Ateş karıncaları istila edip evrilirler
1930’ların sonlarında, küçük ama tehditkar bir istilacı, Amerika Birleşik Devletleri’ne ulaştı: Arjantinli ateş karıncası (Solenopsis invicta). Anavatanından bir şekilde buraya ulaşan S. invicta, Alabama’da karargahlar kurdu: binlerce, hatta bazen yüzbinlerce minik kırmızı işçiden (erkekler sadece üreme amacıyla ortalıkta dolandığı için sadece dişi işçilerden) ve bir kraliçeden oluşan yuvalar. Takip eden 20 yıl boyunca S. invicta, geniş yuvalar inşa ettiler. Aynı zamanda insanları sokuyor ve canlarını fena halde yakıyorlardı. Bu şekilde insanları çileden çıkararak güney ABD boyunca yayıldılar.
S. invicta’nın, ABD’deyi istilasını bu kadar başarılı kılan şey nedir? Yanıt yine evrimden kaynaklanmaktadır.
Bu örnek olay incelemesinde şu kilit sorulara cevap arayacağız:
- Doğal seçilim nasıl çalışır?
- Doğal seçilim evrimsel koşulları temel alarak farklı genleri nasıl tercih eder?
- Basit bir gen karmaşık davranışı nasıl etkileyebilir?
- Ateş karıncalarının doğal ve evrimsel tarihlerini anlamak, onların istilalarını yavaşlatmak için bize nasıl yardımcı olabilir?
ABD’deki ateş karıncaları
1970’lerde bilim insanları Mississippi’de, S. invicta’nın yeni ve daha tehditkar bir biçimini keşfettiler. Bu kolonilerin her birinde birden fazla kraliçe vardı. “Çokdişililik” adı verilen (polygyne, “poli” = çok, “jin” = dişi) bu çok kraliçeli koloni biçimi, “tekdişililik” olarak anılan (monogyne, “mono” = bir) tek kraliçeli biçimden daha büyük bir risk oluşturur. Kalabalık çok kraliçeli koloniler, yerel karınca türlerini ve diğer hayvanları yerlerinden eder. Bugün çok kraliçeli koloniler Teksas eyaletinde en yaygın türdür ve tüm ülkeye yayılmaya hazır durumdadır.
Hem tek hem de çok kraliçeli koloniler Arjantin’de oldukça başarılılar ama oradaki karıncalar Teksas’ta yaptıkları gibi idareyi devralmıyorlar. (Teksas öyle bir hale geldi ki bazı yerlerde karınca yuvasından adım atacak yer bulamazsınız.) Şimdi doğal seçilimin farklı sayılarda kraliçeye sahip kolonileri nasıl kayırabileceğine, genlerin kraliçe sayısını nasıl etkileyebileceğine ve bu bilginin S. invicta istilasını yavaşlatmak için bize nasıl yardımcı olabileceğine bir bakalım.
Evrimsel bir oyun
Bir koloninin çok sayıda kraliçeyi mi kabul edeceği yoksa tek bir kraliçeye mi sadık kalacağı gibi bir davranışın evrimini anlamak için, evrimi bir oyun olarak düşünmek işe yarayabilir. Bu oyunda “oyuncular” organizmalardır. Satrançta olduğu gibi, organizmalar farklı “stratejiler” benimseyebilirler. Fakat satrancın aksine bu stratejiler, oyuncuların genlerinde kodlanmış davranışlardır. Bu evrimsel oyunun “kazananı”, çok sayıda yavru yaparak bir sonraki nesile en çok geni aktaran oyuncudur. Evrim kuramı, genleri bir sonraki nesile aktarma konusunda kazanan stratejinin, doğal seçilim aracılığıyla bir popülasyonda yayılacağını öngörür.
Stratejileri anlamak
Bu evrimsel oyunda karınca kraliçelerinin başına neler gelebileceğini anlamak için, ana yuvalarından ayrılmaya hazır iki S. invicta kraliçesini hayal edin. TEKİL adını vereceğimiz bir kraliçe, ana yuvasını terk edip, tek başına koloni kurmasına sebep olan bir gen taşıyor olsun. Yani Tekil’in her zaman “yalnız başına yap” stratejisi var; diğer karıncalardan hiçbir yardım almıyor, ama kaynaklarını da onlarla paylaşmak zorunda kalmıyor.
ÇOĞUL diye anacağımız diğer kraliçe, kendi yuvasında kalıp annesinin yanında üremeyi veya başka bir koloniye katılıp oradaki kraliçenin yanında üremeyi denemesine sebep olan bir gen taşıyor olsun. Yani Çoğul’un her zaman “işbirlikçi” stratejisi var; başka karıncaların yardımlarını kabul ediyor ve kaynaklarını da onlarla paylaşıyor.
“Yalnız başına yap” stratejisi harika bir taktik, tabi eğer uygulamayı başarabilirseniz. Bu taktik işe yarar ve kraliçe gerçekten de yeni bir koloni kurmayı başarırsa, bol miktarda genini bir sonraki nesile aktaracaktır. Böylece tüm koloni (ve onun ürettiği her kraliçe), kurucunun doğrudan torunu olacaktır. Ne var ki, eğer “yalnız başına yap” stratejisi başarısız olursa, bu kesin bir başarısızlıkla sonuçlanacaktır. Kendi başına bir koloni kurmaya çalışıp başarısız olan bir kraliçe, muhtemelen tek bir geni bile bir sonraki nesile aktaramadan ölecektir. “İşbirlikçi” strateji güvenilir bir yatırımdır. Bir başka yuvaya katılmak yüksek bir ihtimalle bir sonraki nesile bir sürü geni değil ama bir miktar geni aktarmayı sağlayacaktır. Bu da güvenli bir strateji izlemenin bedelidir.
Durum 1 – Seyrek popülasyon
Tekil’in ve Çoğul’un kullanılmayan çok sayıda yuva alanının olduğu bir bölgede yaşadığını hayal edin (aşağıdaki resimdeki gibi). Bu durumda Tekil “kazanır”. Çünkü yeni bir yuva kurmasının ve tüm koloniye kendi genlerini aktarmasının önünde bir engel yoktur. Tekil’in “yalnız başına yap” stratejisi, kendi yoluna gidenlerin sıfırdan koloni inşa etmesi için yeterli kaynaklar olduğunda iyi çalışır. Çoğul bu durumda kaybedecektir çünkü bir yuvadaki pek çok kraliçeden biri olarak, üremek için Tekil kadar fazla kaynağa sahip olmayacaktır. Çoğul’un “işbirlikçi” stratejisi burada geri teper. Çünkü etrafta kaynaklar bolca bulunduğu halde, hiç gereği yokken bu kaynaklarını başkalarıyla paylaşmış olur.
Durum 2 – Yoğun popülasyon
Diğer yandan, eğer Tekil ve Çoğul, iyi yuva alanlarının daha önceden başka kraliçeler tarafından kapıldığı yani alanların seyrek bulunduğu bir bölgede yaşıyorlarsa (aşağıdaki resimeki gibi), Çoğul “kazanır” ve Tekil “kaybeder.” Tekil’in genleri onun, kendi başına yeni bir koloni kurmayı denemesine sebep olacaktır. Fakat büyük ihtimalle mekan sayısı kısıtlı olduğu için, yuva alanı bulmayı başaramayacak ve hiç yavru sahibi olmadan ölecektir. Ortalık kalabalık olunca “yalnız başına takılmak” muhtemelen bir başarısızlıkla sonuçlanacaktır. Çok çok az sayıda yalnız kraliçe başarıyla bir yuva kurabilecektir. Ancak Çoğul’un “işbirlikçi” stratejisi bu durumda harika işler. Yeni bir koloni kurmak için mekan ve kaynak bulmak zorunda olmayacaktır. Sadece onu kabul etmeye ve kaynaklarının bir kısmını onunla paylaşmaya gönüllü bir koloni bulmalıdır. Çoğul üreyebilecektir ve bazı genlerini bir sonraki nesile aktaracaktır. Mekan ve kaynakların sınırlı olduğu zor zamanlarda, işbirliği semeresini verir.
Öyleyse S. invicta kraliçeleri için, genleri bir sonraki nesile aktarmakta başarılı olan strateji, iyi yuva alanlarının bulunup bulunmadığına bağlıdır: eğer yuva alanları bolca varsa, tek başına koloni oluştur; az sayıda yuva alanı varsa, çok kraliçeli bir kolonideki diğer kraliçelere katıl.
Hangi stratejiyi seçmeli?
Bilim insanları, ABD’deki S. invicta popülasyonlarının sahip oldukları bu farklı stratejilerin, bu karıncaların istilası sırasında evrildiği hipotezini ileri sürüyorlar. ABD’nin ilk istilacıları, fethedecek bakir topraklar (çok sayıda boş yuva alanı) buldular ve buna uygun olarak, tek kraliçeli koloni biçimi seçildi. Bu koloniler üredikçe, mevcut yuva alanlarını gitgide daha fazla doldurdular ve Güney Amerika’da yayılmalarını kontrol eden doğal düşmanları bu topraklarda olmadığı için, popülasyon yoğunlukları arttı. Bilim insanları, ABD’nin en yoğun nüfuslu bölgelerinde, çok kraliçeli biçimin şimdi doğal seçilim tarafından tercih edildiğini varsayarak, neden çoklu kolonilerin bu kadar yaygın hale geldiğini açıklıyorlar.
Doğal seçilimin, çok kraliçeli kolonilerin artan sıklığından sorumlu olması varsayımı iyi bir tez. Fakat bilim insanlarının önemli bir gerçeği ortaya çıkarmaları gerekiyor: kraliçe sayısının genetik olarak kontrol edildiği gerçeğini. Ne de olsa doğal seçilim sadece genetik temeli olan özellikler üzerinde etkisini gösterebilir. Eğer karıncalar tek bir kraliçeye sadık olmayı öğrenebiliyorlarsa veya bazı çevresel faktörler yeni kraliçeleri kabul etmelerine neden oluyorsa, gözlenen değişimden doğal seçilim sorumlu olamaz. Genelde genlerin hep göz rengi gibi fiziksel karakterleri kontrol ettiğini düşünürüz. Ama genler davranışı da etkileyebilirler. Uzun yıllar, karmaşık davranışların genetiğinin de karmaşık olması gerektiği varsayıldığı için, bir karınca kolonisindeki kraliçe sayısını belirleme davranışı için genetik bir temel göstermeye cesaret edilememişti. Ama 2002’de, evrimsel biyologlar sır perdesini araladılar ve o ”altın” geni buldular.
Basit bir gen, karmaşık bir davranış biçimi
Gp-9 geni, 15 000 ateş karıncası geni arasına gizlenmiş. Bu basit gen koku-bağlayıcı bir proteini kodluyor. Bu protein de, hayvanın hangi kokuları sezebileceğinin belirlenmesine yardımcı oluyor. Bu, ilk bakışta önemsiz bir iş gibi görünebilir ama Gp-9, ateş karıncasının davranış tarzını temelden değiştiriyor gibi görünüyor.
Gp-9’un iki sürümü var, B ve b. Bir karıncanın hangi sürümü taşıdığı, istilacı bir kraliçeye nasıl davranacağını belirleyebilir: itaat (“Tanrı Kraliçeyi korusun!”) veya isyan (“Kellesini uçurun!”). İşçi karıncalar istilacı bir kraliçeyi, hem yeni kraliçenin nasıl koktuğunu hem de kendilerinin hangi koku bağlayıcı proteine sahip olduklarını temel alarak kabul eidyor veya reddediyor gibi görünüyorlar. Çok kraliçeli kolonilerdeki Bb işçileri, yeni Bb kraliçelerini kabul ederek ama yeni BB kraliçelerini infaz ederek çokdişililiği teşvik ediyorlar. Tek kraliçeli kolonilerdeki BB işçileri, istilacı tüm kraliçeleri infaz ederek tekdişililiği teşvik ediyorlar.
Kanıtları değerlendirmek
Bilim insanları, Bb işçilerinin BB kraliçelerini kokladığını nasıl keşfettiler? Basit bir deney yaptılar. İşçileri alıp ya BB ya da Bb kraliçelerine sürterek, işçilerin kraliçenin kokusunun bir kısmını almasını sağladılar. Daha sonra kraliçeye sürtülmüş bu karıncaları kolonilerine geri saldılar. Bb kraliçesine sürtülmüş işçiler, Bb kolonisinde olağan şekilde kabul edildiler. Ama BB kraliçesine sürtülmüş işçiler yuva arkadaşları tarafından durmadan saldırıya uğradılar. Deney, saldırıları tetikleyenin, görünüş veya davranış değil işçilerin üzerine bulaşmış BB kraliçesinin kokusu olduğuna işaret ediyordu.
Tüm bu gen koklamalar ve kraliyet dalavereleri bize, Gp-9’un farklı sürümlerinin farklı kraliçe sayılarıyla ilintili olduğunu anlatıyor. BB kraliçeleri tek başlarına hüküm sürüyorlar, Bb kraliçeleri her zaman güçlerini diğer kraliçelerle paylaşıyor gibiler, zayıf bb kraliçeleri ise yumurta bırakmaya fırsat bulamadan ölüyorlar.
Gp-9 genini kraliçe sayısına bağlayan üç temel kanıt grubu var:
- gözleme dayalı araştırmalar, farklı gen biçimlerinin farklı kraliçe sayılarıyla ilintili olduğunu gösteriyor (BB kraliçeleri tek başlarına hüküm sürüyor, Bb kraliçeleri genelde gücü ve kaynakları paylaşıyor)
- deneyler, farklı gen biçimlerini taşıyan kraliçelere karıncaların farklı davrandığını gösteriyor (bazı kolonilerde, dışarıdan giren BB kraliçeleri infaz ediliyor ve Bb kraliçeleri kabul ediliyor)
- moleküler çalışmalar Gp-9’un kraliçe sayısını etkilemesine izin verecek bir görevi olduğunu gösteriyor (Gp-9 koku bağlayıcı bir protein kodluyor).
Tüm kanıtlar evrimsel açıdan şu sonuçlara varmamızı sağlıyor: Gp-9 kraliçe sayısını etkileyen bir gen; doğal seçilim duruma gore bu genin farklı sürümlerini avantajlı kılıyor, yalnız başına bir koloni kurmak avantajlıyken seçilim B biçimini, başka kraliçelerle grup oluşturmak avantajlıyken b biçimini kayırıyor. Böylece, S. invicta ABD’nin güneyi boyunca kalabalık koloniler oluşturarak yayılırken, genin b biçimine sahip karınca ve koloniler başarılı olup çokça üremiş, genin b çeşidinin daha yaygın hale gelmesini sağlamış olabilirler.
Karınca Suyu
Kokular karınca iletişimin son derece önemli bir parçasıdır ve bilim insanları koku iletişimini bazı şaşırtıcı araçlar kullanarak incelerler. Vanilya özütüyle (vanilya çekirdeklerinin özü) kek yapabilir veya saçınızı botanik bir özütle (bitkilerden süzülen kimyasallarla) yıkayabilirsiniz. Bunun gibi, karınca araştırmacıları da kraliçe karınca özütünü kullanarak deneyler yapabilirler. Kraliçe özütü nereden gelir? Biyologların “yumuşak kraliçe kokteylleri”ni mikserde karıştırdıklarını sanmayın! Aslında kraliçe özütü, kraliçe karıncaların vücutlarının alkole batırılması ve böylece kokuların alkolde çözülmesi ile yapılır. Araştırmacılar sonra bu karışımı, kraliçenin gerçek vücudu ve davranışları olmadan onun kokusunu taklit etmek için kullanabilirler.
Kraliçe sayısı ve karınca kontrolü
Çevre koruma bilimciler S. invicta’nın çok kraliçeli kolonilere doğru evriminin, yerel böcek ve örümcekler için felaket olacağından endişe ediyorlar. Yoğun koloniler inşa eden ve diğer türlerle yarışta baskın görünen S. invicta’nın çok kraliçeli koloni biçimi, tek kraliçeli biçimden daha fazla zarar veriyor. Yaşam alanlarını ve yerel türleri S. invicta’dan korumak için ne yapabiliriz? Çevreciler, bu karıncanın evrimini inceleyerek elde edeceğimiz bilgilerin, onları ekolojik olarak denetim altında tutabilmek açısından bize yardımcı olacağını umuyorlar; ki bu, geçmişte başaramadığımız bir şey.
1960’larda ABD hükümeti ateş karıncalarına gerçek anlamda bir savaş ilan etti. İkinci Dünya Savaşı’nda kullanılan bombardıman uçakları kolonilerin üzerine karınca zehri dökmek için kullanıldı. 
Ne var ki pek çok bilim insanı bu yöntemin, istemeden de olsa ateş karıncalarına yardım ettiğinden ve yerel türlere zarar verdiğinden şüpheleniyor. Kolonilerin bombardımanında kullanılan zehir güçlüydü ve belirli bir türü hedef almıyordu. Ayrım gözetmeksizin yerel karıncaları ve ateş karıncalarını öldürdü. Fakat pek çok yerel türün aksine, ateş karıncaları afetlerden sonra daha çabuk kendilerine gelecek şekilde uyarlanım göstermiştir: Güney Amerika’da su baskınlarına meyilli alanlarda yaşayan ateş karıncaları, doğal afetlerden veya bir karınca zehri tufanından sonra bölgede popülasyonlarını hızla yeniden arttıracak şekilde evrilmişlerdir. Bu durumda, karınca zehri kullanıp yerel türleri öldürerek, ateş karıncalarına rekabetsiz bir ortam yaratıp, olanca hızlarıyla yeniden üreyerek çoğalmalarına fırsat tanımış olabiliriz.
Aynı hatayı iki kere yapmak istemiyoruz. Çevreye bir sürü zehir boca etmek gibi bir “atom bombası” yaklaşımı sergilemek yerine, diğer türlere zarar vermeden sadece ateş karıncalarını kontrol edecek bir çözüm yani “gümüş bir mermi” kullanmak istiyoruz. Gp-9’u keşfetmek bilim insanlarının işte tam da bunu yapmasına yardımcı olabilir. Gp-9 ve karınca iletişiminde kullanılan diğer genler hakkındaki bilgilerinden yararlanarak bilim insanları, ateş karıncası kolonilerindeki iletişimi sekteye uğratıp onları etkisiz hale getirecek sentetik kokular yapabilirler. Hatta bu kokular, bir kolonideki karıncaların birbirleriyle savaşmasına; güçlü zehirlere gerek kalmadan bir koloninin “kendi kendini yok etmesine” bile sebep olabilir. Ateş karıncalarının, hem ait oldukları yer olan Güney Amerika’daki evrimini, hem de ABD’yi istilalarından sonraki evrimini inceleyerek, bilim insanları kolonilerin yayılmasının evrimsel, genetik ve ekolojik sebeplerini anladılar. Bu anlayış, bu zararlıyla ve gelecekteki diğer istilacılarla baş etmemize yardımcı olabilir.
