Russell-Hunter W D, Apley Martyn L, Hunter R Douglas
Biol Bull. 1972 Dec;143(3):623-656. doi: 10.2307/1540188.
盐沼肺螺Melampus bidentatus属于艾氏螺科,该科包含了现存最原始的肺螺类,被认为与现代陆地蜗牛和淡水肺螺的祖先干群亲缘关系不远。Melampus栖息于盐沼地势较高的区域,具有“两栖性”:尽管它通过无鳃的血管化外套腔进行空气呼吸,该腔起着肺的作用,但它仍保留着原型繁殖模式,产小卵并孵化出自由游动的面盘幼虫。
多年来在野外和实验室进行的研究(基于马萨诸塞州科德角小锡佩维塞特的自然种群)表明,产卵、孵化和幼虫定殖都与春季涨潮同步,每个过程都局限于约四天的周期内。从适应性角度来看,这种半月同步性确保了这些过程仅在每个月的2.3%至4%的时间内发生,此时潮间带上部12%区域内的Melampus栖息地会被海水淹没。
年度繁殖期从五月下旬或六月上旬持续到七月上旬,与新月和满月的潮汐同步,每隔两周会出现三到四个产卵周期。产卵的同步性(以及产卵前有规律的聚集和交配)是必须的。春季带入实验室的Melampus种群在夏季期间将保持相同的半月生殖行为节律。
卵很小(约109纳克有机碳),产在平均含有850枚卵的凝胶状卵块中。平均每只蜗牛每年的产卵量为33,150枚。对于大多数淡水肺螺来说,每只蜗牛每年的产卵量在8 - 800枚之间。在18℃的条件下,卵在壳内发育成分化良好且活跃的面盘幼虫需要11天。
在野外,孵化呈现半月同步性:在合适的春季涨潮时,可以收集到大量刚孵化出的面盘幼虫。对实验室产下的卵块进行的一系列实验表明,正常情况下,在50小时内经过大约4次潮汐涨潮后就会孵化。产卵后10至24天的卵块都可能孵化。这种孵化过程具有选择性,它有助于提高幼体的存活率和不同群体的重叠率,同时也能重新建立与春季涨潮的同步性。
面盘幼虫在浮游阶段积极摄食,壳长从127微米长到280微米,这个阶段推测为14±2天。大部分幼虫会定殖到成年Melampus所占据的精确垂直区域。
在经历一个作为爬行、用齿舌摄食的后期幼虫阶段(失去面盘叶和厣之后),接着外套膜和壳会突然发生变态。变态后的稚贝生长迅速。就有机碳或无灰干重而言,在面盘幼虫和早期稚贝阶段,生长跨越两个数量级,在最初的十一周内跨越三个以上数量级,在整个3 - 4年的生命周期内跨越六个数量级。相比之下,淡水肺螺类似的生物量增长指标在其生命周期内仅涉及两到三个数量级。
在Melampus中,后期面盘幼虫和后期幼虫的壳呈左旋螺旋,而变态后的稚贝和成体的壳呈右旋螺旋。只有外套膜和壳发生变态;在整个发育过程中,包括幼虫和稚贝阶段,内部器官都呈成年后的右旋排列。已知在体外共生的后鳃亚纲Pyramidellidae科以及某些其他具有浮游幼虫的蜗牛中会发生从过度螺旋壳状态到正螺旋壳状态的这种变态。本研究首次描述了任何肺螺类的壳阶段序列和变态过程。
总之,从进化的角度对小卵、外套膜 - 壳变态和半月同步性进行了讨论。Melampus保留的产小卵这种“原始”繁殖方式在扩散和遗传潜力方面具有优势。像淡水肺螺那样产大卵的进化过程可能涉及到在季节性变化环境中减少未成熟生长时间范围的选择压力。Melampus中包括变态在内的外套膜 - 壳变化,可以简单地根据生命周期不同阶段对保护容器的不同需求来解释。生殖和幼虫阶段的半月同步性是为了适应专门的空气呼吸和大量产小卵的原始模式而进化而来的。在产生这些同步性过程中,既有必须的过程也有选择性的过程,这一组合被认为对于这些半月节律可能具有的漫长进化历史具有重要意义。