Ana sayfa 151. Sayı Darwin devrimi – 6 Genombilim ve türleşme: Darwin ispinozları

Darwin devrimi – 6 Genombilim ve türleşme: Darwin ispinozları

317
PAYLAŞ
Darwin ispinozlarından G.fortis.

Ergi Deniz Özsoy

Bulunan gen, gaga büyüklüğü ve bu büyüklükle ilişkili beslenme varyasyonu açısından, Darwin ispinozlarının türleşme hattındaki belirgin bir yol ayrımına denk gelen bir farklılaşmaya işaret ettiğinden, ekolojik parametrelerin değişmesiyle yeni türlerin nasıl ortaya çıkabileceğine de ışık tutuyor.

Tür olarak tanımlanan sınıflandırma kategorisi dahilindeki genetik çeşitlilik temeline oturtulan biyolojik özellik çeşitliliğinin zaman ve mekandaki dağılımını biçimlendiren değişim süreçlerinin başlıcasına doğal seçilimle evrimleşme ya da Darwinci evrim dendiğini, doğal seçilimle evrimleşme sürecinin kabulünün yarattığı bilimsel devrimin ise Darwin devrimi şeklinde vurgulandığını geçen yazılarımızda belirtmiştik. Tarihsel bir bilim olan evrimsel biyolojinin tarihine ilişkin yaptığımız bu çok genel özeti tamamlayacağımız yazımızın son iki bölümünde, tür-içi ve türler-arası genetik varyasyon saptama çalışmalarının nihai düzeyi olan ve evrimsel biyolojik sorunlara büyük açıklık getiren genom çaplı genetik varyasyon analizleri temelinde, doğal seçilimin etkin olduğu bir süreç olarak, yeni tür oluşumlarının izlerini iki popüler model evrimsel organizmaya odaklanarak süreceğiz.

İspinoz savaşları

Genom düzeyindeki genetik varyasyonu hedef alan, yani bir türün bütün kromozomlarındaki genetik bilgiyi popülasyonların farklılaşması ve türleşmesi bahsinde anlamlandırmaya odaklanan ilk örneğimiz, Charles Darwin’in meşhur Galapagos Adalarında gözlemlediği ve onu yakın benzerlikleri üzerinden türlerin sabit olmadığı fikrine götüren ispinozları konu ediniyor.

Darwin ispinozlarının John Gould tarafından yapılmış çizimleri.

Latin Amerika ülkesi Ekvator’un 1000 km kadar açıklarında yer alan Galapagos Adalarındaki ispinozlar, onlar üzerine ilk evrimsel ve ekolojik çalışmayı yapan David Lack’ın tabiriyle “Darwin İspinozları” (1),  doğal seçilimle evrimleşmenin, göreceğimiz gibi insan ömrünün kısa bir diliminde dahi gözlemlenebilecek parlak bir örneğini sunarlar. Lack’ın mirasını devralan ve 40 yılı aşkın süredir Galapagos Adalarında ispinozları evrimsel biyoloji ve ekolojinin tüm kuramsal ve pratik araçları eşliğinde irdeleyen Grant’lerin de belirttiği gibi, Darwin ispinozları, tek bir atasal türden köken alan yakından benzer 15 kadar türün adaların ekolojik farklılıkları ve dönemsel sert çevresel değişimler izdüşümünde çeşitlendiği evrimsel bir panoramanın parçalarıdırlar. (2)

İspinozlardaki gaga şekli ve büyüklüğü, vücut büyüklüğü ile ilişkili olmalarının yanı sıra, besin bolluğu ve çeşidi ile tür-içi / türler-arası rekabet arasındaki ilişkinin de önemli göstergeleridir. (2)

G. magnirostris.

Ele alacağımız genom çalışmasında, Galapagos sistemindeki küçük bir ada olan Daphne Major’de 2004-2005 yılları arasında meydana gelen sert kuraklık esnasında gerçekleşen besin kıtlığı karşısında, adadaki orta vücut büyüklüğüne sahip ve büyük gagalı yer ispinozu Geospiza fortis’in yine aynı adadaki büyük vücutlu yer ispinozu Geospiza magnirostris ile olan düşük rekabet başarısı nedeniyle, gaga büyüklüğü açısından geçirdiği evrimsel farklılaşma inceleniyor.

Tarihlerinin bir parçası olarak coğrafi açıdan kesişen türlerin, kaynaklar kısıtlı olduğunda aralarında ortaya çıkan rekabet sonucunda biyolojik özelliklerinin farklılaşması Darwin’den bu yana vurgulanan bir hadisedir. Aynı biyolojik özelliğin farklı biçimlerinden birinin diğerinin yerine geçmesi şeklinde ortaya çıkan ve rekabetin şiddetini de düşüren bu farklılaşmalar türleşme sürecinin de önemli bir bileşenidirler.

İnceleyeceğimiz ispinoz genomları çalışması da, Daphne Major’daki yukarda anılan kuraklık esnasında, G.fortis’in büyük gagalı formlarının diğer türle (G.magnirostris) olan rekabet sonucunda elenmesi ve G.fortis’in görece küçük gagalı formlarının kuraklıktan böylece sağ çıkmasının dayandığı genetik temele odaklanmakta. (3)

Çalışmanın ilk ayağında, Daphne Major’daki iki tür dahil, toplam 6 ispinoz türünün genom dizileri her türe ait bireyler kullanılarak çıkarılmış. Seçilen bu altı tür, ağaçta ve zeminde yaşayanlar şeklinde ve büyük, orta ve küçük vücutlu olmaları temelinde, Darwin ispinozlarının ekolojik ayrımlaşmalarını büyük oranda temsil eden bir çerçevede  gruplandırılmışlar. Vücut büyüklüğü esas alınarak gruplandırılan bu altı türün evrimsel tarihindeki genetik dönüm noktalarının bu gruplandırma dahilindeki resminin çıkarılması amaçlanmış böylece.

HMAG2 geni

Genom dizileri karşılaştırıldığında, altı türün tamamında da yüksek farklılaşma gösteren 7 genom bölgesi saptanmış. Bu bölgeler açısından yapılan vücut büyüklüğü esaslı grup karşılaştırmalarında ise bölgelerden birinin özellikle yüksek farklılık gösterdiği ortaya çıkmakta. Bu bölge dahilinde yer alan ve genomdaki pek çok genin proteine dönüşme sürecini kontrol eden diğer genler üzerine etkili bir gen olan HMGA2 ise özellikle ön plana çıkmakta.

Bu genin faredeki eşleniğindeki keskin bir mutasyonun cüce fareler yarattığı, insandaki eşleniğinin boy uzunluğu, kafatası-yüz boyutu bileşenlerinin konumlanmasıyla ilişkili bulunduğuna dikkati çeken araştırıcılar, bir sonraki aşamada genin ispinozlardaki gaga büyüklüğü ilişkisi üzerine yoğunlaşıyorlar.

Öncelikle, HMAG2 geninin birbirinden farklı iki temel varyantı olduğu saptanmış ve bu varyantları doğuran evrimsel hadisenin, çalışmadaki 6 türün dahil olduğu ve diğer ispinozları da içeren evrimsel ağaçta büyük ve küçük vücut büyüklüğü yol ayrımına denk geldiği gösteriliyor.

Çalışmanın asıl çarpıcı sonucu ise, kendi içindeki farklılaşmasının büyük oranda ifade değişimi yaratan varyantlara yol açtığı, yeni proteinler doğurmadığı anlaşılan bu HMAG2 geninin vücut büyüklüğünden ziyade, gaga büyüklüğü ile ilişkili olması. Genin büyük gagalılarda sadece belli bir formu, küçük gagalılarda ise diğer bir formu yer alıyor. Gaga büyüklüğü açısından değişkenlik gösteren (hem küçük hem de büyük gagalılar içeren) popülasyonlarda ise genin her iki formu da belli sıklıklarda yer alıyorlar.

Çalışmanın hedef ayağı ise, Daphne Major’deki 2004-2005’te gerçekleşen sert kuraklık esnasında meydana gelen besin kıtlığının yarattığı, G.fortis ve G.magnirostris arasındaki rekabetin, G.fortis’teki büyük gagalıların elenmesine yol açmasının HMAG2 ile ilişkisini çözümlemeye yönelik. Uzun sözün kısası, kuraklık esnasındaki besin kıtlığının G.fortis’in büyük gagalı formlarında (dolayısıyla büyük gagalılıkla ilişkili HMAG2 formlarında) yarattığı elenmenin (negatif doğal seçilimin) s = 0,59 gibi oldukça yüksek bir değerle meydana geldiğini ifade ediliyor.

Sonuç olarak bu genom düzeyli çalışma, türler arası rekabetin yarattığı tür içi doğal seçilimle ilişkili önemli bir aday geni ortaya çıkarmış durumda. Bu gen, gaga büyüklüğü ve bu büyüklükle ilişkili beslenme varyasyonu açısından, Darwin ispinozlarının türleşme hattındaki belirgin bir yol ayrımına denk gelen bir farklılaşmaya işaret ettiğinden, ekolojik parametrelerin değişmesiyle yeni türlerin nasıl ortaya çıkabileceğine de ışık tutuyor. Bir başka deyişle doğal seçilimin yeni türlerin oluşumunu teşvik edebilmesinin genom seviyesinden gösterildiği parlak bir örneğini sunuyor.

Önümüzdeki ay, Cichlid balıklardan benzer bir örneğe odaklanarak tartışmamıza son noktayı koymuş olacağız.

Kaynaklar

1) David Lack, Darwin’s Finches, Cambridge University Press, 1947.

2) Peter R. Grant ve B. Rosemary Grant, How and Why Species Multiply: The Radiation of Darwin’s Finches, Princeton University Press, 2008.

3) Sangeet Lamichhaney, Fan Han, Jonas Berglund, Chao Wang, Markus Sällman Almén, Matthew T. Webster, B. Rosemary Grant, Peter R. Grant, Leif Andersson. A beak size locus in Darwin’s finches facilitated character displacement during a drought, Science, 352: 470-474, 2016.