بررسی تنوع ریختی جمعیت‌های طبیعی سیچلایدماهیان ایرانی Iranocichla spp. در حوضۀ هرمزگان با استفاده از تکنیک ریخت‌سنجی هندسی

مقدمه

کشور ایران با داشتن 19 حوضۀ آبریز، دارای عناصر زیستی متنوعی از مناطق پالئارکتیک، اتیوپیان و اورینتال است. وجود اکوسیستم‌های آبی متعدد در کشور، لزوم انجام مطالعات جنبه‌های مختلف سیستماتیک، زیست‌شناسی و اکولوژی ماهیان آن را خاطرنشان می‌کند. ازنظر آرایه‌شناسی، ابهامات زیادی در ارتباط با گونه‌ها و جمعیت‌های ماهیان آب‌های داخلی ایران وجود دارد. ماهیان آب‌های شیرین ایران به‌واسطۀ تنوع اقلیمی زیاد کشور، بسیار متنوع هستند (Keivany et al., 2016; Eagderi et al., 2017; Esmaeili et al., 2018; Nasri et al., 2019). بسیاری از گونه‌های ماهیان آب شیرین ایران از فعالیت‌های انسانی مانند تخریب و تکه‌تکه‌‌شدن زیستگاه تأثیر گرفته‌‌اند و آثار برخی از این وقایع در ریخت‌ ماهیان مشاهده می‌شود (Esmaeilzadegan et al., 2013). علاوه‌بر عوامل انسانی، جدایی جغرافیایی نیز ممکن است بر شارش ژنی اثر بگذارد و تنوع ژنتیکی درون و میان‌جمعیتی را رقم بزند. این امر در برخی مواقع باعث تمایز ذخایر ژنتیکی شده و واحدهای تکاملی جداگانه‌ای را تشکیل داده است (Nasri et al., 2018, 2019).

سیچلایدماهیان ایرانی Iranocichla spp. از خانوادۀ دهان‌تفریخ‌ماهیان، بومی ایران هستند (Coad, 2019) و علاوه‌بر ارزش اکولوژیکی (Esmaeili et al., 2013) و تنوع زیستی، ارزش زینتی (Marjani et al., 2011) و حتی ارزش پرورشی نیز دارند (Dadgar et al., 2014). سیچلایدماهیان ایرانی در جایگاه عنصری آفریقایی که در جنوب ایران ایزوله شده است، ازنظر جغرافیای زیستی بسیار اهمیت دارند (Coad, 1996). پراکنش این ماهی بیشتر در آب‌های گرم و با هدایت الکتریکی زیاد در استان هرمزگان و جنوب استان فارس است (Abdoli, 2016; Keivany et al., 2016) و با اسامی محلی کارو، شنگک، کری و چاوز نیز شناخته می‌شود (Esmaeili et al., 2013). پژوهشگران کمتر به این گونه توجه کرده‌‌اند و مطالعات انگشت‌شماری دربارۀ جنبه‌های مختلف زیست‌شناسی آن انجام شده است؛ برای مثال در مطالعۀ ساختار ژنتیک جمعیت سیچلاید ایرانی، تمایز ژنتیکی بین‌جمعیتی کم و تمایز ژنتیکی درون‌جمعیتی زیادی مشاهده شد (Ghasabshiran et al., 2013). نسبت جنسی آنها در رودخانۀ مهران به‌صورت 44/1 ماده: 1 نر گزارش شده است. فصل تولید مثل آن اواخر زمستان و اوایل بهار گزارش شده است (Esmaeili et al., 2009). در مطالعۀ دیگری نسبت جنسی محاسبه‌شده به‌صورت 1 نر به 93/0 ماده بیان شده است (Keivany and Daneshvar, 2015). در مطالعۀ دیگر، مراحل تکامل گنادی هر دو جنس نر و مادۀ ماهی سیچلاید ایرانی به‌صورت شش مرحله‌ای گزارش شده است (Esmaeili et al., 2010). در مطالعه‌ای براساس برخی شاخص‌های خونی ماهی سیچلاید ایرانی، بر سازگاری فیزیولوژیکی این ماهی به‌ویژه ازنظر تنفسی با شرایط خاص محیط زیست آن در جنوب ایران تأکید شده است (Daneshvar et al., 2012). مقایسۀ ریختی دو جنس نر و ماده در دو فصل مختلف نشان داد صفات شمارشی این ماهیان از فصل و جنسیت تأثیر نمی‌‌گیرد؛ اما صفات اندازشی در فصول مختلف متغیر است (Daneshvar et al., 2013). اخیراً براساس برخی صفات ظاهری و همچنین توالی ژنوم میتوکندریایی، گونه‌‌ای جدید از این جنس با نام Iranocichla persa از رودخانه‌های حسن‌لنگی، میناب و شور در استان هرمزگان توصیف شده است (Esmaeili et al., 2016)؛ همچنین جمعیت رودخانۀ شور نیز در نقش آرایه‌جا (Type Locality)‌ برای توصیف معرفی شده است. پیش از این نیز مطالعۀ تنوع ریختی برمبنای الگوی رنگی و همچنین توالی دو ژن میتوکندریایی علاوه‌‌بر تنوع الگوی رنگی، وجود حداقل دو گروه از جنس Iranocichla را در استان هرمزگان تأیید کرده است (Schwarzer et al., 2017). با توجه به مطالب فوق، مطالعۀ حاضر به‌منظور بررسی تنوع ریختی آرایه‌‌های مختلف سیچلایدماهیان ایرانی در زیستگاههای طبیعی آنها و قابلیت تکنیک ریخت‌سنجی هندسی در تفکیک گونه‌‌ها و جمعیت‌های مختلف و همچنین دوریختی جنسی آنها به اجرا درآمد.

مواد و روش‌ها

در این مطالعه، در مجموع 286 قطعه سیچلایدماهی ایرانی از چهار ایستگاه نمونه‌برداری در استان هرمزگان (شکل 1) شامل خورگور (16 ماده و 22 نر) (I. persa)، رودخانۀ مهران (19 ماده و 43 نر) (I. hormuzensis)، رودخانۀ رسول (17 ماده و 109 نر) (Iranocichla sp.) و رودخانۀ شور (17 ماده و 43 نر) (I. persa) به کمک تور پره‌‌ریز چشمه صید و پس از بیهوشی در عصارۀ پودر گل میخک یک درصد، در فرمالین بافری 10 درصد تثبیت و به آزمایشگاه منتقل شد. از نیمرخ چپ تمام نمونه‌ها به کمک دوربین دیجیتال عکس‌برداری شد. به‌منظور نمایش شکل هندسی نمونه‌ها، تعداد 17 لندمارک روی تصاویر دیجیتال انتخاب و با استفاده از نرم‌افزار tpsDigit2 (Rohlf, 2010) رقومی‌سازی شد (شکل 2). برای حذف اثرات غیرشکلی شامل اندازه و جهت از مختصات لندمارک‌های رقومی‌‌شده، از روش روی‌هم‌گذاری عمومی (GPA) استفاده شد (Hammer, 2012). تناسب داده‌های روی‌هم‌گذاری‌‌شده برای تجزیه‌وتحلیل‌های آماری به کمک نرم‌افزار tpsSmall 1.33 (Rohlf, 2015) ارزیابی شد. تجزیه‌وتحلیل‌های آماری به کمک دو نرم‌افزار PAST (Hammer, 2012) و MorphoJ (Klingenberg, 2011) انجام شد. به‌منظور مقایسۀ ریختی بین جمعیت‌های مختلف سیچلایدماهیان ایرانی از آزمون تجزیه‌وتحلیل تغییرات متعارف (CVA) و آنالیز خوشه‌ای (Cluster Analysis) و برای مقایسۀ ریختی بین جنس‌های نر و ماده از روش تجزیه‌وتحلیل توابع تشخیصی (DFA) استفاده شد.

شکل 1- ایستگاههای نمونه‌برداری از سیچلایدماهیان ایرانی در استان هرمزگان

شکل 2- لندمارک‌های مشخص‌‌شده برای شبیه‌سازی شکل هندسی سیچلایدماهیان ایرانی: 1. جلوترین بخش پوزه در فک بالا؛ 2. مرکز حدقه؛ 3. لبۀ پیشین ابتدای حدقه؛ 4. لبۀ پسین حدقه؛ 5. لبۀ بالایی حدقه؛ 6. لبۀ پایینی حدقه؛ 7. بالای سر محل برخورد خط فرضی عمود بر حدقه؛ 8. ابتدای قاعدۀ بالۀ پشتی؛ 9. انتهای قاعدۀ بالۀ پشتی؛ 10. لبۀ بالایی محل اتصال بالۀ دمی به دم؛ 11. لبۀ پایینی محل اتصال بالۀ دمی به دم؛ 12. انتهای قاعدۀ بالۀ مخرجی؛ 13. ابتدای قاعدۀ بالۀ مخرجی؛ 14. ابتدای قاعدۀ بالۀ سینه‌ای؛ 15. انتهایی‌ترین لبۀ سرپوش آبششی؛ 16. قسمت زیرین سر در محل شکاف آبششی؛ 17. مرز زیرین سر محل تقاطع با خط عمود بر حدقه.

نتایج

نتایج همبستگی بین مختصات لندمارک‌های ریختی و فواصل پروکراست (1=r) حاکی از هم‌ارز‌‌بودن داده‌های پروکراست و مناسب‌‌بودن آنها برای تجزیه‌وتحلیل‌های آماری بود. مقایسۀ شکل هندسی چهار گروه سیچلایدماهیان ایرانی براساس MANOVA/CVA تفاوت آماری معنی‌داری بین تمام آرایه‌‌ها نشان داد (001/0>P، 033/0=wilk’s Lambda، 5/18=F). مقادیر CV1 و CV2 به‌ترتیب 87/72 و 93/21 درصد و در مجموع 80/94 درصد تغییرات را در بر داشت. بیشترین فواصل پروکراست به ترتیب بین (خورگور - مهران)، (مهران - رسول) و (مهران - رود شور) و کمترین فواصل پروکراست به‌‌ترتیب بین (رود شور - رود رسول)، (خورگور - رود رسول) و (خورگور - رود شور) مشاهده شد (جدول 1). بر این اساس نمونه‌های خورگور برپایۀ 1. کمترین طول پوزه، 2. کمترین ارتفاع سر، 3. کمترین ارتفاع تنه و 4. کمترین طول قاعدۀ بالۀ مخرجی از سه گروه دیگر متمایز است (جدول 2). نمونه‌های رود مهران نیز براساس بیشترین ارتفاع ساقۀ دمی و بیشترین عقب‌نشینی سرپوش آبششی از سایرین متمایز است. دو گروه سیچلایدهای رودخانۀ شور و رسول ازنظر ریختی همپوشانی زیادی دارند و به‌طور مشترک با داشتن صفات 1. کمترین ارتفاع ساقۀ دمی، 2. بیشترین طول پوزه، 3. بیشترین ارتفاع سر، 4. بیشترین ارتفاع تنه و 5. بیشترین طول قاعدۀ بالۀ مخرجی از دو گروه دیگر متمایز است (شکل 3).

جدول 1- فواصل پروکراست بین آرایه‌‌های سیچلایدماهیان ایرانی

شکل 3- نتایج تجزیه‌وتحلیل تغییرات شکلی متعارف چهار آرایۀ سیچلایدماهی ایرانی

جدول 2- فهرست لودینگ‌های مربوط به CVA مختصات لندمارک‌های ریختی سیچلایدماهیان ایرانی

نتایج تحلیل خوشه‌ای مختصات شکل اجماع چهار گروه سیچلایدماهی ایرانی با تعداد 10000 بازنمونه‌گیری به روش Ward نتایج CVA را تأیید کرده است (شکل 4)؛ بر این اساس سیچلایدماهیان رودخانه‌‌های شور و رسول با پشتیبانی 53 درصد در یک خوشه قرار گرفتند و 67 درصد درخت‌های ممکن نیز سیچلایدماهیان خورگور را با دو گروه رودخانه‌‌های شور و رسول در یک خوشه دسته‌بندی کردند؛ اما سیچلایدهای رود مهران (I. hormuzensis) با پشتیبانی 100 درصد درخت‌های ممکن به‌‌صورت گروه ریختی به‌‌طور کامل مجزا و متمایز دسته‌بندی شدند؛ درنتیجه سیچلایدهای رودخانۀ مهران ازنظر ریختی بیشترین تفاوت را با سایر گروهها دارند و بیشترین شباهت ریختی هم بین دو آرایۀ رودخانه‌‌های شور و رسول مشاهده شد.

شکل 4- تجزیه‌وتحلیل خوشه‌ای سیچلایدماهیان ایرانی براساس مختصات شکل اجماع آنها

مقایسۀ مختصات لندمارک‌های ریختی حاکی از وجود تفاوت بین جنس‌های نر و ماده در دو جمعیت سیچلایدهای خورگور و رود رسول بود؛ به طوری که جنس‌های نر و مادۀ خورگور به‌طور کامل و جنس‌های نر و مادۀ رود رسول تا 27/91 درصد از هم تفکیک شد؛ اما در بین جنس‌های نر و مادۀ رود مهران و رود شور تفاوت آماری معنی‌دار مشاهده نشد و آزمون Hotelling’s T2 آنها را ازنظر آماری از یکدیگر تفکیک نکرد (شکل 5).

شکل 5- نتایج آزمون Hotelling’s T2 بین جنس‌های نر و مادۀ جمعیت‌های مختلف کمپلکس سیچلایدماهیان ایرانی

نتایج تحلیل تغییرات کانونیک (CVA) گروه‌‌های مختلف سیچلایدماهی ایرانی به تفکیک جنسیت نشان داد تنها بین جنس‌های نر و مادۀ رود رسول تفاوت آماری معنی‌دار وجود دارد (01/0>P). براساس شبکۀ تغییر شکل، مهم‌ترین نواحی بیانگر تفاوت ریختی بین دو جنس نر و مادۀ سیچلایدماهی رود رسول به‌ترتیب شامل موقعیت چشم، قطر حدقه و ارتفاع سر است و بر این اساس ماهیان ماده دارای اندازۀ حدقۀ بزرگ‌تر و ارتفاع سر بیشتری نسبت به ماهیان نر هستند (شکل 7).

شکل 6- نتایج تجزیه‌وتحلیل تغییرات شکلی متعارف چهار آرایۀ سیچلایدماهی ایرانی به تفکیک جنسیت به همراه شبکۀ تغییر شکل

بحث

پژوهشگران جدایی ریختی وابسته به زیستگاه و ارتباط بین فاصلۀ جغرافیایی و تمایز ریختی دربارۀ ماهیان آب شیرین را تأیید می‌‌کنند (Langerhans et al., 2003). براساس مطالعۀ جمعیت‌های مختلف ماهی باس دریایی در سواحل استرالیا، جمعیت‌هایی که دارای تبادل ژنی اندکی هستند با گذشت زمان صفات ریختی مختص به خود را کسب می‌کنند و براساس آنها شناسایی می‌‌شوند (Jerry and Cairns, 1998). دربارۀ جمعیت‌های مختلف ماهیان خیاطۀ حوضۀ دریای خزر، تفاوت‌های ریختی بین جمعیت‌های مجزا و دور از هم به‌‌طور کامل مشهود است (Eagderi et al., 2013). در مطالعۀ حاضر نیز بین جمعیت‌های مختلف سیچلایدماهیان ایرانی تفاوت‌های ریختی معنی‌داری مشاهده شد. بین زیستگاههای جمعیت‌های مطالعه‌‌شده تفاوت‌های اکولوژیک مشخصی وجود دارد؛ برای مثال خورگور در جایگاه مجموعه‌‌ای از چشمه‌های آب گرم گوگردی که به‌صورت حوضچه‌هایی با اندازه‌های مختلف است، محیطی حوضچه‌ای محسوب می‌شود. رودخانۀ مهران در جایگاه رودخانه‌‌ای دائمی، شرایط آب‌های جاری را به نمایش می‌گذارد. دربارۀ رودخانۀ رسول و رود شور نیز با وجود داشتن شرایط آب‌های جاری، در طول سال در بخش‌هایی از مسیر، رودخانه خشک می­شود و چالاب‌هایی از آنها بر جای می‌ماند؛ بنابراین در این دو رودخانه، علاوه‌‌بر شرایط آب‌های جاری، شاهد حضور محیط‌های حوضچه‌ای و اعمال فشارهای گزینشی (پدیدۀ گردن بطری) نیز هستیم (Afshin, 1994)؛ همچنین خانوادۀ Cichlidae با بیش از 220 جنس و 2000 گونه، غنی‌ترین خانوادۀ ماهیان استخوانی در جهان شناخته می‌شود (Turner et al., 2001). این خانواده با به نمایش گذاشتن دامنۀ متنوعی از سازگاری‌های اکولوژیکی، سریع‌ترین نرخ انشعاب‌پذیری در بین مهره‌داران را دارد و بیشترین سازش‌پذیری آنها در رابطه با اندام‌های تغذیه‌ای است (Kerschbaumer & Sturmbauer, 2011). امکان در نظر گرفتن سیچلایدها در جایگاه بهترین نمونه‌های آزمایشگاهی برای مطالعۀ الگوهای انشقاق‌پذیری تکاملی وجود دارد (Seehausen, 2006). یکی از نکات جالب دربارۀ انشقاق‌پذیری تکاملی سیچلایدها این است که با گذشت زمان یعنی با اشغال‌‌شدن آشیان‌های اکولوژیکی ممکن، میزان انشقاق‌پذیری آنها نیز کاهش می‌یابد و همچنین ناهمگنی زیستگاه در نقش فرصتی بالقوه برای اعمال فشارهای انشقاق‌گر عمل کرده است (Seehausen, 2006)؛ بنابراین با توجه به پراکنش جغرافیایی سیچلایدماهیان ایرانی در استان هرمزگان و شدت فشارهای گزینشگر در این منطقه، وجود تنوع و انشعابات ریختی در بین جمعیت‌های این جنس درک می‌‌شود.

از آنجا که مهم‌ترین سازگاری‌های ماهیان محیط‌های جاری، توسعۀ بالۀ دمی و بدن باریک‌تر است و ماهیان محیط‌های ساکن بدنی مرتفع‌تر و دوکی‌شکل دارند (Langerhans and Reznick, 2010) و همچنین با توجه به اینکه رودخانۀ مهران آبراه دائمی آب شور است که سبب اعمال فشارهای گزینشی بر ماهیان می‌شود، ممکن است ارتفاع ساقۀ دمی بیشتر در ماهیان رود مهران که نشانۀ وجود بالۀ دمی وسیع‌تر است و همچنین وجود بدنی کشیده‌تر، نشانه‌ای از سازگاری این گروه با شرایط آب‌های جاری باشد؛ در مقابل نمونه‌های خورگور دارای پوزۀ کوتاه‌تر و ارتفاع بدنی بیشتری هستند که نمایانگر ماهیان شاخص محیط‌های حوضچه‌ای است (Blake, 2004). خورگور منبع آبی با شرایط حوضچه‌ای و دارای دمای بالا و ترکیبات شیمیایی گوگردی است؛ بنابراین سازگاری‌های مرتبط با شرایط حوضچه‌ای در این منبع آبی مشاهده می‌‌شود. یکی از فاکتورهای محیطی مؤثر بر ریخت ماهیان خانوادۀ Cichlidae غلظت اکسیژن دردسترس است که ازطریق توسعۀ ساختارهای آبششی، نیاز به فضای آبششی وسیع‌تر و درنتیجه افزایش ابعاد سر را به دنبال دارد (Chapman et al., 2000). با توجه به شرایط خاص مجموعۀ چشمه‌های خورگور ازنظر محتوای ترکیبات گوگردی و دمای آب که موجب کاهش غلظت اکسیژن محلول می‌شود، ممکن است بخشی از تفاوت‌های ریختی این گروه به‌‌دلیل محتوای اکسیژن آب باشد. ماهیان رود شور و رود رسول ازنظر ویژگی‌‌های ریختی بسیار هم‌پوشان هستند و به‌‌طور مشترک ساقۀ دمی باریک‌تر، ارتفاع بدنی بیشتر و موقعیت پوزۀ جلوتر دارند. این مجموعه صفات، ترکیبی از صفات مشاهده‌‌شده در دو گروه خورگور و رود مهران است که نشانگر وجود سازگاری‌های ریختی با ترکیبی از شرایط حوضچه‌ای و شرایط جریان رودخانه‌ای است (Zúñiga-Vega et al., 2007).

توضیح دقیق علل به وجود آمدن تفاوت‌های ریختی میان جمعیت‌ها بسیار دشوار است؛ اما به‌طور کلی ویژگی‌های ریختی، تحت کنترل و درهم‌‌کنش دو عامل شرایط محیطی و ژنتیکی است (Swain & Foote, 1999). ویژگی‌های محیطی در خلال دوران اولیۀ تکوین ماهی اثرات بیشتری بر ریخت ماهیان دارد. به‌‌طور معمول ماهیانی که در دوران اولیۀ زندگی دارای شرایط محیطی مشابهی هستند، ازلحاظ ریختی شباهت بیشتری می‌یابند؛ همچنین هنگامی که ماهی در موقعیت محیطی جدیدی قرار گیرد، این امکان وجود دارد که تغییرات ریخت‌شناسی به شکل سریع در آن رخ دهد .(Poulet et al., 2004)

نتایج مقایسۀ ریختی جمعیت‌های مختلف براساس جنسیت به روش CVA تنها وجود تفاوت در بین جنس‌‌های نر و مادۀ ماهیان رودخانۀ رسول را تأیید کرد؛ این در حالی است که روش DFA چنین تفاوتی را در بین ماهیان خورگور نیز نشان داد. علت این تفاوت این است که روش CVA نسبت به روش DFA ازنظر آماری سخت‌گیرانه‌تر و نسبت به تعداد نمونه‌ها حساس است (Hammer et al. 2001). یکی از دلایل بزرگ‌‌بودن سر ماهیان جنس ماده نسبت به جنس نر در خورگور و رود رسول این است که محفظۀ دهانی ماهیان جنس ماده برای نگهداری از نوزادان نیاز به فضای بیشتری دارد (Herler et al., 2010; Koblmller et al., 2012). مطالعۀ ساختار اسکلت جمجمۀ عصبی ماهیان جنس Cyprinion نشان داده است که الگوی تغذیه‌ای و رفتار ماهیان در ساختار اسکلتی آنها و درنهایت در ریخت ظاهری آنها منعکس می‌‌شود (Nasri et al., 2016a).

مطالعات نشان داده است که جدایی جغرافیایی و فشارهای محیطی به‌واسطۀ بروز پاسخ‌های انعطاف‌پذیری ریختی و همچنین ظرفیت‌های ژنتیکی ماهیان حتی ممکن است موجب بروز تمایز ریختی بین جمعیت‌های محلی در سیستم رودخانه‌ای شود (HäNfling and Brandl, 1998). شکل بدن موجودات زنده علاوه‌بر خصوصیات ژنتیکی، منعکس‌کنندۀ شرایط زیستگاهی و پاسخ‌های سازشی موجود زنده با آنها است (Vogel, 1994; Mohadasi et al., 2014)؛ بنابراین جدایی جغرافیایی زیستگاههای سیچلاید ایرانی در جنوب ایران و اعمال نیروهای گزینشگر محیطی بر آنها و همچنین ظرفیت بسیار ماهیان سیچلاید در بروز انعطاف‌پذیری ریختی (Kerschbaumer and Sturmbauer, 2011; Odhiambo et al., 2012) سبب بروز تفاوت‌های ریختی در آنها شده و از این طریق الگوی تکامل پیش‌رونده‌‌ای در شکل بدن ماهیان به نمایش گذاشته است. مطالعات مشابه روی سایر ماهیان آب‌های داخلی ایران نیز مؤید این موضوع است؛ برای مثال گونه‌های مختلف جنس Cyprinion و حتی جمعیت‌های مختلف از آنها در نواحی جغرافیایی جنوب شرق، جنوب و غرب ایران تفاوت‌های ریختی خاصی را به نمایش گذاشته‌اند که با شرایط زیستگاهی آنها همخوان است (Nasri et al., 2018; Nasri et al., 2019). مطالعۀ ریخت‌شناسی شاه‌کولی جنوبی Alburnus mossulensis نیز حاکی از بروز انعطاف‌پذیری ریختی در پاسخ به تفاوت‌های زیستگاهی است (Hasanpoor et al., 2015). از آنجا که برخی از تفاوت‌های ریختی به‌واسطۀ جنبه‌های کارکردی اعضای مختلف بدن بروز می‌کند (Nasri et al., 2016b)، مطالعات تکمیلی مانند استخوان‌شناسی و حتی بررسی دستگاه گوارش نیز ممکن است در بیان جنبه‌های مختلف انعطاف‌پذیری ریختی و تکامل ماهی سیچلاید ایرانی مفید باشد.