ทะเลสาบวิกตอเรียในปัจจุบันมีอายุค่อนข้างน้อยโดยมีอายุเพียง 16,000 ปี แต่ภายในกรอบเวลาอันสั้นนี้ ปลาหมอสีกว่า 500 สายพันธุ์ได้พัฒนาจนมาถึงที่นี่ เป็นที่น่าสังเกตว่าความหลากหลายที่เพิ่มขึ้นนี้ต้องขอบคุณลูกผสมที่เกิดจากการผสมพันธุ์ข้ามสายพันธุ์เป็นหลัก
ในการศึกษาครั้งใหม่ นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเบิร์น มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ และสถาบันเวลคัม แซงเจอร์ ค้นพบว่าในความเป็นจริงแล้ว สัตว์หลายร้อยสายพันธุ์ล้วนวิวัฒนาการมาจากปลาหมอสีเพียง 3 สายพันธุ์ที่มาถึงทะเลสาบวิกตอเรีย เมื่อมีการเติมน้ำขึ้นมาใหม่หลังจากช่วงที่แห้งแล้งรุนแรง นี่เป็นเรื่องรวดเร็วอย่างไม่น่าเชื่อในแง่ของวิวัฒนาการ
“พวกมันวิวัฒนาการมาจากสามเชื้อสายที่มารวมกันในทะเลสาบ ผสมพันธุ์ ผสมผสานการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรม และสร้างลูกผสมที่หลากหลายมหาศาล ซึ่งต่อมาพัฒนาเป็นสายพันธุ์ที่แตกต่างกัน” ดร. โจอานา ไมเออร์ ผู้เขียนคนแรกของการศึกษาและผู้นำกลุ่มที่ สถาบัน Wellcome Sanger กล่าวกับ IFLScience
“ปัจจุบันเราพบปลาหมอสีมากกว่า 500 สายพันธุ์ เราพบว่าปลาหมอสีเหล่านั้น จริงๆ แล้ววิวัฒนาการภายในทะเลสาบในเวลาเพียง 16,000 ปี ซึ่งบ้ามากจริงๆ โดยปกติแล้วจะใช้เวลามากกว่าล้านปีในการพัฒนาสายพันธุ์ใหม่” ดร. ไมเออร์กล่าวเสริม
จากจุดเริ่มต้นที่ต่ำต้อย ปัจจุบันปลาหมอสีเจริญเติบโตในทะเลสาบวิกตอเรียและครอบครองเกือบทุกช่องในระบบนิเวศเท่าที่จะจินตนาการได้ นอกจากนี้ ยังมีลักษณะการมองเห็นที่แตกต่างกัน โดยมีรูปร่าง ขนาด สี และรูปทรงที่แตกต่างกันออกไป
“สายพันธุ์ก็แตกต่างกันมากเช่นกัน บางชนิดเป็นพวกขูดสาหร่าย บางชนิดกินแพลงก์ตอนสัตว์ และบางชนิดเป็นสัตว์นักล่าอันดับต้นๆ ที่กินปลาชนิดอื่น” ดร.ไมเออร์อธิบาย
ทีมงานคิดว่าสถานการณ์ที่น่าอัศจรรย์นี้เกิดขึ้นเพราะน้ำในทะเลสาบจะขุ่นมากเมื่อเติมใหม่ครั้งแรก นั่นหมายความว่าปลาหมอสีไม่สามารถบอกสีของกันและกันได้ และพบว่าเป็นการยากที่จะระบุสายพันธุ์ที่แตกต่างกัน งานเทศกาลการผสมพันธุ์เกิดขึ้นท่ามกลางผืนน้ำโคลน
ความสำเร็จของการผสมพันธุ์ปลาหมอสีในทะเลสาบวิกตอเรียท้าทายสมมติฐานที่เก่าแก่ที่สุดข้อหนึ่งเกี่ยวกับวิวัฒนาการที่ว่าสองสายพันธุ์ที่แตกต่างกันไม่สามารถสืบพันธุ์และสร้างลูกหลานที่มีชีวิตหรือสืบพันธุ์ได้ ตรงกันข้ามกับลูกผสมที่เป็นทางตันของวิวัฒนาการอยู่เสมอ มันเป็นไปได้ที่พวกมันจะกลายเป็นพลังเชิงบวกในการอยู่รอดของยีน
ลูกผสมหลายตัวที่เกิดจากพ่อแม่ที่มีสายพันธุ์ต่างกันจะไม่ประสบความสำเร็จและอาจมีบุตรยากด้วยซ้ำ อย่างไรก็ตาม สำหรับผู้โชคดีเพียงไม่กี่คน การรวมกันของยีนสามารถทำให้พวกเขาได้เปรียบเหนือเพื่อนฝูง ช่วยให้พวกเขาอยู่รอดและสืบพันธุ์ได้
“พวกมันก่อให้เกิดความหลากหลายทางพันธุกรรมมากมาย แม้ว่าบางคนจะทำผลงานได้แย่จริงๆ แต่ก็ยังสามารถเป็นประโยชน์ได้หากบางคนทำได้ดี” ไมเออร์บอกกับ IFLScience
สิ่งนี้ไม่เพียงแค่ใช้กับปลาหมอสีในทะเลสาบวิกตอเรียเท่านั้น หากคุณมองไปรอบๆ คุณจะเห็นภาพการผสมข้ามสายพันธุ์ภายในจีโนมของสัตว์ที่มีชีวิตส่วนใหญ่ ตั้งแต่ผีเสื้อ แมงมุม ไปจนถึงสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในทะเล
“ด้วยเทคโนโลยีจีโนมใหม่ในการจัดลำดับดีเอ็นเอ ตอนนี้เราพบว่าโดยพื้นฐานแล้วทุกสายพันธุ์ รวมถึงมนุษย์ มีบางส่วนของดีเอ็นเอที่ได้มาจากสายพันธุ์อื่น ซึ่งบ่งชี้ว่าในอดีตมีการผสมข้ามพันธุ์” ไมเออร์อธิบาย
แท้จริงแล้ว หากคุณดูจีโนมของมนุษย์สมัยใหม่หลายๆ คน คุณจะพบหลักฐานทางพันธุกรรมของ Homo sapiens ที่ผสมพันธุ์กับทั้งมนุษย์นีแอนเดอร์ทัลและเดนิโซแวน ซึ่งเป็นโฮมินินอีกสองสายพันธุ์ที่สูญพันธุ์ไปตั้งแต่นั้นมา
ไม่ว่าดีขึ้นหรือแย่ลง มนุษย์ก็เป็นผลผลิตของการผสมพันธุ์เช่นกัน ในกรณีของบางคนที่อาศัยอยู่ในเอเชียตะวันออก มีหลักฐานว่า DNA เดนิโซวานช่วยให้พวกเขาปรับตัวให้ชินกับสภาพแวดล้อมในระดับความสูงที่สูงขึ้นได้ ในทางกลับกัน DNA ของมนุษย์ยุคหินในจีโนมของผู้คนจากยุโรปสามารถนำไปสู่ความเสี่ยงที่สูงขึ้นของโรคบางชนิด รวมถึงโรคโควิด-19 หรือแม้แต่ภาวะซึมเศร้า
การศึกษานี้ท้าทายแนวคิดที่ว่าการผสมพันธุ์มักจะจบลงด้วยจุดจบทางพันธุกรรมเสมอ “ภายใต้สถานการณ์บางอย่าง รถไฮบริดบางตัวอาจทำงานได้ดีกว่าจริงๆ เป็นไปได้ว่าในสถานการณ์ส่วนใหญ่จะไม่เป็นเช่นนั้น แต่ในบางสถานการณ์ก็เป็นอย่างนั้น” ไมเออร์กล่าว
Over 500 Fish Have Rapidly Evolved In A Single Lake Thanks To Hybridization
The Lake Victoria of today is relatively young at just 16,000 years old, but within this tiny timeframe, some 500 different species of cichlid fish have managed to evolve here. Remarkably, this explosion of diversity is primarily thanks to hybrids born as a result of inter-species breeding.
In a new study, scientists at the University of Bern, the University of Cambridge, and the Wellcome Sanger Institute discovered that the hundreds of wildly different species had, in fact, all evolved from just three lineages of cichlid that arrived in Lake Victoria – Africa’s largest lake – around 16,000 years ago when it refilled after an intense dry spell. This is unbelievably fast in terms of evolution.
“They evolved from probably three lineages that came together in the lake, hybridized, combined their genetic variation, and generated this huge diversity of hybrids, which then evolved into different species,” Dr Joana Meier, first author of the study and group leader at the Wellcome Sanger Institute, told IFLScience.
“We now find over 500 species of cichlid fishes. We found out that all those cichlid fish species actually evolved within the lake in just 16,000 years, which is absolutely crazy. Usually, it takes over a million years for a new species to evolve,” Dr Meier added.
“It’s kind of like a rabbit turning into a wolf within an eyeblink. Super crazy ecological differentiation – very, very fast.”
From their humble beginnings, the cichlids now thrive in Lake Victoria and occupy almost every imaginable niche in the ecosystem. They also look different, boasting a variety of different shapes, sizes, colors, and forms.
“The species are super different too. Some are algae scrapers, others eat zooplankton, and others are top predators that eat other fish,” Dr Meier explained.
The team thinks this astonishing situation came about because the lake’s water would’ve been very murky when it first refilled. This meant that the cichlids couldn’t tell each other’s colors and found it difficult to identify different species. Shrouded by the muddy waters, a festival of hybridization took place.
The success of cichlid hybridization in Lake Victoria challenges one of the oldest assumptions about evolution that two different species can not reproduce and create viable or fertile offspring. As opposed to hybrids always being an evolutionary dead-end, it is possible for them to become a positive force in the survival of a gene.
Many hybrids born to parents of different species won’t be successful and might even be infertile. However, for a lucky few, the combination of genes could provide them with an advantage over their peers, helping them to survive and reproduce.
“They are generating a lot of genetic diversity. Even if some of them are doing really badly, it can still be beneficial if some are doing well,” Meier told IFLScience.
This doesn’t just apply to cichlids in Lake Victoria, either. If you look around, you’ll be able to see glimpses of introgressive hybridization within the genome of most living animals, from butterflies and spiders to marine mammals.
“With new genomic technologies to sequence DNA, we now see that basically all species – including humans – have some parts of the DNA that are derived from another species, which suggests that there was hybridization in the past,” Meier explained.
Indeed, if you look at the genome of many modern humans, you can find genetic evidence of Homo sapiens breeding with both Neanderthals and Denisovans, two other species of hominin that have since fallen into extinction.
For better or for worse, humans are also the products of hybridization. In the case of some people living in East Asia, there is evidence that Denisovan DNA has helped them to acclimatize to higher altitudes. On the other hand, Neanderthal DNA in the genome of people from Europe can lead to a higher risk of some diseases, including COVID-19 and depression.
The study challenges the idea that hybridization always ends in a genetic dead-end. “Under certain circumstances, some hybrids may actually be doing better. It’s possible that in most circumstances they are not, but in some they are,” Meier said.
By IFLScience News
