تکامل همیشه پاسخی به رقبا، شکارچیان یا جفت‌هایی که با هم برخورد می‌کنند نیست. این فرآیند می‌تواند حتی بدون تماس مستقیم هم اتفاق بیفتد؛ زمانی که تغییرات محیطی از یک نقطه به نقطه‌ای دیگر منتقل می‌شود و بر گونه‌هایی که هیچ‌وقت همدیگر را نمی‌بینند اثر می‌گذارد. این موضوع در مطالعه‌ای جدید به‌طور علمی اثبات شده است.
پرسش ساده با پیامدهای بزرگ
پژوهشگران این سؤال را بررسی کردند:
آیا ممکن است یک گونه، مسیر تکامل گونه‌ای دیگر را تغییر دهد بدون اینکه هیچ‌گاه با آن روبه‌رو شود؟
اثرات اکولوژیکی غیرمستقیم
تیم تحقیق به بررسی اثرات اکولوژیکی غیرمستقیم پرداخت؛ جایی که یک گونه با تغییر محیط یا از طریق گونه‌ی سوم، بر گونه‌ی دیگر اثر می‌گذارد.
این اثرات حتی می‌توانند از مرز زیستگاه‌ها عبور کنند. برای مثال، حشرات خشکی می‌توانند رفتار و تکامل جانوران آبزی را شکل دهند. بر خلاف تعاملات آشکاری مانند شکار یا رقابت، چنین اثراتی اغلب از دید ما پنهان می‌مانند.
این تحقیق توسط شوچینگ شو در دانشگاه یوهانس گوتنبرگ ماینتس آلمان هدایت شد و ادامه‌دهنده‌ی سنتی علمی است که تکامل را در شرایط نزدیک به طبیعت بررسی می‌کند، نه فقط در محیط‌های کوچک آزمایشگاهی.
ردیابی تکامل در استخرهای آزمایشی
محققان برای شبیه‌سازی محیط طبیعی از میکرو اکوسیستم‌های کنترل‌شده در فضای باز استفاده کردند. این استخرها به‌اندازه‌ای بزرگ بودند که بسیاری از فرآیندهای طبیعی را در خود جای دهند اما در عین حال کنترل و اندازه‌گیری دقیق متغیرها امکان‌پذیر باشد.
هر استخر شامل ۴ هزار گالن آب، گیاهان آبزی، جلبک‌ها و سخت‌پوست‌های ریز دافنیا بود. در برخی از این استخرها شته‌هایی که از گیاهان شناور مثل عدسک آبی تغذیه می‌کردند رهاسازی شد و سایر استخرها بدون شته به عنوان گروه کنترل باقی ماندند.
این طراحی دو دنیای مجزا ایجاد کرد:
- شته‌ها روی گیاهان شناور زندگی می‌کردند
- دافنیا و فیتوپلانکتون‌ها در لایه‌های پایین آب به حیات خود ادامه می‌دادند
به این ترتیب، هیچ تماس مستقیمی میان این دو گونه وجود نداشت.
«ما نشان دادیم که شته‌های خشکی، تکامل دافنیا را تحت تأثیر قرار دادند، حتی اگر هیچ تماس مستقیمی بین آن‌ها وجود نداشت.»
– شوچینگ شو
تغییرات محیطی و ژنتیکی
وقتی شته‌ها به شدت عدسک آبی را مصرف کردند، پوشش گیاهی سطح آب کاهش یافت. این باعث شد نور بیشتری به عمق آب نفوذ کند و رشد فیتوپلانکتون‌ها افزایش یابد؛ در نتیجه غذای بیشتری برای دافنیا فراهم شد.
نتایج:
- افزایش پایدار جمعیت دافنیا در استخرهای دارای شته
- افزایش ۷۱/۵ درصدی فسفر کل
- افزایش نفوذ نور در آب
- افزایش جزئی دمای آب
اثر تکاملی در DNA
با توالی‌یابی کامل ژنوم دافنیا مشخص شد که تفاوت‌های ژنتیکی بین دافنیاهای استخرهای دارای شته و استخرهای کنترل افزایش یافته و درصد SNPهای متفاوت سال به سال بیشتر شده است.
بیش از صد واریانت ژنتیکی شناسایی شد که با حضور شته ارتباط مستقیم داشتند و این تغییرات نشانه‌ای از تطبیق تکاملی دافنیا با شرایط جدید محیطی بود.
هزینه‌ی تطبیق
آزمایش انتقال متقابل نشان داد:
- دافنیاهای تکامل‌یافته در استخرهای دارای شته عملکرد بهتری در همان محیط داشتند.
- اما وقتی به استخرهای کنترل منتقل شدند، عملکرد ضعیف‌تری داشتند.
این پدیده هزینه‌ی تخصص‌گرایی نام دارد و معمولاً پس از یک تطبیق سریع مشاهده می‌شود.
اثرات دومینو در اکوسیستم
کیفیت جلبک‌ها به اندازه‌ی کمیتشان اهمیت دارد. برخی از سیانوباکتری‌ها غذای نامناسبی برای دافنیا هستند و حتی ممکن است مضر باشند. فراوانی آن‌ها طی آزمایش تغییر کرد و همین تغییر زنجیره‌ای از اثرات را ایجاد کرد:
- دافنیا تحت فشار قرار گرفت
- رشد گیاهان شناور تغییر کرد
- جمعیت شته‌ها تقویت شد
این الگوها نشان می‌دهند که یک تغییر تکاملی کوچک در یک بخش از اکوسیستم می‌تواند امواجی ایجاد کند که بخش‌های دیگر را بدون تماس مستقیم تحت تأثیر قرار دهد.
تکامل در شبکه‌های زیستی
اکولوژیست‌ها مدت‌هاست معتقدند که شبکه‌های تعاملات – نه فقط برخوردهای مستقیم – موتور محرک تکامل هستند.
تحقیقات پیشین روی گوپی‌ها نشان داده بود که سازگاری محلی می‌تواند کل اکوسیستم را تغییر دهد، نه فقط گونه‌ی مورد نظر را. دافنیا یک لایه‌ی جدید به این تصویر اضافه می‌کند و نشان می‌دهد که حتی در چند نسل کوتاه می‌توان شاهد تغییرات ژنتیکی و اکولوژیکی گسترده بود.
جمع‌بندی
این مطالعه که در مجله Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است، ثابت می‌کند که تکامل سریع یک ویژگی رایج در اکوسیستم‌های آب شیرین است و اغلب دیده نمی‌شود. همچنین تأیید می‌کند که تغییرات محیطی می‌توانند حتی بدون تماس مستقیم، روند تکامل گونه‌ها را هدایت کنند.
اگر به تکامل، اکولوژی و تعاملات پیچیده بین گونه‌ها علاقه‌مندید، این مقاله را با دوستان خود به اشتراک بگذارید و دیدگاه خود را درباره نقش تغییرات محیطی در تکامل گونه‌ها بنویسید.
