浅探蝮亚科蛇类颊窝结构与其系统发育相关性分析开题报告

 2022-02-08 20:17:35

1. 研究目的与意义、国内外研究现状(文献综述)

2015年3月,国家环境保护部中国脊椎动物红色名录爬行纲研究项目对中国爬行纲动物的分类体系和物种进行了系统的评估, 规范了中文学名, 给出了《中国爬行纲校正名录》, 结果表明: 中国现存爬行纲动物3目30科132属462种,其中有鳞目蛇亚目更改为13科72属239种,蝮亚科亦有较大变动,因此,分类学的部分数据需进一步完善,以填补分类学中这一部分空白。

蝰科蝮亚科(国外称作响尾蛇亚科)蛇类在头部两侧、鼻孔与眼之间各有一凹陷,其位置相当于颊部,称为颊窝。颊窝前端较宽,后端较窄,颊窝膜将颊窝分为内外两室,且颊窝内室以一细管通向眼前角。低等蛇类蟒科亦有类似探测器官称为唇窝。此类探测器官为热感应器官(或称作红外感应器官),即可感受恒温动物高于周围环境的体温,并辅助捕食。尚未知晓最早由哪国科学家发现这一结构的特殊性及功能。最早可见在1937年,由g.k.noble和a.schmidt撰文称发现响尾蛇亚科和蟒科的几种蛇类具有热感应的能力,并进行了一系列初步实验,探究其功能与基本结构。当时他们就已经发现,在颊窝膜或者唇窝底上分布有来自三叉神经的末梢神经,在其上膨大呈棒槌状。并通过机械臂引发蛇对实验物体(鼠、灯泡等)的攻击行为,评估了实验中蛇可感知的温度变化范围和这一行为中多种感官的重要性的不同。此后,更多的研究实验显示,蝮亚科及蟒科蛇类的此类感受器官具有高度的敏感性,可觉察出低至0.003度摄氏度的温度变化;该器官研究具有重大的仿生学意义,基于一系列的研究结果,仿生学家仿制出了红外感应等装置,如美国著名的响尾蛇导弹。而中国的此类红外感应设备的相关研究依然落后于不少发达国家,鉴于这项仿生学研究具有重要国防军事意义,国内此领域的研究一直是国防项目的重点之一。

近年来,该领域的相关研究主要集中于颊窝膜的构造及膜上三叉神经分支的电生理活动;而随着《中国爬行纲校正名录》的完成,新的分类系统之下需要完善相关分类学数据,是故本课题主要集中于颊窝的基础构造,尝试将颊窝器官的结构与蝮亚科蛇类的分类学基础联系研究,借以探讨蝮亚科主要属级分类单位的颊窝构造的相关性与差异性,除填补分类学数据空白外,进一步完善颊窝感受野的数据,为后续的研究提供基础思路。

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2. 研究的基本内容和问题

1.1研究目标:

本实验以蝮亚科主要属级分类单位的蛇类为对象,希望借助micro ct技术获取颊窝、骨骼等基本数据(该课题仅关注颊窝数据),填补分类学中这一部分空白。

1.2研究内容

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3. 研究的方法与方案

2.1研究方法:

本课题中,研究方法主要为查阅相关文献、仪器实验和定量数据分析。实验初始阶段需要查阅蝮亚科蛇类的颊窝结构相关文献及使用异氟烷对蛇类进行吸入麻醉的参考文献,以求在使用micro ct仪器时能顺利完成实验蛇的麻醉及在软件重构3d模型时正确调整显示颊窝结构。仪器实验即使用quantum gx仪器进行ct扫描。后期阶段需要查阅蝮亚科蛇类系统发育相关文献探讨蝮亚科主要属级分类单位的颊窝构造的相关性与差异性。定量数据分析在数据处理阶段进行。

2.2技术路线、实验方案:

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4. 研究创新点

蝮亚科蛇类颊窝的研究现多集中于颊窝膜的构造及膜上三叉神经分支的电生理活动,而随着现代Micro CT技术的发展,除手术手法取出颊窝膜进行电镜扫描外,现在可进一步进行小动物活体扫描,进而可观察活体情况下颊窝和颊窝膜的状态。本实验即使用Micro CT仪器进行实验蛇的CT扫描,扫描所得数据经软件处理后直接重构为3D图像,可直接观察颊窝;实验中亦选择了几项基础项目作为量化颊窝特点的数据。

蝮亚科的系统发育树近年来有较大的改动,改动(新增)后分类单元中的蛇类间的比较解剖学、形态学等数据亦须适当调整,本实验对蝮亚科中基本属级分类单元蛇类进行的CT扫描数据有利于未来进一步的完善相关数据。另外,在长期的研究中,颊窝的生理研究及蝮亚科的系统发育往往分别进行,本实验亦尝试将二者联系起来,浅探属级分类单元蛇类间颊窝的差异性。

5. 研究计划与进展

第一阶段(2016.9.2-2016.9.10):使用中科院成都生物所两栖爬行动物标本馆中的蛇类标本进行试验性扫描,熟悉quantum gx仪器的操作方法和规定流程,练习软件analyze 12.0的操作,查阅蝮亚科蛇类颊窝结构研究相关文献

第二阶段(2016.9.11-2016.9.26):查阅蛇类麻醉的相关文献,练习对实验蛇使用异氟烷吸入麻醉,通过预试验初步掌握麻醉时间、苏醒时间及夹尾反射的判断标准

第三阶段(2016.9.27-2016.10.20):正式实验。查阅蝮亚科蛇类系统发育相关文献。待进行ct扫描的实验蛇使用异氟烷吸入麻醉,待其无夹尾反射后放入仪器内进行ct扫描,完成实验

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