青蛙晶状体的发育会因成年后生活的环境而异

当蝌蚪变成青蛙时，它们的体型并没有发生什么变化。绝大多数青蛙和蟾蜍在经历称为变态的过程之前，都是从水生幼虫开始生活的。随着尾巴让位给腿，它们的身体和行为发生了变化，并且它们适应了远离水的生活。

一项新的研究表明，这些变化比以前已知的还要广泛。对100多种不同物种进行的CT扫描显示，它们的眼睛晶状体也发生了变化，这取决于它们成年后的生活环境。

水生和穴居物种倾向于保持它们的晶状体与年轻的水生蝌蚪相似，球形晶状体在水下和地下短距离聚焦。与此同时，包括攀爬者、滑翔者和跳跃者在内的陆生物种在成年后往往会把晶状体弄平，以便在空中获得更好的视力。

AmartyaMitra，前博士。领导这项研究的博物馆学生说：“晶状体将光线聚焦到视网膜上以提供聚焦图像，但需要多少折射取决于动物所处的环境。青蛙和蟾蜍是研究眼睛进化的重要动物因为他们在不同的生命阶段生活在不同的环境中。”

“在水中，设置光线弯曲量的折射率与眼睛内部几乎相同，这意味着水生动物需要强大的球形镜片来聚焦光线。在陆地上，角膜会在一定程度上聚焦光线因此镜头更扁平，功能更弱。”

该研究的结果发表在《英国皇家学会学报B》杂志上。

青蛙和蟾蜍的生命周期

所有的青蛙和蟾蜍都是无尾目动物，它们是构成两栖动物的三大类之一。像绝大多数无尾目动物一样，它们的生命始于母亲产下的卵，并由父亲在体外受精。

然而，从这一点开始，不同无尾蜥蜴的生活开始不同。一些物种在卵中发育，并以较小版本的成人而不是蝌蚪出现。

蝌蚪通过称为变态的过程发育成成年人，该过程改变了它们的身体计划。图片来源：SteveByland/Shutterstock

这个过程称为直接开发，通常并不常见。大多数物种会孵化成蝌蚪，这些蝌蚪通常适合在淡水中生活，尾巴长，鳃长，没有四肢。

过了某个点，蝌蚪就停止变大，而是开始改变它们的形状。一些组织在称为变态的过程中分解和重组，这使它们步入正轨以成长为成年形式。

该研究的合著者、博物馆优秀研究员大卫高尔博士说：“变态最明显的部分是蝌蚪失去尾巴并长出四肢，但也会发生许多其他变化。”

“例如，骨骼变硬并变得僵化，形状发生很大变化，使它们能够呼吸空气，并且在许多情况下可以在陆地上四处移动。”

“与此同时，在几乎所有情况下，它们的饮食都从蝌蚪时的食草为主转变为成年后的食肉性。这是一个相当大的转变，特别是对于那些正在过渡到成年陆生生活的人来说。”

随着身体其他部分的变化，眼睛也会发生变化，其发育过程取决于成年人将生活的环境。

“镜片是分层放置的，所以蝌蚪镜片本质上被额外的层包围，以将其塑造成成人镜片，”大卫解释道。“在改变晶状体形状的物种中，这些变化是由于以不同于它们成长中的蝌蚪时的方式放下新层的结果。”

发现这些变化是如何发生的可以提供关于视觉进化的新信息，不仅在青蛙中，而且在整个脊椎动物中。

青蛙镜片在发育过程中如何变化?

研究人员使用了来自126个物种的179个青蛙和蟾蜍标本来研究它们的晶状体形状，其中45个物种同时研究了蝌蚪和成虫。

与其他陆生物种相比，像墨西哥穴居蟾蜍这样的穴居无尾目动物拥有令人惊讶的圆形镜片。图片来源：JuanAceituno/Shutterstock

每个标本都使用显微CT扫描仪进行扫描，这使研究人员能够建立每个人的晶状体外观的三维模型。使用扫描来研究眼睛是这一科学领域向前迈出的一大步，该领域以前需要对标本进行破坏性取样。

博物馆研究员、该论文的另一位合著者凯蒂·托马斯博士说，“历史上研究晶状体形状的方法之一是在眼睛上做一系列非常薄的切片，然后观察这两个——空间形状会随着你的移动而改变。”

“这需要一段时间才能完成，所以要对数百只动物轻松完成这项工作是不可行的。使用CT扫描让我们能够在相对较短的时间内观察更多的物种。”

由于缺乏较年轻的标本，该研究无法调查直接发育的物种，但确实在其他物种中发现了一些令人惊讶的结果。例如，穴居青蛙的球形晶状体比预期的要多得多且功能强大，这很可能使它们在陆地上时近视。

“这是一个令人惊讶的结果，这可能只是因为这些青蛙不需要看到那么深的地下，”Amartya说。“近视对他们来说可能并不是什么坏处。”

“或者，他们可能不会在黑暗中经常使用他们的眼睛，因此调整他们的弯曲蝌蚪镜片以适应成人镜片的能量昂贵的变化可能根本不值得。”

“最后，它们可能只在繁殖季节出现时才用眼睛，繁殖季节发生的时间很短，而且大部分时间都在水中。在这种情况下，眼睛非常适合它们执行的任务在水生环境中需要。”

展望未来，研究人员，包括博物馆的其他合著者布雷特·克拉克和杰夫·斯特赖彻博士，希望能够研究镜片开发中更细微的变化。他们的工作构成了一项国际研究项目的一部分，该项目旨在研究青蛙和蟾蜍视觉的多样性和进化。

“我们通常对成虫和幼虫有一个非常广泛的了解，因此观察不同生命阶段的变化会很有趣，”凯蒂说。“之前的一些研究表明，晶状体形状的变化在某些物种中发生得很快，而在其他物种中则逐渐发生，但对于大多数物种，我们只是不知道它们是如何发生的。”