Başlarda tekhücreliler vardı. Bugünse, milyonlarca yıl sonra, bitkiler, hayvanlar, mantar ve algler birçok hücrenin tek bir yapı gibi birlikte çalışmasından oluşuyor. Peki bu hücreler nasıl tek başına yaşarlarken diğer hücrelerle işbirliği yapmaya ve birbirine bağlı tek bir ünite gibi çalışmaya başladılar?
Bilim dünyası evrimsel geçişte en büyük adımın çokhücreli organizmaların tekhücrelilerden evrilmesi olduğu konusunda hemfikir. Çünkü çokhücreliliğin ortaya çıkışı, dünyadaki yaşamı değiştirecek bir evrimdir. Çokhücrelilerin boyutunun büyük olmasına ek olarak, çokhücrelilik biyolojik karmaşıklığı yeni biyolojik yapıların oluşması ile artırmıştır. En ayırt edici evrimsel soru, çokhücreliliğin başlangıç noktası ve sürdürebilirliğinin nasıl sağlandığıdır. Bu geçişin anlaşılmasını zor kılan etmenlerden biri, geçiş formlarının soyunun tükenmiş olması ve geçişin fizyolojisi, ekolojisi ve evrimsel süreci hakkında bilgimizin az olmasıdır.
Tekhücreli canlılardan çokhücreli canlılara evrimsel geçişin ilk kanıtı 3-3,5 milyar yıl öncesine ait hücre farklılaşması gösteren prokaryot, ipliksi ve küme oluşturan siyanobakteri benzeri organizmaların fosillerinden geliyor. Çokhücreli ökaryotların ise 1 milyar yıl önce var oldukları düşünülüyor. Tarihin kendini tekrarlaması gibi, çokhücreli organizmalar birbirinden bağımsız olarak en az 25 kere tekhücreli atalarından evrilmiş. Bu evriliş hâlâ devam ediyor, hatta bazen bu süreç tersine de işliyor. Bu geçiş hakkındaki bilgilerimiz yeterli sayıda olmasa da, ana aşamaları ve çokhücreli organizasyon için gerekli olan koşullar biliniyordu. Hücre tutunumu, hücre iletişimi ve koordinasyonu bunlardan birkaçı. Bu çokhücrelilik için gerekli olan özellikler tekhücreli organizmalarda da gözlemleniyordu. Dolayısıyla, tekhücreli organizmalardan çokhücreli organizmalara geçişin bilimsel anlamda kolay olacağı söylenebilinir.
Almanya, Plön’deki Max Planck Evrimsel Biyoloji Enstitüsü ile birlikte Yeni Zelanda ve Amerika’daki araştırmacılar, ana aşamaların çok kısa sürede gerçekleştiğini deneysel evrimi kullanarak gösteriyor. Bu deneyi gerçekleştirirken, tekhücreli maya hücrelerini (Saccharomyces cerevisiae) kullanarak çokhücreliliğin seçilimi için yerçekiminden yararlandılar. Önce tekhücreliler basit kümeler oluşturuyor, sonrasında gruplaşmış hücreler sıvı içersinde tek kalmış hücrelere oranla daha çabuk bir şekilde çökmeye başlıyor. Bu şekilde, çökelen hücre kümesinden bir miktar yeni hücre seçilip yeni sıvı ortamına aktarıldığında, sürekli daha büyük veya birbirlerine tutunmuş hücre kümeleri içeren yapılar seçilmiş oluyor. Araştırmacılar bu işlemi 10 farklı deney tüpü için tekrarladı ve sadece 60 gün süren transferin sonunda 10 deney tüpünün her birinde tek bir yapının seçilim sonunda baskın biçim olduğunu gözlemlediler. Kar tanesi şeklinde oluşan küme hücreleri Şekil’de görülebilir.
Bu gözlemin sonucunda oluşan sorulardan birisi çokhücreli kümelenmenin sıvı ortamındaki farklı hücrelerin biraraya gelip tutunmaları yoluyla mı, hücrelerin bölünmesi sırasında yavru hücrelerin anne hücrelere tutunup ayrılmaması yoluyla mı meydana geldiğiydi. Araştırmalar ikinci hipotezin doğruluğunu ispatladı. Bir diğer soru ise, oluşan basit çokhücreli yapının nasıl çoğaldığıydı. Bunun, oluşan küçük kar tanesi yapısının ancak kendi ebeveyninin boyutuna ulaştıktan sonra, büyük kar tanesi yapısından ayrılması ile gerçekleştiği gözlemlendi. İlgili videoya derginin internet sayfasından (http://kisalt.com/a1v) ulaşabilirsiniz.
Araştırmacılar aynı zamanda, kar tanelerinin birbirinden ayrıldığı noktalarda belirli hücrelerin öldüğünü gözlemlemişler. Bu da, çokhücrelilik tanımı için geçerli olan özelliklerden farklılaşmanın ve işbölümünün, en basit formunda 60 günlük deney sonucunda seçilimini gösteriyor. Deneyi daha uzun süre devam ettirdiklerinde, kar tanesi yapılarının biçimlerinin daha düzenli ve küre biçimli yapılara evrildikleri de gösterilmiş.
Bu deneyin sonuçları ve çokhücreliliğin evrimleşme biçimi üzerine yapılmış olan bazı gözlemler, bazı teorik beklentilerin aksine, çokhücreliliğe evrilişin büyük çapta genomik karmaşıklık gerektirmediğini ispatlıyor.
Kaynaklar:
- Ratcliff, W. C., R. F. Denison, M. Borrello, and M. Travisano; “Experimental Evolution of Multicellularity”, Proceedings of the National Academy of Sciences, 109.5 (2012): 1595-600.
- Grosberg, Richard K., and Richard R. Strathmann; “The Evolution of Multicellularity: A Minor Major Transition?”, Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics, 38.1 (2007): 621-54.
- “From Single Cells to Multicellular Life: Researchers Capture the Emergence of Multicellular Life in Real-time Experiments.”, ScienceDaily, 19 Nov. 2014. <http://www.sciencedaily.com/releases/2014/11/141106113334.htm>
