Embriyolojik Evrim ve Pleyotropik Zorlanma: Karmaşıklığın Bedeli Var mı?

2017 yılında Haiyang Hu ve ark. tarafından Nature Ecology & Evolution dergisinde “Constrained Vertebrate Evolution by Pleiotropic Genes” (Türkçesi: Pleyotropik Genler Yoluyla Omurgalıların Zorlamalı Evrimi) isimli bir makale yayınlanmıştır. Bu yazımız, makalenin yazarlarından birini konuyla ilgili görüşlerini aktarmaktadır.

Dürüst olmak gerekirse, bu analizin iyi bir fikir olduğunu düşünmüyorum... Ancak, evet, bununla bir şey bulunabilir, lütfen bu analizi sürdürün.

İtiraf etmeliyim, çalışma arkadaşım Song Guo’nun önerdiği analizi kabul etmeye hiç de istekli değildi, bu yüzden yukarıdaki gibi düşünmüştüm. Ancak zamanla bu analiz, makalemizdeki ana bulguya ulaşmamızda bize çok önemli bir ipucu verdi. Bu, omurgalıların anne rahminde korunmuş embriyonik orta dönemde bulunmalarının evrimsel gerekçesi ile ilgili bir ipucuydu.

Ontogeni (embriyogenez) ile filogeni (evrim) arasındaki genel ilişkiyi açıklamak için ilk defa Dr. Denis Doboule tarafından önerilen Gelişimsel Kum Saati Modeli, son yıllarda yapılan ve insanın da dahil olduğu karşılaştırmalı transkriptom çalışmaları ile genel düşüncenin aksine, nispi olarak desteklenmektedir. Erken embriyonik dönemdeki süreçlerin, gelişimin sonraki aşamaları için gerekli bilgiyi oluşturduğu düşünülürse, evrimsel süreçte değişikliğe uğramasının daha zor olmasının ve gelişimin sonraki aşamalarına kıyasla evrimsel olarak korunmuş olduğunun kabul edilmesi mantıklıdır.

Ne var ki, gelişimsel kum saati modeli, evrimsel olarak en çok korunmuş aşamanın embriyonik orta dönem (özellikle de her bir hayvansal filumdaki canlının vücut taslaklarının şekillendiği evre) olduğunu öngörmüştür. Yapmış olduğumuz çalışmanın temel amaçlarından bir tanesi de (önceden öngörüldüğü üzere), aynı filumda yer alan türlerin gerçekten bu modele uygunluk gösterip göstermediğini araştırmaktı ve bu amaçla da, sekiz adet kordata (omurgalı) filumuna (şubesine) ait tür seçerek, araştırmamızı gerçekleştirdik.    

Bu esnada Philipp Khaitovich laboratuvarında çalışan Song Guo ve çalışma arkadaşları tarafından ortaya atılan fikir ise omurgalıların bu korunmuş aşamada özellikle ifade ettikleri genleri bularak, embriyoların bahsedilen kum saati modelini takip etmelerini sağlayan muhtemel bir mekanizmanın varlığına dair bir ipucu elde edilmesiydi. Öte yandan, bu fikri takip etmek konusunda oldukça gönülsüzdüm. Aslına bakılacak olursa, birçok toplantımızda buna benzer tavsiyeler almıştım. Ancak, bu analizi yapmaktan kaçınmamın sebebi, bu tarz bir analizin gereğinden fazla detaylı olacağını düşünmüş olmamdı.

Çalışmamızda elde ettiğimiz verileri, türü devam eden sekiz farklı kordata filumuna ait türün bireylerinin erken ve geç dönem embriyolarının gen ifade profillerinden çıkardık. Her ne kadar, evrimsel olarak korunmuş aşamalarda özel olarak ve sık bir şekilde ifade edilen genleri tespit etmiş de olsak, mekanizma hakkında ne söyleyebilirdik ki? Bu bulduğumuz, yüz milyonlarca evrimin sadece bir sonucuydu ve evrimin sonucundan (yani, gen ifadesinden) mutlak bir mekanizmanın ortaya çıkarılması, biraz haddi aşmak gibiydi.

Üstelik, her ne kadar son yıllarda farklı türlerden elde edilen gen ifadesi profilleri ile kum saati modelinin desteklendiği çalışmalar yapılmış olsa da, hala bunun ne demek olduğunu bilmiyoruz. Konu hakkındaki bir varsayım, farklı türlerde benzer gen ifadesi profillerinin benzer homolog hücre kompozisyonunu yansıttığı görüşüdür. Ancak bu görüş, henüz kimse tarafından detaylıca sınanmamıştır. Şu halde, sadece gen ifadesi verileri ile evrimsel mekanizmaya ulaşma çabası bana pek bir iyimser gelmişti. Ancak bu varsayım, düşündüğümüzden fazlası çıkmıştı.

Song kısa bir süre sonra bulmayı umduğu hiçbir şeyi bulamadığını ifade etmişti. Her ne kadar, evrimsel olarak korunmuş olan organogenez (organ üremesi) aşamaları aktif morfogenezin (doku farklılaşmasının) yer aldığı ve birçok genin ifade ediliyor olması gereken aşamalar olsa da, aşamaya özgü çok az sayıda gen vardı.

Song, “Sen haklıydın, Naoki” diyerek anlatmaya devam etti. Gelişme sürecince ifade edilen genlerin sayısında ciddi bir değişikliğin olmadığına dair temel bulgular (öyle ki, bu gen sayısı herhangi bir azalma göstermeksizin embriyonik orta dönemde sürekli artış eğilimi gösteriyordu) elimizde olmasına rağmen, bu durum oldukça garipti.

Embriyonik orta dönemde daha az sayıda aşamaya özgü gen kavramının farkına vardıktan sonra anladık ki, evrimsel olarak korunmuş aşamalarda ifade edilen genler, gelişimin diğer aşamalarında da ifade edilmeliydi. Makalemizde de ifade ettiğimiz gibi, embriyonik orta dönemde ifade edilen genler, aslında gelişimin birçok farklı aşamasında ve dokularda da ifade edilmekteydi.

Üstelik, bu birçok aşamada ifade edilen genlerin aslında tahmin edilenden daha fazla transkripsiyon faktörü bağlayıcı bölgeye, daha fazla proteinler arası etkileşime sahip oldukları ve normal embriyogenez için hayati oldukları öngörülmüştür. Aslında önemli olan husus, pleyotropik olarak ifade edilen genlere daha yüksek oranda sahip olan gelişimsel aşamaların evrimsel olarak korunmaya yatkın olmasıydı.

Bu sonuçları mantık ekseninde açıklayabilecek yaklaşımlardan bir tanesi de “Pleyotropik Zorlama” kavramıdır. Bu nedenle embriyonik orta dönem aşamalarında şekillenen farklılıkların kısıtlanmasında pleyotropik zorlamanın etkili olduğu sonucuna vardık. Eğer bu doğru ise, genlerin tekrar kullanımlarının evrimsel farklılaşma için iki tarafı keskin bir kılıç olduğu da ortaya çıkmaktadır. Benzersiz evrimsel karakterlerin şekillenmesinde, eş seçenek olarak da ifade edilen gen takviyesinin etkili olduğu bilinse de, bu mekanizma, aynı genetik mekanizasyonu kullanacak olan evrimsel karakterlerin değişime uğramasını engellemektedir.

O halde bu, düzenleyici seviyede daha karmaşık olan canlıların, daha az evrimleşebilir olduğunu mu göstermektedir? Makalemizde teferruatlıca ifade edildiği üzere, konuyla ilgili cevaplanması gereken birçok başka nokta vardır. Embriyolar nasıl evrimleştiklerine dair ciddi miktarda ipucu içeriyor olsalar bile, embriyoları analiz etmekten daha fazlasını yapmamız gerekmektedir.

Biz, en azından ben hala, çalışmanın başlangıç aşamalarında ifade ettiğim üzere, doğayı biraz fazla basite indirgemekte olduğumuzu ifade ediyorum.