مطالعه‌ای جدید تاریخچه تکاملی شگفت‌انگیز ماهی‌های قلاب‌دار (anglerfish) را که موجوداتی اعماق دریا با سازگاری‌های غیرمعمول هستند و مدت‌ها دانشمندان و عموم مردم را مجذوب خود کرده‌اند، آشکار می‌کند.
این تحقیق که در مجله Nature Ecology & Evolution منتشر شده است، نشان می‌دهد که چگونه این موجودات مرموز با تنوع یافتن در محیط سخت و کم‌منبع منطقه باتی‌پلاژیک (bathypelagic) – عمق‌های آزاد اقیانوس بین ۱۰۰۰ تا ۴۰۰۰ متر زیر سطح آب – انتظارات را نقض کرده‌اند.
از کف دریا تا آب‌های آزاد
این مطالعه که به سرپرستی زیست‌شناسانی از جمله کوری ایوانز از دانشگاه رایس و رز فاوچر، دانشجوی سابق او انجام شد، روند تکاملی ماهی‌های قلاب‌دار (Lophiiformes) را هنگام انتقال از زیستگاه‌های کف دریا به آب‌های آزاد اعماق دریا بررسی کرد.
محققان با استفاده از تحلیل‌های ژنتیکی پیشرفته و تصویربرداری سه‌بعدی از نمونه‌های موزه‌ای، درخت تکاملی ماهی‌های قلاب‌دار را بازسازی کرده و نوآوری‌های مورفولوژیکی را که به آن‌ها امکان داد در یکی از چالش‌برانگیزترین محیط‌های زمین زنده بمانند، شناسایی کردند.
سازگاری‌های منحصر به فرد ماهی‌های قلاب‌دار اعماق دریا
ماهی‌های قلاب‌دار به خاطر طعمه‌های زیست‌تابی (بیولومینسانس) که از سرشان آویزان است و در تاریکی ابدی اعماق دریا طعمه را جذب می‌کند، مشهورند، اما داستان تکاملی آن‌ها فراتر از این ویژگی است.
مطالعه نشان داد که ماهی‌های قلاب‌دار پلجیک اعماق دریا (ceratioids) از اجدادی کف‌زی (benthic) که در شیب قاره‌ای زندگی می‌کردند، تکامل یافته‌اند و سپس به آب‌های آزاد منطقه باتی‌پلاژیک مهاجرت کردند. این انتقال زمینه‌ساز تغییرات سریع تکاملی شد.
سراتیویدها ویژگی‌هایی مانند آرواره‌های بزرگ‌تر، چشم‌های کوچک‌تر و بدن‌های فشرده به طرفین را توسعه دادند که برای محیطی با غذای اندک و بدون نور خورشید مناسب بود.
تنوع شگفت‌انگیز ماهی‌های قلاب‌دار
با وجود این روندهای جهت‌دار، سراتیویدها تنوع قابل‌توجهی در شکل بدن از خود نشان دادند، از ماهی‌های قلاب‌دار کروی معمولی گرفته تا فرم‌های کشیده مانند گرگ‌تله‌ای (wolftrap) که دارای ساختار فکی شبیه به تله است.
این یافته غیرمنتظره‌ترین بخش مطالعه بود، زیرا منطقه باتی‌پلاژیک که به نظر می‌رسید فاقد تنوع زیست‌محیطی است، برخلاف انتظارات، محدودیتی بر تکامل ایجاد نکرد.
در عوض، ماهی‌های قلاب‌دار به سطوح بالایی از ناپیوستگی فنوتیپی دست یافتند که از بستگان کف‌زی آن‌ها در آب‌های کم‌عمق و عمیق نیز فراتر رفت.
این موضوع نشان می‌دهد که به جای محدود شدن توسط چالش‌های زیست‌محیطی اعماق دریا، سراتیویدها مسیرهای تکاملی جدیدی را کاوش کرده و شکل بدن و استراتژی‌های شکار خود را متنوع کرده‌اند.
«با ویژگی‌های منحصربه‌فردی مانند طعمه‌های زیست‌تاب و دهان‌های بزرگ، ماهی‌های قلاب‌دار اعماق دریا ممکن است یکی از معدود نمونه‌های مستند تابش تطبیقی (adaptive radiation) در منطقه کم‌منبع باتی‌پلاژیک باشند.» ایوانز، نویسنده همکار مقاله و استاد زیست‌شناسی، گفت.
این ویژگی‌ها احتمالاً به ماهی‌های قلاب‌دار در بهره‌برداری از منابع اندک و حرکت در شرایط سخت محیطی کمک کرده است، هرچند شواهد قوی برای ارتباط مستقیم این تنوع با تخصص‌یابی منابع وجود ندارد.
ایوانز اشاره کرد که این تحقیق امکان می‌دهد فرایندهای غیرتطبیقی مانند انتخاب آرام‌تر یا جهش‌های تصادفی نیز به تنوع مشاهده‌شده کمک کرده باشند.
روندهای تکاملی ماهی‌های قلاب‌دار
محققان همچنین گروه‌های مختلف ماهی‌های قلاب‌دار را در زیستگاه‌های مختلف مقایسه کردند و نتایج شگفت‌انگیز بیشتری به دست آوردند.
گونه‌های ساحلی مانند ماهی‌های قورباغه‌ای (frogfish) که در زیستگاه‌های متنوع و پرمحصول مانند صخره‌های مرجانی زندگی می‌کنند، نرخ‌های بسیار پایین‌تری از تغییرات تکاملی نسبت به گونه‌های اعماق دریا نشان دادند.
رز فاوچر، یکی از نویسندگان اصلی مقاله، گفت:
«اینکه یک محیط کم‌منبع و همگن – که اطراف آن چیزی جز آب نیست – برنامه‌های بدنی و جمجمه‌ای متنوعی تولید کند، در این حوزه واقعاً خلاف انتظار است.
وقتی ماهی‌ها با ویژگی‌های مختلفی برای تعامل روبه‌رو هستند، مانند مرجان‌ها و گیاهان در آب‌های کم‌عمق یا ماسه و سنگ در کف دریا، انتظار داریم تنوع زیادی در شکل بدن داشته باشند. در عوض، این تنوع را در ماهی‌های اعماق دریا می‌بینیم که چیزی جز آب برای تعامل ندارند.»
روش‌شناسی و یافته‌های مهم
برای انجام این مطالعه، محققان از ترکیبی از روش‌های پیشرفته استفاده کردند.
آن‌ها فیلوژنی (شجره‌نامه تکاملی) ماهی‌های قلاب‌دار را با استفاده از داده‌های ۱۰۹۲ جایگاه ژنتیکی در ۱۳۲ گونه ساختند که حدود ۳۸ درصد از گونه‌های توصیف‌شده را نمایندگی می‌کرد. این داده‌ها با کالیبراسیون فسیل‌ها و داده‌های ژنومی برای تخمین زمان‌های واگرایی و زیستگاه‌های اجدادی تکمیل شد.
داده‌های مورفولوژیکی از نمونه‌های موزه‌ای، از جمله اندازه‌گیری‌های خطی بدن و تحلیل‌های شکل جمجمه سه‌بعدی با استفاده از اسکن‌های میکرو-CT جمع‌آوری شد.
برای ارزیابی روندهای تکاملی، آن‌ها از روش‌های مقایسه‌ای فیلوژنتیکی برای ارزیابی تنوع فنوتیپی و شجره‌ای استفاده کردند، در حالی که تحلیل‌های ناپیوستگی میزان تنوع مورفولوژیکی را در گروه‌ها و زیستگاه‌های مختلف ماهی‌های قلاب‌دار اندازه‌گیری کرد.
سپس از مدل‌های بیزی (Bayesian) برای بازسازی زیستگاه‌های اجدادی استفاده کرده و نشان دادند که سراتیویدها از اجداد کف‌زی به منطقه پلجیک مهاجرت کرده‌اند.
در نهایت، تحلیل مؤلفه‌های اصلی (PCA) نشان داد که چگونه ماهی‌های قلاب‌دار مناطق مختلف فضای فنوتیپی را اشغال کرده و روندهای تکاملی در بدن، جمجمه و فک را روشن کردند.
ایوانز گفت:
«ماهی‌های قلاب‌دار نمونه‌ای عالی از این هستند که چگونه زندگی می‌تواند تحت محدودیت‌های شدید نوآوری کند. این کار نه‌تنها درک ما از تنوع زیستی اعماق دریا را بهبود می‌بخشد، بلکه انعطاف‌پذیری و خلاقیت تکامل را نیز نشان می‌دهد.»
درک زندگی در محیط‌های سخت
اهمیت این مطالعه فراتر از تاریخچه تکاملی ماهی‌های قلاب‌دار است و بینش‌های ارزشمندی درباره چگونگی سازگاری زندگی با محیط‌های سخت ارائه می‌دهد.
اعماق دریا یکی از کم‌درک‌ترین اکوسیستم‌های زمین است، اما نقش حیاتی در تنوع زیستی جهانی و چرخه کربن سیاره ایفا می‌کند.
درک چگونگی موفقیت موجوداتی مانند ماهی‌های قلاب‌دار در چنین شرایطی 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 سؤالات گسترده‌تر در زمینه ماکروتکامل (macroevolution) می‌پردازد: چگونه گونه‌های جدید به وجود می‌آیند، سازگار می‌شوند و تنوع پیدا می‌کنند.
با نشان دادن اینکه حتی محیط‌های کم‌منبع می‌توانند موجب تابش تکاملی قابل‌توجه شوند، این تحقیق حکمت رایج را به چالش کشیده و مسیرهای جدیدی برای مطالعه تکامل در زیستگاه‌های سخت باز می‌کند.
