Elektrikli Balıklar, Elektrik Organlarını Nasıl Evrimleştirdi?

Yeni bir çalışma, küçük genetik değişikliklerin elektrikli balıkların elektrik organları evrimleştirmesini nasıl sağladığını açıklıyor. Bu bulgu, bilim insanlarının bazı insan hastalıklarının arkasındaki genetik mutasyonları saptamasına da yardımcı olabilir.

Elektrikli organlar, elektrikli yılan balığı gibi elektrikli balıkların her türlü şaşırtıcı şeyi yapmasına yardımcı olur: Elektrik sayesinde kuş şarkılarına benzer sinyaller gönderip alırlar, diğer elektrikli balıkları türe, cinsiyete ve hatta bireysel olarak tanımalarına yardımcı olurlar.

Science Advances’teki yeni bir çalışma, küçük genetik değişikliklerin elektrikli balıkların elektrik organları evrimleştirmesini nasıl sağladığını açıklıyor. Bu bulgu, bilim insanlarının bazı insan hastalıklarının arkasındaki genetik mutasyonları saptamasına da yardımcı olabilir.

Evrim, elektrik organları geliştirmek için balık genetiğinin tuhaflığından yararlandı. Tüm balıklar, sodyum kanalları adı verilen küçük kas motorları üreten aynı genin kopya versiyonlarına sahiptir. Elektrikli balıklar, elektrik organlarını evrimleştirmek için kaslardaki sodyum kanalı geninin bir kopyasını kapattı ve diğer hücrelerde açtı. Tipik olarak kasların kasılmasını sağlayan küçük motorlar, elektrik sinyalleri üretmek için yeniden tasarlandı ve işte! Şaşırtıcı yeteneklere sahip yeni bir organ doğdu.

(İlgili: Ahtapotların ve Yengeçlerin Duyguları Var mı?)

Austin’deki Texas Üniversitesi’nde sinirbilim ve bütünleştirici biyoloji profesörü ve çalışmanın ilgili yazarı Harold Zakon, “Bu heyecan verici çünkü gendeki küçük bir değişikliğin açığa vurulduğu yeri nasıl tamamen değiştirebileceğini görebiliyoruz.” diyor.

Yeni makalede, araştırmacılar, bu sodyum kanalı geninin, genin herhangi bir hücrede açığa vurulup vurulmadığını kontrol eden, yaklaşık 20 harf uzunluğundaki kısa bir bölümünü keşfetmeyi anlatıyor. Araştırmacılar, elektrikli balıklarda bu kontrol bölgesinin ya değiştiğini ya da tamamen eksik olduğunu doğruladılar. Ve bu nedenle, elektrikli balıkların kaslarında iki sodyum kanalı geninden biri devre dışı bırakılır. Ancak sonuçlar, elektrikli balıkların evriminin çok ötesine geçiyor.

Zakon, “Bu kontrol bölgesi, insanlar dahil çoğu omurgalıda bulunur. Bu nedenle, insan sağlığı açısından bir sonraki adım, normal insanlarda ne kadar varyasyon olduğunu ve bu bölgedeki bazı delesyonların veya mutasyonların hastalığa neden olabilecek sodyum kanallarının ekspresyonunun azalmasına yol açıp açmayacağını görmek için insan genlerinin veri tabanlarında bu bölgeyi incelemek olacak.” diyor.

Çalışmanın ilk yazarı, araştırma sırasında Zakon’un laboratuvarında araştırma teknisyeni olan ve şu anda Utah Üniversitesi’nde doktora adayı olan Sarah LaPotin. Zakon’a ek olarak, çalışmanın diğer kıdemli yazarları, UT Austin’de moleküler biyoloji profesörü olan Johann Eberhart ve Michigan Eyalet Üniversitesi’nde bütünleştirici biyoloji doçenti Jason Gallant.

Zakon, bir elektrik organının evrimleşebilmesi için sodyum kanalı geninin kasta kapatılması gerektiğini söylüyor. “Hem kastaki hem de elektrik organındaki geni çalıştırsalardı, elektrik organındaki sodyum kanallarında meydana gelen tüm yeni şeyler kasta da meydana gelirdi. Bu nedenle, genin kaslara zarar vermeden gelişebileceği elektrik organındaki ifadesini izole etmek önemliydi.”

Dünyada iki grup elektrikli balık var – biri Afrika’da, diğeri Güney Amerika’da. Araştırmacılar, Afrika’daki elektrikli balıkların kontrol bölgesinde mutasyonlara sahip olduğunu, Güney Amerika’daki elektrikli balıkların ise bu mutasyonu tamamen kaybettiğini keşfettiler. Her iki grup da, iki farklı yoldan olsa da, bir elektrik organı evrimleştirmek için aynı çözüme ulaştı – kasta bir sodyum kanalı geninin ekspresyonunu kaybettiler.

Araştırmanın bir bölümünde kullanılan Güney Amerika’dan elektrikli balıkları besleyen Gallant, “Hayatın kasetini geri sararsanız ve oynat düğmesine basarsanız, aynı şekilde mi oynatılır yoksa ileriye doğru yeni yollar mı bulur? Evrim tekrar tekrar aynı şekilde çalışır mı?” diyor.

“Elektrikli balıklar, bu inanılmaz özellikleri defalarca geliştirdikleri için bu soruyu yanıtlamaya çalışalım. Bu makalede, bu sodyum kanalı genlerinin elektrikli balıklarda nasıl tekrar tekrar kaybolduğunu anlamaya çalıştık. Gerçekten ortak bir çalışmaydı.”

Araştırmacıların yanıtlamayı umduğu sonraki sorulardan biri, kontrol bölgesinin elektrik organındaki sodyum kanallarını açmak için nasıl evrimleştiği.

University of Texas at Austin. 1 Haziran 2022.

Makale: LaPotin, S., Swartz, M. E., Luecke, D. M., Constantinou, S. J., Gallant, J. R., Eberhart, J. K., & Zakon, H. H. (2022). Divergent cis-regulatory evolution underlies the convergent loss of sodium channel expression in electric fish. Science Advances, 8(22), eabm2970.