gene expression), and evolution of frequency characters of periphery auditory and central auditory systems (by methods of ABR and auditory electrophysiology). Present project will test two hypotheses, i.e. whether vocal character or female preferences occurred first, and whether periphery or central auditory systems adapted first.

对动物行为的研究，是理解人类自身行为及其进化的有效途径。在青年基金中，我们对配偶识别行为及其神经内分泌机制进行了研究，获得了明确的结论。然而，配偶识别行为是非常复杂的，是长期性选择和自然选择的结果，配偶识别行为的进化机制尚不清楚。蛙类的配偶识别过程包括鸣声信号的发送、接收和识别。信号结构与信号感知系统的相互匹配是配偶识别的前提。因此，在配偶识别系统的进化过程中必须保持信号发送和接收的匹配。信号发送和接收协同进化的机制是什么？本项目以青年基金为基础，拟从蛙类鸣声特征的进化和蛙类听觉感受系统的进化两个层次研究这一问题，研究内容包括：雄性鸣声结构的进化、雌性偏好与鸣声特征的进化（行为学、电生理、分子生物学三个层面）、外周和中枢听觉系统对鸣声频率敏感性的进化（听觉脑干反应和胞外记录电生理）。本研究将验证两个核心问题：鸣声特征和雌性对鸣声特征的偏好谁先进化？外周听觉系统和中枢听觉系统谁先进化？

无尾两栖类的配偶识别包括鸣声信号的发送、接收和识别。雄性发出信号，雌性通过这些信号选择配偶。信号结构与信号感知系统的相互匹配是配偶识别的前提。我们拟从蛙类鸣声特征的进化和蛙类听觉感受系统的进化两个层次探讨蛙类鸣声信号发送与接收的协同进化机制。具体围绕2个假设展开：1）雄性的鸣声特征先进化，还是雌性对雄性鸣声特征的偏好先进化？2）蛙类听觉系统对鸣声特征的适应性进化，是外周听觉系统进化在先，还是中枢听觉系统进化在先？.主要研究内容包括：1）鸣声结构的进化与分子系统树（声谱分析和分子生物学方法）；2）雌性的偏好与鸣声特征的进化（行为学方法）；3）雌性的偏好与鸣声特征的进化（电生理方法）；4）外周和中枢听觉系统的进化（听觉神经生理）。.通过本项目的研究，我们发现：1）除了雌性具有预先存在的感受偏好外，雄性也有预先存在的感受偏好，信号结构与信号接收者的协同进化在雌性和雄性之间是平行发生的，不是随机发生的。2）雌性对信号的区分能力可能驱动了性信号从单维度到多个维度的进化，从而驱动性信号复杂性的进化，这一结果为理解多模信号的进化提了供新的视野。在本学科领域大力推动了性信号复杂性进化研究的发展。3）蛙类外周听觉系统的进化可能晚于中枢系统的进化。4）麻醉程度影响蛙类的听觉敏感性；5) 除了声音通讯的进化机制，本项目在声音通讯的神经机制方面也取得一些进展：（1）声音辨别和鸣声识别分别发生在100ms和200ms；（2）仙琴蛙的声音通讯具有右耳优势；（3）与行为模式密切相关的神经生理特征可能存在特定的昼夜节律模式，蛙类大脑功能可能存在性二型；（4）雄性之间的竞争是动态变化的，且受到社群因素的强烈影响。.本项目已发表SCI论文13篇，尚有4篇SCI文章在审稿和撰写。