Ana sayfa 152. Sayı Darwin devrimi – 7: Balık genomlarının anlattığı türleşme öyküsü

Darwin devrimi – 7: Balık genomlarının anlattığı türleşme öyküsü

196
PAYLAŞ

Evrimsel biyolojinin vardığı son nokta itibarıyla, Darwin’in de favori tür oluşumu çerçevesi olan simpatrik türleşme sürecini ortaya koyan, Malawi gölü ve ona komşu diğer bir göldeki cichlid balıklarına ilişkin çalışma, hiç kuşkusuz, Darwin devriminin genomik düzeyden vardığı zirvenin bir örneğini oluşturuyor.

Yarattığı büyük bilimsel değişimi, kalıtımsal temeli bulunan tür içi biyolojik özellik değişimine yaptığı vurguyla gerçekleştiren Darwinci evrimsel biyolojinin tarihsel çerçevesiyle çok genel biçimde özetlediğimiz öyküsünün sonuna gelmiş bulunuyoruz. Bu son bölümde, aynı ortamda yaşayan ve ortak bir türden köken almış olan balık formlarının türleşme hakkında söylediklerini ifade eden yakın tarihli bir genom bilim çalışmasına odaklanacağız.

Harita üzerinde Malawi Gölü.

Ele alacağımız çalışma, Doğu Afrika’daki Rift Vadisi’nde yer alan en büyük göllerden birinde, Malawi’de başlayan, cichlid balıkları türleşmeler silsilesini ortaya koyan en son ve genom çaplı bir analizi konu alıyor. Devasa Malawi gölü ve muhtemelen, ona komşu bir diğer gölden köken alan bu büyük ve yaklaşık 5 milyon yıllık bir süreyi kapsamasıyla (1) evrimsel anlamda son derece hızlı gerçekleşen türleşmeler serisi, evrimsel biyolojinin uyumsal açılım olarak tanımladığı, çeşitli nedenler dolayısıyla önceki sakinlerinin geride bıraktığı ekolojik açıdan elverişli alanlara yenilerinin yerleşerek hızla farklılaşıp türleşmesinin çarpıcı bir örneğini oluşturuyor.(2) Özetleyeceğimiz çalışma ise, Malawi’den köken almış Cichlid balıklarının iki farklı formunun yer aldığı, Tanzanya sınırları dahilindeki, 700 metre çapındaki küçük bir krater gölündeki evrimleşmeye odaklanıyor ve türleşmenin ilk safhaları hakkında önemli bilgiler sağlıyor.(3) Massoko adını taşıyan bu küçük göldeki Cichlid balıklara odaklanan bu analizi diğerlerinden ayıran en önemli özellik, kullandığı yöntemin genom çaplı bir genetik varyasyona dayanmasında yatıyor: Balıklar arasındaki evrimsel farklılaşmaları bir ya da bir avuç gendeki genetik çeşitlilik miktarı üzerinden ortaya koymak yerine, bütün genomdaki genlerin ve genetik bölgelerin sahip olduğu genetik çeşitliliğin katkısıyla ortaya koymayı amaçlıyor. Çalışma, ayrıca, formlar arasındaki farklılaşmanın düzeyini genom üzerinden açtığı geniş bir pencereyle çok daha keskin hatlarla gösterebilmesinin yanı sıra, farklılaşmayı ölçmek için kullanılan genetik belirteçlerin genom çaplı genetik ilişkilenme haritalaması yapılmasına izin verişi nedeniyle, farklılaşmanın biyolojik ve evrimsel sebepleri üzerine doğrudan bilgiler de veriyor.

Derinliğin getirdiği farklar

Araştırıcılar ilk önce, Massoko gölünde odaklandıkları Cichlid formlarının ekolojik açıdan farklılıklarına dikkat çekiyorlar: Bu iki form, gölün farklı derinliklerinde yaşıyorlar ve her biri de bu farklı derinliklerin yarattığı özel çevresel koşulları ima eder şekilde renk ve büyüklük açısından da farklılaşmışlar. Gölün fazla ışık almayan, tabiri caiz ise gözün gözü görmediği 20-25 metrelik derin kısımlarında yaşayan formları, gölün yüzeye yakın, 5 metre kadar derinlikteki formlarından hayli farklılar: Derin formların erkekleri koyu mavi-siyah tonlu bir vücut rengine sahipken, yüzey formlarının erkekleri açık sarı renkli. Bu formlar ayrıca, vücut büyüklüğü, baş ve vücut şekli ve boğazlarındaki dişlerin genel yapısı itibarıyla da net biçimde birbirilerinden ayrılabiliyorlar. Formlar arasındaki, beslenme farklılıklarına dikkat çeken ve farklı derinliklerin ekolojik farklılıklarını ortaya koyduğu şüphe götürmeyen çarpıcı bir diğer fark ise, vücutlarındaki kararlı izotop oranlarının birbirinden farklı oluşu: Derin formların, daha çok kıyıdan uzakta yaşayan planktonlarla beslendiğinin açık kanıtı ortaya konuyor.

Astatotilapia calliptera adlı Cichlid balığı türünün erkek (solda) ve dişisi.

Çalışmanın bir sonraki aşamasında, aralarında çarpıcı morfolojik ve besinsel farklar bulunan bu iki formun genetik akrabalık hikayesi ortaya konuyor. Öncelikle, her iki formun da Astatotilapia calliptera adlı Cichlid türünden köken aldığı görülüyor. Derin ve yüzey formları, öyle görülüyor ki, bu türün Malawi gölü ve ilgili nehirlerindeki bireylerinden türemişler.

Bir diğer çarpıcı nokta ise, Massoko gölündeki bu derin ve yüzey formların  evrimleşme tarihlerine bakıldığında, derin formların yüzey formlarından genç olduğu ve dolayısıyla yüzey formlarından türemiş olması; bu küçük krater gölüne ulaşan A.calliptera bireylerinin bir kısmının zamanla gölün derin kısımlarına geçip yaşamayı başarmasıyla, bir başka deyişle doğal seçilim yoluyla derin kısımlarda yaşamayı başaranların hayatta kalmasını takip eden ileri farklılaşmayla bu formlar meydana gelmişe benziyor.

Çalışmanın genom çaplı genetik belirteçler kullandığından söz etmiştik. Bu belirteçler, genom boyunca yoğun biçimde dağılmış bulunan ve günümüzde insan dahil hemen tüm türler açısından genetik farklılaşmayı genom seviyesinde anlamayı mümkün kılan tekli nükleotid yer değişimlerini (SNP) ifade ediyorlar. Türlerdeki milyonlarca SNP üzerinden saptanan genetik farklılaşmaların evrimsel biyolojinin temel argümanları açısından da büyük bir ivme sağladığını hemen belirtelim.

Türleşme adacıkları

Çalışmadaki iki form arasındaki farkı ortaya koymak için bütün genomdaki SNPlerin taranmasıyla hesaplanan bir genetik farklılaşma değerinin ortaya koyduğu manzara ise oldukça etkileyici. Büyük evrimsel genetikçi Sewall Wrigth’ın kuramsal temelini hazırladığı FST adlı bir farklılaşma parametresinin hesabına dayalı bu değer, derin ve yüzey formlarının kromozomlarına dağılmış son derece belirgin genetik farklılaşma bölgelerinin, çalışmayı gerçekleştiren araştırıcıların tabiriyle “farklılaşma adacıklarının” varlığını açığa çıkarıyor.

Çalışmanın tamamlayıcı bir diğer bileşeni ise, formlar arasındaki eş seçimi farkına odaklanmış durumda. Araştırıcıların dizayn ettiği bir deneyde, derin formların dişilerinin hep derin form erkekleriyle, yüzey form dişilerinin ise hep yüzey erkekleriyle eşleşmeyi tercih ettiği gösteriliyor. Konumuz açısından çarpıcı bir nokta ise, eşleşme farklılaşmaları şeklinde ortay çıkan bu form temelli ayrımlaşmalar ile, en yüksek genetik farklılaşma düzeylerinin birbiriyle çakışması: dişilerdeki form temelli erkek tercihinin sıklığı genomik farklılaşma adacıklarının ortaya koyduğu farklılaşma büyüklüğüyle doğrudan ilişkileniyor. Bu durum, eş tercihinin önemli bir türleşme bileşeni olduğu düşünüldüğünde, araştırıcıların formlar arasındaki bu yüksek genomik farklılık bölgelerini “türleşme adacıkları” şeklinde adlandırmalarının haklılığını da işaret ediyor.

Çalışmanın son ayağında ise, genomdaki bu türleşme adacıkları dahilinde yer alan genlerin kimliği ve işlevlerine odaklanılmış. Genom boyunca elde edilen SNPlerin kullanılmasıyla gerçekleştirilen genom çaplı ilişkilendirme haritalaması sonucu saptanan genlerin yüzgeç, solungaç ve kıkırdak gelişimi biyolojisinde; ışığa duyarlılık ve görmeyle ilişkili fotoreseptör kodlayan genleri de içeren algı sistemlerinde; ve steroid hormon sinyal süreçlerinde iş gördükleri ortaya konuyor. Bu genlerin derin ve yüzey formlarının morfolojik ve ekolojik farklılıklarını büyük oranda yansıtıyor olması, eşleşme tercihinin form temeli de düşünüldüğünde, bu küçük gölde gerçekleşmekte olan türleşmeye, iki formdan farklı türlerin ya da belki de koyu renkli derin form yönünde -yüzey formundan köken alan- tek bir türün oluşumunun ilk safhalarına kuvvetle işaret ediyor.

Bununla birlikte, göldeki geniş manasıyla ekolojik koşulların değişmesini sağlayan olası faktörler düşünüldüğünde, bu farklılaşmaların mutlaka farklı türlerin oluşumuyla sonuçlanacağını söylemek elbette mümkün değil. Ancak burada söz konusu olan, tarihsel koşulların uygunluğu çerçevesinde yeni türlerin ortaya çıkacağı bir yolun genom düzeyindeki genetik çeşitliliğin söyledikleriyle net biçimde ortaya konabilmesidir.

Evrimsel biyolojinin vardığı son nokta itibarıyla, Darwin’in de favori tür oluşumu çerçevesi olan simpatrik türleşme sürecini ortaya koyan bu çalışma, hiç kuşkusuz, Darwin devriminin genomik düzeyden vardığı zirvenin bir örneğini oluşturuyor. Darwin devrimi, Türlerin Kökeni’ni takip eden 150 yılı aşan bir sürede bilim emekçilerinin yarattığı büyük birikimin izlerinde, gezegendeki en büyük gösteri olan biyolojik çeşitliliği yetkin biçimde izah etmeye bütün ışıltısıyla devam ediyor.

Kaynaklar

1) Martin J. Genner, Benjamin P. Ngatunga, Semvua Mzighani, Alan Smith ve George F. Turner (2015). Geographical ancestry of Lake Malawi’s cichlid fish diversity, Biol. Lett. 11: 20150232.http://dx.doi.org/10.1098/rsbl.2015.0232

2) George W. Barlow (2000). The Cichlid Fishes: Nature’s Grand Experiment in Evolution, Basic Books.

3) Milan Malinsky, Richard J. Challis, Alexandra M. Tyers, Stephan Schiffels, Yohey Terai, Benjamin P. Ngatunga, Eric A. Miska, Richard Durbin, Martin J. Genner ve George F. Turner (2015). Genomic islands of speciation separate cichlid ecomorphs in an East African crater lake, Science 350: 1493-1498.