ماهیان شکارچی شگفت‌انگیز اقیانوس: راز تکامل زیر آب فاش شد

کاوش نوین دانشگاه رایس در باب تکامل جانوران شکارچی زیرآبی

یک پژوهش تازه از دانشگاه رایس، نوری تازه بر دگرگونی شگفت‌انگیز ماهیان شکارچی می‌اندازد؛ گروهی از ساکنان ژرفای اقیانوس که سازش‌های عجیبشان، توجه دانشمندان و عموم مردم را به خود جلب کرده است. این تحقیق که در نشریه “نیچر اکولوژی اند اولوشن” چاپ شده، نشان می‌دهد که این موجودات رازآلود با وجود مشکلات فراوان، چگونه توانسته‌اند در محیط خشن و کم‌مایه‌ی ناحیه “بِتی‌پلاژیک”، گونه‌های متنوعی داشته باشند. این ناحیه بخشی از اقیانوس‌های آزاد است که عمقش از هزار تا چهار هزار متر زیر سطح دریا می‌رسد.

این مطالعه که توسط تیمی از زیست‌شناسان، به سرپرستی “کوری اوانز” از دانشگاه رایس و دانش‌آموخته‌ی پیشینش “رز فوشه” انجام شده، مسیر تکاملی ماهیان شکارچی (Lophiiformes) را بررسی کرده است. این ماهی‌ها از آب‌های کف اقیانوس به آب‌های آزاد در ژرفای دریا مهاجرت کرده‌اند. دانشمندان با استفاده از تحلیل‌های ژنتیکی پیشرفته و تصویربرداری سه‌بعدی از نمونه‌های موزه‌ای، شجره‌نامه‌ی تکاملی ماهیان شکارچی را بازسازی و نوآوری‌های شکل‌شناختی را شناسایی کردند که به این موجودات اجازه داد تا در دشوارترین محیط‌های زمین، شکوفا شوند.

ماهیان شکارچی به خاطر طعمه‌های نورافشان خود که از سرشان آویزان است و برای جذب طعمه در تاریکی دائم ژرفای دریا استفاده می‌شود، شناخته شده‌اند. اما داستان تکاملی آن‌ها فراتر از این سازش برجسته است. این پژوهش نشان می‌دهد که ماهیان شکارچی ژرفا (ceratioids) از نیایانی کف‌زی سرچشمه گرفته‌اند. این نیاکان در شیب قاره‌ای زندگی می‌کردند و بعداً به آب‌های آزاد اقیانوس در ناحیه “بِتی‌پلاژیک” نقل مکان کردند؛ مهاجرتی که آغاز تحولات سریع تکاملی بود.

سپس ceratioids ویژگی‌هایی همچون آرواره‌های بزرگ‌تر، چشم‌های کوچک‌تر و بدن‌های فشرده از پهلو را توسعه دادند که سازگاری‌هایی برای زندگی در محیطی با غذای محدود و نبود نور خورشید محسوب می‌شود. با وجود روند‌های جهت‌دار، ceratioids همچنین تنوع قابل توجهی در شکل بدنی از ماهیان شکارچی کروی شکل کلاسیک گرفته تا انواع دراز، مثل گونه‌ی “تله‌گرگ” که دارای ساختار آرواره‌ای تله‌مانند است، نشان دادند. این یافته، شگفت‌انگیزترین نتیجه این مطالعه است، زیرا ناحیه “بِتی‌پلاژیک”، برخلاف انتظار، محدودیت‌های تکاملی ایجاد نکرده بود، با وجود این‌که تنوع بوم‌شناختی کمی در آن دیده می‌شد.

برعکس، ماهیان شکارچی، سطوح بالایی از تنوع ظاهری را به دست آوردند که از هم‌خون‌های کف‌آبی در آب‌های کم‌عمق و ژرف بیشتر بود. این امر نشان می‌دهد که ceratioids به‌جای محدود شدن توسط چالش‌های محیطی ژرفای دریا، به کاوش در امکانات تکاملی جدید پرداختند و شکل بدنی و شیوه‌های شکار خود را گوناگون کردند.

“کوری اوانز”، یکی از نویسندگان این مقاله و استاد یار علوم زیستی، گفت: “با ویژگی‌های منحصر به فردی مثل طعمه‌های نورافشان و دهان‌های بزرگ، ماهیان شکارچی ژرفا شاید یکی از معدود نمونه‌های مستند از “گسترش تطبیقی” در ناحیه “بِتی‌پلاژیک” با منابع محدود باشند.” او افزود: “این ویژگی‌ها احتمالاً به ماهیان شکارچی کمک کرده‌اند که از منابع کمیاب بهره بگیرند و در شرایط سخت محیطی، زندگی کنند، هرچند مدرک محکمی برای رابطه مستقیم این گوناگونی با این نوع تخصص در منابع وجود ندارد.”

کاوش‌های تازه در باب تنوع جانوران شکارچی اقیانوس

اِوانز اشاره کرد که این تحقیق احتمال وجود فرایندهای غیرتطبیقی، مثل انتخاب آرام یا جهش‌های تصادفی را که ممکن است به تنوع مشاهده شده کمک کرده باشند، در نظر می‌گیرد. محققان همچنین گروه‌های مختلفی از جانوران شکارچی را در زیستگاه‌های گوناگون مقایسه کردند و نتایج غیرمنتظره‌تری یافتند. گونه‌های ساحلی، مثل ماهی قورباغه‌ای، که در محیط‌های پر از تنوع و غنی از مواد غذایی صخره‌های مرجانی زندگی می‌کنند، سرعت تغییرات تکاملی بسیار کمتری نسبت به همتایان ژرف‌زی خود نشان دادند.

“فوشه”، که به همراه الیزابت کریستینا میلر، پژوهشگر فوق دکتری در دانشگاه کالیفرنیا، ایروین، نویسنده‌ی اصلی این مقاله بود، گفت: “این که یک محیط فقیر از نظر منابع و یک‌دست—مانند احاطه شدن از همه طرف با آب—می‌تواند طرح‌های متنوع بدنی و جمجمه‌ای تولید کند، در این زمینه واقعاً غیرقابل باور است.” او افزود: “زمانی که ماهی‌ها ویژگی‌های متفاوتی برای تعامل دارند، مانند مرجان‌ها و گیاهان در آب‌های کم‌عمق یا شن و سنگ‌ها در کف دریا، انتظار داریم که ماهی‌ها گوناگونی زیادی در شکل ظاهری‌شان داشته باشند. اما ما در این ماهیان ژرف‌زی این تنوع را می‌بینیم که فقط با آب در ارتباط هستند.”

محققان با ترکیبی از روش‌های پیشرفته، این پژوهش را به انجام رساندند. آن‌ها با استفاده از داده‌های ۱،۰۹۲ موضع ژنتیکی در ۱۳۲ گونه، که حدود ۳۸٪ از گونه‌های شناسایی شده را نمایندگی می‌کند، یک شجره‌نامه از ماهیان شکارچی ساختند. این داده‌ها با “کالیبراسیون‌های فسیلی” و داده‌های ژنومی برای تخمین زمان‌های انشعاب و زیستگاه‌های اجدادی تکمیل شد. داده‌های شکل‌شناختی از نمونه‌های موزه‌ای جمع‌آوری شد، شامل اندازه‌گیری‌های خطی بدن و آنالیزهای سه‌بعدی شکل جمجمه از طریق اسکن‌های میکرو-CT. برای ارزیابی سیر تحولات، محققان از روش‌های مقایسه‌ای شجره‌نامه‌ای برای برآورد تنوع ظاهری و خطی استفاده کردند، در حالی که آنالیزهای اختلاف، میزان تنوع شکل‌شناختی را در گروه‌های ماهیان شکارچی و زیستگاه‌ها اندازه‌گیری کردند. سپس از مدل‌های بیزی برای بازسازی زیستگاه‌های اجدادی استفاده کردند و نشان دادند که سیراتیویدها از اجداد کف‌زی منشأ گرفته و سپس به ناحیه پِلاژیک منتقل شده‌اند. سرانجام، تحلیل‌های مؤلفه‌های اصلی نشان دادند که چگونه ماهیان شکارچی بخش‌های مختلفی از فضای ظاهری را اشغال کرده‌اند و روند تحولات در شکل بدن، جمجمه و آرواره را نشان دادند.

اِوانز گفت: “ماهیان شکارچی نمونه‌ای عالی از این هستند که چگونه زندگی می‌تواند تحت محدودیت‌های شدید، نوآوری کند.” او افزود: “این کار نه تنها درک ما از گوناگونی زیستی در ژرفای دریا را افزایش می‌دهد، بلکه خلاقیت و تاب‌آوری تکامل را هم نشان می‌دهد.”

اهمیت این پژوهش، فراتر از تاریخ تکاملی ماهیان شکارچی است. این تحقیق، بینش‌های ارزشمندی درباره‌ی چگونگی سازگاری زندگی با محیط‌های سخت فراهم می‌کند. ژرفای دریا، یکی از ناشناخته‌ترین زیست‌بوم‌ها در زمین است، اما نقش اساسی در تنوع زیستی جهانی و چرخه‌ی کربن کره‌ی زمین دارد. درک اینکه چگونه موجوداتی مثل ماهیان شکارچی 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، واکنش نشان دهد.

علاوه بر این، این مطالعه، به پرسش‌های گسترده‌تری درباره‌ی فرگشت کلان (ماکروتکامل) می‌پردازد: چگونه گونه‌های نو پدید می‌آیند، سازگار می‌شوند و متنوع می‌شوند. این تحقیق با نشان دادن این که حتی محیط‌های فقیر از نظر منابع هم می‌توانند تکامل قابل توجهی را پرورش دهند، به به چالش کشیدن نظریه‌های رایج و گشودن مسیرهای نوینی برای کاوش در تکامل در زیستگاه‌های سخت، یاری می‌رساند.

این تحقیق، تا حدودی، با حمایت مالی “فیش‌لایف” (بنیاد ملی علوم NSF 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 میسر شد.