Thiên nhiên thật đáng kinh ngạc.
Cá hồi đầu cá, các thành viên của gia đình cá hồi sống và phát triển ở Thái Bình Dương, thích nghi về mặt di truyền đối với môi trường nước ngọt của hồ Michigan trong vòng chưa đầy 120 năm, theo nghiên cứu mới.
Sự di cư này cho phép thép đầu vào ăn trong đại dương, nơi chúng có thể phát triển lớn hơn và tạo ra nhiều trứng hơn nếu chúng vẫn còn trong dòng nước ngọt cho toàn bộ cuộc sống của chúng.
Đầu thép được đưa vào hồ Michigan tiếp tục sinh ra trong các nhánh và suối nước ngọt nhỏ, nhưng bây giờ xử lý môi trường nước ngọt hoàn toàn của Great Lakes như một đại dương thay thế.
Sau khi được giới thiệu vào Hồ Michigan, đầu thép bắt đầu tự nhiên tái tạo và thiết lập quần thể tự duy trì trong suốt Ngũ Đại Hồ.
Để kiểm tra xem những con cá này thích nghi với môi trường mới này như thế nào, Mark Christie, một trợ lý giáo sư khoa học sinh học tại Đại học Purdue, đã lãnh đạo một nhóm giải trình tự bộ gen hoàn chỉnh của 264 con cá.
Nhóm nghiên cứu sau đó so sánh đầu thép từ hồ Michigan với những người từ phạm vi tổ tiên của họ, tìm kiếm các vùng ngoại lai gắn liền với sự thích nghi di truyền.
Nghiên cứu xuất hiện trên tạp chí Molecular Ecology đã phát hiện ra rằng các vùng của ba nhiễm sắc thể được phát triển sau khi chúng được đưa vào hồ Michigan, cung cấp thông tin chi tiết về cách thức loài cá di cư đại dương này thích nghi với môi trường nước ngọt hoàn toàn.
Hai trong số ba vùng trên nhiễm sắc thể có sự thay đổi di truyền là rất quan trọng đối với quá trình duy trì sự cân bằng muối và ion trên các màng trong cơ thể, được gọi là quá trình tích lũy.
Cá nước ngọt tích cực lấy các ion từ môi trường của chúng để bù cho các muối bị mất thông qua sự khuếch tán thụ động, trong khi cá nước mặn trục xuất các ion để bù cho sự hấp thu muối vào cơ thể chúng.
Những thay đổi này đối với các vùng nhiễm sắc thể ảnh hưởng đến cách thức hoạt động của quy trình này giúp giải thích cách mà thép đầu lâu tồn tại trong môi trường nước ngọt hoàn toàn.
Khu vực thứ ba thay đổi có liên quan đến sự trao đổi chất và chữa lành vết thương. Sự thích ứng này có thể đã cho phép đầu thép tận dụng lợi thế của con mồi thay thế hoặc phân bổ nguồn lực bổ sung cho hoạt động trong môi trường mới của họ, theo nghiên cứu.
Ngoài ra, khu vực này có thể đã thích nghi như là một phản ứng với một mối đe dọa mới lạ: chim biển biển ký sinh. Những sinh vật ký sinh này vô tình được đưa vào hồ Michigan vào những năm 1930.
Chúng bám vào cá như đỉa và để lại những vết thương lớn, thường giết chết số lượng lớn cá mà chúng săn mồi.
"Nếu bạn nghĩ về việc có một vết thương hở trong nước mặn so với nước ngọt, thì các hiệu ứng sẽ trở nên nghiêm trọng hơn trong nước ngọt vì các tế bào có thể bị vỡ ở tốc độ nhanh hơn.
Nó có ý nghĩa rằng steelhead có thể muốn chống lại những hiệu ứng nhanh hơn hoặc làm theo những cách khác nhau, "Janna Willoughby, một nhà nghiên cứu hậu tiến sĩ tại Purdue và đồng tác giả của nghiên cứu cho biết.
"Hơn nữa, loài cá chấu ký sinh xảy ra ở mật độ rất cao ở Great Lakes nhưng hiếm khi tương tác với đầu thép trong phạm vi tự nhiên của chúng - nghĩa là chúng đơn giản là một lực chọn lọc mạnh."
Nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng sự đa dạng di truyền thấp hơn nhiều so với cá đầu trong môi trường mới hơn so với cá từ vùng nguyên sinh của chúng. Điều này làm giảm sự đa dạng di truyền, đôi khi được gọi là hiệu ứng sáng lập, là phổ biến khi một thuộc địa mới được bắt đầu bởi chỉ một vài thành viên của dân số ban đầu.
"Ngay cả khi bạn có dân số giảm do sự kiện giới thiệu hoặc hiệu ứng người sáng lập, dân số vẫn thích nghi với điều kiện môi trường thay đổi", Christie nói.
"Tìm ra những quần thể nào có thể thích nghi và tại sao vẫn là một câu hỏi bức xúc, đặc biệt là khi đối mặt với biến đổi khí hậu và các vấn đề bảo tồn khác."
Các nhà nghiên cứu từ Đại học bang Oregon và Đại học bang Michigan đã phối hợp với các nhà nghiên cứu từ Đại học Purdue về nghiên cứu này. Purdue cung cấp kinh phí cho công việc.
Cá hồi đầu cá, các thành viên của gia đình cá hồi sống và phát triển ở Thái Bình Dương, thích nghi về mặt di truyền đối với môi trường nước ngọt của hồ Michigan trong vòng chưa đầy 120 năm, theo nghiên cứu mới.
Cá Biển Biến Đổi Gen Thành Cá Nước Ngọt
Steelhead đã được cố tình giới thiệu vào Lake Michigan vào cuối những năm 1800 để thúc đẩy nghề cá giải trí và thương mại. Trong phạm vi địa phương của chúng, kéo dài từ California đến Nga, đầu giếng trong các sông nước ngọt, di cư ra đại dương và trở về nước ngọt để đẻ trứng. |
| Quá Trình Biến Đổi Gen Chỉ Trong 120 Năm |
Đầu thép được đưa vào hồ Michigan tiếp tục sinh ra trong các nhánh và suối nước ngọt nhỏ, nhưng bây giờ xử lý môi trường nước ngọt hoàn toàn của Great Lakes như một đại dương thay thế.
Sau khi được giới thiệu vào Hồ Michigan, đầu thép bắt đầu tự nhiên tái tạo và thiết lập quần thể tự duy trì trong suốt Ngũ Đại Hồ.
Để kiểm tra xem những con cá này thích nghi với môi trường mới này như thế nào, Mark Christie, một trợ lý giáo sư khoa học sinh học tại Đại học Purdue, đã lãnh đạo một nhóm giải trình tự bộ gen hoàn chỉnh của 264 con cá.
Nhóm nghiên cứu sau đó so sánh đầu thép từ hồ Michigan với những người từ phạm vi tổ tiên của họ, tìm kiếm các vùng ngoại lai gắn liền với sự thích nghi di truyền.
Nghiên cứu xuất hiện trên tạp chí Molecular Ecology đã phát hiện ra rằng các vùng của ba nhiễm sắc thể được phát triển sau khi chúng được đưa vào hồ Michigan, cung cấp thông tin chi tiết về cách thức loài cá di cư đại dương này thích nghi với môi trường nước ngọt hoàn toàn.
Hai trong số ba vùng trên nhiễm sắc thể có sự thay đổi di truyền là rất quan trọng đối với quá trình duy trì sự cân bằng muối và ion trên các màng trong cơ thể, được gọi là quá trình tích lũy.
Cá nước ngọt tích cực lấy các ion từ môi trường của chúng để bù cho các muối bị mất thông qua sự khuếch tán thụ động, trong khi cá nước mặn trục xuất các ion để bù cho sự hấp thu muối vào cơ thể chúng.
Những thay đổi này đối với các vùng nhiễm sắc thể ảnh hưởng đến cách thức hoạt động của quy trình này giúp giải thích cách mà thép đầu lâu tồn tại trong môi trường nước ngọt hoàn toàn.
Khu vực thứ ba thay đổi có liên quan đến sự trao đổi chất và chữa lành vết thương. Sự thích ứng này có thể đã cho phép đầu thép tận dụng lợi thế của con mồi thay thế hoặc phân bổ nguồn lực bổ sung cho hoạt động trong môi trường mới của họ, theo nghiên cứu.
Ngoài ra, khu vực này có thể đã thích nghi như là một phản ứng với một mối đe dọa mới lạ: chim biển biển ký sinh. Những sinh vật ký sinh này vô tình được đưa vào hồ Michigan vào những năm 1930.
Chúng bám vào cá như đỉa và để lại những vết thương lớn, thường giết chết số lượng lớn cá mà chúng săn mồi.
"Nếu bạn nghĩ về việc có một vết thương hở trong nước mặn so với nước ngọt, thì các hiệu ứng sẽ trở nên nghiêm trọng hơn trong nước ngọt vì các tế bào có thể bị vỡ ở tốc độ nhanh hơn.
Nó có ý nghĩa rằng steelhead có thể muốn chống lại những hiệu ứng nhanh hơn hoặc làm theo những cách khác nhau, "Janna Willoughby, một nhà nghiên cứu hậu tiến sĩ tại Purdue và đồng tác giả của nghiên cứu cho biết.
"Hơn nữa, loài cá chấu ký sinh xảy ra ở mật độ rất cao ở Great Lakes nhưng hiếm khi tương tác với đầu thép trong phạm vi tự nhiên của chúng - nghĩa là chúng đơn giản là một lực chọn lọc mạnh."
Nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng sự đa dạng di truyền thấp hơn nhiều so với cá đầu trong môi trường mới hơn so với cá từ vùng nguyên sinh của chúng. Điều này làm giảm sự đa dạng di truyền, đôi khi được gọi là hiệu ứng sáng lập, là phổ biến khi một thuộc địa mới được bắt đầu bởi chỉ một vài thành viên của dân số ban đầu.
"Ngay cả khi bạn có dân số giảm do sự kiện giới thiệu hoặc hiệu ứng người sáng lập, dân số vẫn thích nghi với điều kiện môi trường thay đổi", Christie nói.
"Tìm ra những quần thể nào có thể thích nghi và tại sao vẫn là một câu hỏi bức xúc, đặc biệt là khi đối mặt với biến đổi khí hậu và các vấn đề bảo tồn khác."
Các nhà nghiên cứu từ Đại học bang Oregon và Đại học bang Michigan đã phối hợp với các nhà nghiên cứu từ Đại học Purdue về nghiên cứu này. Purdue cung cấp kinh phí cho công việc.
