Darwin’in döneminden bu yana, bilim insanları; emus, deve kuşu, kivi, cassowaries ve diğerleri gibi uçamayan kuşların doğayla nasıl bir ilişki içinde olduklarını merak ettiler ve onlarca yıl boyunca üzerinde anlaştıkları düşünce; hepsinin, daha topraklı bir yaşam için gökleri terk eden ortak bir atayı paylaşmaları gerektiği varsayımıydı.
2000’li yılların başında, genetik araçların hızla kullanılmaya başlandığı yeni araştırmalarda bu hikaye alt üst oldu ve bunun yerine uçamamanın tarih boyunca bir çok kez evrildiği görüşü yerleşmeye başladı. Nihayetinde bu sefer de evrimin bu bağımsız kuş soylarının her birinde benzer ya da farklı genetik kolları çekip çekmediği gibi sorular cevapsız kalmaya başladı.
Harvard Üniversitesi’ndeki araştırmacılarından oluşan bir ekip, şimdi cevabın bir parçası olabileceğine inanıyor.
Tüm farklı yollar aynı kapıya mı çıkıyor?
FAS Bilişim Grubu Biyoinformatik Direktörü Tim Sackton ve Organismik ve Evrimsel Biyoloji Profesörü Scott Edwards’ın liderliğini yaptığı bir araştırma ekibi, soyu tükenmiş bir moa da dahil olmak üzere bir düzine uçamayan kuşun genomunun analizine dayanarak; türlerin, genomlarının protein kodlayan bölümlerinde geniş çeşitlilik göstermesine rağmen, sonrasında bunların uçuş kaybını geliştirirken aynı düzenleyici yollara dönüştüğü gösterdi. Çalışma Science dergisinde 5 Nisan tarihinde yayımlandı.
Bu çalışmada Sackton ve Edward’a ek olarak; İstatistik ve Biyoistatistik Profesörü Jun Liu, İstatistik araştırma asistanı Zhirui Hu, Edwards’ın laboratuarında çalışan doktora sonrası araştırmacı olan Alison Cloutier ve Yeni Zelanda, Austin Texas Üniversitesi ve Royal Ontario Müzesi’nden ekipler yer aldı.
Sackton, “Evrimsel biyolojide yakınsama özelliklerinin -aynı tür fenotipe doğru bağımsız bir evrim olduğu fikri- uzun bir tarihi var” dedi.
“İlgilendiğimiz şey bunun nasıl geçekleştiği?
“Bu kuşların hepsinin benzer bir vücut planı var. Farklı açılarda gerilemiş ön ayaklara sahipler ve tamamında bu bir omurga kaybına, o da uçuş kaslarının sabitlenmesine neden oluyor. Bu kadar önemli olan şey; tüm bu türleri benzer bir vücut planına yönlendiren ortak morfolojik değişiklikler grubunun ne olduğu.”
Bu değişiklik grubunun neye yol açtığını anlamak için, Sackton, Edwards ve meslektaşları, kuşların genomlarına bakmaya başladılar.
Asimetrik değişim
Sackton çalışmada çeşitli türleri incelerken, “Sadece protein kodlayan genomun bölümlerini değil, aynı zamanda bu proteinlerin ekspresyonunu düzenleyen genomun kısımlarını da karşılaştırmak istedik” dedi.
Ekip bu bölgeleri tanımlamak için; 3 düzineden fazla -hem uçan hem de uçamayan- kuş türünün genomlarını hizalayan ve daha sonra genetik sekanslarında nispeten daha az farklılık gösteren bölgeleri tanımlayan bir proses kullandı. Bu bölgelerin protein kısımları haricindeki parçalarının, “sanki düzenleyici bir işlevi varmışçasına” korunduğunu gözlemlediler.
Sackton, “Bu düzenleyici unsurların her biri için, bu türlerin kaç tanesinin aynı ayrışma düzenini gösterdiğini ve aynı düzenleyici unsurları değiştirdiklerini gösteren yeni bir istatistiksel model geliştirmek için Harvard’daki istatistikçilerle işbirliği içinde çalıştık” dedi.
“Ve bulduğumuz şey, protein kodlayan genlerin çok fazla paylaşılmamasına rağmen, bu düzenleyici bölgeler için fenotipin her evriminde tekrar tekrar hedeflenen ortak gelişimsel yollar olduğu.”
Sackton ayrıca, protein kodlayan genlerin; diyet, tüy işlevi ve çevre ile ilgili uyarlamalardan sorumlu görünmekle birlikte, düzenleyici bölgelerin; uçuş kaybına eşlik eden vücut ölçeklendirme değişikliklerinde önemli bir rol oynadığını belirtiliyor.
Ve, “Morfolojik değişikliklerle ilgili ilginç olan şey; arka bacaklarını korumak zorunda olmaları” diye ekliyor.
“Bir uzvun oluşmasını engellemenin birçok yolu vardır, ancak arka limiti değiştirmeden bir ön büzüşmeyi gerçekleştirmek çok daha zordur.”
Adımlardan birinin bozulması, tüm süreci bozabilir
Sackton garip görünmesine rağmen yine de bazı yönlerden bu hikayenin mantıklı olduğunu düşünüyor: “Bir uzuv oluşturmaktansa, olan bir uzvu küçültmek çok daha kolaydır.”
“Düşünsenize bir şeyi bozmanın bir çok yolu vardır. Ekstremite gelişiminde, bir proteinin tam olarak tanımlanmazsa sistemi tamamen başarısızlığa uğratacağı ve bir uzva sahip olamayacağınız bir dizi erken adım vardır.”
Bu nedenle bir uzvun, evrim süreci sırasında oluşmaması, var olan bir uzvun böylesi bir dönüşüme maruz kalmasına oranla çok daha büyük bir olasılıktır.
Sackton, “Ancak bu, aslında vücut ölçeğindeki bir yapı için karmaşık bir değişim” diyerek devam ediyor.
“Öyle ister istemez farklı boyutlarda uzuvlar geliştirmezsiniz. Bu nedenle sistemi kısıtlayan arka bacaklarını korumuş olmaları önemli. Çünkü buradan, yakın dönem evrimsel gelişimin düzenini görebiliriz.”
Bu teoriyi kanıtlamak için ekip, kuşların genomlarındaki bazı düzenleyici bölgeleri yeşil flüoresan protein üreten bir gen ile etiketledi ve uçamayan türlerde işlevsel değişikliğe uğradığına inanılan bölgelerin işaretli genlerinin kapandığını buldular.
Sackton, “Büyümeye başlayacak bir uzuv elde etmek için, bir sürü şeyin olması gerekir… Eğer bir geliştiriciyi ortadan kaldırır ve buna bağlı proteinin tanımlanmasını zorlaştırırsanız, bu süreci de geciktirebilirsiniz” dedi.
“Bu, uçamayan kuşlarda bu bölgelerin bazılarının kaybedilmiş olabileceğini gösteriyor.”
Çalışmanın orijinaline aşağıdaki bağlantıdan ulaşabilirsiniz.
Timothy B. Sackton, Phil Grayson, Alison Cloutier, Zhirui Hu, Jun S. Liu, Nicole E. Wheeler, Paul P. Gardner, Julia A. Clarke, Allan J. Baker, Michele Clamp, Scott V. Edwards. Convergent regulatory evolution and loss of flight in paleognathous birds. Science, 2019; 364 (6435): 74 DOI: 10.1126/science.aat7244
