Evrimsel Genetik Çalışmalarına Bir Örnek

Evrim çalışmalarında sıklıkla kullanılan bir model organizma olan dikence balığı (Gasterosteus aculeatus, üç dikenli balık, three-spined stickleback), son yapılan bir araştırmayla paralel evrim çalışmalarına ışık tuttu.

[BAA - Biyolojik Hareket ve Evrim/ Özge Şahin]

Ocak ayında (2019) Evolution Letters Dergisi’nde çıkan bir çalışmaya göre benzer çevresel koşullarda yaşayan dikence balığı (Gasterosteus aculeatus) izole popülasyonlarına (belirli bir zaman ve mekanda aynı türe ait bireylerin oluşturduğu topluluk) ait genetik analizler bu balık popülasyonlarının benzer şekilde gelişim gösterdiğini ortaya koydu.

Paralel Evrim Nedir?

Paralel evrim, birbirinden farklı olup ancak yakın bir ortak atayı paylaşan türlerin yine birbirlerinden bağımsız, fakat benzer şekilde evrimleşmesi olarak ifade edilmektedir. Burada benzer çevresel seçilim baskısından (belli bir türdeki bireylerin hayatta kalma ve üreme başarılarını arttırmak amacıyla gösterdikleri çeşitli faktörler) dolayı uzun süre aynı bölgede yaşanması sonucu benzer yapısal özelliklerin gelişimi söz konusu. Bu evrimsel süreçte canlılar gösterdikleri ortak özellikleri, özellikle genetik düzeyde de ifade ettikleri için, benzer seçilim süreçlerinde benzer evrimsel değişiklikler meydana getirmektedir.

İzole Popülasyonlar Benzer Karakterler Gösteriyor

Doğada birbirlerinden bağımsız olarak aynı özellikleri ortaya çıkaran pek çok canlı mevcut. Burada benzer çevresel koşullara yukarıda açıklandığı gibi benzer şekilde adaptasyon mekanizmasının işlenmesi önemli rol oynamaktadır. Ancak böyle benzer popülasyonların genetik varyantlarının evriminde bu mekanizmanın işleyişi henüz çok iyi aydınlatılmadı. Basel Üniversitesi’nden ve Nottingham Üniversitesi’nden oluşan araştırma grubu yaptıkları bir çalışmayla dikence balığı genomunu inceleyerek paralel evrimin genetik alt yapısına ışık tutuyorlar.

Dikence balığı, evrim çalışmalarında oldukça popüler olan bir model organizma.  Çünkü bu balık çok farklı habitatlara (herhangi bir canlının yaşadığı ya da yetiştiği, kendine ait özellikleri olan yaşam alanı) adapte olmayı başarmış ve türlerin ortak ataları (ki okyanusta yaşıyorlar) bugün hala varlığını sürdürmekte. Araştırmacılar da bütün bu özellikleri nedeniyle model organizma olarak birden fazla sayıda dikence balığı popülasyonu ile çalışmışlar.

Habitat olarak ise bu balıkların 8000-1000 yıl önce kendilerine habitat olarak seçmiş oldukları North Uist Adası’ndaki çeşitli bazik ve asidik göller (Şekil 1A) ile denizlerdeki ataları ele alınmıştır. Habitatlar arasındaki pH (çözeltideki asitlik bazlık derecesini ifade eden ölçü birimi) ve kalsiyum konsantrasyonuna ilişkin farklılıklar Şekil 1B’de gösterilmiştir. Bilindiği üzere asidik göller, bazik göllere kıyasla denizlerden daha farklı bir ekolojik sisteme sahiptir. Bu da asidik göllerde yaşayan balıkların fenotipik (genetik yapı ve çevre etkisi sonucu ilgilenilen özellik bakımından canlıda ortaya çıkan durum) olarak denizlerde yaşayan atalarına göre çok farklılaştığını ortaya çıkarıyor (Şekil 1).

Çalışmada balıklar üzerinde bazik ve asidik göllerdeki ayrımların çeşitli özellikler üzerinde göstermiş olduğu ekolojik ve fenotipik paralelliğin, genom düzeyinde de temsil edilip edilmediği araştırılmıştır. Her üç habitattan alınan alınan örneklerle yapılan SNP (Single Nucleotide Polimorphism - Tek Nükleotid Polimorfizmi; DNA dizisinde tek nükleotit değişikliği sonucu meydana gelen çeşitlilik) analizlerine göre bu durumun cevabı bulunmuştur. Elde edilen veriler ışığında asidik göllerde yaşayan balıkların atalarıyla daha az sayıda ortak özelliğe sahip olduğu, ancak bazik göllerde yaşayan balıkların ise atalarıyla daha fazla sayıda ortak özelliğe sahip olduğu sonucuna varılmış (Şekil 1).

Sonuçlar Ne Söylemektedir?

North Uist Adası’ndaki hem doğu hem de batı göllerinde çalışılan birden fazla balık popülasyonu sonuçları şunları göstermiş: Balıklar birbirlerinden bağımsız olarak fakat benzer şekillerde alkalik ya da asidik habitatlara adapte olmuşlardır. Ayrıca balıkların habitatlara göre gözlemlenen farklı özelliklerinin yine genetik havuzlarındaki benzer değişimler sonucu ortaya çıktığı gösterilmiştir. Araştırmacıların burada çalışma sonuçlarına bağlı olarak özellikle vurguladığı nokta şudur: Belli özelliklere sahip habitatlarda görülen genom değişimleri evrimi tahmin edebilmeyi sağlayabilir.

Denizlerde yaşayan dikence balığı atalarıyla yapılan genetik analizler, asidik ya da bazik sulara adapte olmayı kolaylaştıran genetik varyantların, hepsinin atasal genomlarda bulunduğunu göstermiştir. Dolayısıyla ortaya çıkan benzer yaşam formları rastgele ortaya çıkmamış; genomda zaten mevcut olan avantajlı konumdaki genetik varyantların öngörülebilir bir şekilde sıralanmasıyla farklı popülasyonlarda birbirlerinden bağımsız olarak meydana gelmiştir.

Kaynaklar

Haenal, Q., Roesti, M., Moser, D., MacColl, A. D. C. ve Berner, D. (2019). Predictable genome-wide sorting of standing genetic variation during parallel adaptation to basic versus acidic environments in stickleback fish. Evolution Letters, 1-15. DOI: 10.1002/evl3.99

A small fish provides insight into the genetic basis of evolution, ScienceDaily. Erişim adresi: https://www.sciencedaily.com/releases/2019/01/190130112722.htm Erişim tarihi: 09.02.2019

Görsel: https://canalrivertrust.org.uk/enjoy-the-waterways/fishing/fish-species/three-spined-stickleback