Memeli Evriminde Omurga Gelişimi

Giriş

Harvard Üniversitesi ve Doğa Tarihi Müzesi tarafından yapılan bir çalışma, memeli evriminde oluşan omurgadaki değişikliklerin ne zaman ve nasıl olduğuna ışık tutmaktadır.

Memeli evrimini içeren araştırma; memelilerin soyu tükenmiş öncüleri olan sinapsidlerin (Memelilerle daha yakından ilişkili her hayvanı içeren bir hayvan grubudur.) omurgalarındaki uyarlanabilir baskıların ve gelişimsel değişikliklerin bir kombinasyonunun, bugün memelilerde görülen omurga çeşitliliği için zemin hazırladığını ortaya koymaktadır.

Araştırmacılar, kedi ve kertenkele gibi iki modern hayvanın ve sinapsid fosillerin CT taramalarının biyomekanik özelliklerini karşılaştırarak omurganın farklı bölgelerinin (veya bağımsız bölümlerinin) kademeli olarak birikmesinin tek başına karmaşıklığı açıklığı geleneksel kavramı değiştirdi. Yeni bulgular, bölgelerin (göğüs kafesi ve bel gibi) eğilme ve bükülme gibi yeni omurga işlevlerinden çok önce evrildiğini göstermektedir. Çalışma, mevcut fiziksel bölgelerle birlikte doğru seçici baskıların veya hayvan davranışlarının, benzersiz işlevlerinin evriminde önemli bir rol oynadığı fikrine işaret etmektedir.

Organizma ve Evrimsel biyoloji Profesörü ve Harvard’daki Omurgalı Paleontoloji müdürü Stephanie Pierce ve doktora sonrası araştırmacı Katrina Jones’un bulguları, insanlarda dahil olmak üzere memelilerin milyonlarca yılı aşkın nasıl evrimleştikleri konusundaki daha büyük soruyu ele almaktadır.

Örneğin, modern memeliler diğer omurga bölgelerini etkilemeksizin çeşitli şekil ve fonksiyonların sayısını ele alan bölümlere ayrılan omurga bölgelerini geliştirmişlerdir. Jones bunu, hayvanların yaşamlarını farklı biçimlerde uyum sağlamalarına izin vermiştir diye açıkladı.

Önceki araştırmalarda, yazarlar soyu tükenmiş memeli öncesi kara hayvanlarının evrim sırasında bu küçük ama farklı bölgeleri geliştirdiğini göstermişlerdir.

Memeli evriminde Pierce, “2018’de gösterebildiğimiz şey tüm omurların erken memeli atalarında çok benzer görünmesine rağmen ince farklılıklara sahip oldukları ve bu ince farklılıkların ayrı gelişim bölgeleri yarattığıydı.” dedi. ” Bu yeni çalışma ile gösterdiğimiz şey, bu ayrı bölgelerin fonksiyonel farklılaşmayı kolaylaştıran ham maddeyi sağladıkları için gerçekten önemli olduğudur. Temel olarak; bu farklı gelişim bölgelerine sahip değilseniz ve bir seçici basınç altındaysanız, tüm omurlar aynı şekilde adapte olacaktır.”

Uzun zamandır farklı omurga bölgeleri geliştirmenin, birçok fonksiyonu olan omurgaların gelişmesinde önemli bir adım olduğu düşünülmektedir.

Pierce ve Jones bunun yeterli olmadığını göstermektedir. Bu durumda omurgaya yeni istekler getiren oldukça aktif bir yaşam tarzının evrimsel bir tetikleyicisi de gerekliydi.

Jones, ” Oldukça temel bir evrimsel soru olan bir şeye ulaşmaya çalışıyoruz ki bu: Nispeten basit bir yapı, birçok farklı şey yapabilen karmaşık bir yapıya nasıl evrilir? Bu hayvanın davranışıyla ilgili gelişimin veya doğal seçilimin sınırlarıyla belirlenir mi?” dedi.

Araştırmacılar, iki hayvanın omurgalarını esasen evrimsel ve anatomik spektrumun zıt uçlarında karşılaştırdı.

Oldukça gelişmiş omurga bölgelerine sahip kedi ve oldukça düzgün bir omurgaya sahip olan bir kertenkele. Her bir hayvanın omurga eklemlerinin omurların formunun işlevlerini nasıl yansıttığını ölçmek için farklı yönlerde basıl eğildiklerine baktılar. Bazı omurga bölgelerinin birinden diğerine farklı işlev görebildiklerini, diğerlerinin ise çalışmadığını; örneğin, kertenkele omurgası birkaç farklı bölgeden oluşuyordu ancak hepsi aynı şekilde davrandı.

Doğa Tarihi Müzesinden Kenneth Angielczyk de dahil olmak üzere araştırmacılar, odaklarını farklı bölgelerin memelilerin evriminde farklı işlevler göstermeye başladığını bulmaya yöneltti. Kedi ve kertenkele verilerini aldılar, omurgadaki iki eklem farklı görünüyorsa, farklı işlevlere sahip olma eğiliminde olduklarını gösterdiler. Bununla birlikte, bu fosillerdeki omurga fonksiyonunun zaman içinde nasıl değiştiğini haritaladılar.

Angielczyk, ” Memelilerin en eski ataları, bu hayvanların yaklaşık 320 ile 250 milyon yıl önce yaşadığını göz önüne alarak oldukça iyi bir fosil kaydına sahipler.” dedi.

Araştırmacılar, farklı işlevleri yerine getirebilen gelişim bölgelerine sahip olmasına rağmen, bugün memelilerde görülen fonsiyonel varyasyon seviyesinin sinapsid evriminde geç saatlere kadar tutulmaya başlamadığını bulmuşlardır.

Jones, ” Daha sonra belki de bu [bu geç sinapsidlerde] tetiklenmesine yardımcı olan bazı yeni memeli davranışlarının evrimi olduğunu ve zaten orada bulunan bölgeleri sömürebilecek doğal seçilimi sağladığını varsaydık.” dedi.

Bulguları, bu fonksiyonel çeşitliliğin meydana geldiği grubun – doğrudan memelilerden önce gelen sinodontların – bir memeli gibi nefes alabilecekleri kanıtları da dahil olmak üzere bir dizi memeli özelliğine  sahip olduğu gözlemlerine uymaktadır. Araştırmacılar, bu memeli benzeri özelliklerin omurgadan ve kaburgalardan nefes alma işini yeni gelişen diayfram kasına kaydırdığını ve omurganın eski bir biyomekanik kısıtlamadan kurtulduğuna inanmaktadırlar. Bu, omurganın tüylerini temizlemesi gibi ilginç yeni davranışlara uyum sağlamasını ve yeni işlevler almasını sağladı.

Pierce ve Jones için bir sonraki adım, soyu tükenmiş hayvanlarda bu işlevlerin nasıl göründüğünü açıklığa kavuşturmaktır.

Bu çalışma Nature Ecology and Evolution da yayınlanmıştır.

Daha fazla bilgi için: Regionalization of the axial skeleton predates functional adaptation in the forerunners of mammals, Nature Ecology & Evolution, DOI: 10.1038/s41559-020-1094-9 , https://nature.com/articles/s41559-020-1094-9

Makale Kaynağı: Nature Ecology and Evolution

Kaynak: https://phys.org/news/2020-02-spines-mammalian-evolution.html

Editör: Meryem Melisa KAR