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《东北师范大学》 2017年
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蝙蝠回声定位声波与激进叫声的进化机制研究

罗波  
【摘要】:动物声信号介导资源竞争、配偶选择及抗捕食防御等系列生活史事件,是维持动物社群稳定与群落平衡的重要信息载体。发声动物为何进化出多样声信号,是生态学与进化生物学热门主题,是阐明动物表型响应环境适应性进化关键所在,亦为解密物种形成提供全新视角。回声定位蝙蝠占据夜空生态位,不仅发出回声定位声波导航空间、追踪猎物,而且利用激进叫声防御食物和空间资源,一直作为声学研究模式生物。本论文选择蝙蝠最具代表性的回声定位声波与激进叫声,系统阐明其进化机制。论文以世界19科(鞘尾蝠科、凹脸蝠科、鼠尾蝠科、假吸血蝠科、夜凹脸蝠科、菊头蝠科、蹄蝠科、吸足蝠科、盘翼蝠科、烟蝠科、长腿蝠科、短尾蝠科、兔唇蝠科、髯蝠科、叶口蝠科、犬吻蝠科、长翼蝠科、蝙蝠科及翼腺蝠科)438种蝙蝠为研究对象,揭示蝙蝠回声定位声波的进化机制。系统发育比较分析发现,回声定位声波持续时间受到前臂长与系统发育影响,未受到觅食生态位与气候因子作用。回声定位声波峰频受到前臂长、觅食生态位及系统发育影响,未受到食性与气候因子作用。回声定位声波结构受到觅食生态位与系统发育影响,未受到前臂长、食性及气候因子作用。随机森林回归模型显示,前臂长解释回声定位声波参数13.68%~35.47%变异,生态因子解释回声定位声波参数32.31%~50.70%变异,系统发育成分解释回声定位声波参数47.17%~68.02%变异。路径分析证实系统发育成分影响回声定位声波参数、前臂长及觅食生态位。修正体型效应、删除缺失值、使用声波参数估计值及备择系统发育树,重复分析,结果一致。论文以我国5科(鞘尾蝠科、菊头蝠科、蹄蝠科、长翼蝠科及蝙蝠科)31种蝙蝠为研究对象,探究蝙蝠激进叫声的进化机制。蝙蝠普遍发出低频宽带激进叫声。系统发育比较分析和线性混合模型发现,激进叫声持续时间受到前臂长与系统发育影响,未受到觅食生态位与气候因子作用。激进叫声峰频、最大频率和最小频率受到前臂长、集群大小及系统发育影响,未受到觅食生态位与气候因子作用。激进叫声带宽受到集群大小与系统发育影响,未受到前臂长、觅食生态位及气候因子作用。分级划分算法显示,前臂长解释激进叫声参数18.46%~40.90%变异,集群大小解释激进叫声参数9.85%~33.56%变异,系统发育成分解释激进叫声参数4.54%~22.94%变异。修正体型效应、采用备择系统发育成分,重复分析,结果相似。基于我国5科31种蝙蝠声波数据,我们在相同研究框架,比较蝙蝠回声定位声波与激进叫声的进化机制。系统发育比较分析和线性混合模型发现,回声定位声波主成分受到前臂长、觅食生态位及系统发育影响,未受到气候因子与集群大小作用。激进叫声主成分受到前臂长、集群大小及系统发育影响,未受到觅食生态位与气候因子作用。分级划分算法显示,前臂长解释回声定位声波主成分10.40%~16.22%变异,觅食生态位解释回声定位声波主成分15.33%~33.27%变异,系统发育成分解释回声定位声波主成分38.90%~50.02%变异。前臂长解释激进叫声主成分30.49%变异,集群大小解释激进叫声主成分21.54%变异,系统发育成分解释激进叫声主成分8.11%变异。修正体型效应、采用备择系统发育成分,重复分析,结果类似。综上,研究表明:(1)生态选择、系统发育束缚及形态束缚塑造蝙蝠回声定位声波进化;(2)系统发育通过多重路径,直接、间接影响蝙蝠回声定位声波进化;(3)社会选择、系统发育束缚及形态束缚塑造蝙蝠激进叫声进化。论文明确蝙蝠声信号响应觅食生态位与社会选择压力的适应性进化,是理解夜行性哺乳类声信号多样性产生的关键。论文率先量化系统发育对蝙蝠回声定位声波的直接与间接效应,首次揭示蝙蝠激进叫声的进化机制。论文构建一个动物声信号进化机制诊断框架,有利于后续研究进一步解密其它动物声信号进化。论文整理的大数据能够为蝙蝠响应环境变化的敏感性评估提供参考,为都市化进程下蝙蝠物种优先保护规划提供理论指导。
【学位授予单位】:东北师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:Q62

【参考文献】
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