Νέα δεδομένα ψαριών αποκαλύπτουν πώς οι εξελικτικές εκρήξεις δημιουργούν είδη
Η βαθύτερη λίμνη γλυκού νερού της Αφρικής φιλοξενεί μια ιλιγγιώδη σειρά ζώων, συμπεριλαμβανομένων εκατοντάδων ειδών ψαριών κιχλίδων που δεν υπάρχουν πουθενά αλλού στον κόσμο. Γεμίζουν τα νερά της λίμνης Τανγκανίκα, με λέπια και ρίγες στα περισσότερα χρώματα του ουράνιου τόξου. Ένα είδος κιχλίδας εκεί έχει μέγεθος λίγο περισσότερο από μια ίντσα. άλλα έχουν μήκος 2 έως 3 πόδια. «Όταν κάνετε κολύμβηση με αναπνευστήρα στο νερό με αυτά τα ψάρια, είναι απλά απίστευτα εντυπωσιακό πόσο διαφορετικά είναι», δήλωσε η Catherine Wagner, επίκουρη καθηγήτρια βοτανικής στο Πανεπιστήμιο του Wyoming. Σε όλη την ιστορία, οι ντόπιοι ψαράδες τραβούσαν τις κιχλίδες σε δίχτυα για φαγητό, αλλά για αρκετές δεκαετίες ερευνητές από όλο τον κόσμο συλλέγουν και αυτά τα ψάρια στην προσπάθειά τους να κατανοήσουν αυτή την πλούσια ποικιλομορφία.
Μια πρόσφατα δημοσιευμένη μελέτη στο Nature προσφέρει έναν νέο πλούτο δεδομένων για τις κιχλίδες της λίμνης Τανγκανίκα και τα χρησιμοποιεί για να περιγράψει την άγρια άμπωτη και τη ροή της εξέλιξης αυτών των ψαριών, τα οποία διαφοροποιήθηκαν από έναν κοινό πρόγονο σε ένα εκπληκτικό περίπου 240 είδη κιχλίδων σε λιγότερο από 10 εκατομμύρια χρόνια.
Αυτός είναι ένας πολύ μικρός χρόνος για τόσα πολλά είδη να εξελιχθούν, δήλωσε ο Walter Salzburger, αναπληρωτής καθηγητής στο Ζωολογικό Ινστιτούτο του Πανεπιστημίου της Βασιλείας και ανώτερος συγγραφέας της μελέτης. Και αυτή η διαδικασία δεν ήταν σταδιακή ή τυχαία - τα δεδομένα αποκαλύπτουν ότι αυτές οι κιχλίδες εξελίχθηκαν κυρίως σε εκρήξεις. «Είναι ακόμα εκπληκτικό το πόσο σαφείς και διακριτοί είναι αυτοί οι παλμοί της επιταχυνόμενης εξέλιξης», είπε ο Σάλτσμπουργκερ.
Η χαρτογράφηση της εμφάνισης όλων αυτών των ειδών χρειάστηκε αρκετά χρόνια στην ομάδα του Σάλτσμπουργκερ. Οι ερευνητές συνέταξαν μια λίστα με τα είδη κιχλίδων της λίμνης αφού εντόπισαν περιγραφές σε επιστημονικά αρχεία καθώς και σε βιβλία και περιοδικά που γράφτηκαν για τις κιχλίδες (οι οποίες είναι τόσο εντυπωσιακές που έχουν γίνει δημοφιλή ψάρια ενυδρείων). Μεταξύ των συναντήσεων με κροκόδειλους και ιπποπόταμους κατά τη διάρκεια των μηνών τους στην Αφρική, οι ερευνητές έκαναν αναπνευστήρα και βούτηξαν για να συγκεντρώσουν παραδείγματα από κάθε κιχλίδα που μπορούσαν. Οι ψαράδες στη λίμνη παρείχαν δείγματα που ζουν πιο βαθιά από όσο μπορούν να φτάσουν οι δύτες. "Όποτε βλέπαμε ένα σκάφος, ρωτούσαμε, "Τι έχεις;" είπε η Fabrizia Ronco, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Πανεπιστήμιο της Βασιλείας και πρώτος συγγραφέας της μελέτης. Τελικά, συγκέντρωσαν μια συλλογή από σχεδόν κάθε ένα από τα 240 είδη κιχλίδων της λίμνης Τανγκανίκα, συμπεριλαμβανομένων δεκάδων που δεν είχαν περιγραφεί προηγουμένως.
Πίσω στη στεριά, οι ερευνητές σάρωσαν τα ψάρια για να εξετάσουν τις σκελετικές δομές τους, μελέτησαν τις διαφορές στα γονίδιά τους και ανέλυσαν τη χημική τους σύνθεση για ενδείξεις για την οικολογική θέση που καταλάμβανε το καθένα. Η ομάδα συγκέντρωσε αρκετές λεπτομέρειες για να αποκαλύψει πώς σχετίζονται όλα τα είδη και πότε απέκλιναν το ένα από το άλλο.
«Είναι απλώς ένας φανταστικός όγκος δεδομένων», είπε ο Βάγκνερ. "Αυτό ήταν απλώς ένα όνειρο, μια λάμψη στα μάτια μας πριν από 10 χρόνια, ότι θα μπορούσαμε να αλληλουχήσουμε τόσα πολλά γονιδιώματα."
Ένα εύρημα ήταν ότι όλα τα είδη εκτός από μια χούφτα έχουν έναν κοινό πρόγονο που έζησε μόλις πριν από περίπου 9,7 εκατομμύρια χρόνια. Αυτό αντιστοιχεί σε λίγο αφότου πιστεύεται ότι σχηματίστηκε η λίμνη Τανγκανίκα, γεγονός που υποδηλώνει έντονα ότι το είδος εξελίχτηκε μέσα στη λίμνη από αυτό το ένα προγονικό είδος και όχι από πολλαπλά γεγονότα αποικισμού κατά τη διάρκεια των χιλιετιών.
Αυτό το γεγονός επιβεβαίωσε για τους ερευνητές ότι οι κιχλίδες της Τανγκανίκα ήταν ιδανικά θέματα για τη δοκιμή ιδεών σχετικά με την προσαρμοστική ακτινοβολία - ένα εξελικτικό γεγονός στο οποίο πολλά διαφορετικά είδη αναδύονται γρήγορα και προσαρμόζονται σε νέες περιβαλλοντικές θέσεις. Οι θεωρητικοί της εξέλιξης έχουν δύο μοντέλα για το πώς μπορεί να παίζει η προσαρμοστική ακτινοβολία. Σε ένα, η ταχεία διαφοροποίηση σε κάποια πτυχή της μορφολογίας του σώματος παράγει μια έκρηξη νέων ειδών στην αρχή και στη συνέχεια η ειδογένεση επιβραδύνεται καθώς γεμίζουν οι διαθέσιμες θέσεις. Στο άλλο μοντέλο, οι διαφορές στα είδη εμφανίζονται σταδιακά καθώς μια γενεαλογία ανοίγει ευκαιρίες που έχει στη διάθεσή της, πράγμα που σημαίνει ότι ο ρυθμός ειδογένεσης μπορεί να αυξηθεί και να μειωθεί με την πάροδο του χρόνου. Οι εξελικτικοί βιολόγοι έχουν βρει μόνο περιορισμένα στοιχεία για να ενισχύσουν οποιαδήποτε από αυτές τις θεωρίες.
Παραδόξως, όταν οι ερευνητές εξέτασαν τα δεδομένα τους για τις κιχλίδες, και τα δύο μοντέλα φάνηκαν να είναι σχετικά. Οι κιχλίδες εξελίχθηκαν ως επί το πλείστον σε τρία επεισόδια προσαρμοστικής ακτινοβολίας:ένα με βάση αλλαγές στο σχήμα του σώματος, ένα με βάση αλλαγές στο σχήμα του στόματος και ένα σε αλλαγές σε ένα δεύτερο σετ σιαγόνων στο λαιμό των ψαριών. Ένας αρχικός παλμός εξέλιξης παρήγαγε μια σειρά από νέα είδη με διαφορετικά σχήματα σώματος, τα οποία υποστήριξαν την ιδέα ότι η ειδογένεια συγκεντρώνεται κοντά στην αρχή μιας προσαρμοστικής ακτινοβολίας. Αλλά στις μεταγενέστερες εκρήξεις ειδογένεσης που αφορούσαν σχήματα στόματος και γνάθων, ο ρυθμός εξέλιξης φαινόταν να αυξάνεται αργότερα στη διαδικασία. "Τα διαφορετικά σχήματα φάνηκαν να είναι σημαντικά σε διαφορετικές φάσεις της προσαρμοστικής ακτινοβολίας", είπε ο Ronco.
Αυτό το σύνολο δεδομένων κιχλίδων δίνει μια μοναδικά λεπτομερή και πλούσια εικόνα της προσαρμοστικής ακτινοβολίας, αλλά αυτά τα μοτίβα μπορεί να μην ισχύουν σε όλες τις περιπτώσεις. Άλλη έρευνα για τις κιχλίδες σε λίμνες της Αφρικής, για παράδειγμα, έχει βρει μοτίβα που δεν ταιριάζουν με το μοντέλο σταδίων. Σύμφωνα με τη Joana Isabel Meier, ερευνήτρια στη ζωολογία στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ, τα νέα δεδομένα από τη λίμνη Τανγκανίκα «σίγουρα δεν είναι ασυνεπή με τα στάδια της προσαρμοστικής ακτινοβολίας», αλλά απέχει πολύ από το να έχουν διευθετηθεί.
«Το ερώτημα του τι καθορίζει τη βιολογική ποικιλότητα έχει ενοχλήσει τους εξελικτικούς βιολόγους από τότε που ο Wallace και ο Darwin ανέπτυξαν τη θεωρία τους για την εξέλιξη», είπε ο Salzburger. Η νέα μελέτη δεν παρέχει οριστικές απαντήσεις, αλλά αποκαλύπτει μια πιθανώς ενδεικτική ανισορροπία στο εξελικτικό δέντρο των κιχλίδων. Μερικά κλαδιά είδαν να σχηματίζεται αφθονία ειδών, ενώ άλλα παρέμειναν αραιά. Σε αυτές τις διαφορές, οι ερευνητές εντόπισαν μια ενδιαφέρουσα σχέση:Τα πιο γενετικά διαφορετικά είδη κιχλίδων ήταν από κλάδους που προκάλεσαν περισσότερα είδη. τα πιο αραιά κλαδιά κρατούσαν τα πιο γενετικά ομοιογενή είδη.
Αυτή η διαφορά στη γενετική ποικιλότητα μεταξύ των κλάδων θα μπορούσε να εξηγηθεί με τον υβριδισμό, στον οποίο διαφορετικά είδη κιχλίδων διασταυρώνονται και εισάγουν περισσότερη γενετική ποικιλότητα σε ένα γονιδίωμα. «Αυτή η ιδέα κυκλοφορεί και υπάρχουν όλο και περισσότερα στοιχεία για αυτήν», είπε ο Βάγκνερ. Ο υβριδισμός συχνά υποπτεύεται ότι τροφοδοτεί την εκρηκτική εξέλιξη που συνιστά μια προσαρμοστική ακτινοβολία. "Αλλά αυτό είναι κάπως διαφορετική άποψη, ότι ο υβριδισμός μπορεί να είναι ένα πραγματικά διάχυτο μοτίβο", είπε.
Οι ερευνητές πρότειναν ότι εάν υπάρχει περισσότερος υβριδισμός μέσα στους κλάδους των κιχλίδων παρά μεταξύ των κλαδιών, θα μπορούσε να προκαλέσει τη διαφορά, αν και δεν ήταν σαφές από τα δεδομένα ότι αυτό συνέβη. Αλλά ο υβριδισμός θα μπορούσε να παίξει έναν ακόμη πιο κεντρικό ρόλο στην αρχή της εξέλιξης των κιχλίδων, είπε ο Meier. Ο υβριδισμός στους προγόνους των κιχλίδων θα μπορούσε ακόμη και να έχει προκαλέσει τις προσαρμοστικές ακτινοβολίες που παρήγαγαν τόσα πολλά είδη.
Οι παράγοντες που ευθύνονται για αυτήν την αντίθεση - παραγωγική ειδογένεση σε ορισμένους κλάδους κιχλίδων και ελάχιστη σε άλλους - εξακολουθούν να εφιστούν την προσοχή των ερευνητών. «Αυτό νομίζω ότι είναι πραγματικά το κομμάτι που λείπει», είπε ο Βάγκνερ. Ο υβριδισμός μπορεί να ανοίξει ευκαιρίες για ταχεία εξέλιξη. Οι διαθέσιμοι πόροι σε ένα είδος θα μπορούσαν να διαμορφώσουν την εξέλιξή του ή άλλοι κοντινοί οργανισμοί θα μπορούσαν να το υπαγορεύσουν. Θα μπορούσε να είναι ακόμη και τυχαίο. Αλλά η λίμνη Τανγκανίκα είναι «σαν ένας μικρός μικρόκοσμος για την κατανόηση των λειτουργιών της εξέλιξης», είπε ο Βάγκνερ. "Η ελπίδα είναι ότι τελικά όλα αυτά τα σύνολα δεδομένων μπορούν να ενωθούν και να μας δώσουν μια πραγματικά απίστευτη κατανόηση."
