Evrim uzun zamandır, çevresel etkiler ve mutasyonlar gibi kaotik faktörlerden etkilenen öngörülemez bir süreç olarak düşünüldü. Ancak araştırmacılar tarafından daha önce bazı organizmalarda, benzer özelliklerin farklı bölgelerde bağımsız olarak evrimleştiği “tekrarlı yayılım” örnekleri gösterildi. Şimdi ise araştırmacılar tekrarlı yayılımın bitkilerdeki ilk örneğini bildirdiler. Biyoloji, tekrarlı yayılım gibi olaylar hakkında daha fazla şey öğrendikçe evrimin kestirilebilirliği de mümkün hale gelebilir.
Evrim, düzenliliği ve öngörülemez oluşuyla bilinir. Mutasyonların ve çevrenin de rolü göz önünde bulundurulduğunda, türlerin evrimsel süreçte hangi özellikleri edineceği milyon yüzlü olan bir zar atıp sonucu tahmin etmeye çalışmaya benzer. Ancak araştırmacılar bazı durumlarda, zarın tekrar tekrar aynı yüzünün denk geldiğini keşfettiler.
Çevresel seçilim baskısı doğal gelişimle birleştiğinde, farklı türlerin benzer biçimlere sahip olmasına sebep olabilir; bu durum ekomorf olarak da bilinir. Araştırmacılar bu olguyu tekrarlı yayılım (replicated radiation) ya da adaptif yayılım olarak da adlandırır.
Meseleyi daha anlaşılabilir kılmak için örnekleyelim: Beş farklı Sünger Bob grubunun, birdenbire okyanusun farklı bölgelerine birbirleriyle tekrar etkileşime girmemek üzere yayıldığını hayal edin. Her bir grup kendi bölgesinde, milyonlarca yıl içinde farklı türlere evrimleşecektir fakat bu evrimsel süreçte farklı özellikler edinmek yerine hepsi başlangıçtaki Sünger Bob grubunda benzer şekillerde farklılaşacaktır.
Örneğin başlangıçtaki Sünger Bob türü sarı renkte ve kare şeklindeyse birbirinden bağımsız şekilde evrimleşen diğer beş tür yuvarlak ve turuncu olabilir. Turuncu ve yuvarlak olmanın bu beş ayrı bölgede de mevcut olan benzer çevresel şartlara uyum sağlamada avantaj sağladığını görürüz. Bu, çevresel seçilim baskılarının ve organizmaların doğal gelişimsel süreçlerinin birleşiminin ayrı ayrı beş kez benzer özellikleri ortaya çıkardığı anlamına gelir. Zar, her bölgede atılmıştı ve hepsinde aynı sonuç elde edilmiştir.
Nature Ecology & Evolution’da yayımlanan bir makalede, uluslararası bir araştırmacı grubu, bir bitki grubunun coğrafi olarak birbirinden izole 11 farklı bölgede, birbirinden bağımsız olarak benzer yaprak formlarına sahip yeni türlere evrimleştiğini gösterdi. Bu çalışma bitkilerdeki tekrarlı yayılımın ilk örneği ve aynı zamanda evrimin muhtemel işleyiş tarzına dair bize daha fazla fikir veriyor.
Bir dağ bitkisinin seyahatleri
Kuzey Amerika kasabalarında sıkça görülen Oreinotinus, çalı benzeri bitkiler Viburnum cinsine ait bir türdür. Viburnum türleri, ucunda hoş bir aromaya sahip olan küçük beyaz çiçekler ve misket limonu yeşili yapraklarla bezenmiş dallara sahiptir. Dağlık bölgelerde bulunan bu gruba ait türler yaklaşık 10 milyon yıl öncesinde Meksika’dan Orta ve Güney Amerika’nın iç kesimlerinde yayılmıştır.
Farklı Oreinotinus türleri farklı yaprak şekillerine sahiptir. Basitçe söylemek gerekirse, bazı türler tüylü büyük yapraklara sahipken diğerlerinin yaprakları daha pürüzsüz ve ufaktır. Aslında uzmanlar bu iki yaprak formunun da grubun evrimsel geçmişinin erken dönemlerinde ortaya çıkıp farklı dağlık kesimlerde birbirinden bağımsız olarak, belki de kuşlar tarafından taşınarak, yayılmış olduğunu varsayıyorlardı. Ancak türlerin dağılım şekilleri, yapraklarındaki çarpıcı farklılıklarla da birleştiğinde araştırmacılara bu yaprak şekillerinin farklı bölgelerde, birbirlerinden bağımsız olarak evrimleşmiş olabileceğini araştırmak için ideal bir sistem sağladı. Başka bir deyişle, bunun tekrarlı yayılım olup olmadığını keşfedebileceklerdi.
Araştırmacılar her biri özgün, endemik bir Oreinotinus türü içeren 11 dağlık bölge belirledi. Tüm bu bölgeler, bitki yayılımını engelleyen, Panama Kıstağı, Tehuantepec Kıstağı ya da Karayip Denizi gibi bariyerlerle birbirinden ayrılmış durumdadır. Araştırmacıların çalıştığı 40 farklı Oreinotinus türünden yalnızca 4’ü bu 11 farklı bölgenin birden fazlasında bulunuyor. Yaprak şekillerinin evrimsel geçmişinin izlerini sürmek adına araştırmacılar, türlerin birbirleriyle olan ilişkilerini (filojeni), coğrafi dağılımlarını ve yaprakları inceledi.
Eğer tekrarlı yayılım gerçekleşiyorsa, beklenen iki önemli sonuç vardır. İlk olarak, aynı bölgedeki türlerin, farklı bölgelerdeki türlere göre birbirleriyle daha yakın akraba olması gerekmektedir. İkinci olarak ise benzer yaprak şekillerinin çoğu bölgede yaygın olmakla birlikte birbirinden bağımsız olarak evrimleşmiş olması gerekir.
Aynı yaprağın ortaya çıkışı
Oreinotinus türleri çeşitlendikçe, atasal yaprak şeklinden 4 farklı ana yaprak şekli birbirinden bağımsız olarak evrimleşti. Bu 4 farklı yaprak biçimi boyut, şekil, kenar yapısı (yani kenarların düz ya da tırtıklı olması) ve yapraklarda tüylerin varlığı bakımından birbirinden ayrılıyordu. Çalışmada yapraklar 4 farklı gruba ayrıldı ve araştırmacılar aynı zamanda fikirlerine, bu karakteristik özellikleri temel aldıkları istatistiksel analizle de arka çıktı.
Bu 11 bölgeden 9’u en az iki yaprak formuna, 4’ü üç yaprak formuna ve bir tanesi -Oaxaca- dört farklı yaprak formuna da ev sahipliği yapıyor. Araştırmacılar modellemelere ve simülasyonlara dayanarak, bu yaprak formlarının türlerin farklı bölgelere ayrılmalarından önce evrimleşmiş olabileceği basit evrimsel modeli kabul etmediler. Ayrıca bu modelin neden 9 bölgenin iki ya da daha fazla yaprak biçimine ev sahipliği yaptığını tek başına açıklamaya yetmediğini de gösterdiler. Araştırma ekibi bu bulguların, yaprak formlarının farklı bölgelerde birbirinden bağımsız olarak evrimleştiği sonucuna vardılar. Bu yaprak morfolojileri Oreinotinus evriminin erken dönemlerinde ortaya çıkmamıştır. Aksine, farklı soy hatları farklı bölgelerde çeşitlendikçe her biri “yaprak morfoloji uzayının aynı bölgelerini katetti”.
Yapraklar rastgele değişim göstermez, her bir yaprak formu farklı fonksiyonlara sahiptir. Bir yaprağın şeklinin ve boyutunun ışığın yakalanmasını, termoregülasyonu ve böylece fotosentez verimliliğini etkilediğini biliyoruz. Ayrıca yapraktaki tüyler de yaprağın sıcaklığını düzenler, fotosentezi etkiler ve yaprağı otoburlardan korur.
Peki bu bitki grubunda farklı yaprak formlarının evrimleşmesi bize neyi gösterir? Anlaşılan o ki farklı yapraklar, belirli iklim nişlerine uygun farklı avantajlar sağlıyor. Örneğin küçük yapraklar daha hassas termoregülasyonu mümkün kılıyor. Yani hava sıcaklığı değişse de yaprak aşırı sıcak ya da aşırı soğuk olmuyor. Bir diğer yandan büyük yapraklar daha az ışığın bulunduğu, havanın sıklıkla bulutlu olduğu bölgelerde daha avantajlı oluyor çünkü ışığın yakalanmasını ve fotosentezin daha verimli hale gelmesini sağlıyor. Dolayısıyla, farklı yaprak ekomorfları, birbirinden farklı ama genelde birbirine yakın olan çevresel niş kümelerine uyum sağlamış durumdadır.
Aslında araştırmacılar, Oreinotinus’un güneye doğru yayılmasıyla coğrafi ayrımın benzer ekolojik işlev ve özelliklere sahip farklı türler ortaya çıkardığını; daha sonra farklı bölgelerde türleşmenin gerçekleşmesiyle yaprak biçimlerinde tekrarlanan adaptif değişimler meydana geldiğini öne sürüyor.
Evrimin geleceği
Araştırmacılar artık Oreinotinus’u da tekrarlı yayılım geçirmiş olan, Karayipler’deki Anole kertenkelesi, Afrika rift göllerindeki1Rift Gölü: İki karasal levhanın tektonik hareketler sonucu birbirinden uzaklaşması sonuca oluşan yarıklara rift/rift vadisi; bu boşluklarda oluşan göllere rift gölü denir. Rift gölleri, fay kenarları boyunca büyük ve dik kayalıklarla sınırlanmış olabilir. (Ed.) çiklet balıkları ve Hawaii örümcekleri gibi diğer türlerin olduğu listeye ekleyebilirler.
Artık listede bir bitkinin de yer almasıyla birlikte evrimsel biyologlar bu durumun sadece hayvanlara özgü olmayan bir trend olduğunu biliyor. Takımadalarda olduğu gibi, Oreinotinus türlerini barındıran bulut ormanları2Bulut Ormanı: Hem tropikal hem subtropikal iklimde bulunan yetişen ve başlıca özelliği gerek yüzeyde gerek ağaç gölgesinde yüksek yoğunlukta sis bulunması olan nemli dağ ormanlarına verilen ad. Biyolojik çeşitliliğin yüksek olduğu, çoğunlukla rezerv/koruma alanı ilan edilmiş bulut ormanlarına bu adın verilme sebebi gölgelik altında ince bir bulut örtüsünün yer alması ve bu örtünün tüm alanı kaplamasıdır. da birbirinden ayrıdır. Bu bitki örneği, evrimsel biyologların evrim hakkında sağlam öngörülerde bulunabileceğimiz genel koşulları belirlemelerine yardımcı olacaktır.
Tekrarlı yayılım çalışmaları, evrimin ardındaki mekanizmaları ortaya çıkarmaya yönelik ilk çabalar değil. Bu konuda bazı araştırmacılar3https://www.economist.com/babbage/2013/02/21/history-repeating?giftId=8d25117a-4a6d-49f9-8b64-afb4ab8b53bc/ ise geçmişten ziyade geleceğe bakıyor. 2013 yılındaki bir çalışmada araştırmacılar, E.coli bakterisini yaklaşık 1200 jenerasyona tekabül eden 6 aylık süre boyunca yetiştirdiler. Bir süre sonra çoğu bakteri mevcut iki besin kaynağından birini –Asetat (sirke) ya da glikoz (şeker)– kullanabilecek şekilde özelleşmeye başladı. Araştırmacılar süreci yeniden başlattıkları iki sefer de dâhil toplam üç tekrarda da asetatı ve glikozu tercih eden bakteri oranının aynı olduğunu gözlemlediler. Bu benzerlikler bakterilerin genetiğine de yansıdı. Her üç deneyde de bakterilerin ekşiyi ya da tatlıyı tercih etmesine yol açan şey metabolik yolaklarındaki mutasyonlardı.
İster Darwin’in ispinozları, ister Oreinotinus, ister şekere aç bir grup E.coli olsun; hepimiz evrimin gizemli işleyişine tabiyiz. Ama belki de çeşitli araştırma gruplarının problemleri çözme çabaları gizemin ortadan kaybolmasını sağlayacaktır. Oreinotinus çalışmasının ortak-yazarlarından olan Michael Donoughe’nun da dediği gibi, “Belki evrimsel biyoloji, geçmişte tahmin ettiğimizden de fazla tahmine dayalı bir bilim haline gelebilir.”4Kavramlar konusunda desteği için Dr. Öğr. Üyesi Çağatay Tarhan’a teşekkür ederim. (Ed.)
Notlar
(1) Rift Gölü: İki karasal levhanın tektonik hareketler sonucu birbirinden uzaklaşması sonuca oluşan yarıklara rift/rift vadisi; bu boşluklarda oluşan göllere rift gölü denir. Rift gölleri, fay kenarları boyunca büyük ve dik kayalıklarla sınırlanmış olabilir. (Ed.)
(2) Bulut Ormanı: Hem tropikal hem subtropikal iklimde bulunan yetişen ve başlıca özelliği gerek yüzeyde gerek ağaç gölgesinde yüksek yoğunlukta sis bulunması olan nemli dağ ormanlarına verilen ad. Biyolojik çeşitliliğin yüksek olduğu, çoğunlukla rezerv/koruma alanı ilan edilmiş bulut ormanlarına bu adın verilme sebebi gölgelik altında ince bir bulut örtüsünün yer alması ve bu örtünün tüm alanı kaplamasıdır.
(3) https://www.economist.com/babbage/2013/02/21/history-repeating?giftId=8d25117a-4a6d-49f9-8b64-afb4ab8b53bc/
(4) Kavramlar konusunda desteği için Dr. Öğr. Üyesi Çağatay Tarhan’a teşekkür ederim. (Ed.)
Orijinal Başlık: Can we predict evolution?
Yazar: Jasna Hodžić
Türkçeye Çeviren: Ali Ergül
Editör: Elif Karadenizli
