Bilim insanları, farklı balık soylarında elektrik organlarının nasıl ortaya çıktığını inceleyerek, uzun süredir devam eden evrimsel biyoloji sorusuna yeni bakış açıları kazandırıyor.
Elektrikli yılan balığı (Electrophorus electricus), Güney Amerika'da yaşamını devam ettirmek için elektrik üreten bir kaç tatlı su balığından biri. Amerika’nın karşı tarafında; Afrika'daki balıklar da elektrik organlarının gelişim operasyonlarının moleküler ayrıntıları farklı olsa da, benzer elektrik organlarını bağımsız olarak geliştirdiler.
Amazon Nehri'nin bulanık sularında yaşayan elektrikli yılan balığı, aynı sularda dikkatsiz ve keyifli bir şekilde yüzen kurbağa gibi diğer küçük avlarla beslenir. Suda tembelce yüzen avı sersemletmek için 600 voltluk bir elektrik darbesi salan elektrikli balığın bu avlanma taktiği diğer balıklardan ayırt edicidir. Elektrikli yılan balıkları daha düşük voltlu elektrik impulslarını kendi türleriyle iletişim kurmak için de kullanırlar.
Bilimsel bir gözle baktığımızda, elektrik üretmek gibi faunanın geri kalanına göre olağandışı bir yeteneği paylaşan canlıların yakından ilişkili olması beklenir. Bununla birlikte Güney Amerika ve Afrika gibi birbirine oldukça uzak kıtalardaki büyük nehirlerde yaşayan balıklar altı farklı taksonomik gruba ayrılıyor. Hatta denizde yaşayan üç soy daha var.
Science Advances'te yayınlanan yakın tarihli bir makale, bu çok merak edilen evrimsel gizemi çözmeye yardımcı oluyor. Austin, Texas Üniversitesi'nde bütünleştirici bir biyolog ve çalışmanın ortak yazarı Harold Zakon, “Çoğu biyologun yaptığı gibi, gerçekten sadece Darwin'i takip ediyoruz” dedi.
Teksas'taki ekibi ve Michigan Eyalet Üniversitesi'ndeki meslektaşları, genomik ipuçlarını bir araya getirerek, yaklaşık 120 milyon yıllık evrim ve 1.600 mil okyanusla ayrılmış elektrikli balık soylarında çarpıcı biçimde benzer elektrik organlarının nasıl ortaya çıktığını ortaya çıkardı. Görünen o ki, bir elektrikli organı geliştirmenin birden fazla yolu var, ancak doğanın geri dönmek için bazı favori kısa yolları ve hileleri var.
Zakon'un grubunun incelediği Güney Amerika ve Afrika balıkları, vücutlarının büyük bölümünde uzanan özel elektrik organlarından alıyor. Organlardaki elektrosit adı verilen modifiye edilmiş kas hücreleri, sodyum iyonu gradyanları oluşturuyor. Elektrositlerin zarlarındaki sodyum kapısı proteinleri açıldığında, bu bir akım patlaması üretiyor. Zakon buna Hayal edebileceğiniz en basit sinyal diyor.
Bu elektrik sinyalleri kasta hareketleri sağlamak ve kasılmaya yardımcı olmak için hücreler arasında ve kasların içinden akar; ancak elektrik organlarında dışa doğru yönlendirilir. Her şokun gücü, aynı anda kaç elektrosit ateşlediğine bağlıdır. Elektrikli balıkların çoğu bir seferde yalnızca birkaç elektrosit ateşler, ancak balıklar beklenmedik kadar yüksek sayıda elektrik hücresi içerdiğinden küçük avları öldürecek kadar güçlü voltajları üretebilirler.
Yeni çalışmada, Zakon, eski araştırma teknisyeni Sarah LaPotin (şu anda Utah Üniversitesi'nde doktora adayı) ve diğer meslektaşları, balıkların genomik tarihini izleyerek bu elektrik organlarının evriminin önemli bir yönünü yeniden yapılandırdı.
320 milyon ila 400 milyon yıl önce, teleost olarak sınıflandırılan tüm balıkların atalarının, tüm genomunu kopyalayan nadir bir genetik kazadan sağ çıkmasıyla başladı. Tüm genom kopyaları genellikle omurgalılar için ölümcüldür. Ancak genomdaki her şeyin gereksiz kopyalarını oluşturdukları için, kopyalar daha önce kullanılmayan genetik olasılıkları da açabilir. North Carolina State Üniversitesi'nde sistem biyoloğu olan ve çalışmaya dahil olmayan Gavin Conant, Birdenbire yeni bir gen yerine tamamen yeni bir yol yapma kapasiteniz var dedi.
Teleost olan günümüzün tatlı su elektrikli balıklarının daha yeni ataları için; kopyalama, önemli bir sodyum pompası için bir genin fazladan bir kopyasına sahip oldukları anlamına geliyordu. Bir kopya kas hücrelerinde çalışmaya devam etti; Elektrositler üzerinde ayırt edici elektriksel özellikler kazandıran ikinci edinilmiş mutasyonlar.
Ancak en önemlisi, herhangi bir elektriksel organa özgü uyarlamalar benimsenmeden önce, genin ikinci kopyasının ilk olarak kas hücrelerinde devre dışı bırakılması gerekiyordu - aksi takdirde ortaya çıkan elektrosit yetenekleri harekete müdahale ederdi. Zakon ve meslektaşları, elektrikli balığın geni nasıl kapattığını incelediklerinde, farklı elektrikli balık soylarının bunu farklı şekilde yaptığını keşfettiklerinde şaşırdılar.
Afrika balıklarının kas dokusunda, sodyum pompası geni hala işlevseldi ancak anahtarsız bir kilit gibi, kas dokusunun yapmadığı yardımcı moleküller olmadan harekete geçemiyordu. Güney Amerika balıklarının çoğunda, pompa sadece kaslardan eksikti - sodyum pompası geni büyük ölçüde etkisizdi çünkü kastaki sodyum pompasının ifadesini özel olarak artıran temel bir kontrol elemanı eksikti. Güney Amerika balıklarının tuhaf bir soyunda, gen hala kasta işlev görüyordu. Genç balıklarda geçici olarak etkisizdi, ancak tamamen farklı bir dizi gen, balık olgunlaştıkça elektrik organındaki sodyum kanalının kontrolünü ele geçirdiğinde tekrar açıldı.
Yakınsak evrimin ders kitabı örneğinde, çeşitli balık soyları bağımsız olarak kas dokularını elektriksel organlar oluşturmak için değiştirme stratejisine başvurdular ve hatta bunu sodyum pompalarını farklı dokularda seçici olarak çalıştırarak yaptılar. Ancak pompaları tam olarak nasıl düzenledikleri konusunda ayrıldılar.
Austin, Texas Üniversitesi'nde moleküler biyolog ve yeni çalışmanın ortak yazarlarından biri olan Johann Eberhart, çoğu zaman, bilim adamları bir yakınsak evrim vakasını araştırdıklarında, özelliklerin temelde aynı mekanizma tarafından ortaya çıktığını açıkladı. Ama bu oldukça farklıydı, dedi. Ve bence bu heyecan verici.
Conant, kendi grubunun araştırmasında yeni bulguların “gördüklerimizi yansıttığını” belirtti. Laboratuvarı, diğer teleost balıklarının sinirler ve kaslar arasında sinyal göndermek için bazı çift genleri kaybederken, bazı elektrikli balık soylarının onları koruduğunu keşfetti. Elektrik organlarını doğrudan gönüllü kontrol altına alan bu anahtar genler olmasaydı, elektrikli yılan balıkları kendilerine özgü güçlü zaplarını geliştiremezlerdi.
Zakon ve meslektaşları, sodyum pompası genlerinde buldukları kontrol bölgesinin potansiyel önemiyle de ilgileniyorlar, çünkü tam olarak hangi dokuların proteini ifade ettiğini belirliyor gibi görünüyor. Aynı kontrol bölgesi, insanların ve diğer omurgalıların sodyum pompalarında da görülür. Hücrelerimizdeki pompa aktivitesini etkileyen mutasyonların, miyotoni adı verilen kas zayıflığı durumu gibi çeşitli sağlık sorunlarına neden olması veya katkıda bulunması mümkündür.
Yeni araştırma, elektrikli balıklarda sergilenen yakınsama ve uzaklaşma örneklerinden sadece birkaçına değiniyor. Bazı Güney Amerika soyları, değiştirilmiş kas hücreleri yerine değiştirilmiş nöronları kullanarak hafif şoklar üretiyor. Okyanuslardaki bazı elektrikli balıklar daha tuhaf elektrik çarpması stratejileri geliştirdiler; örneğin Kurbağabalığıgillerden (Uranoscopidae) Stargazer, gözlerindeki değiştirilmiş kaslardan elektrik şoklar uyguluyor.
Ancak Zakon için, biyolojinin temel bir bulmacasını çözmede en çok yardımcı olan yakınsak çözümler. Evrimin gidişatını geri sarabilseydiniz, aynı şekilde mi devam ederdi? Eşsiz bir yeniliği görmek “büyüleyici dedi, ancak Oraya ulaşmanın tek bir yolu var mıydı? sorusuna cevap vermiyor” dedi. balık, biyolojinin ne kadar öngörülebilir ve ilginç olabileceğine dair çok daha zengin bir görüş sunuyor.
Kaynak: quantamagazine.org
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder