الانفجارات التطويرية تخلق الاسماك الجديدة

ايهاب محمد زايد-مصر

تكشف بيانات الأسماك الجديدة كيف تخلق الانفجارات التطورية الأنواع. في ثلاث دفعات من التغيير التكيفي ، أدى نوع واحد من أسماك البلطي في بحيرة تنجانيقا إلى ظهور المئات.

 أعاد الباحثون بناء كيف تطورت مئات الأنواع من أسماك البلطي الأصلية في بحيرة تنجانيقا في إفريقيا من خلال التنوعات التكيفية في أشكال أجسامهم وأجزاء أفواههم وهياكلهم الفكية.

 تضم أعمق بحيرة للمياه العذبة في إفريقيا مجموعة مذهلة من الحيوانات ، بما في ذلك مئات الأنواع من أسماك البلطي التي لا توجد في أي مكان آخر في العالم. تزدحم مياه بحيرة تنجانيقا ، بمقاييس وخطوط في معظم ألوان قوس قزح. نوع واحد من القشريات هناك يبلغ قياسه أكثر من بوصة بقليل ؛ والبعض الآخر بطول 2 إلى 3 أقدام. 

 قالت كاثرين واغنر ، أستاذة مساعدة في علم النبات في جامعة وايومنغ: “عندما تغوص في الماء مع هذه الأسماك ، يكون الأمر مدهشًا بشكل لا يصدق مدى اختلافها”. على مر التاريخ ، قام الصيادون المحليون بسحب البلطي في شباك للغذاء ، ولكن لعدة عقود قام باحثون من جميع أنحاء العالم بجمع هذه الأسماك أيضًا في سعيهم لفهم هذا التنوع الخصب.

 تقدم دراسة نُشرت مؤخرًا في مجلة Nature ثروة جديدة من البيانات عن بلطي بحيرة تنجانيقا وتستخدمها لتحديد مد وجذر التطور البري لهذه الأسماك ، والتي تنوعت من سلف مشترك واحد إلى 240 نوعًا مذهلًا من البلطي في أقل من 10 أنواع. ملايين السنوات.

 قال والتر سالزبورغر ، الأستاذ المشارك في معهد علم الحيوان بجامعة بازل وكبير مؤلفي الدراسة ، إن هذا يمثل وقتًا صغيرًا جدًا لتتطور العديد من الأنواع. ولم تكن هذه العملية تدريجية أو عشوائية – تكشف البيانات أن هذه البلطيات تطورت في الغالب على شكل رشقات نارية. قال سالزبورغر: “لا يزال من المدهش مدى وضوح وتميز نبضات التطور المتسارع هذه”.

 استغرق رسم خرائط ظهور كل هذه الأنواع فريق Salzburger لعدة سنوات. قام الباحثون بتجميع قائمة بأنواع البلطي بالبحيرة بعد أن تتبعوا الأوصاف في السجلات العلمية وكذلك في الكتب والمجلات المكتوبة عن البلطي (والتي كانت ملفتة للنظر لدرجة أنها أصبحت أسماك الزينة الشعبية).

  في الفترات الفاصلة بين المواجهات مع التماسيح وأفراس النهر خلال الأشهر التي قضاها في إفريقيا ، قام الباحثون بالغطس والغوص لجمع أمثلة من كل سمكة سمكية أمكنهم ذلك. قدم الصيادون على البحيرة عينات تعيش على عمق أكبر مما يمكن أن يصل إليه الغواصون. 

 قالت فابريزيا رونكو ، باحثة ما بعد الدكتوراه في جامعة بازل والمؤلفة الأولى للدراسة: “كلما رأينا قاربًا ، كنا نسأل ،” ماذا لديك؟ ” في النهاية ، قاموا بتجميع مجموعة من كل نوع من أنواع البلطي البالغ عددها 240 نوعًا في بحيرة تنجانيقا ، بما في ذلك العشرات التي لم يتم وصفها من قبل.

 وبالعودة إلى الأرض ، أجرى الباحثون مسحًا ضوئيًا للأسماك لفحص هياكلها الهيكلية ، ودرسوا الاختلافات في جيناتها ، وحللوا تركيبها الكيميائي بحثًا عن أدلة على المكانة البيئية التي يشغلها كل منهم. جمع الفريق تفاصيل كافية للكشف عن كيفية ارتباط جميع الأنواع ومتى تباعدوا عن بعضهم البعض.

 قال فاغنر: “إنها مجرد كمية رائعة من البيانات”. “كان هذا مجرد حلم ، بريق في أعيننا قبل 10 سنوات ، أننا سنتمكن من ترتيب هذا العدد الكبير من الجينومات.”

 لا يزال من المدهش مدى وضوح وتميز نبضات التطور المتسارع هذه.

 كانت إحدى النتائج أن جميع الأنواع باستثناء حفنة منها لها سلف مشترك عاش فقط منذ حوالي 9.7 مليون سنة. يتوافق ذلك بعد فترة وجيزة من الاعتقاد بأن بحيرة تنجانيقا قد تشكلت ، مما يعني بقوة أن الأنواع تطورت داخل البحيرة من ذلك النوع الموروث من أجداد ، وليس من أحداث استعمار متعددة على مدى آلاف السنين.

 أكدت هذه الحقيقة للباحثين أن البلطي في تنجانيقا كانت موضوعات مثالية لاختبار الأفكار حول الإشعاع التكيفي – وهو حدث تطوري تظهر فيه العديد من الأنواع المتنوعة بسرعة وتتكيف مع المنافذ البيئية الجديدة. المنظرون التطوريون لديهم نموذجان لكيفية تأثير الإشعاع التكيفي. في إحداها ، ينتج عن التنويع السريع في بعض جوانب مورفولوجيا الجسم موجة من الأنواع الجديدة في البداية ، ثم يتباطأ الانتواع مع امتلاء المنافذ المتاحة. 

 في النموذج الآخر ، تظهر الاختلافات في الأنواع على مراحل حيث تفتح شقوق النسب الفرص المتاحة لها ، مما يعني أن معدل الانتواع يمكن أن يرتفع وينخفض ​​بمرور الوقت. لم يكتشف علماء الأحياء التطورية سوى أدلة محدودة لدعم أي من هذه النظريات.

 يمكن أن تتطور أنواع البلطي التي تكون مختلفة تمامًا جسديًا من خلال التغيرات التطورية التي تغير الأحجام والمواضع النسبية لهياكلها الهيكلية.

 من المثير للدهشة ، أنه عندما فحص الباحثون بياناتهم من البلطي ، بدا أن كلا النموذجين مناسبين. تطورت البلطي في الغالب في ثلاث حلقات من الإشعاع التكيفي: واحدة تعتمد على التغيرات في شكل الجسم ، والأخرى على أساس التغيرات في شكل الفم والأخرى على التغييرات في المجموعة الثانية من الفكين في حلق الأسماك. 

 أنتج نبضة أولية للتطور عددًا كبيرًا من الأنواع الجديدة بأشكال مختلفة من الجسم ، مما دعم فكرة أن الانتواع يتركز بالقرب من بداية الإشعاع التكيفي. ولكن في دفعات الانتواع اللاحقة التي تنطوي على أشكال الفم والفك ، بدا أن معدل التطور يرتفع في وقت لاحق من هذه العملية. قال رونكو: “بدت الأشكال المختلفة مهمة في مراحل مختلفة من الإشعاع التكيفي”.

 تعطي مجموعة بيانات البلطي هذه صورة غنية ومفصلة بشكل فريد للإشعاع التكيفي ، ولكن هذه الأنماط قد لا تصمد في جميع الحالات. وجدت أبحاث أخرى عن البلطي في البحيرات الأفريقية ، على سبيل المثال ، أنماطًا لا تتناسب مع نموذج المراحل. وفقًا لجوانا إيزابيل ماير ، الزميلة البحثية في علم الحيوان بجامعة كامبريدج ، فإن البيانات الجديدة من بحيرة تنجانيقا “لا تتعارض بالتأكيد مع مراحل الإشعاع التكيفي” ، لكنها بعيدة عن الاستقرار.

 قال سالزبورغر: “إن مسألة ما الذي يحدد التنوع البيولوجي قد أزعجت علماء الأحياء التطورية منذ أن توصل والاس وداروين إلى نظرية التطور الخاصة بهم”. لا تقدم الدراسة الجديدة إجابات قاطعة ، لكنها تكشف عن اختلال محتمل في التوازن في شجرة تطور البلطي. شهدت بعض الفروع تنوعًا وفيرًا من الأنواع ، بينما ظل البعض الآخر متناثرًا. في هذه الاختلافات ، اكتشف الباحثون علاقة مثيرة للاهتمام: أكثر أنواع البلطي تنوعًا وراثيًا كانت من الفروع التي أدت إلى ظهور المزيد من الأنواع. احتوت الفروع الأكثر تناثرًا على الأنواع الأكثر تجانسًا وراثيًا.

 يمكن تفسير هذا الاختلاف في التنوع الجيني عبر الفروع عن طريق التهجين ، حيث تتزاوج أنواع مختلفة من البلطي وتنتج المزيد من التنوع الجيني في الجينوم. قال فاجنر: “لقد تم طرح هذه الفكرة ، وهناك المزيد والمزيد من الأدلة عليها”. غالبًا ما يُشتبه في أن التهجين يغذي التطور الانفجاري الذي يشكل إشعاعًا تكيفيًا. وقالت: “لكن هذا نوع مختلف من تناوله ، قد يكون هذا التهجين نمطًا منتشرًا حقًا”.

 اقترح الباحثون أنه إذا كان هناك تهجين داخل فروع البلطي أكثر من التهجين بين الفروع ، فقد يتسبب ذلك في التباين ، على الرغم من أنه لم يتضح من البيانات أن هذا حدث. لكن ماير قال إن التهجين يمكن أن يلعب دورًا أكثر مركزية في وقت مبكر من تطور البلطي. يمكن أن يكون التهجين في أسلاف البلطي قد أطلق الإشعاعات التكيفية التي أنتجت العديد من الأنواع.

 تستمر العوامل المسؤولة عن هذا التباين – الانتواع الغزير في بعض فروع البلطي والقليل في أخرى – في جذب انتباه الباحثين. قال فاغنر: “هذا ما أعتقده حقًا هو القطعة المفقودة”. قد يفتح التهجين فرصًا للتطور السريع. يمكن للموارد المتاحة لأي نوع أن تشكل تطوره ، أو يمكن للكائنات الحية المجاورة الأخرى أن تملي ذلك. يمكن أن يكون عشوائيًا. قال فاغنر إن بحيرة تنجانيقا “مثل صورة مصغرة صغيرة لفهم آلية عمل التطور”. “الأمل هو أنه في النهاية يمكن أن تتجمع كل مجموعات البيانات هذه وتعطينا فهماً مذهلاً حقًا.”