วิวัฒนาการของปลา

"มีเอกสารตัวอย่างไม่มากนักเกี่ยวกับวิวัฒนาการย้อนกลับในธรรมชาติ" ผู้เขียนอาวุโส Catherine "Katie" Peichel, Ph.D. กล่าว "แต่บางทีนั่นอาจเป็นเพียงเพราะผู้คนไม่ได้ดูจริงๆ" Peichel และเพื่อนร่วมงานหันมองไปยังเกาะที่อาศัยอยู่ในทะเลสาบวอชิงตัน ซึ่งเป็นทะเลสาบที่ใหญ่ที่สุดในบรรดาทะเลสาบหลักสามแห่งในเขตซีแอตเติล เมื่อห้าทศวรรษที่แล้ว ทะเลสาบแห่งนี้เคยเป็นส้วมซึม มืดครึ้มด้วยสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินที่เติบโตบนสิ่งปฏิกูลที่อุดมด้วยฟอสฟอรัสจำนวน 20 ล้านแกลลอนที่ถูกสูบลงไปในน้ำในแต่ละวัน ต้องขอบคุณความพยายามในการเก็บกวาดมูลค่า 140 ล้านดอลลาร์ในช่วงกลางทศวรรษที่ 60 ซึ่งในขณะนั้นถือเป็นความพยายามในการควบคุมมลพิษที่มีค่าใช้จ่ายสูงที่สุดในประเทศ ปัจจุบัน ทะเลสาบและบริเวณริมน้ำเป็นสนามเด็กเล่นสำหรับนักเดินเรือและมหาเศรษฐี Peichel และเพื่อนร่วมงานคาดเดาว่าเป็นความพยายามในการทำความสะอาดที่จุดประกายให้เกิดวิวัฒนาการแบบย้อนกลับ ย้อนกลับไปเมื่อทะเลสาบมีมลภาวะ ความโปร่งใสของน้ำต่ำ ทำให้มองเห็นได้ในระยะลึกเพียง 30 นิ้วเท่านั้น น้ำที่ปนเปื้อนและเป็นโคลนทำให้เกาะหลังมีผ้าห่มทึบแสงเพื่อป้องกันผู้ล่า เช่น ปลาเทราต์คอตัด ดังนั้นปลาจึงต้องการเกราะกระดูกเล็กน้อยเพื่อป้องกันไม่ให้ปลาเทราต์กิน ในปี 1968 หลังจากการทำความสะอาดเสร็จสิ้น ความโปร่งใสของทะเลสาบมีความลึกถึง 10 ฟุต วันนี้ความใสของน้ำสูงถึง 25 ฟุต ในช่วง 40 ปีที่ผ่านมา ครึ่งหนึ่งของกระโหลกหลังของทะเลสาบวอชิงตันได้พัฒนาจนมีเกราะครบ โดยมีแผ่นกระดูกคอยปกป้องร่างกายตั้งแต่หัวจรดท้าย โดยปราศจากความมืดมิดที่พวกเขาเคยชอบ ตัวอย่างเช่น ในช่วงปลายทศวรรษที่ 60 มีเพียงร้อยละ 6 ของแผ่นหลังแบบแท่งในทะเลสาบวอชิงตันเท่านั้นที่ได้รับการชุบอย่างสมบูรณ์ ทุกวันนี้ 49 เปอร์เซ็นต์ถูกชุบอย่างเต็มที่ และ 35 เปอร์เซ็นต์ถูกชุบบางส่วน โดยประมาณครึ่งหนึ่งของร่างกายถูกหุ้มด้วยเกราะกระดูก การปรับตัวที่รวดเร็วและน่าทึ่งนี้เป็นตัวอย่างของการวิวัฒนาการแบบย้อนกลับ เนื่องจากแนวโน้มวิวัฒนาการตามปกติของกระดองน้ำจืดมุ่งไปสู่การเคลือบเกราะที่น้อยลง ไม่ใช่มากไปกว่านี้ "เราเสนอว่าสาเหตุที่เป็นไปได้มากที่สุดของวิวัฒนาการย้อนกลับของปลาสติกเกิลแบ็คนี้มาจากการปล้นสะดมของ ปลา เทราต์ในระดับที่สูงขึ้นหลังจากที่ความโปร่งใสของน้ำเพิ่มขึ้นอย่างกะทันหัน" พีเชล ซึ่งห้องทดลองของศูนย์ฮัทชินสันได้กำหนดให้ปลาสติกแบ็คเป็นแบบจำลองใหม่สำหรับการศึกษาที่ซับซ้อน ลักษณะทางพันธุกรรม จากการตรวจสอบลักษณะหลายแง่มุมในปลา เช่น ประเภทของร่างกายและพฤติกรรม Peichel และเพื่อนร่วมงานได้ให้ความกระจ่างเกี่ยวกับเครือข่ายพันธุกรรมที่มีลักษณะซับซ้อนอื่นๆ เช่น มะเร็งและโรคทั่วไปอื่นๆ ในมนุษย์ Peichel เชื่อว่าความสามารถของปลาในการปรับตัวให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อมอย่างรวดเร็ว เช่น การปล้นสะดมที่เพิ่มขึ้นของปลาเทราต์คอตัดนั้นเป็นผลมาจากความผันแปรทางพันธุกรรมที่หลากหลายของพวกมัน กระดองเกล็ดในทะเลสาบวอชิงตันมีดีเอ็นเอจากทั้งปลาทะเล (น้ำเค็ม) ซึ่งมักจะชุบทั้งตัว และกระโหลกน้ำจืดซึ่งมักจะชุบเคลือบต่ำ เมื่อแรงกดดันจากสิ่งแวดล้อมเรียกร้องให้มีการชุบเพิ่มขึ้น ปลาบางตัวมีสำเนาของยีนที่ควบคุมทั้งการชุบที่ต่ำและเต็ม ดังนั้นการคัดเลือกโดยธรรมชาติจึงสนับสนุนอย่างหลัง "การมีความแปรปรวนทางพันธุกรรมจำนวนมากในประชากรหมายความว่าหากสภาพแวดล้อมเปลี่ยนไป อาจมียีนแปรปรวนบางตัวที่ทำได้ดีกว่าในสภาพแวดล้อมใหม่นั้นมากกว่าในสภาพแวดล้อมเดิม ดังนั้นธรรมชาติจึงเลือกให้ ความแปรผันทางพันธุกรรมเพิ่มโอกาสโดยรวม การอยู่รอดของเผ่าพันธุ์” เธอกล่าว การค้นพบของนักวิจัยท้าทายทฤษฎีที่ยึดถือกันอย่างกว้างขวางซึ่งอยู่เบื้องหลังการเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการอย่างรวดเร็ว แนวคิดเรื่อง "ความเป็นพลาสติกฟีโนไทป์" เมื่อสิ่งมีชีวิตสามารถมีลักษณะที่แตกต่างกันโดยไม่ขึ้นกับอิทธิพลทางพันธุกรรม ประเภทของร่างกายเป็นตัวอย่างหนึ่ง "มีองค์ประกอบทางพันธุกรรมบางอย่างต่อขนาดของร่างกาย แต่ถ้าคุณกินอาหารที่มีคุณค่าทางโภชนาการมากขึ้นตั้งแต่ยังเป็นเด็ก คุณก็อาจจะตัวสูงกว่าคนที่มียีนแบบเดียวกันแต่อาจไม่ได้รับอาหารที่ดีเท่ากับตอนโต" Peichel พูดว่า. "การค้นพบของเราท้าทายบทบาทหลักของความเป็นพลาสติกฟีโนไทป์ในการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการอย่างรวดเร็ว" ยีนที่ควบคุมการชุบเรียกว่า Eda ซึ่งมาในสองรูปแบบ: แบบหนึ่งทำให้เกิดการชุบต่ำ และอีกแบบหนึ่งทำให้การชุบสมบูรณ์ Peichel เป็นบุคคลแรกที่ได้กลับบ้านในละแวกที่ยีน Eda อาศัยอยู่ ในขณะที่นักวิจัยหลังปริญญาเอกในห้องปฏิบัติการของ David Kingsley, Ph.D., ที่ Stanford University ในมนุษย์ การกลายพันธุ์ของยีนนี้ทำให้เกิดกลุ่มอาการที่เรียกว่า ectodermal dysplasia ซึ่งเป็นกลุ่มของความผิดปกติที่สืบทอดมามากกว่า 100 รายการที่ส่งผลกระทบต่อ ectoderm ชั้นนอกของเนื้อเยื่อที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของส่วนต่างๆ ของร่างกาย รวมทั้งผิวหนัง เล็บ ผม ฟันและต่อมเหงื่อ Peichel กล่าวว่า "อาจมีความสัมพันธ์เชิงพัฒนาการระหว่างโครงสร้างภายนอกเหล่านี้ในมนุษย์กับแผ่นกระดูกของปลา "ดูเหมือนว่ายีน Eda อาจมีความสำคัญต่อวิวัฒนาการของมนุษย์ แม้ว่าเราจะไม่รู้จริงๆ ในบริบทใด" เธอกล่าว