İlkel Balıklara Düşündüğümüzden Çok Daha Fazla Benziyoruz

İnsanlar genelde kol ve bacak gibi uzuvlar ile akciğerlerin, omurgalıların sudan karaya geçişi ile ortaya çıktığını düşünür. Aslında hava solumanın ve uzuv hareketinin genetik temeli, 50 milyon yıl önce yaşayan balık atamızda zaten görülüyordu. Copenhagen Üniversitesi tarafından yürütülen bu çalışma, kendi evrimsel tarihimizdeki bir kilometre taşı hakkında olan fikirlerimizi değiştiriyor.

Elimizde, insanlar ve diğer omurgalıların balıklardan evrimleşmesine dair yeni bir bilgi yok. Geleneksel görüşe göre tetrapod (dört üyeli) olarak bilinen ilkel, kertenkele benzeri bir balık türü; yaklaşık 370 milyon yıl önce yalpalayarak karaya doğru yönelmişti. Bu anlayışa göre balık atalarımız, yüzgeçlerini kol ve bacaklara dönüştürerek ve su altı solunumundan hava solunumuna geçerek sudan karaya çıkmıştı.

Bununla birlikte, uzuvlar ve akciğerler aslında bir zamanlar inanıldığı kadar yeni gelişmeler değil. İlk tetrapodun karaya çıkışından 50 milyon yıl önce yaşamış ortak atamız olan balık, uzuv benzeri yapıların ve karaya çıkış için gereken hava solumanın genetik kodlarına zaten sahipti. Bu genetik kodlar günümüzde insanlarda ve bir grup ilkel balıkta hala bulunuyor.

Bu durum, Copenhagen Üniversitesi ve ortakları tarafından düzenlenilen son genomik araştırma ile ispatlandı. Yeni araştırma; bu atasal genetik kodların omurgalıların sudan karaya çıkışına katkıda bulunmuş olabileceğini, bu durumda bu büyük evrimsel sıçramanın sırası ve zaman çizelgesine dair geleneksel görüşlerde değişiklik meydana geleceğini bildiriyor. Çalışma, bilimsel bir dergi olan Cell’de yayımlanmış durumda.

(13 Milyon Yıllık Kafatası Ortak Atamızın Kuzenine Ait)

Copenhagen Üniversitesi Biyoloji Departmanı Villum Biyoçeşitlilik Genomik Merkezi’nde profesör olan, çalışmanın başyazarı Guojie Zhang, “Sudan karaya geçiş, evrimsel tarihimiz bakımından önemli bir kilometre taşı. Bu geçişin nasıl gerçekleştiğinin anlaşılmasında kilit nokta, akciğerler ile kol ve bacak gibi uzuvların ne zaman ve nasıl evrildiğini ortaya çıkarmak. Artık bu biyolojik fonksiyonlar altında yatan genetik temelin ilk hayvanların kıyıya çıkışından çok daha önce ortaya çıktığını kanıtlayabiliyoruz.” diyor.

Günümüzde yaşayan bir grup antik balık, tetrapodların uzuvlarını nasıl geliştirdiğini ve nasıl hava solumaya başladığını açıklayacak anahtarı elinde tutuyor olabilir. Bu balık grubu, Afrika’nın sığ tatlı su habitatlarında yaşayan çoksaçaklıgilleri de içerir. Bu balıklar; 420 milyon yıldan da uzun bir süre önce yaşamış ilkel balık atalarımızın sahip olduğu bazı özellikleri taşımalarıyla günümüzde yaşayan diğer kemikli balıklardan ayrılır. Hatta aynı özellikler, insanlarda bile varlığını sürdürür. Genomik dizileme yöntemi sayesinde araştırmacılar, akciğerlerin ve uzuvların gelişimi için gereken genlerin bu ilkel türlerde varlığını çoktan göstermiş olduğunu keşfetti.

Hareketli Eklemlerimiz, Balık Atamızdan Evrimleşti

Göğüs yüzgeçlerini hareket etmek için kullanan çoksaçaklıgiller, tetrapodlara benzer şekilde karada hareket edebilir. Araştırmacılar, birkaç yıldır, çoksaçaklıgillerdeki göğüs yüzgeçlerinin ilkel balık atalarımızdaki yüzgeçleri temsil ettiğine inanıyor.

Yeni gen haritalaması; çoksaçaklıgillerdeki metapterygium kemiğini (Işın yüzgeçli balıkların yüzgeçlerindeki üç bazal kıkırdağın arkası) göğüs yüzgecindeki önkol kemikleriyle birleştiren eklemin, insanlardaki hareketli eklemlerdekine -üst kol ve önkol kemiklerini birleştirenlere- benzediğini ortaya çıkardı. Hareketli eklemlerimizin oluşumunu kontrol eden DNA dizilimi, kemik balığının ortak atalarında uzun zamandır vardı ve günümüzde de bu ilkel balıklarda ve karasal omurgalılarda varlığını sürdürüyor. Bir noktada bu DNA dizilimi ve hareketli eklemler, yaygın olan -ve gerçek kemikli balıklar olarak da adlandırılan- kemikli balıklarda varlığını yitirdi.

“Bu genetik kod ve eklem, kemiklerimizin serbestçe hareket etmesini sağlıyor; bu, çoksaçaklıgillerin karada neden hareket edebildiğini açıklıyor.” diyor Guojie Zhang.

Önce Akciğerler, Daha Sonra Yüzme Kesesi 

Dahası, çoksaçaklıgiller ile diğer birkaç ilkel balık, anatomik olarak bizimkilere benzeyen bir çift akciğere sahip. Yeni çalışma, hem çoksaçaklıgiller hem de timsah balığındaki akciğerlerin benzer bir şekilde çalıştığını ve insan akciğerlerindekilerle aynı gen takımına sahip olduğunu açığa çıkardı.

Aynı zamanda çalışma, günümüzde yaşayan birçok balığın akciğer ve yüzme kesesi dokusunun gen ifadesi bakımından çok benzer olduğunu kanıtlıyor; bu durum Darwin tarafından ortaya atılan, akciğerler ile yüzme keselerinin benzer organlar olduklarını söyleyen görüşü de ispatlıyor. Fakat Darwin yüzme keselerinin akciğerlere dönüştüğünü söylese de çalışma, yüzme keselerinin akciğerlerden evrimleşmesinin daha kuvvetli bir ihtimal olduğunu ileri sürüyor. Araştırma, ilkel atalarımız olan kemikli balıkların ilkel fonksiyonel akciğerlere sahip olduğunu gösteriyor. Evrim sayesinde balıkların bir dalı, hava solunumuna daha uygun olan akciğerlerini korudu ve sonuç olarak tetrapodların evriminin önünü açtı. Diğer balık dalı ise akciğer yapısını değiştirdi ve yüzme keseleri geliştirdi; böylece teleostlar, yani gerçek kemikli balıklar evrimleşti. Yüzme keseleri bu balıkların suda batmamalarını ve basıncı ayırt etmelerini sağladı; böylece, su altında hayatta kalma şansları arttı.

“Çalışma, vücut organlarımızın nereden geldiği ve fonksiyonlarının genlerde nasıl şifrelendiği bakımından bizleri aydınlatıyor. Böylelikle akciğer ve uzuvlar ile ilişkilendirilen bazı fonksiyonların sudan karaya çıkış periyodunda ortaya çıkmadığını, aslında kıyıya çıkıştan çok daha önceleri balık atalarımızdaki bazı antik gen düzenleyici mekanizmalar tarafından şifrelenmiş olduğunu öğrendik. Bu genetik kodların günümüzde varlığını sürdüren ‘yaşayan fosil’ balıklarda hala görülüyor olması oldukça ilginç; bu sayede bu genlerin köklerinin izini sürebileceğimizi düşünüyoruz.” diye sonuçlandırıyor Guojie Zhang.

İlginç Gerçekler 1: Sadece Uzuvlarımız ve Akciğerlerimiz Değil, Kalplerimiz de Benziyor

İlkel balıklar ve insanlar aynı zamanda kardiyorespiratuvar (hem dolaşım hem solunum) sistemleri için kritik öneme sahip ortak bir fonksiyonu paylaşıyor: conus arteriosus olarak adlandırılan, kalbin sağ karıncığında bulunan ve kalbin oksijeni tüm vücuda etkin biçimde dağıtmasını sağlayan, aynı zamanda çoksaçaklıgillerde de bulunan bir yapı. Bununla birlikte kemikli balıkların büyük bir çoğunluğunda bu yapı kaybolmuş durumda.

Araştırmacılar, conus arteriosusun gelişimini kontrol ettiği düşünülen bir genetik element keşfetti. Fareler ile yapılan transgenik deneyler, araştırmacılar bu geni ortadan kaldırdığında mutasyona uğrayan farelerin daha ince ve daha küçük sağ karıncıklar nedeniyle öldüğünü gösterdi; inceleşen ve küçükleşen sağ karıncıklar, doğuştan gelen kalp rahatsızlıklarına ve riskli kalp fonksiyonlarına sebep oluyordu.

İlginç Gerçekler 2

Yaşayan balık türlerinin büyük çoğunluğu, kemikli balıkların bir alt sınıfı olan ışınsal yüzgeçliler içine dahil ediliyor. Bunlar tipik olarak solungaçlara, yüzgeçlere ve bir yüzme kesesine sahip balıklar.

Omurgalıların karasal grubu, tetrapodlar olarak adlandırılıyor. Tetrapodlar, karadaki yaşama dört uzuv ile akciğerler geliştirerek uyum sağlayabilen ilk hayvanlardan evrimleşen -tüm memeliler, kuşlar, sürüngenler ve amfibiler gibi- tüm omurgalıları içeriyor.

Araştırmacıların teorisine göre bu ilkel balıkların hava soluma kabiliyeti, 375 ila 360 milyon yıl önce gerçekleşen ikinci bir kitlesel yok oluştan sağ çıkmalarını sağlamıştı. O zaman Dünya’nın okyanuslarında meydana gelen oksijen azalışı, türlerin büyük bir kısmının yok olmasına neden olmuştu. Akciğerler, bazı balıkların karada yaşayabilmesini sağladı.

Çalışma, bilimsel bir dergi olan Cell’de yayımlandı. Araştırma ekibi, bir başka ilkel balık türünün -akciğerli balıkların- genomu hakkında yapılan başka bir çalışmaya da katkıda bulundu. Bu genom, şimdiye dek deşifre edilen en büyük omurgalı genomu olma özelliğine sahip. Bu çalışma da diğeriyle aynı zamanda Cell’de yayımlandı.

University of Copenhagen – Faculty of Science. 5 Şubat 2021.

Makale 1: Xupeng Bi, Kun Wang, Liandong Yang, Hailin Pan, Haifeng Jiang, Qiwei Wei, Miaoquan Fang, Hao Yu, Chenglong Zhu, Yiran Cai, Yuming He, Xiaoni Gan, Honghui Zeng, Daqi Yu, Youan Zhu, Huifeng Jiang, Qiang Qiu, Huanming Yang, Yong E. Zhang, Wen Wang, Min Zhu, Shunping He, Guojie Zhang. 2021. Tracing the genetic footprints of vertebrate landing in non-teleost ray-finned fishes. Cell. 

Makale 2: Kun Wang, Jun Wang, Chenglong Zhu, Liandong Yang, Yandong Ren, Jue Ruan, Guangyi Fan, Jiang Hu, Wenjie Xu, Xupeng Bi, Youan Zhu, Yue Song, Huatao Chen, Tiantian Ma, Ruoping Zhao, Haifeng Jiang, Bin Zhang, Chenguang Feng, Yuan Yuan, Xiaoni Gan, Yongxin Li, Honghui Zeng, Qun Liu, Yaolei Zhang, Feng Shao, Shijie Hao, He Zhang, Xun Xu, Xin Liu, Depeng Wang, Min Zhu, Guojie Zhang, Wenming Zhao, Qiang Qiu, Shunping He, Wen Wang. 2021. African lungfish genome sheds light on the vertebrate water-to-land transition. Cell.