Biyologlar Dinozor Soyunun Tükenmesinin Gizli Genomik Mirasını Ortaya Çıkardı
Michigan Üniversitesi’nden yapılan bir araştırma, 66 milyon yıl önce bir asteroitin neden olduğu kitlesel yok oluşun ardından erken kuş atalarının genomlarında meydana gelen değişiklikleri ortaya çıkararak önemli DNA değişimlerini gösteren “genomik fosiller” tespit etti. Kuş evrimi için kritik öneme sahip olan bu değişiklikler, bu tür felaketli olayların biyolojik çeşitlilik ve organizma biyolojisi üzerinde nasıl derin ve kalıcı etkilere sahip olduğunu ortaya koyuyor.
Araştırma, Kretase sonu kitlesel yok oluşunun kuş genomlarını önemli ölçüde değiştirdiğini ve günümüz kuşlarının evrimine ve çeşitliliğine katkıda bulunduğunu ortaya koyuyor. Genomik fosilleri ve evrimsel değişimleri analiz ederek, çalışma kitlesel yok oluşların Dünya’daki yaşamı nasıl şekillendirdiğine dair daha derin bir anlayış sağlıyor.
66 milyon yıl önce Dünya’ya bir asteroit çarpmasından kısa bir süre sonra, uçamayan dinozorların hayatı sona erdi, ancak kuşların ilk atalarının evrim öyküsü başladı.
Fosil kayıtları bize yaşayan kuşların erken atalarının asteroitin neden olduğu kitlesel yok oluş olayından hemen sonra evrimsel yolculuklarına başladıklarını söylüyor, ancak araştırmacılar bu hikayenin kuş genomlarına nasıl yansıdığını göreceklerinden emin değillerdi. Şimdi, Michigan Üniversitesi’nin bir çalışması, Kretase sonu kitlesel yok oluş olayı olarak adlandırılan kitlesel yok oluş tarafından tetiklenen kuşların genomlarında önemli değişiklikler tespit etti ve bu da nihayetinde yaşayan kuşların inanılmaz çeşitliliğine katkıda bulundu.
Çalışma, tüm büyük kuş gruplarının evrimsel yörüngesini inceledi ve kuşların 10.000’den fazla canlı türe evrimleşmesi sırasında kritik evrimsel adımları işaret eden kuşların DNA’sında “genomik fosil” kanıtı buldu. Araştırma, Science Advances dergisinde açık erişimli bir makale olarak yayınlandı .
“Yaşayan kuşların DNA’sını inceleyerek, Dünya tarihinin en önemli olaylarından birinin hemen ardından değişen genetik dizilerin kalıplarını tespit etmeye çalışabiliriz,” diyor, UM Ekoloji ve Evrimsel Biyoloji Bölümü’nde Michigan Yaşam Bilimleri Üyesi olarak çalışmayı tamamlayan baş yazar Jake Berv. “Bu olayların imzası, hayatta kalanların genomlarına, on milyonlarca yıl sonra tespit edebileceğimiz bir şekilde işlenmiş gibi görünüyor.”
Genom Kompozisyonu ve Evrimsel Potansiyel
Canlı bir organizmanın genomu, A, T, G ve C harfleriyle anılan dört nükleotid molekülünden oluşur. Bu nükleotidlerin bir genomdaki sırası, yaşamın “planını” tanımlar. DNA kodu bazen, tüm genom boyunca DNA nükleotidlerinin genel bileşimini değiştirecek şekilde evrimleşebilir. Bu bileşimsel değişiklikler, bir organizmanın evrimsel potansiyeline veya evrimleşme yeteneğine katkıda bulunan ne tür bir genetik varyasyonun mümkün olduğunu belirlemede kritik öneme sahiptir.
Araştırmacılar, kitlesel yok oluş olayının nükleotit bileşiminde kaymalara yol açtığını buldular. Ayrıca, bu kaymaların kuşların bebekken gelişme biçimleri, yetişkin boyutları ve metabolizmalarıyla bağlantılı göründüğünü buldular.
Örneğin, kitlesel yok oluştan yaklaşık 3 ila 5 milyon yıl sonra, hayatta kalan kuş soyları daha küçük vücut boyutları geliştirme eğilimindeydi. Ayrıca, daha fazla türün “bakımlı” hale gelmesiyle yavru olarak nasıl geliştiklerini de değiştirdiler. Berv, bunun yumurtadan çıktıklarında hala çok embriyonik oldukları, ebeveynlerinin onları beslemesi gerektiği ve uçmaya başlamalarının haftalar alabileceği anlamına geldiğini söylüyor. Tavuklar ve hindiler gibi kendi başlarının çaresine bakmaya hazır bir şekilde yumurtadan çıkan kuşlara “erken gelişmiş” denir.
Şu anda Michigan Üniversitesi’nin Veri ve Yapay Zeka Toplum Enstitüsü’nde Schmidt Yapay Zeka Bilim Doktora Sonrası Araştırma Görevlisi olan Berv, “Yetişkin vücut büyüklüğünün ve yumurtadan çıkmadan önceki gelişim kalıplarının, tespit ettiğimiz genetik değişikliklerle ilişkilendirebileceğimiz kuş biyolojisinin iki önemli özelliği olduğunu bulduk” dedi.
Gelişmiş Genomik Modelleme
Berv, evrimsel biyoloji ve ornitolojideki en önemli zorluklardan birinin, başlıca kuş grupları arasındaki ilişkileri ortaya çıkarmak olduğunu söylüyor; yaşayan kuşlar için yaşam ağacının yapısını belirlemek zordur. Son 15 yıldır araştırmacılar, sorunu çözmek için giderek daha büyük genomik veri kümeleri uyguluyorlar.
Daha önce araştırmacılar, güçlü varsayımlarda bulunan istatistiksel modeller kullanarak kuşların genomlarının evrimini incelemek için genomik verileri kullandılar. Bu “geleneksel” modeller araştırmacıların genetik değişikliklerin geçmişini yeniden oluşturmasına izin verir, ancak tipik olarak DNA’nın bileşiminin, A, T, G ve C nükleotidlerinin oranının evrimsel tarih boyunca değişmediğini varsayarlar.
Berv, 2019’un sonlarında, DNA kompozisyonunu zaman içinde ve yaşam ağacının farklı dallarında daha yakından izlemek için bir yazılım aracı geliştiren UM ekoloji ve evrimsel biyoloji profesörü Stephen Smith ile çalışmaya başladı. Bu araçla araştırmacılar, DNA kompozisyonunun sabit kaldığı varsayımını gevşetebildiler. Smith, bunun DNA evriminin “modelinin” evrim ağacı boyunca değişmesine ve DNA kompozisyonunda muhtemelen bir değişimin olduğu yerleri belirlemesine izin verdiğini söyledi.
Berv, bu yeni araştırma için bu değişimlerin zaman içinde, Kretase sonu kitlesel yok oluşundan yaklaşık 5 milyon yıl sonra yoğunlaştığını söylüyor. Yaklaşımları ayrıca, hangi kuş özelliklerinin DNA bileşimindeki bu değişimlerle en yakından ilişkili olduğunu tahmin etmelerine de olanak sağladı.
“Bu, kitlesel yok oluş olayına bağlayabileceğimizi düşündüğümüz önemli bir genetik değişim türü,” dedi. “Bildiğimiz kadarıyla, DNA bileşimindeki değişiklikler daha önce Kretase sonu kitlesel yok oluşuyla bu kadar açık bir şekilde ilişkilendirilmemişti.”
Daniel Field, omurgalı paleontolojisi profesörü
Cambridge Üniversitesi ve çalışmanın ortak yazarı, Kretase sonu kitlesel yok oluşunun kuşların evrimini nasıl etkilediğini anlamakla ilgilendi. Kitlesel yok oluşun ardından erken kuş evrimiyle ilgili rehberlik sağladı.
“Kitlesel yok oluş olaylarının biyolojik çeşitliliği, ekolojiyi ve organizma formunu önemli ölçüde etkileyebileceğini biliyoruz. Çalışmamız, bu yok oluş olaylarının organizma biyolojisini daha da derinden etkileyebileceğini vurguluyor; genomların nasıl evrimleştiğinin önemli yönlerini değiştirerek,” diyor Field. “Bu çalışma, kitlesel yok oluş olaylarının dramatik biyolojik etkilerine ilişkin anlayışımızı ilerletiyor ve dev dinozorları yok eden kitlesel yok oluşun gezegenimizin tüm tarihindeki biyolojik olarak en etkili olaylardan biri olduğunu vurguluyor.”
Araştırmacılar, evrimsel biyolojide kullanılan tipik varsayımları esneterek, kuşların erken tarihinde meydana gelen olayların dizisine ilişkin daha ayrıntılı bir anlayış geliştirdiklerini söylüyorlar.
Smith, “Genellikle yaşam ağacı boyunca DNA bileşimindeki ve modelindeki değişime, belirli bir zaman ve mekan noktasında ilginç bir şeyin gerçekleştiği bir değişim olarak bakmadık,” dedi. “Bu çalışma, muhtemelen bir şeyi kaçırdığımızı gösteriyor.”
