Sistemlerin Evrimi - 1: Sindirim Sistemi ve Çift-Yanlı Simetrik Hayvanlar

Yazdır Sistemlerin Evrimi - 1: Sindirim Sistemi ve Çift-Yanlı Simetrik Hayvanlar

Sayfamız üyelerinden Sayın Şafak Şeref bize şöyle bir soru yöneltti:

 

merhaba, uzun zamandır takip ediyorum sizi ve pek çok soruma yanıt buldum ne kadar teşekkür etsem az. bu günlerde aklıma takılan birşeyi sormak isterim; vücudumuzda ki sistemler. örneğin eski ilkel deniz canlılarının kuraklıktan en az etkilenmek için akciğerleri oluşturduklarını biliyoruz ama bu nasıl solunum sistemine dönüştü? kalp ve damarların oluşumu ve evrimi nasıl gerçekleşti? sindirim ve onu takip eden boşaltım sistemi daha karmaşık, oluşturan organların hepsi birbirine bağlı ve birisini çıkarmanız durumunda tüm sistemi çöpe atmanız gerekir. ilkel organizmalardan bu organları teker teker oluşturmalarını bekleyebilir miyiz? hangi canlı vücudunda tek başına hiçbir işlevi olmayan bir mide görmek ister ki? o çağlarda organların da çok ilkel olduğu ve bugün ki işlevi dışında kullanabileceğini biliyorum. umarım anlatabilmişimdir kendimi iç organların oluşumu, kronolojik sırası veya sistemlere dönüşümü hakkında biraz bilgi verirseniz sevinirim.

 

Evrim Ağacı olarak kendisine vermek istediğimiz cevap ise şöyle:

 

 

Sayın Şafak Şeref,

 

Sorunuz için çok teşekkür ederiz, güzel bir soru sormuşsunuz. Öte yandan da belirtmem gerekir ki, sorunuz çok kapsamlı. Canlıların vücudunda pek çok sistem mevcut: Boşaltım, sindirim, solunum, dolaşım, üreme, savunma, vs. Siz ise sorunuzda, bunların evrimini sormaktasınız. Bu da cevaplaması oldukça zor bir hal almakta, çünkü -örneğin- ODTÜ'de yalnızca bu konu bir dönem, yani yaklaşık 4 ay boyunca öğretiliyor.

 

Biraz genel bir cevapla başlamakta fayda var, çok fazla özele inmeyeceğim, çünkü bizden önce zaten sayfamız üyeleri çok güzel ve yerinde açıklamalarda bulunmuşlar. Onları yazımızın altına ekleyerek sorularınıza cevaplar vermiş olacağız. Genel olarak cevabımız ise şudur:

 

İlkokuldan beri bize Biyoloji açısından dikte edilen gerçeği burada hatırlamakta fayda var: Hücreler dokuları oluşturur, dokular organları oluşturur, organlar sistemleri, sistemler ise organizmayı oluşturur. Bu çok önemlidir, çünkü Evrimsel açıdan bir olguyu incelerken, hangi düzeyde/boyutta inceleyeceğinizi iyi seçmeniz gerekir. Sn. Doç. Dr. Ergi Deniz Özsoy'un sıklıkla belirttiği gibi, ehil olmayan bir göz, bir fosile bakarak, bundan 400 milyon yıl önce yaşamış bir canlıyı günümüzde halen yaşamakta olan bir canlıya benzetebilir. Eğer o kişi paleontolojiden anlayacak olursa, biraz daha ayrıntılı bakabilecek ve fosilin genel hatlarından yola çıkarak, günümüzdeki benzer canlıyla aralarında pek çok fark görecektri. Morfolojiden ve Karşılaştırmalı Anatomi'den anlayan biri bakacak olursa, kemik yapılarını inceleyerek, günümüzdeki canlıdan tamamen farklı bir tür olduğunu görebilecektir. Bakan kişi, fizyolojiden de anlıyorsa, o zaman sistemleri arasındaki ilişkiyi de görebilecek ve evrimin bir canlıyı 400 milyon yılda ne kadar farklılaştığını size izah edebilecektir. Bu şekilde gidersek, en nihayetinde, hücre-altı boyutta, moleküler genetikten anlayan biri aynı fosile bakıp incelemeler ve karşılaştırmalar yaptıktan sonra, size günümüzde sizin "benzer" olarak gördüğünüz canlıyla arasında binlerce fark sayacaktır. Bu, böyle devam eder. Dolayısıyla, Evrim'i anlamak istiyorsak, ne ölçekten bakacağımızı çok iyi seçmemiz gerekmektedir. Bunun da tek yolu "kendimizi bilmektir". Bir olguya Evrimsel Biyoloji açısından bakarken, şunu kendimize sormalıyız: "Ben, bu fosili veya canlıyı ve bunun evrimini anlamak adına ne kadar bilgiye sahibim?" Bu sorunun cevabı, bize hangi ölçekten bakmamız gerektiğini söyleyecektir.

 

Sorunuza gelecek olursak, toptan haliyle bir "sistem"in evrimini anlamak, oldukça güç bir iştir. Ancak sizin de öngördüğünüz gibi, sistemler, kendisinden daha küçük yapı birimleri olan organların tekil ama bağımlı evrimi sonucunda günümüzdeki halini almışlardır. Organların evrimi ise dokuların ve hücrelerin evrimine bağlıdır. Hücrelerin evrimi ise, genetik yapıdaki değişimlere ve seçilimlere bağlıdır. Dolayısıyla, aslında biz total olarak bir organizmanın evriminden bahsederken, arka planda gerçekleşen pek çok olayı es geçeriz. Halbuki, bir denizel canlının, karasal bir canlıya evrimleşebilmesi için, sadece solunum organları veya hareketini sağlayan organların evrimleşmesi değil, bütün organizmanın, pek çok açıdan evrimleşmesi gerekmektedir. Bu da hücrelerden tutun da sistemlere kadar zincirleme evrimsel değişimleri tetikler. Dolayısıyla sistemlerin evrimini anlamak için, adım adım, tek tek, bu organların, dokuların ve hatta hücrelerin evrimini incelemek ve anlamak gerekmektedir.

 

Bu noktada, bir iki örnek vermemiz gerekirse: Sindirim yolu (İng: "gut"), sistemlerin evrimini anlamak için çok güzel bir örnektir. Nature dergisinin 456. sayısının 382-386. sayfaları arasında Hawaii'de bulunan Kewalo Denizsel Araştırma Laboratuvarı'nda çalışan Prof. Dr. Andreas Hejno ve Prof. Dr. Mark Q. Martindale'ın "Asölom Gelişimi İki-Yanlı Simetrik Canlıların Ağız ve Anüslerinin Bağımsız Evrimini Gösteriyor" başlıklı makalelerinde belirttikleri gibi, bilteral (iki-yanlı) simetriye sahip hayvanların (yani sağ-sol ve ön-arka kavramlarının bulunduğu sinek, kuş, insan gibi hayvanlar), radyal simetriye sahip hayvanlardan (deniz anası veya sünger gibi) evrimleştiği düşünülmekteydi. Bu evrimin en önemli bulgularından biri de, öncül (anterior) ağız ile arkasal (posterior) anüsün bulunduğu doğrusal sindirim yolunun evrimidir.  Bu yapıların embriyonun ilk dönemlerinde meydana gelen "hücresel çöküntü" olarak isimlendirebileceğimiz blastopore evresinde meydana geldiği ve geliştiği bilinmektedir.

 

NASA'nın Astrobiyoloji Enstitüsü'nden Daniella Scalice'ın derlediği bulgulara göre ise, güncel moleküler filogeniler, asölom (yani hücre içi boşluğu bulunmayan) hayvanlardan olan yassısolucanların (flatworms), çift-yönlü simetriye sahip olan hayvanların evriminin ilk basamağı olduğunu ortaya koymaktadır. Asölom hayvanlar, Kambriyen Öncesi'nden kalma bazı karakterleri dahi taşıyan hayvanlardır.

 

Asölom hayvanların sindirim sisteminde tek açıklık (yalnızca ağız) bulunmaktadır. Yassısolucanlar ile günümüz çift-yanlı simetriye sahip hayvanları (insan, kuş, böcek gibi) arasındaki genetik ifade benzerliklerine bakan bilim insanları, iki canlı grubu arasında büyük benzerlikler keşfetmişlerdir. Yassısolucanlarda ağzın oluşumunu ifade eden genler, çift-yanlı canlılarda da benzer şekilde ağzın ve anüsün oluşumunu ifade etmektedirler.

 

Yassısolucanlardan bir sonraki basamak olan denizyıldızları gibi derisidikenlilerde, bir ağız ve kese benzeri bir sindirim yolu bulunmaktadır. Araştırmacılar, anüsü oluşturacak olan yapıların, farklı hayvan gruplarında birbirinden bağımsız olarak evrimleştiğini bulmuşlardır. Bilim insanları, anüsün, gonoduct denen ve sperm ile yumurtaların salındığı kanalın evrimi ile bağıntılı olduğunu düşünmektedirler. Anüsün evriminin en önemli sebebi olarak ise, vücut büyüklüğünün evrimsel gelişim dahilinde büyümesi ve vücutların uzaması gösterilmektedir. Eğer günümüzde anüse sahip canlılarda hala sadece tek açıklık bulunsaydı (sadece ağız), enerji ihtiyacımız yeterince karşılanamazdı ve yiyeceklerin sıralı sindirimi mümkün olmazdı.

 

Dolayısıyla artık biliyoruz ki, çift-yanlı simetriye sahip hayvanların evriminin ilk basamağı radyal simetriye sahip hayvanlar değil, yassısolucan benzeri hayvanlardır. Bu da, 1874'te Ersnt Haeckel tarafından ileri sürülen Gastraea Hypothezi'ni çürütmektedir. Araştırmacılar, çift-yanlı simetriye sahip hayvanların atasının 550 milyon yıl önce yaşadığını ileri sürmektedirler. Bu canlı, önceden sanılandan biraz daha karmaşıktı ve hermafroditti (transseksüel veya hem erkek, hem dişil organı bulunan canlı). Ayrıca bu canlıda sadece ağız bulunuyordu ve anüs bulunmuyordu. Kelimenin tam anlamıyla, o dönemlerdeki atalarımız, yiyeceklerini yedikten sonra sindirilmeyen kısmı "tükürmek" zorundaydılar. Tıpkı günümüz asölom canlıları gibi denizin derinliklerinde, kumlar arasında yaşayan yumuşak vücutlu canlılardı. Bu sebeple de günümüzde bu canlılara ait fosiller bulmamız neredeyse imkansız haldedir.

 

Uzun lafın kısası, bütün sistemler, önce basit adımlardan geçerek evrimleşmişlerdir. Gittikçe karmaşıklaşan yapıda, her bir basamak, bir öncekinden avantajlı konumdadır. Örneğin sinir sisteminde, ilkel atalarımızdave günümüzde yaşayan bazı canlılarda gangliyon denen sinir düğümleri ile ilk sinir sistemleri başlamıştır. Bu sistem daha sonra gittikçe özelleşerek, sinir uzantılarının oluşmasına, kafanın gelişimiyle birlikte özelleşmiş sinirlerin kafada toplanmasıyla, sonradan beyin denen sinir yığını organın evrimiyle, notokordun gelişimiyle ve adım adım bütün organlara giden sinirlerin oluşumuyla gerçekleşmiştir. Hiçbir basamak atlanmamış ve her şey, bir öncekinden avantajlı olduğunda korunmuştur. Olmadığında ise elenmiştir. Unutmamak gerekir ki bir sistemin total evrimini anlamak oldukça güç olabilmekle birlikte, genel hatlarıyla bakıldığında anlaşışması hiç de zor değildir. Yine de daha sağlıklı bir analiz için, bir sisteme ait tüm organların evrimine tek tek bakılması gerekmektedir.

 

Bir organın sistemden çıkarılması, genellikle sistemi bozacaktır, bu doğrudur. Ancak bu, hepsinin birden, bir seferde evrimleşmesine değil, tek tek ve birbirlerine bağımlı olarak evrimleşmelerine ispat olarak gösterilebilir. Her bir basamak, kendisinden önce var olan basamaklar dahilinde evrimleşmiştir; dolayısıyla genellikle o organın sistemden çıkarılması, sistemde eksikliğe sebep olacaktır. Öte yandan, boşaltım sistemine ait böbreklerimizden birini veya sindirim sistemine ait organlarımızdan olan apandiksin sistemden atılması, sistemi etkilemez. Bunun sebebi, apandiksin artık kullanılmama sonucu körelmesi, böbreklerin ise çift-yanlı simetri dahilinde iki yanda ortaya çıkması ancak bir tanesinin de genel olarak (eksikliklerle birlikte ve kontrol altında) vücudu idare edebilmesidir. Bir sistemi oluşturan organların ilk ortaya çıktığı zamanlara baktığımızda ise, o organın çıkarılmasının canlıyı öldürmediği; ancak öte yandan canlının avantajını ortadan kaldırdığını görebiliriz. Örneğin ciğerli balıklarda, ciğerin çıkarılması canlıyı öldürmez; ancak karada kalma şansını yok eder ve bu da, canlılığın karaya geçmesini engeller. Bu noktada, Evrim'in bir yönü olmadığını unutmamak gerekir. Sihirli bir el, ciğerli balıkların ciğerlerini silseydi, canlılık (daha doğrusu hayvanlar) belki asla karaya geçemeyecek ve günümüzdeki hemen hiçbir karasal hayvan var olamayacaktı. Veya hiç beklemediğimiz ya da öngöremeyeceğimiz başka bir yolla karaya geçeceklerdi. Bunu şu etapta bilmenin bir yolu yoktur.

 

Umarız açıklayıcı olmuştur. Gelecek günlerde diğer sistemlerin de ayrıntılı evrimlerini açıklayan yazılar paylaşabiliriz veya sizler merak ettiklerinizi sorabilirsiniz.

 

En içten saygılarımızla.

 

ÇMB (Evrim Ağacı)

 

http://www.nature.com/nature/journal/v456/n7220/full/nature07309.html

http://astrobiology.nasa.gov/articles/evolution-of-the-gut/

http://astrobiology.nasa.gov/directory/profile/1583/daniella/scalice/

 

Ayrıca sayfamız üyelerinden Sayın Fatih Sezer'in soruya verdiği cevabı da eklemekte fayda görüyoruz. Kendisine bu cevap için teşekkür ederiz.

 

İnsan embriyosunda kalp damar sisteminin ilk hali düz bir boru şeklinde. daha sonra bu borunun ortası kalınlaşmaya başlıyor sonra odacıklara bölünüyor. ilkel bir canlıda bu tür düz bir boru şeklide boru olduğunu düşünün. mutasyonlar her canlıda olmakta. bu düz boru damarlı canlıda bir mutasyon gelşiyor ve damarın ortası daha kalın. bu özel canlı türdeşlerine göre daha fazla daha güçlü kan pompalıyor. yaşamda kalma şansı ve dolayısıyla üreme şansı daha yüksek. bu özel canlı belki 100 kuşak içerisinde kendi türünde hakimiyeti sağlıyor çünkü daha güçlü daha iyi ürüyor. bu tür artık ortası şişkin bir damara sahip. hala mutasyonlar sürüyor. şimdi bu şişkinliğin bir mutasyon geçirdiğini ve ortadan ikiye bölündüğü düşünün. bunun da bir avantajı oldu ve ikinci özel türümüz yine güçlü yine daha çok üreme şansına sahip. artık kendi türüne bu ikinci özel tür hakim. milyonlarca yıl içerisinde basamak basamak geçirilen evrimelrin karlı versiyonları kalıyor ve bugünkü haline geliyor. bir de çok kullanılan bir tabir var her şey işe yarar diye. büyük bir yalandır. bugün prostat bezinin toplar damarı omurga ile gereksiz yere direk bağlı ki buna tıpta anastomoz denir bu bağlantı yüzünden prostat kanserli beyne çok çabuk yayılıyor.

 

Ayrıca sayfamız üyelerinden Sayın Kubilay Meşe'nin de ayrıntılı cevabını eklemekte fayda görüyoruz. Kendisine bu cevap için çok teşekkür ederiz.

 

Basitçe anlatmak gerekirse akciğerlerin evriminde söylemem gereken şey, akciğerlerin yüzme keselerinden evrilmesidir (Gerçekte günümüz balıklarında bulunan yüzme kesesinden evrilmedi. Günümüz yüzme keseleri de evrim sürecinden geçmiştir.Burada bir "pre-yüzme kesesi" düşünmek yararlı olur.). Günümüz yüzme keseleri balıkların derinlik ayarlamasını sağlıyor basitçe (denizaltıların sistemine biraz benziyor). Aslında solungaç solunumunun sisteminden kopup da akciğerli solunum sistemine geçiş çok karmaşık değil. Bize karmaşık görünmesinin sebebi, bu oluşum sürecini hayal ederken günümüz organlarını DİREK kullanmamız gerektiğini düşünmemizdir.

 

Yukarıda yüzme kesesi için dediğimi diğer tüm ekipmanlar için kullanabiliriz. Günümüz organlarının işleyişi bizim hayalgücümüze katkı sağlar ve benzeşimlerden yararlanarak atasal ilişkiler kurarız. Kalp oluşumu akciğerden daha önce olmuştur; bunu biliyoruz. Kalbin kökenine dair bilgileri eklembacaklılara bakarak ediniyoruz; onlar ilkel canlılar değil sadece kendilerinde bulunan özellikler olası bir atanın taşıyabileceği bazı özelliklerle ortak. Akciğerlere dönmek gerekirse; bizler balıklar arasında bize en yakın olanlarının akciğerli balıklar olduğunu biliyoruz; ve aynı zamanda bunlar lob yüzgeçliler taksonunda yer alıyorlar, yani sizin yukarıda söylediğinizi destekleyerek şunu söyleyebilirim: Akciğer oluşumu karasal bir adaptasyondur omurgalı canlılar için. Bu oluşumu hayal ederken -birkaç cümle önce söylediğim gibi- günümüz organlarını sadece hayalgücünü genişletme amacıyla kullanmamız ve mümkün olduğunda çok adım düşünmemiz önemlidir; akciğerli balığın akciğerleri gelişkin değildir, o zaman ölmesi mi gerekirdi? Hayır. Onun akciğerleri nemli toprakta saklanıp sonra göle dönmesine yetiyor. Kurbağaların akciğerleri iki balon gibidir;yani alveolleri yok ve kapasitesi düşük, bu onun tüm sistemlerinin bozuk olduğunu mu gösteriyor? Hayır. Halihazırda sulak ortamlarda yaşadığı için nem oranının yüksek olduğu sulak bölgelerde iyi iş yapan bir solunum sistemi olan deri solunumuna sahipler.

 

Günümüz canlısından organının bir parçasını aldığınızda ölebilir evet; ama o günümüz canlısıdır; belli bir yere kadar ekleme çıkarma yapabilirsiniz. Akciğer veya kalp kökeni eskiye giden yapılardır;günümüz canlısı tüm sistemini bu yapıya kurmuştur.Fakat bu sistemler de değişirler.Yani sistem basit>>kalp basit:bir sorun yok.Sistem değişip de bir açıdan karmaşık hal aldığında kalp de aynı sürede değişecektir.Sistem karmaşık>>>kalp karmaşık. Son olarak bu örnek üzerinden şunu söylemek isterim: Sistem karmaşıklaşırken üzerine kurulu olduğu organ görece az değişiyorsa bile o sistem işleyebilir.Yani siz dolaşım sisteminizde bir devrim yaratırken (3 odacıklı kalp yani daha iyi dağıtım [kurbağalar]) kanı daha iyi oksijenle doldurmasını beklediğiniz organda (akciğerler) sisteme göre (dolaşım sistemi) görece az değişim gözlemliyorsunuz (dahası diğer karasal adaptasyonların da değiştiğini ve ihtiyaçlarının farklılaştığını da hesaba katın); ama bu canlı başarıyla yaşıyor! Bu ihtiyacı karşılamak için kendi taksonuna özgü özel bir yapı geliştirmiş (kurbağalardaki deri solunumu sistemi).

 

Özetle bu durumu şöyle maddeyebilirim:

 

  • Canlılar değişir; tek başına değil tümden.
  • Değişimler toplamda yönsüz iken kısa bir süre için yönlüdürler (karasal adaptasyonlar geçirme).
  • Her sistem eşit hızda değişmez; kimi yavaş kimi hızlı. #Hızlardaki bu değişim canlı için farklı adaptasyonlara kapı açar.
  • Sistemin bireysel değil tümden ve kademeli değişimi nedeniyle,yavaş veya hızlı, alternatif değişimlere küsülmez, onlara da fırsat verilebilir (canlı tüm sistemini hassas bir dengeye kurmaz*)
  • *Çünkü "canlı cimridir."; mükümmel sistemler çok maliyetlidir ve küçük hatalarda (ki bu her zaman olur) tamamıyla yıkılırlar. 

Bu "mini" yazıma şu sözle son vermek istiyorum: "Doğa olağanüstü bir lehimcidir; tanrısal bir yaratım ustası değil."

 

Sayfamız okurlarından Sayın Erdem Ertaş da bize bazı görsel bilgiler sağlamak amacıyla güzel bir cevap yazmış, onu da buraya eklemekte fayda görüyoruz. Kendisine teşekkür ediyoruz.

 

Birkaç gereksiz görsel ayrıntıyı da ben ekleyeyim;

 

Fatih Sezer'in tek bir borudan dört odacıklı bir yapıya nasıl ulaştığı ile ilgili simülasyonu merak edenler bu powerpoint sunusundan ulaşabilir. 3.60 mb'lık dosyayı indirdikten sonra slaytı görüntüle demeniz yeterli.

 

http://hotfile.com/dl/117787097/410b790/Kalbin_Geliimi.ppt.html

 

Ayrıca prostat kanseri en sık kemiğe metastaz yapar. Bunun sonucunda omurga kemiklerine metastaz yapmış kanser, omurilik damarlarına ulaşarak buradan beyne sıçrar.

6 Yorum