BMC Series blog
Najbardziej niezwykła twarz
Jak można się spodziewać po grupie, która obejmuje 99% znanych ryb i prawie 1 na 3 gatunki kręgowców, ryby kolcobrzuchowate są niezwykle zróżnicowane. Jednak nawet wśród tych niewiarygodnie różnorodnych planów ciała i stylów życia, płastugi wyróżniają się jako osobliwie niezwykłe.
Płastugi, które obejmują wiele znanych ryb spożywczych, takich jak sola, gładzica i halibut, są zdefiniowane przez dziwaczne przystosowanie: głęboką asymetrię czaszki wynikającą z migracji jednego oka na przeciwną stronę czaszki podczas metamorfozy larwalnej; lub, w uproszczeniu, mają oba oczy po jednej stronie głowy.
Ta ekstremalna zmiana kształtu czaszki umożliwia dorosłym płastugom odpoczynek na dnie morza na ich pozbawionej oczu „ślepej” stronie, z obojgiem oczu skierowanych w górę (w kierunku potencjalnych drapieżników lub ofiar), niezakłóconych przez osad. Ta niezwykła adaptacja okazała się sukcesem dla płastug, których obecnie istnieje ponad 700 gatunków.
Nie tak wyjątkowa adaptacja?
Płastugi można podzielić na dwie grupy: trzy gatunki kolczastych turbotów, które tworzą rodzinę Psettodidae, oraz znacznie większy podrząd Pleuronectoidei. Nic dziwnego, że biolodzy ryb od dawna zakładali, że obie grupy płastug pochodzą od jednego wspólnego przodka; trudno sobie wyobrazić, że tak dziwaczna adaptacja powstała wiele razy.
Ostatnio jednak to zdroworozsądkowe założenie zostało zaatakowane. Kilka badań wykazało, że odrębna adaptacja płastug powstała przy dwóch oddzielnych okazjach. Czy plan budowy płastugi nie jest tak unikalny, jak się wydaje?
Trudno powiedzieć – brzmiała do tej pory szczera odpowiedź. Choć nie ma wątpliwości, że płastugi należą do szerszej grupy ryb Carangimorpharia (do której należą również marliny, mieczniki i remory), dokładne relacje ewolucyjne w tej grupie są niepewne. Osiem ostatnich badań filogenetycznych przeprowadzonych na karangimorfach dało osiem różnych drzew ewolucyjnych, z których niektóre popierają jedno pochodzenie ryb płaskonosych, inne zaś wiele (patrz rysunek).
Rozwiązanie kwestii
Nowe badanie, z zespołu badaczy kierowanego przez Matta Friedmana z Uniwersytetu w Oksfordzie i niedawno opublikowane w BMC Evolutionary Biology, ma na celu rozwiązanie tych kwestii. Korzystając z najnowszych osiągnięć filogenomiki i wysokowydajnego sekwencjonowania DNA, badacze zebrali zbiór danych ultrakonserwatywnych elementów DNA (UCEs) i ich sekwencji towarzyszących z ponad 1000 loci u 45 różnych gatunków karangimorfów.
UCEs to, jak sama nazwa wskazuje, części genomu, które są identyczne u gatunków blisko spokrewnionych; na przykład wiele ryb dzieli pewne UCEs z ludźmi. W ostatnich latach stały się one coraz szerzej wykorzystywane w badaniach ewolucyjnych, wykazując znaczny potencjał w rozwiązywaniu niejasnych relacji ewolucyjnych (w tym u ryb płaszczkokształtnych) ze względu na samą ilość danych genetycznych, które mogą być efektywnie produkowane.
UCE wydają się być skuteczne w rozwiązywaniu tego podstępnego problemu. Drzewo ewolucyjne uzyskane ze zbioru danych badaczy jest statystycznie dobrze wsparte i pozostaje odporne niezależnie od zastosowanych ram analitycznych (co jest istotną kwestią w tego rodzaju badaniach, biorąc pod uwagę, że różne ramy zawsze będą wiązały się z pewnymi założeniami). Co najważniejsze, drzewo to silnie wspiera pojedyncze ewolucyjne pochodzenie płastug. Wygląda na to, że ta ewolucyjna nowość jest naprawdę wyjątkowa.
Ewolucja w mgnieniu oka
Nowe badania dostarczają również powodu, dla którego tak trudno jest określić ewolucję płastug; nastąpiła ona niewiarygodnie szybko. Naukowcy uważają, że plan ciała płastug, z pełną orbitalną migracją oczu, powstał w czasie nie dłuższym niż 2,9 miliona lat.
Jak na ludzkie standardy jest to długi okres czasu, tak w kategoriach ewolucyjnych jest to niezwykle szybkie. Wyraźne body-plans z płastug krewnych jak moonfish i billfish wziął 2-3 razy dłużej niż to ewoluować, podczas gdy możemy również porównać czas, który wziął dla anatomicznie nowoczesnych ludzi do ewolucji (około 7 milionów lat) lub wielorybów do ewolucji ich body-plan (około 20 milionów lat). Rzeczywiście kilka milionów lat jest taka sama ilość czasu szacuje się dla dywersyfikacji niektórych radiacji ryb pielęgnicowatych w jeziorach afrykańskich, długo uważane za wybitny przykład „wybuchowej” ewolucji.
Płastugi wydają się być emblematyczne wspólnego problemu w rekonstrukcji ewolucyjnych historii szybko rozwijających się linii. Kiedy ewolucja postępuje tak szybko, pozostawia za sobą mniej „dowodów” w postaci innych zmian genetycznych, które pozwalają na określenie relacji w obrębie linii. Wykorzystanie dużych zbiorów danych, takich jak te dostarczane przez wysokowydajne sekwencjonowanie UCEs, staje się w takich przypadkach niezbędne do rozplątania relacji ewolucyjnych.
Płastugi są więc podwójnie niezwykłe. Ich niewiarygodnie odmienna morfologia jest rzeczywiście unikalnym przystosowaniem, które powstało tylko raz. Teraz zdajemy sobie sprawę, że są one również godne uwagi ze względu na to, że przeszły tak drastyczne zmiany w ciągu zaledwie mrugnięcia ewolucyjnego oka.