Minh chứng về sự chọn lọc tự nhiên của cá biển sâu

Nhóm các nhà nghiên cứu do Giáo sư Rus Hoelzel thuộc Khoa Khoa học Sinh học, Đại học Durham - Vương quốc Anh dẫn đầu (cùng với các cộng tác viên của Khoa Khoa học Trái đất ở Durham, Đại học Liverpool và Marine Scotland) đã tiến hành nghiên cứu một loài cá gọi là cá đuôi chuột mũi tròn (Roundnose grenadier).

Các nhà nghiên cứu cho biết đây là minh chứng đầu tiên về sự chọn lọc tự nhiên duy trì các loại gen chuyên biệt của cùng loài cá, mỗi loại gen thích nghi với độ sâu sinh cảnh khác nhau trong một quần thể sống trải rộng trong 2km độ sâu ở khu vực biển sâu.

Kết quả nghiên cứu này được công bố trên Tạp chí Nature Ecology & Evolution.

Các nhà nghiên cứu nói rằng sự chuyển tiếp quan trọng ở vùng biển sâu là nơi mà sự thâm nhập ánh sáng phân chia vùng biển khơi trung mesopelagic (tầng nước có độ sâu từ 200-1000m) với vùng biển khơi sâu bathypelagic (tầng nước có độ sâu 1000-4000m) của đại dương dưới độ sâu khoảng 1000m.

Cá đuôi chuột mũi tròn có phạm vi môi trường sống khá rộng ở vùng nước sâu, từ 180 – 2600m sâu.

Nghiên cứu được thực hiện ở vùng biển có sự cư trú của loài cá này từ độ sâu 750m đến 1800m tại một địa điểm, vượt qua ranh giới giữa phần “có ánh sáng” và “tối” của đại dương.

Các nhà khoa học đã sắp xếp toàn bộ hệ gen nhân (nuclear genome) của loài này và đã xác định được tất cả các gen nằm trong hệ gen đó có mã hóa cho các chức năng sinh học. Sau đó, họ đã giải mã được thêm 60 hệ gen khác nhau, mỗi mức độ sâu có 15 hệ gen (750m, 1000m, 1500m và 1800m). Điều này cho thấy sự thích nghi với độ sâu ở các gen chức năng, với tất cả các cá thể cá ở độ sâu 1800m khác với những con cá khác sống ở những vùng nước nông hơn.

Những gen thích nghi này có liên quan đến việc hình thành các chức năng và các dạng cơ thể khác nhau khi các cá thể cá trưởng thành. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu còn tìm thấy minh chứng rõ ràng cho sự chọn lọc tự nhiên liên tục mà các dạng đặc biệt được ưa thích hơn dạng trung gian.

Sự chọn lọc “mang tính đột phá” này có thể dẫn đến sự tiến hóa của loài mới khi các loại gen khác nhau cũng được ưu tiên hơn so với loại gen của riêng chúng.  

Tuy nhiên, trong trường hợp này, không có bằng chứng rõ ràng về sự giao phối giữa các cá thể có cùng loại gen. Thay vào đó, cá con sống ở tầng nước sâu khoảng 1000m cho đến khi trưởng thành, và sau đó tách ra cư trú ở các độ sâu khác nhau tùy theo cấu trúc di truyền của chúng.

Điều này cho thấy một ví dụ rõ ràng về việc các chuyên gia khác nhau nghiên cứu cùng một loài, loài này thích nghi với môi trường sống ở các độ sâu khác nhau, có thể được duy trì ngay trong một quần thể có cùng một khu vực địa lý. Việc này có thể giúp chuẩn bị một loài cá sẵn sàng thích ứng nhanh với một môi trường thay đổi, chẳng hạn như tình trạng biến đổi khí hậu nhanh chóng.

Sự khác biệt giữa các kiểu sinh thái có thể được tạo ra bởi sự khác biệt giữa một môi trường giàu tài nguyên ở vùng nước nông và một môi trường tương đối ít tài nguyên ở vùng biển dốc sâu hơn.

Tác giả chính của nghiên cứu, Giáo sư Rus Hoelzel thuộc Khoa Khoa học Sinh học Đại học Durham, cho biết “Các đại dương là những vùng nước mênh mông, chỉ có ít vật cản khi di chuyển xuyên qua các vùng nước này. Giống như ở môi trường phía trên biển, chúng ta có xu hướng suy nghĩ về sự di chuyển theo chiều ngang, qua bề rộng của đại dương, nhưng trong môi trường biển có thể có nhiều độ dốc và ranh giới sinh cư lớn hơn khi các loài di chuyển theo chiều dọc của cột nước. Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy những cá thể này thích nghi với môi trường sống ở những độ sâu khác nhau, và khi trưởng thành chúng phân tách theo độ sâu dựa trên cấu trúc di truyền”.