Hayvanlarda Uçmanın (Uçuşun) Evrimi

Yazdır Hayvanlarda Uçmanın (Uçuşun) Evrimi

Sayfamız okurlarından Sayın Atıl Kaan Kalaycı bize şöyle bir soru yöneltti:

 

Sinekler ve diğer uçucu böcekler nasıl ortaya çıktı ? ayakların kanatlara dönüşmesi mantıklı geliyor ama böceklerin kanat geliştirmesini gözümde canlandıramıyorum açıkcası. Uçucu böcekler hakkında evrimsel bilgi verirmisiniz ?

 

Evrim Ağacı olarak kendisine sadece böceklerle ilgili değil, tüm canlılardaki uçuşun evrimi ile ilgili daha genel bir cevap vermek istiyoruz:

 

Sayın Atıl Kaan Kalaycı,

 

Sorunuz için teşekkür ederiz, gerçekten de güzel ve önemli bir soru. Çünkü Evrimsel Biyoloji ile ilgili çok önemli bilgileri açığa çıkarmamızı sağladı uçuş konusu. Bu kavramların başında da yakınsak evrim (convergent evolution) kavramı geliyor.

 

Yakınsak Evrim, bir özelliğin ortak bir atadan iki torun türe aktarılması yerine, türlerin birbirlerinden bağımsız olarak aynı özelliği tıpatıp aynı ya da benzer şekillerde evrimleştirmelerine denir. Yani, yarasalar ile kuşların en yakın ortak atası (iki türden de on milyonlarca yıl önce yaşamıştır) uçmaya dair en ufak bir iz taşımazken, bu iki canlı grubu uçmayı birbirlerinden bağımsız olarak evrimleştirmiştir. İşte buna yakınsak evrim diyoruz. Ancak örneğin kuşlar arasında albatros ile saz delicesinin ortak ataları da uçma özelliğine sahiptir ve bu iki tür, atalarından bu özelliği almışlardır. Burada yakınsak evrimden söz edilemez.

 

Uçmanın, bu şekilde en az 4 alemde (kingdom; krallık) evrimleştiği bilinmektedir: böcekler, teruzorlar (pterosaurus), kuşlar ve yarasalar. Bunların hepsi, birbirlerinden bağımsız olarak uçmayı keşfetmişlerdir. Yani, daha uygun ve bilimsel bir dille anlatmak gerekirse, bu canlı gruplarından her birinde, bir yerlerde, birbirlerinden bağımsız olarak, uçmayı keşfeden ve bu sayede avantajlı konuma geçen bireyler olmuş ve bu bireylerin sayısı, popülasyon içerisinde artıp sabitlenmiştir.

 

Bu noktada uçan hayvanlar ile süzülen hayvanlar arasındaki farkı belirlemekte fayda vardır. Canlı gruplarından bazıları, aktif olarak kanatlarını kullanarak, yer çekimine karşı koyacak gücü kendi kaslarıyla üretir ve bu şekilde bir noktadan diğerine, yer ile temas etmeden, hava yoluyla giderler ve bu canlılara uçan hayvanlar denir. Uçan hayvanların tümünde, istisnasız bir şekilde kanatlar bulunur; ancak bu kanatlar yapısal olarak farklılık gösterebilirler. Bir grup başka canlı ise kanatları olmamasına rağmen, yüzey alanını arttırıcı bazı uzantılara sahiptirler ve bu hayvanlar kas gücü ile uçma aktivitesini gerçekleştirmek yerine, belli bir yükseklikten kendilerini bırakıp, yine yer ile temas etmeden, hava yoluyla bir noktadan diğerine yer değiştirirler. Aktif olarak uçamayan bu hayvanlara ise süzülen hayvanlar denmektedir. Uçan hayvanlara örnek olarak, yukarıda da belirttiğimiz gibi kuşları, böcekleri, teruzorları ve yarasaları verebiliriz. Süzülen hayvanlar arasında ise "uçan sincaplar", cennet ağacı yılanları, süzülen Çin kurbağaları, süzülen karıncalar ve "uçan" balıklar gibi hayvanlar bulunur.

 

Böceklerde Uçmanın Evrimi

 

Böcekler (Insecta), omurgasızlar arasında uçabilen tek canlı sınıfıdır. Üstelik bu konuda gerçekten uzmanlaşmışlar ve özelleşmişlerdir.

 

Böceklerde uçmanın evriminin günümüzden 350 milyon yıl kadar önce, Karbonifer Dönemi'nde başladığı düşünülmektedir. Bu dönemde sadece iki dev kıta bulunmaktadır ve jeolojik koşullar günümüzle alakası olmayacak şekilde farklıdır. Ne yazık ki, Alt Karbonifer Dönem'e ait elimizde çok az fosil kaydı bulunduğu için, böceklerin tam olarak hangi aşamalardan geçerek uçma yeteneğini kazandıklarını bilemiyoruz. Ancak konuyla ilgili çok güçlü ve farklı açılardan desteklenen teoriler bulunmaktadır. Bu teoriler temel olarak kanatların nasıl evrimleşmiş olabileceğini incelerler. Bunlara kısaca bakacak olursak:

 

İlk teori, kanatların paranotal lob denilen bir ön adaptasyondan evrimleştiğini ileri sürmektedir. Paranotal lob, pek çok böcek fosilinde bulunmaktadır (günümüzdeki modern hayvanlarda ise yoktur) ve bu yapının zıplama ve düşüş sırasında dengeyi sağladığı düşünülmektedir. Bu teori, biraz süzülen hayvanların uçuşunun daha sonradan gerçek uçuşa dönüştüğünü düşünmeye benzemektedir. Eskiden ağaçlar üzerinde yaşayan böceklerin (arboreal böcekler), aşağı düşme sırasında sert çarpmalara engel olması amacıyla, paranotal loba sahip olanların avantajlı olması sonucu bu yapıyı evrimleştirdikleri düşünülmektedir. Bu sayede böcekler yere daha yumuşak inişler yapabilmeye başlamışlardır. Teoriye göre bu yapı daha sonrasında böcek göğüs bölgesinde (thorax) daha uzun mesafeler süzülmeye yarayan bir yapıya dönüşmüş, en sonunda ise aktif olarak uçmaya yaramıştır. Ne yazık ki teoriyi, paranotal lob haricinde fosil kayıtları pek fazla desteklememektedir, ancak konu üzerindeki araştırmalar sürmektedir.

 

İkinci teori kanatların, suda yaşayan (aquatic) böceklerin karın bölgesindeki solungaç yarıklarının farklılaşması sonucu evrimleştiğini ileri sürmektedir. Örnek olarak, mayıs sineklerinin larvalarındaki farklılaşmış solungaç yarıklarını verebiliriz. Bu teoride de aşamalı bir değişim görmekteyiz: bahsi geçen trakeler öncelikle farklılaşarak havada süzülmeyi sağlamış, daha sonra gövdeye tutunmasını sağlayan kasların da aktif titreşimleri geliştirmeleri sonucunda uçma görevi görmeye başlamıştır.

 

Üçüncü ve en güçlü teori ise, endit (endite) ve egzit (exite) denilen ilkel eklembacaklıların bacaklarının farklılaşmasıyla uçmanın ve kanatların evrimleştiğini ileri sürmektedir. Pek çok zaman olduğu gibi, bu konuda da Drosophila melanogaster (meyve sineği) üzerinde çalışma yapılmış ve oldukça güçlü delillere ulaşılmıştır. Sinekler üzerinde yapay olarak meydana getirilen bir mutasyon sonucu kanatlar yerine üç eklemli bir bacak gelişmiştir. Tersine düşünecek olursak, eskiden üç eklemli bir bacak varken, belirli bir mutasyonun meydana gelmesi sonucunda kanatlar evrimleşmiş ve faydalı olmalarından ötürü kalıcı hale gelmiş olabilirler. Bu konuda da araştırmalar sürmektedir.

 

Bu konuya çok daha derinlemesine girme şansımız var, ancak yerimizi çok aşacağımız için burada kesip diğer canlılara geçeceğiz. Ancak bilinmesi gereken şudur ki, böceklerin uçuşuyla ilgili çok güçlü teoriler bulunmakta ve araştırmalar halen sürmektedir. Günümüzde, kanatlı böceklerin tümü taksonomik olarak Insecta (böcekler) sınıfının Pterygota (kanatlı böcekler) alt sınıfında yer almaktadır.

 

Teruzorlarda ve Kuşlarda Uçmanın Evrimi

 

Teruzorlar, Geç Triyasik Dönem ile Kretase Dönem'in sonuna kadar, yani günümüzden 220 milyon yıl öncesiyle 65.5 milyon yıl öncesi arasında yaşamış ve soyları tükenmiş, "pterosaurus" kelimesinin de anlamını veren "kanatlı sürüngenler"dir. Taksonomi kuralları dahilinde, teruzorlar, evrimleşmiş halleriyle birer dinozor sayılmamaktadırlar. Ancak teruzorlar, gerçek dinozorlardan evrimleşerek farklılaşmış ve ayrı bir taksonomik grup oluşturmuş canlılardır (aynı durum ihtiyazor, pleyozor ve mozazorlarda da görülür). Bu grubun ataları ve grubun kendisi, günümüzdeki kuşların atalarını oluşturmaktadır. Yani günümüz kuşları, yaşayan birer "dinozordur" (bilimsel olarak bu tabir doğru olmasa da, bu şekilde düşünülebilir). Teruzorlar, bilinen ilk omurgalı uçuculardır. Teruzorların nasıl uçmaya başladığıyla ilgili olarak elimizde böceklerden çok daha fazla kanıt bulunmaktadır.

 

Teruzorların kanatları, derinin kasların ve bazı diğer dokuların özelleşmesi ve bacaklar ile aşırı olarak uzayan dördüncü el parmakları arasındaki alanı bir çarşaf gibi kapatması sonucu evrimleşmiştir. Bu, oldukça yavaş ve kademeli bir süreçtir. İlkin türlerin halen dinozorlar gibi uzun kuyrukları ve tamamı dişlerle kaplı çeneleri; ancak yavaş yavaş evrimleşmeye başlayan kanatları bulunmaktadır. Daha sonraki türlerde ise kuyruk ve dişler kısalmış veya kaybolmuştur. En ilkin türlerden itibaren günümüzdeki hayvanlarda ve atalarının çoğunda bulunan "kıl" yapısını oluşturan filamentler olan piknofiberler farklılaşarak bütün vücudu ve kanatları kaplayacak olan "tüy" yapısını evrimleştirmiştir. Bu konuda da çok boğmamak adına teknik ayrıntılara girmek istemiyoruz ancak konunun ardında geniş anatomi, biyokimya ve fizyoloji bilgisi yattığını bilmekte fayda var.

 

Dinozorlardan kuşların evrimine giden yolda pek çok fosil kaydımız bulunmaktadır. Hatta sırf bu konuyla ilgili Evrim Ağacı'nın dalları oldukça belirgin bir şekilde bilinmektedir. Bazı tüylü dinozorların isimleri şöyle sıralanabilir:

 

Avimimus, Sinosauropteryx , Protarchaeopteryx, Caudipteryx, Rahonavis, Shuvuuia, Sinornithosaurus, Beipiaosaurus, Microraptor, Nomingia, NGMC 91, Cryptovolans, Scansoriopteryx, Psittacosaurus, Yixianosaurus, Dilong, Pedopenna, Jinfengopteryx, Juravenator, Sinocalliopteryx, Velociraptor, Similicaudipteryx, Epidexipteryx, Anchiornis, Tianyulong, Concavenator

 

Ayrıca söz konusu Evrim Ağacı da şu şekilde verilebilir:

 

Dinozor-Kuş Filogenisi

 

Bu konuda da bu kadar bilginin yeterli olacağını düşünüyoruz.

 

Yarasalarda Uçmanın Evrimi

 

Yarasalar (Chiroptera), memeliler arasında en yaygın olan ikinci gruptur ve aynı zamanda memeliler arasında uçma yetisini kazanabilmiş tek gruptur. Yarasaların ilk olarak uçmayı nasıl evrimleştirdiği tam olarak bilinmese bile, bir kolugo olan ve havada süzülme yeteneği olan Cynocephalus (dilimizde "uçan lemur" olarak geçmektedir ancak ne uçmaktadır ne de lemurdur) ile olan akrabalıkları, yarasalardaki uçuşun evrimiyle ilgili çok önemli fikirler vermektedir.

 

Bilinen en eski yarasalar Eyosen Çağı'nda, yani günümüzden 54.8 ile 34.7 milyon yıl önce görülmektedir ve bu türlerde, günümüzdekinin aksine uzun kuyruklar ve bazı diğer uçuş adaptasyonları bulunmaktadır. Bu önemli farkların haricinde, günümüzdeki yarasalarla pek çok benzer özellikler de taşımaktadırlar. Bu özellikler bize yarasaların ağaçlarda yaşayan bir atanın sürekli olarak aşağı düşmesi veya atlaması sonucunda, havada en çok süzülüp, yere en yumuşak konanların hayatta kalıp gitgide avantajlı bir konuma geçtikleri fikrini vermektedir. Bunu yapmalarının yolu ise, koltukaltı derisinin uzayarak kolları bacaklara kadar kaplayacak bir yapı haline evrimleşmesidir. Bu açıdan, böceklerde pek de geçerli olmayan bir teorinin, güçlü bir şekilde karşımıza çıktığını görmekteyiz.

 

Aşağıda, bir yarasa kanadı ve kemik anatomisi verilmiştir:

 

Yarasa Kanadı

 

Yine çok fazla anatomik ve fizyolojik ayrıntıyla boğmak istemiyoruz, çünkü muhtemelen sizler için pek bir şey ifade etmeyecektir. Ancak bilinmesi gereken nokta, ağaçlarda yaşayan ve havada süzülen bazı türlerin gitgide özelleşerek, kendi kas güçleriyle itiş ve kalkış sağlayabildiklerini düşünmenin oldukça mantıklı ve fosillerce ve moleküler kanıtlarca da desteklenen bir olay olduğudur.

 

Umarız açıklayıcı olmuştur.

 

Saygılarımızla.

 

ÇMB (Evrim Ağacı)

 

 

http://www.ucmp.berkeley.edu/vertebrates/flight/bats.html

http://www.ucmp.berkeley.edu/vertebrates/flight/converge.html

http://www.ucmp.berkeley.edu/vertebrates/flight/evolve.html

http://blogs.discovermagazine.com/80beats/2011/06/24/evolution-of-flight-did-early-birds-run-and-flap-before-they-flew/

http://animals.about.com/od/birds/a/evolutionflight.htm

http://en.wikipedia.org/wiki/Origin_of_avian_flight

http://en.wikipedia.org/wiki/Flying_and_gliding_animals

http://en.wikipedia.org/wiki/Insect_flight

http://en.wikipedia.org/wiki/Pterosaur


6 Yorum