การผสมพันธุ์

แม้ว่าเป็นเรื่องปกติที่ปลาตัวผู้จะมีบทบาทในการเลี้ยงดูที่โดดเด่น แต่การตั้งท้องของตัวผู้นั้นเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนเฉพาะในวงศ์ปลา Syngnathidae ซึ่งรวมถึงปลาไปป์ฟิช ม้าน้ำ และมังกรทะเล Adam Jones นักวิจัยด้านชีววิทยาวิวัฒนาการแห่งมหาวิทยาลัย Texas A&M และเพื่อนร่วมงานในห้องทดลองของเขากำลังศึกษาผลกระทบของการตั้งครรภ์ของผู้ชายต่อบทบาททางเพศและการเลือกเพศของเพื่อน และกำลังพยายามทำความเข้าใจว่าโครงสร้างร่างกายใหม่ที่จำเป็นสำหรับการตั้งครรภ์ของผู้ชายมีวิวัฒนาการอย่างไร นักวิจัยหวังว่าจะได้รับความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับกลไกวิวัฒนาการที่รับผิดชอบต่อการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของสิ่งมีชีวิตเมื่อเวลาผ่านไป “เรากำลังใช้ม้าน้ำและญาติของม้าน้ำเพื่อกล่าวถึงหนึ่งในพื้นที่การวิจัยที่น่าตื่นเต้นที่สุดทางชีววิทยาวิวัฒนาการสมัยใหม่ นั่นคือที่มาของลักษณะที่ซับซ้อน” โจนส์กล่าว "ถุงฟักไข่ของม้าน้ำตัวผู้และปลาไปป์ฟิชที่ตัวเมียวางไข่ระหว่างการผสมพันธุ์เป็นลักษณะใหม่ที่มีผลกระทบอย่างมากต่อชีววิทยาของสปีชีส์ เนื่องจากความสามารถในการตั้งท้องของตัวผู้ได้เปลี่ยนพลวัตการผสมพันธุ์อย่างสิ้นเชิง" เมื่อม้าน้ำผสมพันธุ์ ตัวเมียจะสอดที่วางไข่ของมันเข้าไปในถุงฟักไข่ของตัวผู้ (โครงสร้างภายนอกที่เติบโตบนลำตัวของตัวผู้) และฝากไข่ที่ไม่ได้รับการผสมเข้าไปในถุง จากนั้นตัวผู้จะปล่อยสเปิร์มเข้าไปในถุงเพื่อปฏิสนธิกับไข่ “มันคงไม่น่าสนใจเท่าไหร่ถ้าถุงฟักไข่เป็นเพียงแผ่นหนังที่ตัวเมียใส่ไข่ปลาปกติและพวกมันจะพัฒนาในถุงแทนที่จะเป็นบนพื้นทะเล” โจนส์กล่าว "แต่การตั้งครรภ์ของผู้ชายในม้าน้ำและปลาไปป์บางชนิดมีความซับซ้อนทางสรีรวิทยามากกว่านั้น" หลังจากที่ตัวเมียใส่ไข่ที่ยังไม่ปฏิสนธิเข้าไปในตัวผู้ เปลือกนอกของไข่จะแตกออก และเนื้อเยื่อจากตัวผู้จะเติบโตขึ้นรอบๆ ไข่ในกระเป๋า หลังจากปฏิสนธิกับไข่แล้ว ตัวผู้จะควบคุมสภาพแวดล้อมก่อนคลอดของตัวอ่อนในกระเป๋าอย่างใกล้ชิด ตัวผู้ช่วยให้เลือดไหลเวียนไปรอบ ๆ ตัวอ่อน ควบคุมความเข้มข้นของเกลือในกระเป๋า และให้ออกซิเจนและสารอาหารแก่ลูกที่กำลังพัฒนาผ่านโครงสร้างคล้ายรกจนกว่าจะคลอด การตั้งครรภ์ของเพศชายมีความหมายที่น่าสนใจสำหรับบทบาททางเพศในการผสมพันธุ์ โจนส์อธิบาย เนื่องจากในสปีชีส์ส่วนใหญ่ ตัวผู้แข่งขันกันเพื่อเข้าถึงตัวเมีย ดังนั้นคุณมักจะเห็นวิวัฒนาการของลักษณะทางเพศรองในตัวผู้ (เช่น หางนกยูงหรือเขากวางในกวาง) . แต่ในปลาไปป์ฟิชบางสายพันธุ์ บทบาททางเพศจะกลับกัน เนื่องจากตัวผู้จะตั้งท้องและมีพื้นที่ถุงกกจำกัด ดังนั้นตัวเมียจึงแข่งขันกันเพื่อเข้าถึงตัวผู้ที่มีอยู่ ดังนั้นลักษณะทางเพศรอง (เช่น การตกแต่งที่มีสีสันสดใส) จึงวิวัฒนาการในปลาไปป์ฟิชตัวเมียแทนที่จะเป็นตัวผู้ “จากมุมมองของการวิจัย มันน่าสนใจเพราะมีสปีชีส์ไม่มากนักที่มีการสลับบทบาททางเพศ” โจนส์กล่าว "มันเป็นโอกาสพิเศษในการศึกษาการเลือกเพศในบริบทที่ตรงกันข้าม" เพื่อศึกษาพฤติกรรม การผสมพันธุ์ ของม้าน้ำและปลาไปป์ฟิช ห้องทดลองของโจนส์ใช้เครื่องหมายโมเลกุลสำหรับการวิเคราะห์การคลอดบุตรทางนิติเวชเพื่อหาแม่ของลูกผู้ชาย ห้องปฏิบัติการพบว่า Gulf pipefish ผสมพันธุ์ตามระบบ "classic polyandry" ซึ่งตัวผู้แต่ละคนจะได้รับไข่จากตัวเมียตัวเดียวต่อการตั้งท้อง แต่ตัวเมียสามารถผสมพันธุ์กับตัวผู้หลายตัวได้ เนื่องจากตัวเมียที่มีเสน่ห์สามารถผสมพันธุ์ได้หลายครั้ง ระบบนี้จึงส่งผลให้เกิดการแข่งขันที่รุนแรงมากในการคัดเลือกเพศ และปลากะพงขาวตัวเมียก็พัฒนาลักษณะทางเพศรองที่แข็งแกร่งขึ้น โจนส์กล่าว อย่างไรก็ตาม ม้าน้ำมีคู่สมรสคนเดียวในฤดูผสมพันธุ์ และม้าน้ำแต่ละตัวจะผสมพันธุ์กับม้าน้ำตัวอื่นเท่านั้น ในระบบนี้ หากมีอัตราส่วนเพศเท่ากัน ผู้หญิงจะไม่แข่งขันกันมากนัก เพราะมีเพื่อนเพียงพอสำหรับทุกคน โจนส์อธิบาย ดังนั้นม้าน้ำจึงไม่ได้พัฒนาลักษณะทางเพศที่สองที่แข็งแกร่งเหมือนปลาไปป์ฟิช การตั้งครรภ์ของผู้ชายยังส่งผลให้พฤติกรรมที่เกี่ยวข้องกับเรื่องเพศเปลี่ยนไปอีกด้วย โจนส์กล่าว “ผู้หญิงแสดงพฤติกรรมการแข่งขันซึ่งปกติแล้วเป็นคุณลักษณะของผู้ชาย และผู้ชายก็จบลงด้วยการจู้จี้จุกจิก ซึ่งปกติแล้วเป็นคุณลักษณะแบบผู้หญิงมากกว่า” เขากล่าว ห้องปฏิบัติการของเขาศึกษาขั้นตอนวิวัฒนาการที่นำไปสู่การเปลี่ยนพฤติกรรมและบทบาทของฮอร์โมนในการเปลี่ยนแปลง ห้องทดลองของโจนส์ยังศึกษาว่าถุงฟักไข่วิวัฒนาการครั้งแรกในม้าน้ำและปลาไปป์ได้อย่างไร "คำถามใหญ่ในชีววิทยาวิวัฒนาการคือโครงสร้างใหม่ทำให้ยีนและชิ้นส่วนที่จำเป็นทั้งหมดทำงานได้อย่างไร" โจนส์กล่าว "ดังนั้นเราจึงพยายามทำความเข้าใจว่าถุงฟักไข่และยีนที่จำเป็นสำหรับการตั้งครรภ์ของผู้ชายเกิดขึ้นได้อย่างไรในช่วงวิวัฒนาการ" สิ่งที่น่าสนใจอย่างหนึ่งเกี่ยวกับถุงฟักไข่ก็คือดูเหมือนว่าจะมีวิวัฒนาการแยกจากกันหลายครั้ง ม้าน้ำและปลาไปป์ฟิชมีสองสายเลือดหลัก ได้แก่ การผสมพันธุ์ตามลำตัวและการผสมพันธุ์หาง และโครงสร้างถุงฟักไข่วิวัฒนาการแยกจากกันในแต่ละกลุ่มเหล่านี้ โจนส์กล่าว อีกส่วนที่ห้องทดลองของโจนส์กำลังทำการวิจัยคือขั้นตอนวิวัฒนาการที่นำไปสู่รูปร่างโดยรวมของม้าน้ำที่ไม่เหมือนใคร "คุณเปลี่ยนจากการเป็นปลาหน้าตาธรรมดาๆ มาเป็นม้าน้ำได้อย่างไร" โจนส์กล่าวว่า "มีขั้นตอนวิวัฒนาการมากมายที่เกี่ยวข้อง" โจนส์อธิบายว่าขั้นตอนแรกในกระบวนการวิวัฒนาการคือการยืดตัวของปลา ซึ่งห้องปฏิบัติการกำลังศึกษาอยู่ ขั้นตอนต่อไปคือการเพิ่มคุณสมบัติทางโครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์อื่นๆ ที่ม้าน้ำมี เช่น การดัดตัวปลาให้มีรูปร่างที่เป็นเอกลักษณ์ หัวของม้าน้ำนั้นผิดปกติเพราะไม่เหมือนกับปลาส่วนใหญ่ หัวของม้าน้ำจะทำมุม 90 องศากับลำตัว โจนส์อธิบาย ม้าน้ำยังมีหางที่สามารถจับได้ ซึ่งหมายความว่าพวกมันสามารถใช้หางจับสิ่งต่างๆ ได้ ซึ่งแตกต่างจากปลาส่วนใหญ่ “สิ่งเหล่านี้ล้วนเป็นการเปลี่ยนแปลงที่น่าสนใจ และเราสนใจที่จะศึกษาว่าลักษณะแปลกใหม่เหล่านี้เกิดขึ้นได้อย่างไร และขั้นตอนวิวัฒนาการที่นำไปสู่สิ่งเหล่านี้” โจนส์กล่าว "ในท้ายที่สุด เราหวังว่าจะได้รับข้อมูลเชิงลึกที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับกลไกการวิวัฒนาการบางอย่างที่รับผิดชอบต่อการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของสิ่งมีชีวิตที่เกิดขึ้นอย่างเหลือเชื่อที่เกิดขึ้นในช่วงประวัติศาสตร์ของสิ่งมีชีวิตบนโลก"