Africké jezero Malawi je domovem stovek druhů cichlid, sladkovodních ryb, jejichž široká škála barev z nich dělá oblíbené obyvatele domácích akvárií. Nová studie ukazuje, jak dramatické změny životního prostředí během historie jezera pravděpodobně vedly k této oslnivé evoluční rozmanitosti.
Studie zjistila, že za posledních 800 000 let se v jezeře Malawi střídaly fáze hluboké a čisté vody s fázemi mělké a kalné vody. Načasování nejdéle trvajících hlubokých fází se shoduje s explozemi rozmanitosti cichlid, ke kterým došlo v historii jezera.
"Načasování přetrvávajících fází hluboké vody je v souladu s tím, co evoluční biologové navrhli jako období rychlé diverzifikace druhů cichlid," řekla Sarah Ivory, postdoktorandka na Brown University a hlavní autorka studie. "Myslíme si, že hluboké fáze vytvořily nová pobřežní stanoviště, na která se ryby mohly adaptovat, a také správné podmínky pro různé páření, což by mohlo podpořit druhovou rozmanitost."
Studie, kterou Ivory napsal ve spolupráci s výzkumníky z University of Arizona, University of Rhode Island, University of Kentucky a BP Corporation, je publikována v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences.
Jezero Malawi se rozkládá v délce asi 350 mil v úzké pánvi hraničící s Malawi, Mosambikem a Tanzanií ve východní Africe. Rozmanitost jezerních cichlid, jako jsou Darwinovy galapágské pěnkavy, je klasickým příkladem „adaptivní radiace“– rychlé diverzifikace druhů, když se přizpůsobují environmentálním výklenkům.
"Cichlidy jsou skvělým modelovým systémem pro sledování těchto evolučních procesů," řekl Ivory, environmentální vědec z Institutu pro životní prostředí a společnost Brown. "V jezeře žije asi 800 druhů, takže je to perfektní laboratoř pro zkoumání toho, jak se vyvíjí rozmanitost."
Evoluční biologové sekvenovali genomy několika druhů cichlid. Pomocí techniky "molekulárních hodin" mohou biologové objasnit, kdy se druhy v čase rozcházely. Tato práce naznačuje, že jezerní malawiské cichlidy se diverzifikovaly v záchvatech a začátcích, s několika zřetelnými výbuchy diverzifikace, které začaly asi před 750 000 lety.
Tento nový výzkum uvádí tuto evoluční historii do ekologického kontextu.
Pomocí jader sedimentů získaných ze dna jezera sestavili Ivory a její kolegové environmentální historii jezera za posledních 1,2 milionu let. Jádra sedimentů obsahují zkamenělé vodní živočichy a pyl rostlin a také důležité mineralogické informace. Změny ve fosilních shromážděních a minerálních indikátorech v jádrech poskytují vodítko o tom, jak se podmínky prostředí – hladina vody v jezeře, slanost a další atributy – mění v průběhu času.
Výzkum ukázal, že před 1,2 miliony až 800 000 lety bylo jezero Malawi trvale mělké a bažinaté. Ale zhruba před 800 000 lety se věci dramaticky změnily. Jezero se prohloubilo téměř do současné hloubky 700 metrů a jeho vody se staly mnohem citlivějšími na velké výkyvy klimatu. Vědci se domnívají, že tento posun byl pravděpodobně způsoben tektonickou událostí, která uzavřela ústí řeky z jezera, což umožnilo zaplnění povodí.
Po tomto tektonickém posunu se prostředí jezera stalo mnohem méně stabilní. Studie zjistila, že za posledních 800 000 let se v jezeře střídaly „modré fáze“označené hlubokou, čistou vodou a „zelené fáze“označené mělkou vodou plnou řas. Důkazy naznačují, že existovaly prodloužené modré fáze - každá trvala asi 100 000 let - které se vyskytly před 800 000 a 400 000 lety, spolu s jednou začínající před 70 000 lety, která přetrvává dodnes. Mezi těmito prodlouženými modrými fázemi se jezero rychle střídalo mezi zelenou a modrou fází zhruba každých 20 000 let.
Načasování prodloužených modrých fází se pěkně shoduje s údaji o molekulárních hodinách, což naznačuje diverzifikační události asi před 750 000, 400 000 a 70 000 lety. Celkově vzato výsledky naznačují, že modré fáze vytvořily správné podmínky pro diverzifikaci.
Prohlubující se voda by vytvořila nová stanoviště na skalnatém pobřeží, na která by se druhy mohly adaptovat, říká Ivory. Čistá voda také mohla rybám umožnit používat vizuální vodítka při výběru partnera, což by mohlo řídit vývoj barevných vzorů u druhů cichlid. Naproti tomu během zelených fází by stanoviště dna jezera byla plochá a písčitá, postrádala by skalní prostředí. Kalná voda by omezila použití vizuálních podnětů při páření.
„Zakalení vody a nedostatek různorodých prostředí během zelených fází se hodí spíše k hybridizaci než k diverzifikaci,“řekl Ivory. "Během těchto období bychom také očekávali události vymírání."
To ale neznamená, že zelené fáze jsou evolučně nedůležité. Výzkumníci naznačují, že křížení během zelených fází mohlo vést ke vzniku nových hybridních vlastností, které pak byly předmětem výběru během modrých fází. Tímto způsobem jsou zelené fáze „kritické pro ‚napumpování čerpadla‘rozmanitosti,“říkají vědci.
Ivory říká, že předchozí výzkum našel spojitost mezi poslední událostí diverzifikace a počátkem současné modré fáze asi před 70 000 lety. Ale toto je poprvé, kdy vědci prokázali, že tento vzorec se v historii jezera několikrát opakoval.
"Opakování tohoto vzoru bylo opravdu zajímavé vidět," řekla. "Propojení evolučních procesů se změnou prostředí v průběhu času je opravdu důležité pro pochopení rozmanitosti cichlid, které dnes vidíme."
