A8a:Evrim Gelişim:Büyük evrimsel değişimler

İçindekiler

Büyük evrimsel değişimlerin açıklanması

Gelişimi kontrol eden genlerdeki değişimlerin ergin organizmanın morfolojisine büyük etkileri olabilir. Bu etkiler öyle önemlidir ki, bilim insanları gelişimle ilgili genlerdeki değişimlerin, büyük ölçekli evrimsel dönüşümlerin gerçekleşmesine yardımcı olduğunu düşünüyorlar. Örneğin bazı toynaklı memelilerin nasıl okyanus canlılarına evrildiğini, sucul bitkilerin karaya nasıl yayıldığını ve küçük, zırhlı omurgasızların nasıl kanatlara sahip olduğunu gelişimle ilgili değişimlerle açıklamak mümkün.

Meyve sineğinin gelişimini kontrol eden genlerdeki mutasyonlar, bir çift yerine iki çift kanat gibi önemli morfolojik değişimlere neden olabilir.

Gelişimle ilgili bir diğer gen mutasyonu, üstteki sinekte olduğu gibi, meyve sineklerinin duyargalarının bulunması gereken yerde bacakların gelişimine yol açabilir.

Soyun morfolojisini etkileyebilecek birkaç farklı gelişimsel değişim türü vardır:

• Modüllerin ikilenip uyarlanması

Modül, bir canlının ikilenmeye ve uyarlanmaya yatkın bir birimidir. Eklembacaklılardaki vücut bölütleri buna güzel bir örnektir. Eklembacaklılar arasında vücut bölütleri çok değişken sayıdadır. Bölütlerin çoğalması veya kaybı, bu hayvan dalının evriminde muhtemelen çok kereler gerçekleşmiş gelişimsel bir değişimdir. Aşağıdaki grafikte modül ikilenmesi ve uyarlanımına dair farazi bir örnek yer almaktadır.

Benzer bir süreç moleküler evrimde de rol almaktadır ve çok önemli bir şeyi anlamamıza yardım olur: Canlının yaşamını sürdürmesi için mutlaka gerek duyulan bir özellik bile, eşlenmesi (bir ikinci kopyasının ortaya çıkması) durumunda doğal seçilim tarafından değiştirilebilir. Örneğin globin çok eski zamanlardan kalma (kadim) bir proteindir. Milyarlarca yıl yaşında olan bu protein, bakteri, bitki, hayvan ve mantarların ortak atasında da bulunuyordu. Globinin oksijene bağlanıp onu taşımak gibi yaşamsal bir işlev vardır. Bu durumda doğal seçilimin globini sadece bu işe sabitleyeceğini düşünebilirsiniz. Ancak eşlenme yoluyla globin molekülünün yeni biçimleri oluşmuş ve bunlar farklılaşmış, farklı görevlere uyarlanmıştır. Nitekim omurgalılar birçok farklı globin genine ihtiyaç duyarlar: hemoglobin oksijeni dokulara taşırken (fetüste ise bu işlevi bir başka globin proteini yerine getirir), miyoglobin kas hücrelerinin kullanması için oksijen depolar. Nöroglobin ve sitoglobin proteinlerinin işlevleri ise henüz tam olarak anlaşılamamıştır. Yaşam ağacının hemen her bölümünde birden fazla globin geni bulunur. Hatta derin denizlerde yaşayan solucanlardaki bazı globinler hem oksijen hem de hidrojen sulfit taşımaya uyarlanmıştır.

Miyoglobin ve hemoglobin oldukça benzer proteinler olmakla beraber, yapılarındaki ufak farklar değişik işlevler görmelerini sağlar.

• Özelleşme

Belli bir modülde gerçekleşen değişimdir. Genellikle, özelleşmiş bir işlev için seçilim olduğunda gerçekleşir.

Akreplerde bir çift uzuv kıskaç biçimine evrilmişken...

...aynı çift uzuv birçok örümcek grubunda çiftleşme törenlerinde kullanılan renkli ponponlara evrilmiştir.

• Farklızamanlama

Farklızamanlama gelişimsel olayların zamanlamasındaki değişimdir. Örneğin, zamanlamadaki bir değişim vücudun gelişimini yavaşlattığı halde, üreme sisteminin olgunlaşma hızını etkilemeyebilir. Böylesi bir değişimin sonucunda canlının ergin biçimi, atasının ergin değil genç haline –atasal genç biçime- benzer .

Semenderler, gelişimleri sırasında tüysü bir yapıya sahip, dış solungaçları olan bir larva evresinden geçerler (solda). Çoğu semender, ergin biçime başkalaştığı zaman solungaçlarını kaybeder (ortada). Meksika’da yaşayan bir tür köstebek semenderi (“axolotl”) ise farklızamanlama sayesinde, tamamen erginleştiğinde dahi hâlâ gençlerdeki gibi solungaçlıdır (sağda).

• Farklıölçekli büyüme

Farklıölçekli büyüme, canlının bir özelliğinin büyüme hızının, diğer özelliklerine kıyasla değişmesidir. Örneğin, yarasaları ortaya çıkaran evrimsel değişimlerden bazılarını farklıölçekli büyüme ile açıklayabiliriz. Yarasa kanatları, aslında çok uzun parmaklı, bu parmaklar arasında da deri gerilmiş pençelerdir. Böylesi kanatların evrilmesi için ya parmak kemiklerinin büyüme oranının yarasa vücudunun geri kalanına kıyasla artması, ya da vücudun kalan kısmının büyüme oranının parmaklara kıyasla azalması gerekir. Her iki durum da farklıölçekli büyümeye denk düşer.

Evrimsel değişim üzerindeki kısıtlamalar

Karmaşıklık

Meyve sineği fotoğrafları Jean-Michel Muratet'ten (Syndicat National des Ophtalmologistes de France (SNOF)); Miyoglobin fotoğrafı Protein Data Bank'tan (1mbd, Phillips, S.E., Schoenborn, B.P.: Neutron diffraction reveals oxygen-histidine hydrogen bond in oxymyoglobin. Nature 292 pp. 81 (1981)); Hemoglobin fotoğrafı Protein Data Bank'tan (1eca, Steigemann, W., Weber, E.: Structure of erythrocruorin in different ligand states refined at 1.4 A resolution. J Mol Biol 127 pp. 309 (1979)); Akrep fotoğrafı Kaliforniye Bilimler Akademisi'nden; Örümcek fotoğrafı Michael Hedin'den (San Diego State University) alınmıştır. Semender larvası fotoğrafı Jeff LeClere tarafından; Kaplan semenderi fotoğrafı Greg Sievert tarafından; Meksika semenderi (Aksolot) fotoğrafı Barbara Shardy tarafından; Yarasa fotoğrafı Ben Waggoner tarafından sağlanmıştır.