Gen Akışı Altında Türleşme: Maya Mantarları, Gen Akışının Devam Ettiği Durumlarda da Rahatlıkla Evrimleşip Yeni Türlere Ayrılabiliyorlar!

Türleşmenin yerel çevresel koşullara daha iyi uyum sağlayan varyantların seçilimine dayandığı fikri, Charles Darwin'in Türlerin Kökeni Teorisi'nin merkezinde yer alır ve bunun biyolojik evrimin ve dolayısıyla biyolojik çeşitliliğin merkezi bir bileşeni olduğu artık bilinmektedir. Popülasyonların coğrafi izolasyonu, genellikle ekotiplerin ayrılması ve sonunda yeni türlerin oluşturması için gerekli bir durum olarak kabul edilir. Belirli bir türün popülasyonları coğrafi engellerle ayrıldığında, her ikisinde de ortaya çıkan uygun mutasyonlar, iki popülasyon arasında çiftleşme engellendiği için, yerel olarak sabitlenebilir (o popülasyonlar içinde "norm" haline gelebilir).

Türleşmenin, iki popülasyon arasında gen akışının mümkün olduğu, yani genetik karışımın devam ettiği koşullarda meydana gelip gelemeyeceği halen tartışmalı bir konudur. Bu konuyu çözmek için Münih'teki Ludwig Maximilians Üniversitesi evrimsel biyoloğu Jochen Wolf ve grubu, Simone Immler (Doğu Anglia Üniversitesi, İngiltere) ile işbirliği yaparak, ekmek mayasını genetik olarak farklılaşmış popülasyonlar arasındaki gen akışının derecesi kademeli olarak arttığında ne olacağını deneysel olarak incelemek için bir model sistem olarak kullandılar. Wolf, şöyle anlatıyor:

6 yıldır devam eden bu projenin başlangıç noktası, asıl popülasyonumuzun oluşmasını mümkün kılan tek bir kurucu (ata) hücre oldu. Daha sonra bu popülasyonda birçok nesil boyunca biriken mutasyonları inceledik.

İlk atadan başlayan bilim insanları, önce bir süspansiyon içinde yüzen veya aşağıya doğru batan hücreler üzerine seçilim baskısı uyguladılar. Bu şekilde, kısaca "üst" ve "alt" olarak adlandırılan, farklı "habitatlara" adapte olmuş iki popülasyon elde ettiler. Bu iki davranış, hücrelerin morfolojisindeki farklılıklar ve birbirleriyle çok hücreli kümeler oluşturma eğilimleri ile ilgilidir: Kimi maya mantarı hücresi batar, kimi yüzer; bunların birbirinden izole kalmaları, türleşmeyi tetikleyen ana mekanizmadır.

Genetik olarak farklılaşmış bu popülasyonları oluşturduktan sonra, araştırmacılar onları çeşitli oranlarda bir araya getirmeye başladılar ve ardından, nasıl evrimleştiklerini izlediler. Wolf, şöyle diyor:

İlk önce klasik izolasyon modeline göre üst ve alt popülasyonlar birbirinden tamamen ayrı tutulduğunda ne beklenebileceğini gözlemledik.

Bu koşullar altında, coğrafi olarak izole edilmiş iki popülasyon, kendi nişlerinin gerektirimlerine uyum sağlamaya devam ettiler ve hızla farklılaşarak zamanla birbirlerinden ayrıldılar. Örneğin, en üstteki hücreler tercihen eşeysiz hücre bölünmesiyle çoğaldılar ve bu nedenle, alttaki kardeşlerine kıyasla sayıları çok daha hızlı bir şekilde arttı. Buna bağlı olarak, çiftleşme sıklığının azalmasından ötürü üst kısımdaki hücreler de daha az spor üretmeye başladılar. Wolf, şöyle açıklıyor:

Bu bulgu, seçilimin etkilerinin bir organizmanın yaşam döngüsü boyunca sabit kalmadığını doğruluyor. Bunun yerine, seçilim "takaslarla" ilişkilidir. Başka bir deyişle, bir bağlamda avantajlı olabilecek mutasyonlar, başka bir bağlamda zararlı olabilir.

Bir sonraki adımda, Wolf ve meslektaşları, iki popülasyon arasındaki göçün etkilerini taklit ettiler. Bunu önce azınlık nüfusunun yaklaşık %1'ini baskın kesime ekleyerek ve ardından iki popülasyon iyice "karışana" kadar, birbirini izleyen her nesilde öncekinin oranını kademeli olarak artırarak yaptılar.

Teorik modeller, birleştirmenin gen havuzunun homojenleşmesine yol açması gerektiğini ve bu nedenle karma popülasyonun çeşitliliğinde bir azalmaya yol açması gerektiğini öne sürer. Bu etki, gerçekten de orta seviyeli karışım seviyelerinde gözlendi. Bu tür melezler, evrimleşmeye devam etseler ve üyeleri atalardan kalma popülasyona göre daha çok uyum sağlayabilseler de, açıkça farklı olan varyantlar artık içlerinde fark edilemez. Wolf, şöyle diyor:

Ancak popülasyonlar zamanla iyice karıştığında, fenotipte çok belirgin farklılıklar bulduk. Tabiri yerindeyse "musluk tamamen açıldığında", aniden karışımların iki farklı varyant içerdiği fark edilir: bir genelci ve bir özelci.

Genelciler, üst veya alt kısımda eşit oranda hayatta kalabilir. Özelciler için ise bu, geçerli değildir; ancak genelciden daha hızlı bölünürler ve bu nedenle bu eksikliği telafi edebilirler. Wolf'un görüşüne göre, bu iki sınıfın ortaya çıkışı, maksimum gen akışının varlığında gerçekleşen bir türleşme sürecindeki ilk adım olarak kabul edilebilir.

Bu fenotipik sonuçlara ek olarak ekip, tüm popülasyonların tam genetik envanterini de karakterize etti. Bu genetik deneyler, gen akışının olmadığı durumlarda, üst ve alt bölümlerdeki adaptasyon sürecine, ata popülasyonda önceden mevcut olan genetik varyantların (yani yeni olmayan genetik varyantların) seçiliminin eşlik ettiğini gösteriyor. Buna karşılık, 50:50 karışımlarda uzman soyların ortaya çıkması, yeni gerçekleşen mutasyonlardan kaynaklanıyor olabilir. Ve bu deneyde de bariz bir şekilde görüldüğü üzere, bu tür yeni mutasyonlar hiç de nadir değildir. Wolf, şöyle anlatıyor.

Kopyalarımızda görülen mutasyonlar, tamamen bağımsızdı. Aynı mutasyonu çok nadiren farklı örneklerde görüyoruz; fakat tamamen karışık popülasyonlarda genelciler ve özelciler arasındaki fenotipik bölünmeyi tekrar tekrar gözlemledik.

Bu sonuçlar, popülasyonların değişen nişlerin karakterindeki ve dağılımındaki değişikliklere nasıl tepki vereceği bağlamında önemlidir. Wolf, sözlerini şöyle tamamlıyor:

Gen akışının kesintiye uğramasının, uyarlanabilir ayrışma için bir ön koşul (bir gereklilik) olduğu, uzun zamandır varsayılan bir durumdu. Ancak çalışmamız, popülasyonlar birbiriyle yüksek oranda bağlantılı olsa bile, mevcut tüm nişlerin doldurulabileceği şekilde, çeşitli adaptasyonların ortaya çıkabileceğini göstermektedir.