دریاچه مالاوی آفریقا محل زندگی صدها گونه سیکلید است، ماهی‌های آب شیرین که طیف گسترده‌ای از رنگ‌ها آنها را به اهالی محبوب آکواریوم‌های خانگی تبدیل کرده است. یک مطالعه جدید نشان می‌دهد که چگونه تغییرات چشمگیر محیطی در طول تاریخ دریاچه احتمالاً باعث ایجاد این تنوع تکاملی خیره‌کننده شده است.
این مطالعه نشان داد که در 800000 سال گذشته، فازهای آب عمیق و شفاف در دریاچه مالاوی با فازهای آب کم عمق و کدر متناوب بوده است. زمان‌بندی طولانی‌ترین فازهای عمیق همزمان با انفجارهای تنوع سیکلیدها است که در تاریخ دریاچه رخ داده است.
سارا آیوری، محقق فوق دکتری در دانشگاه براون و نویسنده اصلی این مطالعه، گفت: «زمان‌بندی فازهای آب عمیق پایدار با آنچه زیست‌شناسان تکاملی به عنوان دوره‌های تنوع سریع در گونه‌های سیکلید پیشنهاد کرده‌اند، مطابقت دارد. ما فکر می‌کنیم که فازهای عمیق، زیستگاه‌های ساحلی جدیدی را برای ماهی‌ها به وجود آورده است تا بتوانند با آنها سازگار شوند، و همچنین شرایط مناسبی برای جفت‌گیری دسته‌بندی شده، که هر دو می‌توانند تنوع گونه‌ها را افزایش دهند.»
این مطالعه که ایوری با همکاری محققان دانشگاه آریزونا، دانشگاه رود آیلند، دانشگاه کنتاکی و شرکت BP انجام داده است، در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم منتشر شده است.
دریاچه مالاوی حدود ۳۵۰ مایل در حوضه ای باریک در مرز مالاوی، موزامبیک و تانزانیا در شرق آفریقا امتداد دارد. تنوع سیکلیدهای دریاچه، مانند فنچ های گالاپاگوس داروین، نمونه ای کلاسیک از "تابش تطبیقی" است - تنوع سریع گونه ها در حالی که آنها با طاقچه های محیطی سازگار می شوند.
"سیچلایدها یک سیستم مدل عالی برای بررسی این فرآیندهای تکاملی هستند." "حدود 800 گونه در دریاچه وجود دارد، بنابراین آزمایشگاهی عالی برای کاوش در چگونگی توسعه تنوع است."
زیست شناسان تکاملی ژنوم چندین گونه سیکلید را توالی یابی کرده اند. با استفاده از تکنیک «ساعت مولکولی»، زیست‌شناسان می‌توانند زمانی که گونه‌ها از نظر زمانی از هم دور می‌شوند، روشن کنند. آن کار نشان می‌دهد که سیکلیدهای دریاچه مالاوی با چندین انفجار متمایز از تنوع در حدود 750،000 سال پیش، متنوع شده‌اند.
این تحقیق جدید تاریخ تکامل را در زمینه اکولوژیکی قرار می دهد.
با استفاده از هسته های رسوبی برداشت شده از کف دریاچه، آیوری و همکارانش تاریخچه زیست محیطی این دریاچه را در 1.2 میلیون سال گذشته جمع آوری کردند. هسته های رسوبی حاوی جانوران آبزی فسیل شده و گرده گیاهان و همچنین اطلاعات مهم کانی شناسی است.تغییرات در مجموعه‌های فسیلی و شاخص‌های معدنی در هسته‌ها سرنخ‌هایی در مورد چگونگی تغییر شرایط محیطی - سطح آب دریاچه، شوری و سایر ویژگی‌ها - در طول زمان به دست می‌دهد.
تحقیق نشان داد که بین 1.2 میلیون تا 800000 سال پیش، دریاچه مالاوی به طور مداوم کم عمق و باتلاقی بوده است. اما در حدود 800000 سال پیش، همه چیز به طرز چشمگیری تغییر کرد. این دریاچه تا عمق 700 متری فعلی خود عمیق تر شد و آب های آن نسبت به نوسانات آب و هوایی بسیار حساس تر شد. محققان بر این باورند که این تغییر احتمالاً ناشی از یک رویداد زمین ساختی است که خروجی رودخانه دریاچه را بسته و به حوضه اجازه می دهد پر شود.
به دنبال آن تغییر تکتونیکی، محیط زیست دریاچه بسیار پایدارتر شد. این مطالعه نشان داد که در طول 800000 سال گذشته، دریاچه بین "فازهای آبی" با آب عمیق و شفاف و "فازهای سبز" که با آب کم عمق و پر از جلبک مشخص شده اند، متناوب بوده است. شواهد نشان می دهد که فازهای آبی گسترده ای وجود داشته است - که هر کدام حدود 100000 سال طول می کشد - که 800،000 و 400،000 سال پیش رخ داده اند، همراه با فاز آبی که از 70،000 سال پیش شروع شده و امروز نیز ادامه دارد.بین آن فازهای آبی گسترده، دریاچه تقریباً هر 20000 سال به سرعت بین فازهای سبز و آبی متناوب می شد.
زمان‌بندی فازهای آبی گسترش‌یافته به خوبی با داده‌های ساعت مولکولی مطابقت دارد، که نشان‌دهنده رویدادهای تنوع در حدود ۷۵۰،۰۰۰، ۴۰۰،۰۰۰ و ۷۰،۰۰۰ سال پیش است. در مجموع، نتایج نشان می‌دهد که فازهای آبی شرایط مناسبی را برای تنوع ایجاد کرده‌اند.
عمیق شدن آب می تواند زیستگاه های ساحلی سنگی جدیدی ایجاد کند که گونه ها ممکن است با آنها سازگار شوند. آب شفاف همچنین می‌تواند به ماهی‌ها اجازه دهد تا هنگام انتخاب جفت از نشانه‌های بصری استفاده کنند، که می‌تواند منجر به تکامل الگوهای رنگی در گونه‌های سیکلید شود. در مقابل، در طول فازهای سبز، زیستگاه های بستر دریاچه مسطح و شنی و فاقد محیط های طاقچه سنگی هستند. آب کدر استفاده از نشانه های بصری در جفت گیری را محدود می کند.
"کدورت آب و فقدان محیط های متنوع در طول فازهای سبز به جای تنوع، به هیبریداسیون کمک می کند." "ما همچنین انتظار رویدادهای انقراض را در این دوره ها خواهیم داشت."
اما این بدان معنا نیست که فازهای سبز از نظر تکاملی بی اهمیت هستند. محققان پیشنهاد می‌کنند که آمیختگی در طی مراحل سبز ممکن است باعث ایجاد صفات هیبریدی جدید شود که سپس در مراحل آبی انتخاب شدند. به گفته محققان، به این ترتیب، فازهای سبز "برای "پرایمینگ پمپ" تنوع حیاتی است.
Ivory می گوید که تحقیقات قبلی ارتباطی را بین آخرین رویداد تنوع و شروع فاز آبی فعلی در حدود 70000 سال پیش پیدا کرده بود. اما این اولین بار است که محققان نشان می‌دهند که این الگو چندین بار در تاریخ دریاچه تکرار شده است.
"تکرار این الگو واقعا جالب بود." او گفت. "پیوند دادن فرآیندهای تکاملی به تغییرات محیطی در طول زمان برای درک تنوع سیکلیدها که امروزه می بینیم واقعا مهم است."
