شگفت‌انگیزی ماهی شیطان: چالش قوانین تکامل در اعماق دریا

تحقیق انقلابی دانشگاه رایس درباره تکامل ماهی‌های طعمه

تحقیقی جدید از دانشگاه رایس، نور تازه‌ای بر تکامل شگفت‌انگیز ماهی‌های طعمه می‌افکند؛ گروهی از ساکنان اعماق دریا که سازگاری‌های عجیب آن‌ها توجه دانشمندان و عموم مردم را به خود جلب کرده است. این تحقیق که در مجله Nature Ecology & Evolution منتشر شده، نشان می‌دهد که چگونه این موجودات مرموز با وجود چالش‌های فراوان، توانسته‌اند در محیط سخت و کم‌منبع ناحیه بَتی‌پلاژیک تنوع پیدا کنند. این ناحیه بخشی از اقیانوس آزاد است که از عمق ۳۳۰۰ تا ۱۳۰۰۰ فوت زیر سطح دریا قرار دارد.

این مطالعه که به رهبری تیمی از زیست‌شناسان شامل کوری اوانز از دانشگاه رایس و دانشجوی سابقش رز فوشه انجام شده، سفر تکاملی ماهی‌های طعمه (Lophiiformes) را بررسی کرده است. این ماهی‌ها از زیستگاه‌های بستر دریا به آب‌های آزاد در اعماق دریا منتقل شده‌اند. با استفاده از تجزیه و تحلیل‌های ژنتیکی پیشرفته و تصویربرداری سه‌بعدی از نمونه‌های موزه، محققان درخت تکاملی ماهی‌های طعمه را بازسازی کرده و نوآوری‌های مورفولوژیکی را شناسایی کردند که به این موجودات اجازه داد تا در محیطی که از چالش‌برانگیزترین مکان‌ها در زمین به حساب می‌آید، شکوفا شوند.

ماهی‌های طعمه به خاطر طعمه‌های بیولومینسانس خود که از پیشانی‌شان آویزان است و برای جذب طعمه در تاریکی دائمی اعماق دریا استفاده می‌شود، شناخته شده‌اند. اما داستان تکاملی آن‌ها فراتر از این سازگاری چشمگیر است. این مطالعه نشان می‌دهد که ماهی‌های طعمه عمیق‌دریا (ceratioids) از یک نیاکان بستر دریا نشأت گرفته‌اند. این نیاکان در شیب قاره‌ای زندگی می‌کردند و سپس به آب‌های آزاد ناحیه بَتی‌پلاژیک منتقل شدند؛ انتقالی که زمینه‌ساز تغییرات سریع تکاملی شد.

سپس ceratioids ویژگی‌هایی مانند فک‌های بزرگ‌تر، چشم‌های کوچکتر و بدن‌های فشرده جانبی را توسعه دادند که سازگاری‌هایی برای زندگی در محیطی با غذاهای محدود و بدون نور خورشید به شمار می‌رود. با وجود این روندهای جهت‌دار، ceratioids همچنین تنوع قابل توجهی در اشکال بدنی از ماهی‌های طعمه گلوبوز کلاسیک تا فرم‌های کشیده مانند نوع “تله‌گرگ” که دارای ساختار فکی شبیه به تله است، نشان دادند. این یافته، شگفت‌انگیزترین نتیجه این مطالعه است، زیرا ناحیه بَتی‌پلاژیک به‌طور غیرمنتظره‌ای محدودیت‌های تکاملی را به وجود نیاورد، با وجود اینکه به نظر می‌رسید تنوع بوم‌شناختی کمی دارد.

در عوض، ماهی‌های طعمه توانستند سطوح بالایی از تنوع فنوتیپی را به دست آورند که بیشتر از خویشاوندان بستر دریا در آب‌های کم‌عمق و عمیق است. این نشان می‌دهد که ceratioids به جای اینکه توسط چالش‌های محیطی اعماق دریا محدود شوند، به کاوش در امکانات جدید تکاملی پرداخته و اشکال بدنی و استراتژی‌های شکار خود را متنوع کردند.

کوری اوانز، یکی از نویسندگان همکار این مقاله و استاد یار علوم زیستی، گفت: “با ویژگی‌های منحصر به فردی مانند طعمه‌های بیولومینسانس و دهان‌های بزرگ، ماهی‌های طعمه عمیق‌دریا ممکن است یکی از معدود نمونه‌های مستند از تشعشع تطبیقی در ناحیه بَتی‌پلاژیک با منابع محدود باشند.” او افزود: “این ویژگی‌ها احتمالاً به ماهی‌های طعمه کمک کرده‌اند تا از منابع کمیاب بهره‌برداری کنند و در شرایط شدید محیطی خود حرکت کنند، هرچند که شواهد قوی‌ای برای ارتباط مستقیم این تنوع با این نوع تخصص منابع وجود ندارد.”

تحقیقات جدید درباره تنوع زیستی ماهی‌های صیاد

ایوانز اشاره کرد که این تحقیق امکان وجود فرآیندهای غیرانطباقی، مانند انتخاب آرام یا جهش‌های تصادفی، را که ممکن است به تنوع مشاهده شده کمک کرده باشند، در نظر می‌گیرد. محققان همچنین گروه‌های مختلف ماهی‌های صیاد را در زیستگاه‌های متفاوت مقایسه کردند و نتایج غیرمنتظره‌تری را یافتند. گونه‌های ساحلی، مانند ماهی قورباغه، که در محیط‌های متنوع و پربار صخره‌های مرجانی زندگی می‌کنند، نرخ‌های تغییرات تکاملی بسیار کمتری نسبت به همتایان خود در اعماق دریا نشان دادند.

فوشه، که به همراه الیزابت کریستینا میلر، پژوهشگر فوق دکتری در دانشگاه کالیفرنیا، ایروین، نویسنده اصلی این مقاله بود، گفت: «ایده اینکه یک محیط فقیر از منابع و همگن — مانند احاطه شدن از همه طرف با آب — می‌تواند طرح‌های بدنی و جمجمه‌ای متنوعی تولید کند، در این زمینه واقعاً غیرقابل‌باور است.» او افزود: «زمانی که ماهی‌ها ویژگی‌های متفاوتی برای تعامل دارند، مانند مرجان‌ها و گیاهان در آب‌های کم‌عمق یا شن و سنگ‌ها در بستر دریا، ما انتظار داریم که ماهی‌ها تنوع زیادی در شکل داشته باشند. اما در عوض، این تنوع را در این ماهی‌های اعماق دریا می‌بینیم که تنها با آب تعامل دارند.»

محققان با استفاده از ترکیبی از روش‌های پیشرفته این مطالعه را انجام دادند. آن‌ها یک درخت تبارشناسی از ماهی‌های صیاد با استفاده از داده‌های ۱،۰۹۲ لوکوس ژنتیکی در ۱۳۲ گونه، که تقریباً ۳۸٪ از گونه‌های توصیف شده را نمایندگی می‌کند، ساختند. این داده‌ها با کالیبراسیون‌های فسیلی و داده‌های ژنومی برای تخمین زمان‌های انشعاب و زیستگاه‌های اجدادی تکمیل شد. داده‌های مورفولوژیکی از نمونه‌های موزه جمع‌آوری شد، شامل اندازه‌گیری‌های خطی بدن و تحلیل‌های شکل جمجمه سه‌بعدی از طریق اسکن‌های میکرو-CT. برای ارزیابی روندهای تکاملی، محققان از روش‌های مقایسه‌ای تبارشناسی برای ارزیابی تنوع فنوتیپی و خطی استفاده کردند، در حالی که تحلیل‌های تفاوت، میزان تنوع مورفولوژیکی را در گروه‌های ماهی صیاد و زیستگاه‌ها اندازه‌گیری کردند. سپس از مدل‌های بیزی برای بازسازی زیستگاه‌های اجدادی استفاده کردند و نشان دادند که سیراتیویدها از اجداد بستر دریا منشأ گرفته و سپس به ناحیه پلاجیک منتقل شده‌اند. در نهایت، تحلیل‌های مؤلفه‌های اصلی نشان دادند که چگونه ماهی‌های صیاد مناطق مختلفی از فضای فنوتیپی را اشغال کرده‌اند و روندهای تکاملی در شکل‌های بدن، جمجمه و فک را روشن کردند.

ایوانز گفت: «ماهی‌های صیاد نمونه‌ای عالی از این هستند که چگونه زندگی می‌تواند تحت محدودیت‌های شدید نوآوری کند.» او افزود: «این کار نه تنها درک ما از تنوع زیستی در اعماق دریا را افزایش می‌دهد، بلکه خلاقیت و تاب‌آوری تکامل را نیز نشان می‌دهد.»

اهمیت این مطالعه فراتر از تاریخ تکاملی ماهی‌های صیاد است. این تحقیق بینش‌های ارزشمندی درباره چگونگی انطباق زندگی با محیط‌های شدید ارائه می‌دهد. اعماق دریا یکی از کم‌فهم‌ترین اکوسیستم‌ها در زمین است، اما نقش حیاتی در تنوع زیستی جهانی و چرخه کربن سیاره دارد. درک اینکه چگونه موجوداتی مانند ماهی‌های صیاد در چنین شرایطی پیشرفت می‌کنند، به دانشمندان کمک می‌کند تا پیش‌بینی کنند که زندگی چگونه ممکن است به تغییرات محیطی، از جمله تغییرات ناشی از تغییرات اقلیمی، پاسخ دهد.

علاوه بر این، این مطالعه به سوالات وسیع‌تری درباره ماکروتکامل می‌پردازد: چگونه گونه‌های جدید به وجود می‌آیند، انطباق می‌یابند و تنوع پیدا می‌کنند. با نشان دادن اینکه حتی محیط‌های فقیر از منابع نیز می‌توانند تکامل قابل توجهی را پرورش دهند، این تحقیق به چالش کشیدن عقل سلیم و گشودن مسیرهای جدیدی برای مطالعه تکامل در زیستگاه‌های شدید را ممکن می‌سازد.

این تحقیق به‌طور جزئی توسط FishLife (بنیاد ملی علوم DEB-1541554 و NSF DEB-2144325)؛ بورسیه‌های فوق دکتری NSF (DBI-1906574 و DBI-2109469)؛ NSF DEB-2237278؛ NSF DEB-2144325 و NSF DEB-2015404 پشتیبانی شد.