Omurganın Evrimi Sırt Problemlerimizi Körükledi

Fosiller üzerinde karşılaştırmalı olarak yapılan araştırma, memelilerde görülen bölgeselleşmiş omurganın evrimsel tarihini açığa çıkarıyor. Bu bölgeselleşme aynı zamanda günümüzde yaşadığımız sırt ağrılarının kaynağını da işaret ediyor olabilir.

Dimetrodon (sağda) gibi uzak memeli atalarının üç, farenin (solda) ise beş omurga bölgesi vardır. C: K. Jones et al., Science

Koşup tırmanmak ve derince nefes almak gibi becerileri omurganızla bağdaştıramayabilirsiniz. Oysa ki memeliler bu kabiliyetleri, her biri özelleşmiş işlevlere sahip beş ayrı bölgeden oluşan omurgalarının karmaşık yapılarına borçludur. Omurgalı paleontoloğu Stephanie Pierce ve doktora sonrası araştırma görevlisi Katrina Jones, Science’de yayımladıkları memelilerin yükseldiği döneme ait fosiller adına olan araştırmaları, evrimin çok yönlü omurgamızı nasıl geliştirdiğini gösteriyor.

Güney Kaliforniya’daki Clemson Üniversitesi’nde biyomekanik uzmanı olan Richard Blob, “Bu önemli bir analiz. Esas bir problemi ele alıyor: hayvan yapılaşmasının kökenini” diyor.

Massachusetts, Wellesley College’de bir omurgalı paleontoloğu olan Emily Buchholtz, “Ve bu memeli omurgasının parçalar halinde nasıl evrildiğini ve destek boyunca farklı yerlerde farklı seçilim baskılarına nasıl tepki verdiğini gösteriyor” diye ekliyor.

(Bel Ağrısı Çeken İnsanların Omurgası Şempanzelerinkine Daha Çok Benziyor)

Memeli omurgasında, omurlara bağlı farklı bölgelerin olduğu biyologlar tarafından uzun süredir biliniyor. Örneğin, küçük boyun omurları boynu oluşturur, göğüs omurları kaburgaları doğurur ve göğsü destekler ve kaburgasız, iri bel omurları arka tarafı oluşturur. Aksine, sürüngenler ve amfibilerin tek tip omurgaları vardır. Pierce “Omurların hepsi özünde aynı şeyi yapıyorlar” diyor. O ve diğer bilim insanları bölgeselleşmiş omurganın memelilere özel olduğunu kabul ediyor.

Fakat 2015 yılında yılan omurgası üzerinde yapılan çok yönlü bir istatiksel analiz ve gelişimini kontrol eden genetik yapının incelenmesi, bu omurgada güçlükle algılanan bir bölgeselleşmenin mevcut olduğunu gösterdi.

Kuzey Carolina Doğa Bilimleri Müzesi’nde bir paleontolog olan Christian Kammerer, “Bu çalışma gösterdi ki bölgeler memelilerdeki kadar farklılaşmasalar ile birbirlerinden ayrılabilirler” diyor. Bu bulgular bölgeselleşmiş omurlara sahip bir desteğin, kara hayvanları tarihinin erken bir döneminde evrimleştiğini ortaya koyuyor, hatta memeli ve sürüngenlerin birbirlerinden ayrılmasından bile önce.

Pierce Jones ve iş arkadaşları, omurgası bütün halde korunmuş fosilleri, kökenlerini soruşturmak adına müzelerde bulmaya çalıştılar. Nihayetinde 16 tane sinapsid, yani 200 ila 300 milyon yıl öncesinde yaşamış ve memelilerin son atası olan canlılar, omurgası yapılarını analiz ettiler.

Bilgisayarlı tomografi görüntüleme metoduyla yüksek çözünürlükte görseller elde ettiler. Aynı zamanda omurların şeklini doğru bir şekilde ölçebilmek ve her hayvandaki bölgeselleşmeyi hesaplayabilmek için Bloomington’daki Indiana Üniversitesi’nde paleontolog olan David Polly ile birlikte çalıştılar.

Yapılan analiz, aşamalı bir şekilde bölgelerin eklenişini açığa çıkardı. Daha uzak ortak ataya sahip olan memeliler, örneğin Dimetrodon denilen büyük bir sürüngenimsi ve sırtlarında “yelken” (sail) denilen dev çıkıntısı olan bir sinapsid, boyun, ön sırt (anterior dorsal) ve arka sırt (posterior dorsal) olmak üzere üç bölgeye sahipti.

Memelilerden önce gelen ve sinapsidlerin bir alt grubu olan terapsidler ise pectoral (göğüs bölgesi) denilen dördüncü bir bölgeye sahipler. Beşinci bölge ise yani lumbar (bel), erken dönem yumurtlayan memelileri ortaya çıktıktan sonra beliriyor ve günümüzde ise plasentalı ve keseli memelilerde bulunuyor.

Bu çalışmada aynı zamanda bu farklı bölgelerin ortaya çıkışına sebep olan faktörler de inceleniyor. Örneğin pectoral bölge, therapsidlerde ön uzuvları yanlardan çıkmak yerine vücudun altından daha uzayacak şekilde evrildiğinde ortaya çıkıyor (Bir köpek ile kertenkelenin bacaklarını karşılaştırarak düşünün). Uzuv değişimleri, omuz kuşağında ve onu destekleyen omurda değişimler gerektirir. Bu da boynun arkasında omurganın ayrı bir bölgesinin oluşmasına sebep olur. Benzer değişimler aynı zamanda bazı omuz kaslarının nefes almayı geliştiren ve memelilerin daha yüksek bir metabolizma hızına sahip olmayı sağlayan kaslı bir diyaframa evrilmesine yol açmıştır.

Daha sonraki ayrışmalar zamanla günümüz memelilerinde görülen, bireysel omurların bütün omurganın işlevini tehlikeye sokmadan değişebildiği modüler omurganın oluşumuna yol açtı. Sonuç olarak farklı bölgeler, yeni formlar ve işlevler kazanabilir, yani farklı çevrelere uyum sağlayabilirler. Belki de omurganın en çok değişkenlik gösteren parçası en son ortaya çıkandır: leğen kemiği ve arka bacakla etkileşen bel bölgesi.

Kedigiller, farkı bölgelerin evrimleşme özgürlüğünün sağladığı faydaları yansıtıyor. Bütün kediler görünüş olarak birbirlerine benzerler. Fakat, aslanlar ayakları yerdeyken büyük avlarına saldırırlar, leoparlar ağaçların üstünde yaşayıp avlarının üstüne atlarlar ve çitalar ise antilopları yüksek hızda kovalarlar.

Londra’daki Doğal Tarih Müzesi’nden paleontolog Marcela Randau ve Anjali Goswami, çeşitli avlanma ve yaşama stratejilerine sahip türleri içeren 109 kedi iskeletinin 3 boyutlu analizini yaptılar. Her tür içi ve türler arası örneklerde omurları, uzuvları, omuzları, leğen kemiklerini ve kafataslarını karşılaştırdılar.

Bütün bu kedilerde omurganın büyük bir kısmı aynı görünüyor. Bel bölgeleri ise çeşitliliğe sahip. Fakat bu durum, bel bölgesinin omurganın ve iskeletin geri kalanından bağımsız olarak evrildiğini işaret ediyor. Bel omurunun boyu ve şekli kedinin en iyi yaptığı işe bağlı olarak değişiklik gösteriyor.

Pierce “Memelilerin her farklı işi yapmasına olanak sağlayan gerçekten de bu bel bölgesidir” diyor. Bunun dezavantajı ise sırtın daha yakın zamanda evrilen kısımlarının, özellikle bel bölgesinin, aynı zamanda sırt ağrılarının asıl kaynağı olmasıdır. “Yani sırt problemleri yaşıyor olmamızı atalarımıza borçlu olabiliriz.”

Science. 20 Eylül 2018
K. Jones et al., Science, 361, 6408 (2018)