Bazı Kuşlar Uçma Yetilerini Nasıl Kaybettiler?

Giriş

Bilim insanları, genleri kontrol eden gizemli DNA’yı suçluyor.

Bazı kuş türleri, kalıcı olarak yere sabitlidirler. Yeni çalışmalar genleri kontrol altına almış DNA’daki kesilmeler yüzünden bu yönde evrilmiş olabileceklerini gösteriyor.

Karinasız denilen bir kuş grubuna ait olan; koşucu devekuşları, devekuşları, kivi kuşları, Amerikan devekuşları, tepeli devekuşları ve keklikler (Nesli tükenmiş dev devekuşları ve fil kuşları da bu gruba dahildir.) arasından, sadece keklikler uçabilir. Bilim insanları, neden çoğunun uçamadığnı öğrenmek amacıyla hepsinin düzenleyici DNA’larını incelediler. Araştırmacılar, düzenleyici DNA’daki mutasyonların karinasızların uçma yetilerini kaybetmelerine sebep olduğunu buldular. Bu mutasyonun, kuşların aile ağacının 5 farklı dalını da etkilemiş olduğu gözlemlendi. Araştırmacılar, sonuçlarını 5 Nisan’da Science’da açıkladılar.

Düzenleyici DNA, genleri kontrol eden DNA’dan bile daha gizemli durumdadır. Bu kontrolcü DNA’nın evrimi nasıl yürüttüğü alanında çalışmak, birbirine bu kadar yakın türlerin nasıl bu kadar farklı özellikler geliştirdiğini anlamamıza ışık tutabilir.

Kontrolcü DNA

Genler, protein yapmak için gerekli talimatları tutan DNA parçalarıdır. Böylece, proteinler de vücudun içindeki görevleri yerine getirirler. Ama düzenleyici DNA protein yapıcı talimatları taşımaz. Onun yerine, genlerin ne zaman aktif olup olmayacağını kontrol eder.

Araştırmacılar uzun zamandır, uçma yetisini kazanmak ya da kaybetmek gibi büyük evrimsel değişikliklerin nasıl oluştuğunu tartışıyorlardı. Sebebi bu özelliğe bağlı protein yapıcı genlerdeki mutasyonlar (değişiklikler) mı? Yoksa daha da gizemli olan düzenleyici DNA’daki kesilmeler mi?

Bilim insanları, sık sık proteinler için kodlamaları veren genlerdeki farklılıkların evrim için önemini vurguladılar. Örneğin, önceden yapılan bir çalışma tek bir gendeki mutasyonun Galapagos karabatakları olarak bilinen uçamayan kuşların kanatlarını küçülttüğünü ortaya koydu.

Camille Berthelot; genel olarak, proteinleri değiştiren mutasyonların düzenleyici DNA’daki değişikliklere göre daha fazla zarar verdiğini söylüyor. Buda, o değişiklikleri fark etmeyi daha kolay kılıyor. INSERM olarak bilinen Fransız ulusal medikal araştırma enstitüsünde evrim genetikçisi olan Berthelot, bir proteinin vücutta birçok farklı görevi olduğunu ve böylece, bu proteinin üretildiği her yerde, farklı bir sonucu olabileceğini söylüyor.

Sonuç olarak, DNA’nın birçok parçası bir genin aktivitesini düzenlemeye yardımcı olabilir. Kontrolcü DNA’nın her bir parçası sadece bir ya da birkaç dokuda işe yarayabilir. Buda, düzenleyici parçadaki bir mutasyonun fazla hasar verememesi demek. Böylece, hayvanlar evrildikçe DNA’nın bu parçasındaki değişiklikler toplanıyor.

New Jersey West Long Branch’deki Monmouth Üniversitesinde çalışan evrim genetikçisi Megan Phifer-Rixey, “Fakat bu aynı zamanda büyük evrimsel değişikliklerde düzenleyici DNA’nın etkisini ayırt etmeyi de çok zor kılıyor.“ diyor. DNA’nın bu parçalarının hepsi birbirinin aynısı değil. Ve hepsi türden türe çok değişmiş olabilir.

Soldan sağa; devekuşu, Amerikan devekuşu, dev devekuşu, keklik

Devekuşları, Amerikan devekuşları ve dev devekuşu denilen nesli tükenmiş kuşlar uçamazlar. Kanat kemikleri ya yoktur ya da kekliğin tersine kanat kemikleri vücutları için çok küçüktür. Keklik, diğer kuşlarla bağlantılı uçabilen bir kuştur. Bu fotoğrafta, uçamayan kuşların göğüs kemikleri gözüküyor (göğüste aşağıda kalan kemik). Ama, uçma kaslarının bağlandığı omurga kemiği olarak bilinen başka bir kemikleri eksik. Uçamayan kuşların genellikle uçabilen kuşlara oranla daha büyük vücutları ve daha uzun bacakları vardır. Yeni araştırmalar bu özelliklerden bazılarının düzenleyici DNA’daki değişikliklere bağlı olduğunu savunuyor.

Mutasyonları Haritalamak

Scott Edwards ve meslektaşları, 11 kuş türünün genetik şifresini çözerek bu konunun üstesinden gelmeyi başardılar. ( Bu türlerin sekizi uçamayan kuşlardı.) Cambridge’de bulunan Harvard Üniversitesinde evrim genetikçisi olan Edwads: “Araştırmacılar, daha sonra bu genomları çoktan çözümlenmiş diğer kuşların genomları ile karşılaştırdılar. Bunların arasında devekuşu, beyaz-boğazlı keklik, kuzey adalarındaki kahverengi kivi kuşu, imparator ve Adelie pengueni gibi kuşlar da vardı. Ayrıca 25 tane uçabilen kuş türünü de eklediler.“ dedi.

Araştırmacılar,  düzenleyici DNA’nın kuşlar evrildikçe pek de değişmemiş esneklerini araştırıyorlardı. Bu sabitlik, DNA’nın dalga geçilmeyecek kadar önemli işler yaptığına dair bir ipucuydu.

Bilim insanları, düzenleyici DNA’da pek fazla değişmemiş 284.001 mutasyon buldular. Bunların arasından 2.355 tanesi, karinasız kuşlarda –diğer kuşlarda olmayan- beklenilen daha fazla mutasyona uğramışlardı.  Karinasız kuşlardaki bu yüksek sayıdaki mutasyon, oradaki kontrolcü DNA’nın genomlarına göre daha hızlı değiştiğinin bir göstergesiydi. Bu, kontrolcü kısımların işlevlerini kaybettikleri anlamına gelebilirdi.

Araştırmacılar, mutasyonların en yoğun şekilde ne zaman yaşandığını, yani evrimin en hızlı ne zaman gerçekleştiğini bulmayı başardılar. Bu zaman, kontrolcü DNA’nın işini yapmayı bıraktığı ve kuşların uçma yetilerini kaybettiği zamana denk geliyor olabilirdi. Edward ve takımı, karinasız kuşların uçma yetilerini en az 3 kere kaybettikleri sonucuna vardı. Bunun, 5 kere olmuş olabileceği dahi düşündüler.

Düzenleyici DNA’nın bu kısımları genelde kanat ve bacak gibi uzuv üreten genlere yakındır. Bu da daha kısa kanatlar üretilmesi için gende kesilmeler olduğu anlamına gelebilir. Bilim insanları civcivlerin hala yumurtanın içindeyken bir kontrolcü DNA parçasının (Kontrolcü DNA’nın bu parçasına hızlandırıcı denir.) bir geni aktif etmekte ne kadar başarılı olduğunu test ettiler.

Takım, uçabilen bir tür olan zarif ibikli keklikte bir hızlandırıcıyı denediler. Hızlandırıcı geni aktif etti. Ama araştırmacılar aynı hızlandırıcının başka bir versiyonunu, Amerikan devekuşundan denediklerinde, işe yaramadı. Bu da o hızlandırıcının kanat gelişimindeki rolünü kaybettiren değişiklikleri işaret ediyordu. Ve bilim insanları bundan Amerikan deve kuşlarının uçma yetilerini böyle kaybettikleri sonucunu çıkardılar.

Aile Ağacında Uçuş

 Bilim insanları hala karinasızların evrimsel hikayelerini açıklamaya çalışıyorlar. Neden keklikler hariç hiç biri uçamıyor? Hipotezlerden biri tüm türlerin uçma yetilerini kaybettiği, ancak kekliklerin sonradan tekrar kazandığı kanısında. Fakat, Edwards bunun pek akla yatkın olmadığını söylüyor. Bunun yerine, karinasızların atalarının uçabildiklerini düşünüyor. Keklikler bu özelliği sakladı, ama bağlantılı diğer kuşlar çoğunlukla düzenleyici DNA’larındaki değişiklikler yüzünden bu özelliklerini kaybetti. “İçgüdüm bana uçma yetisini kaybetmenin aslında o kadar zor olmadığını söylüyor.“ diye ekliyordu Edward.

Edwards, kuşların aile ağacının dışında uçuşun sadece birkaç kez evrildiğini söylüyor. Sadece; teruzorlarda, yarasalarda ve belki birkaç kez böceklerde evrildi. Kuşlar da, uçuş yetilerini birkaç kez kaybettiler. Uçuşun kaybedildikten sonra tekrar kazanıldığını gösteren hiçbir örnek yok diye ekliyor.

New Jersey’deki Princeton Üniversitesinde evrim biyoloğu  Luisa Pallares’i yeni bilgiler ikna etmiyor. Araştırma evrim için hangisinin daha önemli olduğunu soruyor; düzenleyici DNA’daki değişimler mi yoksa protein kodu taşıyan DNA’daki değişimler mi? Pallares, “Ben bunu yapmakta bir amaç göremiyorum.“ diyor. İki       türlü değişimin de yaşandığını ve evrimi şekillendirmekte eşit derece önemli olabileceklerini ekliyor.

Kaynak: https://www.sciencenewsforstudents.org/article/how-some-birds-lost-ability-flyv

Editör: Meryem GÖKOĞLU