Một đối tượng nghiên cứu phổ biến của các nhà sinh thái học tiến hóa, cá gai được biết đến với hình dạng, kích thước và hành vi khác nhau - thậm chí chúng có thể sống trong cả nước biển và nước ngọt, và dưới một loạt các nhiệt độ. Nhưng điều gì khiến loài này kiên cường đến vậy?

Việc xác định cơ sở di truyền của sự thích nghi, ví dụ, với nước ngọt hoặc ứng phó với biến đổi khí hậu, có thể là một thách thức. "Phiên bản hiện đại của ý tưởng Darwin về sự tiến hóa bằng chọn lọc tự nhiên cho rằng các sinh vật có gen ưu tiên cho sự sống còn và sinh sản sẽ có xu hướng để lại nhiều con hơn so với đồng loại của chúng, khiến cho các gen này tăng tần số qua các thế hệ. Kết quả là các quần thể trở nên thích nghi hoặc phù hợp hơn với môi trường của chúng theo thời gian.

Tuy nhiên, quá trình này thường đã được nghiên cứu hồi cứu, trong các quần thể thích nghi với môi trường hiện tại của chúng từ lâu trong quá khứ. Điều này có thể gây khó khăn cho việc hiểu chuỗi sự kiện - ví dụ, đặc điểm nào là quan trọng nhất và khi nào - dẫn đến sự thích nghi của chúng.

Chọn lọc tự nhiên trong thời gian thực

Để nghiên cứu hoạt động chọn lọc tự nhiên, các nhà nghiên cứu đã theo dõi sáu quần thể cá gai trước và sau khi môi trường của chúng thay đổi theo mùa, sử dụng giải trình tự gen. Cá gai được tìm thấy ở các cửa sông khác nhau dọc theo bờ biển California mang đến cơ hội hiếm có để nghiên cứu chọn lọc tự nhiên trong thời gian thực. Những thay đổi theo mùa do mùa đông ẩm ướt và mùa hè khô hạn dẫn đến sự thay đổi mạnh mẽ trong cấu trúc môi trường sống và sự cân bằng giữa muối và nước ngọt, và chỉ những loài cá có khả năng chịu đựng những thay đổi nhanh chóng này mới sống sót sang mùa tiếp theo.

Các cửa sông bị cô lập định kỳ khỏi đại dương do sự hình thành các dải cát trong những tháng mùa hè khô hạn. Những thay đổi này có lẽ giống với sự thay đổi môi trường sống của quần thể cá gai khi chúng chiếm giữ nhiều hồ nước ngọt mới được tạo ra từ đại dương sau khi các sông băng rút đi 10.000 năm trước. Các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ có được cái nhìn sâu sắc về những thay đổi di truyền có thể là kết quả của quá trình chọn lọc tự nhiên trong quá khứ.

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra bằng chứng về những thay đổi di truyền do sự thay đổi theo mùa trong môi trường sống phản ánh sự khác biệt được tìm thấy giữa các quần thể nước ngọt và nước mặn lâu đời. Những thay đổi di truyền này xảy ra trong các quần thể độc lập theo mùa, cho thấy tác động của chọn lọc tự nhiên có thể được phát hiện nhanh như thế nào.

ctngoc