VÌ SAO CÁ KHOANG CỔ LẠI ẨN MÌNH TRONG HẢI QUỲ? SỰ THÍCH ỨNG CỦA CÁ KHOANG CỔ VỚI VẬT CHỦ HẢI QUỲ: TỪ GÓC NHÌN DI TRUYỀN TỚI SINH LÝ HỌC.   

Vì sao cá khoang cổ lại ẩn mình trong hải quỳ cộng sinh?

Sự chung sống giữa cá khoang cổ (clownfish, hay cá hải quỳ, cá hề) và hải quỳ là một ví dụ điển hình về mô hình quan hệ cộng sinh tương hỗ trong hệ sinh thái rạn san hô. Có hơn 1200 loài hải quỳ nhưng chỉ có 10 loài hải quỳ là vật chủ của 28 loài cá khoang cổ. Mối quan hệ cộng sinh này là bắt buộc với cá khoang cổ trong điều kiện tự nhiên. Cá khoang cổ sống dựa vào hải quỳ như là ngôi nhà của chúng: hải quỳ loại trừ loài ký sinh trên da cá, tăng mức sinh sản, đồng thời hỗ trợ cung cấp thức ăn và bảo vệ cá khoang cổ khỏi những kẻ săn mồi. Đổi lại, hải quỳ sống cộng sinh với cá khoang cổ có tuổi thọ trung bình thường cao hơn các loài không có cá cộng sinh. Tập tính bảo vệ lãnh thổ của cá khoang cổ xua đuổi các loài cá thích ăn xúc tu hải quỳ, ví dụ cá bướm (butterfly) Chaetodon fasciatus. Thêm vào đó, tập tính quạt và mát xa xúc tu hải quỳ, đặc biệt vào ban đêm cung cấp thêm oxy cho hô hấp của hải quỳ, tăng cường chuyển hóa cho cả cá và hải quỳ. Các hoạt động này sau đó giải phóng một lượng lớn các gốc nitrat và phosphate, gián tiếp tăng cường sinh trưởng của hải quỳ vật chủ.

Hình 1: Cá khoang cổ sống trong các xúc tu của hải quỳ.
Nguồn: Wikimedia/JennyHuang

Cá khoang cổ có khả năng thích ứng với hải quỳ vật chủ khi điều kiện tự nhiên thay đổi hay không?

Sự cộng sinh giữa cá khoang cổ và hải quỳ mang tính đặc trưng loài. Một số loài hải quỳ có khả năng cộng sinh với nhiều loài cá khoang cổ, ví dụ Amphiprion clarkii (generalist), trong khi số khác lại chỉ có thể cộng sinh được với một số loài, ví dụ A. ocellaris chỉ cộng sinh được với 3 loài (generalist); một số khác chỉ cộng sinh được với duy nhất một loài ví dụ A. frenatus (extreme specialist). Các loài hải quỳ mà cá khoang cổ cộng sinh trong tự nhiên được gọi là vật chủ tự nhiên (natural hosts), và vật chủ không tự nhiên (unnatural hosts) là tên gọi cho những loài mà cá không cộng sinh trong tự nhiên.

Nghiên cứu trong luận án chỉ ra rằng, khi vắng mặt hải quỳ vật chủ tự nhiên Stichodaclyla gigantea, cá con A. ocellaris có khả năng thích ứng để chung sống với loài hải quỳ không tự nhiên S. haddoni, nhưng không thiết lập cộng sinh với các loài vật chủ không tự nhiên Entacmaea quadricolor; Macrodactyla doreensis; Heteractis crispavà H. malu. Tuy nhiên việc chung sống với vật chủ không tự nhiên làm giảm khả năng sinh trưởng và tăng mức độ hoạt động của cá con cộng sinh. Phân tích thành phần protein trong da của cá con cộng sinh và không cộng sinh cho thấy các protein này liên qua với các chức năng miễn dịch, vận chuyển, phản ứng với stress và vận chuyển tín hiệu.  Nghiên cứu ủng hộ giả thuyết về “cơ chế bắt chước” (camouflage), cá khoang cổ phủ trên mình lớp chất nhầy của hải quỳ nhằm tránh bị nhận ra là “vật lạ” và kích hoạt sự phóng thích của các độc tố từ xúc tu của hải quỳ (nematocyte). 

Cá khoang cổ và hải quỳ có đồng tiến hóa?

Các phân tích cây phát sinh đồng tiến hóa (cophylogenetic analyses) chỉ ra rằng mặc dù chung sống trong mối quan hệ gần gũi, không có bằng chứng về quá trình đồng tiến hóa của cá khoang cổ và hải quỳ cộng sinh, mặc dù các phân tích chỉ ra có sự phụ thuộc của cá khoang cổ vào vật chủ hải quỳ.

Hình 2: Cá con A. ocellaris cộng sinh với hải quỳ vật chủ tự nhiên S. gigantea.

Hình 3: Cá con A. ocellaris cộng sinh với hải quỳ vật chủ không tự nhiên S. haddoni.

Các phát hiện của luận án góp phần vào việc hiểu cơ chế cộng sinh của cá khoang cổ và hải quỳ, đồng thời dự đoán tương lai của rạn san hô trong điều kiện môi trường đang thay đổi. Nếu biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến sinh trưởng của các loài hải quỳ tự nhiên, một số loài cá khoang cổ, ví dụ loài A. ocellaris có thể tìm được với vật chủ thay thế, nhưng có thể sẽ giảm khả năng sinh trưởng và tăng mức độ hoạt động.