İnatçı bir DNA parçası, kuş evrimi hikayesini yeniden yazıyor ve aile ağacını sallıyor.
Yaklaşık 65 milyon yıl önce Dünya’ya devasa bir asteroit çarpmıştı. Meşhur Tiranozor rex gibi karasal dinozorlar yok olsa da uçan pek çok hayvan gelişip serpilmeye devam etmişti. Dünya’da 10.000’i aşkın kuş türü olduğu düşünüldüğünde, serpilme demek az bile kalabilir. Kuşların düzenli bir aile ağacında organize halde tutulması oldukça zor çünkü çok sayıda tür var. Ayrıca evrimleri de biraz belirsiz. Fakat genom dizileme ve analizinde yaşanan bazı gelişmeler, gezegenin bu yaşayan dinozorlarının nasıl evrimleştiğiyle ilgili daha net bir tablo oluşturmaya başlıyor.
Pazartesi günü Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) ve Nature bültenlerinde yayımlanan iki çalışmada bilim insanları, yaklaşık 65 milyon önceki genetik bir olayın, kuş evriminin gerçek tarihi konusunda kendilerini yanlış yönlendirdiğini ortaya çıkarıyor. Bir kromozomun bir bölümü, olması gerektiği gibi yakınındaki DNA ile karışmamış. Bu bölüm kuş genomunun yalnızca ufak bir kısmı da olsa, bilim insanlarının daha detaylı bir kuş ailesi ağacı oluşturmasını zorlaştırmaya yetmiş.
İnatçı bir DNA parçası
Genomlar üzerinde çalışılırken kullanılan bilgisayar teknolojisindeki ilerlemeler, 2014 yılında bilim insanlarının Neoaves isimli bir aile ağacı oluşturmasına yardımcı olmuş. 48 türün genomlarını kullanarak, Neoaves’i iki büyük sınıfa ayırmışlar. Güvercinler ve flamingolar bir gruptayken, diğer tüm kuş türleri diğer grupta yer almış.
Benzer bir genetik analiz bu yeni çalışmada 363 kuş türü kullanılarak tekrarlandığında, araştırma takımı farklı bir aile ağacının ortaya çıktığını görmüş. Dört ana gruba işaret eden bu ağaç, flamingolar ve güvercinlerin daha uzak akraba olduğunu ortaya seriyor ve hepsi de kromozomlardaki belli bir noktadan ibaret.
Araştırma takımı, bu iki aile ağacında hangisinin doğru olduğunu gösterebilecek açıklamalar aramaya başlamış. Genomda buldukları bir noktada genler, milyonlarca yıldır gerçekleşen cinsel üreme boyunca olması gerektiği kadar karışık değilmiş.
PNAS‘ta yayımlanan çalışmanın eş yazarı olan ve Florida Üniversitesinde çalışan Biyolog Edward Braun, “Tekil genlere ve bunların hangi ağacı desteklediğine baktığımızda, birden bire bütün bu genlerin eski ağacı desteklediği ortaya çıktı; hepsi bir noktadaydı” diyor bir açıklamada. “Her şeyi başlatan buydu.”
Kuşlar, bir anne ve babadan aldıkları genleri sonraki nesilde birleştiriyor fakat sperm ve yumurta oluştururken ilk önce ebeveynlerinden miras aldıkları genleri karıştırıyorlar. Bu işleme rekombinasyon adı veriliyor ve insanlarda da gerçekleşiyor. Rekombinasyon, iki kardeşin tamamen aynı olmamasını temin ederek bir türün genetik çeşitliliğini en yükseğe çıkarıyor.
Bir kromozomda bulunan bir bölge, yakınındaki DNA ile olması gerektiği gibi karışmamış ve aslında milyonlarca yıldır değişmemiş. Bu kromozom bölümü kuş genomunun sadece yüzde ikisini oluştursa da bilim insanlarını çoğu kuş türünün iki ana sınıfa ayrılabileceğine ikna etmeye yetmiş. Bahsettiğimiz sınıflar ise Passerera ve Columbea. Bu yeni ve daha kesin aile ağacı, kuş genomunun o bizi yanlış yönlendiren kısmını hesaba katıyor ve dört ana kuş grubu belirliyor.
Araştırma takımı ayrıca kuş kromozomundaki bu noktanın, dinozorlar kaybolduğu zamanlardan bu yana rekombinasyon sürecini de baskıladığını gösteren bulgulara ulaşmış. Dinozorları yok eden Kretase-tersiyer Yok Oluş Olayı ile bu genomik anormalliklerin birbiriyle ilişkili olup olmadığı belli değil.
Bahsedilen genetik baskılamanın sonucu, bu tek inatçı DNA parçasında flamingo ve güvercinlerin birbirine benzemesi. Fakat bütün genomlarına bakıldığında, bu iki grup aslında daha uzaktan araba. Flamingolar ve güvercinler artık genetik olarak daha uzak akraba şeklinde düşünülebilir. Araştırma takımına göre diğer canlıların genomlarında da çıkmazda kalmış bu tür bir genetik gizem gizleniyor olabilir.
Kuşlarda daha iyi bir aile ağacının oluşturulması
Nature bilim bülteninde yayımlanan makalede, 363 kuş türü (tüm kuş familyalarının yaklaşık yüzde 92’si) arasında 93 milyon yıllık evrimsel ilişkilerin detaylarını gösteren karmaşık bir tablo sergileniyor. Bu güncellenmiş aile ağacı, kuşların Kretase-tersiyer Yok Oluşu’ndan sonraki evrim tarihinde bazı örüntüler ortaya çıkarıyor.
Araştırmacılar etkili popülasyon boyutunda, yerini alma oranlarında ve ilk kuşlardaki göreli beyin boyutunda keskin artışlar olduğunu fark etmiş. Bu evrimsel değişimler, gezegeni değiştiren bu yok oluş olayının ardından kuş türlerinin çeşitlenmesine yön veren adaptif mekanizmalara yeni bir ışık tutuyor.
Bilim insanları bunu yapmak için ASTRAL şeklinde bilinen bir grup bilgisayar algoritmasının gücünden yararlanmış. Evrimsel ilişkilerin hızlı ve isabetli şekilde çıkarılmasına yardımcı olan bu program, araştırma takımının kuş genomlarındaki 60.000’i aşkın bölgedeye ait genomik verileri birleştirmesini sağlamış. Sonrasında ise genom çapındaki tekil bölümlerin evrimsel tarihini incelemiş ve birkaç gen ağacını bir araya getirerek daha büyük bir tür ağacı oluşturmuşlar.
Çalışmanın eş yazarı olan ve San Diego – California Üniversitesinde çalışan bilgisayar mühendisi Siavash Mirarab, “Analizimize on binlerce gen ekleme yöntemimizin aslında kuş türleri arasındaki evrimsel ilişkileri çözmek için gerekli olduğunu keşfettik” diyor bir açıklamada. “65-67 milyon yıl önceki bu zaman döneminde neler olduğunu yüksek doğrulukla ortaya çıkarmak için gerçekten de tüm bu genom verisine ihtiyacınız var.”
Bu hesaplamalı yöntemler, araştırma takımının kuş genomundaki bir kromozomun yine aynı kısmına ışık tutmasına da yardımcı olmuş. Milyonlarca yıldır değişmeden kalan bu kısım, bilim insanlarının söz konusu değişimler üzerinde çalışmasını zorlaştırmış.
“Şaşırtıcı olan şey, bu baskılanmış rekombinasyon döneminin analizi yanlış yönlendirmiş olabilmesi” diyor Braun. “Analizi yanlış yönlendirmiş olabileceği için de aslında gelecekteki 60 milyon yıldan fazla dönemde tespit edilebilir haldeydi. Güzel kısım bu.”
Benzer bilgisayar modelleri, gelecekte yapılacak çalışmalarda başka hayvanların evrimsel ağaçlarının yeniden inşa edilmesine yardımcı olabilir. Araştırma takımı çalışmalarına devam ederek, kuş evriminin daha bütüncül bir tablosunu oluşturmayı hedefliyor. Biyologlar da diğer kuş türlerinin genomlarını dizilemeye devam ederek aile ağaçlarını çok daha fazla genişletmeye çalışıyor.
Çalışma, yaklaşık 10.500 yaşayan kuş türü için taslak genom dizilimleri oluşturma hedefiyle birden fazla enstitünün katıldığı uluslararası 10.000 Kuş Genomu Projesi’nin (B10K) bir parçası.
Yazar: Laura Baisas/Popular Science. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
