Ellerimizde 5 parmak olmasının bir özelliği mi var?

Nature dergisinde bu hafta yayımlanan bir makalede, hayvanların evrimsel süreçte 5 parmaklılıktan sapmalarının gelişimsel mekanizmasına dair yeni bulgulara yer verildi.

Bu makaledeki üç baş yazardan biri bilim-bilmiyim.com ve Açık Radyo’da her perşembe saat 14:00’de Bilim Kazanı (bilimkazani.org)  ile karşımızda olan Dr. Aysu Uygur.

Dr. Uygur, Harvard Tıp Fakültesi Genetik Departmanı’nda doktorasını geçtiğimiz ay bitirdi. Embriyonik gelişim ve organ oluşumu üzerine çalışıyor, evrimsel biyoloji ile kesişen projeleri de var. Doktora sonrası Harvard Tıp Fakültesi’nde kalp rejenerasyonu ve organ gençleşmesi üzerine çalışmaya devam edecek olan Dr. Uygur, Nature’da yayımlanan makalesi sonrası T24’ün sorularına yanıt verdi.

Ellerimizde 5 parmak olmasının bir özelliği mi var?

Birçok dört ayaklı hayvan, örneğin kuşlar, sürüngenler ve memeliler, çoğunlukla 5 parmaklı. Vücut şekillerin çeşit çeşit değişiklikte olduğu dört ayaklılar aleminde, mesela yarasaların kanatlarında da insanların ellerinde de 5 parmak olması, evrimsel olarak oldukça ilginç. Hayvan vücutları çevre koşullarına uyum sağlarken oldukça değişkenlik gösteriyor, bir zürafanın boynunun yakın akrabalarından oldukça farklı olduğunu görüyoruz, fakat beş parmaklılık tahmin ettiğimizden oldukça yaygın. Bu, klasik bir evrimsel biyolog için şu anlama geliyor, belirli bir sebepten dolayı 5 parmaklılık ‘korunmuş’ bir özellik, yani bu özelliği değiştirmek o kadar da kolay değil!

Vücutta bir organın şekli nasıl ve neden değişir?

Bunu iki seviyede inceleriz. Birincisi, hangi evrimsel baskılara maruz kalmışlar? Örneğin, yaşadıkları ormanda büyük gagalı Finch kuşlarının yedikleri tohumlar çok büyük ve sert olduğu için mi bu hayvanlardan büyük gagalı olanlar seçilmiş? Hayvanların form ve şekilleri, evrimsel tarihleriyle doğrudan alakalı. İkinci seviye, gelişim süreci, yani formun oluştuğu, şekillerin meydana geldiği embriyonik dönem. Bu, daha mekanistik bir bakış açısı. Organlar, genetik kodun yönettiği fiziksel süreçlerle embriyonik dönemde şekilleniyorlar. Embriyonik dönemde karşılaştırmalar yaparak, evrimin hangi mekanizmalarla işlediğiniz de görüyorsunuz. Biz bu ikincisini yapmak istedik. 5 parmaklılık çok sıkı korunan bir özellikti, fakat bundan sapmalar da neredeyse bütün taksonomik gruplarda vardı. Kuşlar 3 parmaklı, atlar tek parmaklı, bazı fare türleri 5 parmaklıyken diğerleri 3 parmaklı. Demek ki, her grup ayrı ayrı bu sayıyı değiştirebiliyor, demek ki farklı gruplarda bu işin nasıl olduğuna bakarsak, evrimin nasıl işlediği konusunda daha iyi bir fikir sahibi olabiliriz.

Neden bu kadar değişikliğe uğrar parmak sayısı?

Parmaklar, uzuvların sonunda oldukları için, kalp veya beyin gibi hayati değiller. Yani meydana gelen bir mutasyondan dolayı olacak değişiklik, hayati tehlike yaratmıyor. Ama daha da ilginç olan şu, el ve ayak parmakları, belki insanlarda değil ama birçok hayvanda hareket kabiliyetini doğrudan etkiliyor. Bu da hayvanın yaşadığı ortama göre çok kolay değişebilen bir özellik. Yarasanın uzun parmakları arasındaki ince doku, orada bir kanat meydana getiriyor ve uçmasını sağlıyor. Deve, çift parmak üzerinde durduğu için çöl ortamında bu kadar başarılı hareket ediyor. Burada doğa bizim laboratuarımız gibi, değişiklikler ve adaptasyonlar olmuş, biz de nasıl olmuş diye bakıyoruz.

Hangi hayvanlara baktınız?

Bu çalışmada beş parmaklı fare, üç parmaklı çöl faresi, at (1 parmak), domuz (4 parmak) ve deve (2 parmak) embriyolarını, el ve parmak oluşumu süreçleri açısından karşılaştırdık. Genelde evrimsel mekanizmaları araştıran çalışmalarda iki çeşit sonuç vardır:

1) Meydana gelen bir değişiklik, birbirinden bağımsız hayvan gruplarında aynı şekilde meydana gelmiştir; yani embriyonik gelişimin o noktası üzerinde oynamalar olması daha müsaittir.

2) Birbirine yakın hayvan grupları bile aynı değişikliğe farklı yollardan ulaşmıştır, yani sistem esnektir ve birçok farklı noktada müdahale edip aynı sonucu alabilirsiniz.

Biz, baktığımız hayvanlarda iki sonucu birden gördük! Çöl faresi, at ve deve, birbirleriyle yakın akrabalığı olmamasına rağmen, el gelişiminde 5 parmaklılık oluştuktan sonra, kenarlardaki hücrelerin ölümüyle parmak sayılarını azaltabiliyorlar. Yani 5 parmaklılık hala korunmuş oluyor, sonradan gelen müdahalelerle sayı değiştiriliyor. Domuzda ise, hücre ölümü olmadığını, parmak oluşumu sürecinde değişiklikler olduğunu fark ettik. Başka bir laboratuar ile araştırmalarımızı karşılaştırdığımızda, bu mekanizmanın inek ve domuzda benzer olduğunu, 5 parmaklılık oluşumuna yapılan müdahalelerle bu iki hayvanda sayının değiştiğini gözlemledik, hatta buna yol açan mutasyonu da bahsettiğim diğer laboratuar belirleyebildi. Kısacası, 5 parmaklılık gibi bazı formlar, evrimsel süreçte çok sıkı korunabiliyor. 3 parmaklı fare, at ve deve, parmak sayısını azaltırken sonradan başka değişiklikler yapma yoluna gidebiliyorlar. Fakat doğru seçilim baskıları olduğu zaman, bu süreçte müdahaleler olması da mümkün- tıpkı domuz ve inekteki gibi. Evrimsel mekanizmalar üzerine öğreneceğimiz çok şey var, çünkü sıkı korunan mekanizmalarda bile esneklik görebiliyoruz. Ve artık klasik evrim biyologlarından farklı olarak, buna mekaniktik düzeyde bakıyoruz, evrimin hangi süreçleri kullanarak işlediğini öğrenebiliyoruz.

Sadece biyolojik bilimlerin değil, birçok farklı bilim dalının en prestijli dergilerinden biri olan Nature’da yayımlanan makale şöyle: Patterning and post-patterning modes of evolutionary digit loss in mammals

(T24)