峨眉树蛙的合作繁殖行为及其进化机制

The evolutionary mechanisms of cooperation behaviors have been hot topics and severe debatable issues for biologists and evolutionary ecologists for decades since Darwin proposed the theory of natural selection. Our recent work indicates that two types of mating systems, monogamy and polyandry, co-exist during the reproductive seasons of Emei treefrog (Rhacophorus omeimontis), while variations on reproductive success and breeding behavioral pattern are showed between males adopting discrepant mating systems. Do the male frogs cooperate with each other when mating and reproduction? If cooperative breeding is detected, what characteristics it emerges and what mechanisms drive its evolution? In this project, we will study the following issues in the Emei treefrog in Badagongshan National Nature Reserve, Hunan Province by using behavior observation techniques and molecular genetic methods: 1) fitness variation among the male frogs under different mating systems, 2) fitness variation among the male frogs in the same polyandrous amplexus, and 3) genetic relationships among males in the same polyandrous amplexus, so as to discuss the effects of kin selection theory, reciprocity hypothesis, mutualism hypothesis, and prestige hypothesis in the reproduction of Emei treefrog. We aims to test our hypothesis that: cooperative breeding, whose evolutionary is driven by an integration of kin-selection and non-kin cooperation, is important among the polyandrous males of Emei treefrog. The prospective results will reveal the evolutionary mechanisms of cooperative breeding of Emei treefrog, promote the development in the theories of cooperative behavior in animals, and thus provide a valuable reference for species management and conservation.

动物的合作行为是怎么进化的？这是达尔文提出进化论以来，生物学家一直争论的话题。我们的研究发现：峨眉树蛙存在"一雄一雌"和"多雄一雌"两种婚配制度，不同婚配制度的雄性个体间繁殖行为和繁殖成功率存在差异。那么，峨眉树蛙雄性个体间是否存在合作繁殖行为呢？它们的合作繁殖行为属于什么类型，其进化又受到什么原因的驱动呢？我们拟采用野外行为观察和分子生物学技术手段，研究湖南八大公山保护区的峨眉树蛙：1）不同婚配制度的雄性个体间的适合度差异；2）"多雄一雌"婚配制度，同一抱对中各雄性个体间的适合度差异；3）雄性个体间的亲缘关系，检验亲缘选择理论、相互作用假说、互利共生假说和声望假说，验证"'多雄一雌'婚配制度的雄性峨眉树蛙个体间存在合作繁殖行为，且其进化受到亲缘选择和非亲缘合作机制的共同驱动"的理论假设，以揭示峨眉树蛙合作繁殖行为的类型和进化机制，促进动物合作行为理论的发展，为物种管理和保护提供科学依据。

动物的合作繁殖行为是行为生态学和进化生物学的重要研究内容和热门问题。峨眉树蛙繁殖过程中同时存在“一雌一雄”和“一雌多雄”两种模式。由于不同的繁殖模式和繁殖行为会使个体获得不同的适合度，那么，“一雌多雄”繁殖行为是怎样形成的？这些雄性个体之间是否存在繁殖合作？它们的合作属于什么类型？这种合作繁殖的进化是什么因素驱动的呢？我们利用野外调查和分子生物学实验相结合的方法，对八大公山峨眉树蛙的繁殖行为进行了系统观察记录和采样，进行了亲缘关系分析和父权鉴定，比较了不同繁殖模式的雄性个体和同一抱对中的不同雄性个体繁殖成功率和适合度的差异，分析了雄性个体间合作繁殖的类型，并检验了相关假说。我们的研究表明，峨眉树蛙的雄性个体之间具有强烈的配偶竞争，也存在非亲缘个体间的互惠合作；它们通过在多次繁殖中的角色互换，既为其他雄性个体提供帮助，又从其他个体那里获得利益，共同提高繁殖成功率。我们的研究揭示了峨眉树蛙“一雌多雄”婚配制度和合作繁殖行为的主要进化机制，为促进竞争-合作理论的发展提供了重要证据，对于深入了解两栖类行为进化和生活史及物种管理提供了科学依据。