500 milyon yıldan fazla zaman önce, Dünya’daki tek hücreli canlılar, bir araya gelerek çok hücreli kümeler oluşturmaya başladı. Bu kümeler sonunda bitkilere ve hayvanlara dönüştü. Bunun tam olarak ne şekilde olduğu, bilim insanlarının hala anlamaya çalıştığı bir konudur.
Fakat Minessota Üniversitesi Biyoloji Ana Bilim Dalı'ndaki bilim insanları, bu anahtar basamağı tek hücreli bir canlı olan bira mayasında doğal seçilim yoluyla laboratuvar ortamında kopyalamayı başardı. Mayalar işbirliği içinde çalışan, üreyen ve çevrelerine adapte olan çok hücreli kümelere evrildi. Bu kümeler Dünya’da bugün gördüğümüz yaşam formlarının öncülleridir.
Elde edilen başarılı sonuçlar, Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) yayınının 16 Ocak 2012 tarihli sayısında duyuruldu. Yapılan çalışma, mütevaziliğine rağmen dünyadaki bütün evrimsel biyologların hayranlığını ve övgüsünü kazandı ve şimdiden 2012’nin en önemli buluşları arasındaki yerini aldı. Çalışmayla ilgili daha fazla resim görmek için tıklayın.
Ekoloji, Evrim ve Davranış bölümünde bulunan ve aynı zamanda makalenin de başyazarı olan Prof. Michael Travisano şöyle dedi: “Aslında çok zor olmadı ve deneyin sonunda büyük süpriz geldi. Sadece maya hücreleri, uygun bir kültür ortamı ve santrifüj aleti kullanarak yaklaşık 60 gün süren tek bir deneyle sonuç elde edebildik.”
Çalışmanın doktoralı araştırma görevlisi Will Ratcliff, “Bunun daha önce denendiğini sanmıyorum. Evrimsel biyolojiyle ilgili sorulara cevap ararken insanlar daha çok soruya cevap üretmeye çalışıyor, deneysel olarak cevap arayanların sayısı çok az.” dedi.
Ulusal Bilim Kuruluşu (National Science Foundation = NSF)’nun Çevresel Biyoloji bölümünde program yöneticisi olan Sam Scheiner, yapılan bu önemli çalışmayla ilgili şunları söyledi: “Dünyanın neden bitkiler ve hayvanlarla dolu olduğunu anlamamız için, tek hücreli canlıların neden bir grup halinde yaşamayı seçip çok hücreli canlılara evrildiğini bilmemiz gerekiyor. Bu çalışma, yüzlerce milyon yıl önce meydana gelen bu dönüşümü deney ortamında gözlemlememizi sağlayan ilk çalışmadır.”
PNAS’de yayımlanan makale, daha önce yazın yapılan toplantılarda hakkında biraz bilgi verilmiş olan ve evrimsel değişimin işleyişiyle ilgili önemli veriler sunan bu çalışmayla ilgili tüm detayları ortaya koyuyor.
Resim: Yeşil hücreler ölürken, diğer hücreler üreyerek çoğalmaktadır. Bu şekilde tek hücreli canlılar, çok hücreli kümeler oluşturmaktadır. (Credit: Will Ratcliff and Mike Travisano)
Deney kısaca şöyle yapılmıştır:
Deneyde eski zamanlardan beri ekmek ve bira yapımında kullanılmakta olan bir maya türü (Saccharomyces cerevisiae) seçilmiş. Bu mayanın seçilmesindeki amaç, doğada yaygın olarak bulunması ve kolay büyümesidir. Mayalar besince zengin bir kültür ortamına ekilmiş ve 1 gün boyunca deney tüplerinde büyümelerine izin verilmiş. Daha sonra oluşan katmanları ağırlıklarına göre ayırmak için santrifüj edilmiş. Karışım berraklaştıkça, hücre kümeleri daha ağır oldukları için tüplerin dibine çökmüş. Bu çöken kümeler ayrılarak yeni bir ortama yerleştirilmiş ve yeniden büyümelerine izin verilmiş. 60 döngü sonrasında artık yüzlerce hücre haline gelmiş olan bu kümeler, kabaca dairesel kar tanelerine benzemektedir.
Analizlerin sonunda, bu kümelerin artık sadece birbirlerine tutunan sıradan hücre grupları değil, hücre bölünmesi sonrasında da birbirlerine yapışık kalan akraba hücreler oldukları ortaya çıkmıştır. Bu önemli bir bulgudur çünkü genetik benzerlik içerdiklerini gösterir, ki bu da ortak çalışmayı teşvik eden bir özelliktir. Hücre kümeleri belli bir büyüklüğe ulaştıklarında bazı hücreler, yavru hücrelerin bölünmesine engel olmamak için apoptosis olarak bilinen “intihar” sürecine girmiştir. Yavru hücreler ancak ebeveyn hücrelerin büyüklüğüne eriştikleri zaman üreyebilmiştir.
"Bir hücre kümesi tek başına çok hücreli bir canlı değildir. Fakat kümenin içerisindeki hücreler birlikte çalışmaya başlayınca; yani kümedeki diğer hücrelerin üreyebilmesi için ortak başarı adına fedakarlık yapmaya ve de değişime adapte olmaya başlayınca bu durum, artık çok hücreli bir canlıya doğru evrimsel bir dönüşüm haline gelmiş olur.” diye belirtiyor Ratcliff.
Çok hücreli canlıların oluşması için birçok hücrenin üreme yeteneklerinden fedakarlıkta bulunması gerekir. Bu durum, hücrenin kendisini değil, organizmanın tamamının başarısını tercih ettiğini gösteren bir fedakarlık eylemidir. Örneğin insan vücudundaki bütün hücreler, sperm ve yumurtadan sonraki nesillere DNA aktarılmasını sağlayan bütünsel bir destek sistemidir. Dolayısıyla çok hücrelilik, doğası gereği aşırı derecede işbirlikçi bir yapıya sahiptir, yani canlının başarısı için hücrelerin bir arada çalışmasını gerektirir. Çok hücreli canlılarda tek bir hücre değil, canlının bütünü önemlidir ve önceliklidir. Travisano: "Doğadaki en başarılı canlılardan bazıları, ortak çalışan ve bir arada hareket eden canlılardır. Bizim çalışmamız bir bakıma bu gerçeği de ortaya koymuş oluyor.”
Evrimsel biyologlar, çok hücreliliğin birbirinden bağımsız bir şekilde yaklaşık olarak 25 ayrı grup halinde evrildiğini düşünüyor. Travisano ve Ratcliff, laboratuvarda bu kadar kolay gerçekleşen bir işlemin doğada neden bu kadar sık olmadığını merak ediyor. Ratcliff: “Dünyada milyonlarca yıl yaşamış olan trilyonlarca tek hücreli canlı olduğunu düşünürsek, daha fazla dönüşümün gerçekleşmiş olması beklenirdi.”
Hücre kümelerinin binlerce yıllık nesillerinin bulunduğu fosil kayıtları bu bilgilerin ışığında incelendiğinde, bu soru belki de yakın gelecekte çok daha net bir şekilde cevaplanabilecek. Bu fosil kayıtları şu anda Travisano’nun laboratuvarındaki dondurucuda incelenmeyi bekliyor. Dondurulmuş örnekler, birbirinden bağımsız bir şekilde çok hücreli hale gelen çoklu dallar içerdiği için, her birinde işleyen evrimsel mekanizmaların ne şekilde benzer olduğunu anlamak adına rahatlıkla kıyaslama yapılabilecek. Bu dönüşüm gerçekleşirken grupların, benzer veya farklı mekanizmaları ve genleri kullanıp kullanmadıkları ortaya çıkarılabilecek.
Araştırma ekibinin bir sonraki çalışması, çok hücreliliğe geçişin, kanser ve yaşlanma gibi diğer önemli biyolojik değişimlerin oluşumdaki rolünü incelemek olacak. Travisano: "Çok hücreli mayalarımız, Tıp ve Biyoloji alanlarındaki birçok önemli konuyu araştırabilmek adına değerli bir kaynak olacak.Yakın zamanda kanser gelişimi, çok hücrelilikten köken alan bir fosil olarak tanımlanmıştı. Bu da maya sistemi aracılığıyla rahatlıkla araştırılabilecek bir konudur. Benzer şekilde karmaşık yapıların yaşlanma, gelişim ve evrim mekanizmalarının kökenlerini deneysel olarak incelemek önceden imkansızken, şimdi incelenebilir hale gelmiştir.”
Bu yazı, Science Daily ekibi tarafından Minnesota Üniversitesi'nden sağlanan bilgilerin ışığında yazılmıştır.
Makale Kaynağı: William C. Ratcliff, R. Ford Denison, Mark Borrello, and Michael Travisano. Experimental evolution of multicellularity. Proceedings of the National Academy of Sciences, January 17, 2012 DOI:10.1073/pnas.1115323109
Şu yazılar da ilginizi çekebilir:
- Mayalar tomurcuklanma yoluyla eşeysiz olarak ürer. Eşeysiz üremeyle ilgili bilgi almak için tıklayın
- Tek hücreli ortak ataya dair keşfedilen yeni fosille ilgili yazıyı okumak için tıklayın
- Gezegenimizdeki yaşamın tarihçesiyle ilgili bilgi almak için tıklayın