Modern DNA Teknolojileri, Fiziksel Görünüme Dayalı Evrim Ağaçlarını Sallamaya Devam Ediyor!

Filogeniler, biyolojinin birçok alanında esastır ve evrimsel biyoloji, ekoloji, koruma, parazitoloji ve tıp alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.^{[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7]} Fakat doğru bir filogeni üretmenin en iyi yolu nedir? Moleküler dizilemenin ortaya çıkmasından önce, morfoloji, mevcut taksonlarda filogenetik çıkarım için tek veri kaynağıydı.^[8] Ancak 1990'lardan bu yana, denge, önemli ölçüde filogenomik veriler lehine değişti.^{[9], [10]}

Homoplazi ve yakınsak evrim çalışmaları, morfolojik benzerliğin bazen evrimsel ilişkiler için yetersiz bir rehber olabileceğini göstermektedir.^[11] Bazı araştırmacılar, moleküllerin filogenetik çıkarımda değişmez bir şekilde önceliğe sahip olması gerektiğini savunsa da, eklembacaklıların, sürüngenlerin ve kuşların büyük ölçekli filogenilerinde gösterildiği gibi, morfolojik ve moleküler veriler genellikle karşılıklı olarak aydınlatıcıdır.^{[12], [13], [14]} Her iki veri türünün de güçlü yanları olduğunu kabul eden bu dengeli yaklaşım, artık sistematik biliminde yaygın olarak kullanılmaktadır.^{[15], [16]}

Morfolojiden türetilen filogenetik hipotezler genellikle moleküler verilerli desteklense de, bazı vakalarda moleküller, uzun süredir kabul gören birçok morfolojik hipotezi altüst etmiştir.^{[17], [18]} Örneğin, plasentalı memelilerin filogenomik analizleri, geleneksel olarak morfoloji tarafından desteklenen derin dallanma olaylarının sırasını büyük ölçüde değiştirmiştir.^{[19], [20]} Yeni ortaya çıkan memeli kladları (örneğin Afrotheria, Atlantogenata, Boreoeutheria, Laurasiatheria) mevcut coğrafi dağılımlarıyla daha uyumludur ve buna göre adlandırılmıştır.^[21] Benzer şekilde, özellikle de farklı gen kümeleri kullanılarak inşa edilen moleküler ağaçlar genellikle birbirleriyle çatışır.

Bilinen filogenilerin yokluğunda, dallanma modellerinin doğruluğuna dair kesin bir değerlendirme yapılamaz.^{[22], [23]} Ancak, birbiriyle çelişen ağaçları, ek ve bağımsız kriterler kullanarak değerlendirmek faydalıdır.

Evrim Ağaçlarını Modernleştirmek

Örneğin beynimiz ve iskeletimiz arasındaki bazı fiziksel benzerlikler nedeniyle, insanların da üyesi olduğu primatların, bir zamanlar yarasalarla yakın akraba olduğu varsayılmıştı.^{[24], [25]} Fakat DNA verileri, bizi artık kemirgenler ve tavşanlarla aynı gruba yerleştirmektedir. Şaşırtıcı bir şekilde, yarasaların inekler, atlar ve hatta gergedanlar ile insanlardan daha yakın akraba oldukları ortaya çıkmıştır.^[25]

Darwin döneminde ve 20. yüzyılın büyük bölümünde bilim insanları, evrimsel yaşam ağacının dallarını anlamak için hayvanların ve bitkilerin yapısını ve dış özelliklerini incelemişlerdir. Buna bağlı olarak yaşam formları, birlikte evrimleştiğine inanılan benzerliklere göre sınıflandırılmıştır.^[26]

Yaklaşık otuz yıl önce, bilim insanları, DNA verilerini kullanarak moleküler ağaçlar oluşturmaya başlamışlardır. Ancak DNA verilerine dayanan ilk ağaçların çoğu, geleneksel olanlarla çelişmekteydiler: Örneğin geçmişte tembel hayvanlar, karıncayiyenler, armadillolar, pangolinler ve yer domuzları, aynı anatomik benzerlikleri paylaştıkları için edentatlar (dişsizler) grubuna yerleştirilmişlerdi. Ancak moleküler ağaçlar, bu özelliklerin memeli soyağacının farklı dallarında bağımsız olarak evrimleştiğini gösterdi. Pangolinlerin kediler ve köpeklerle, yer domuzlarının ise fillerle olduğundan daha yakın akraba oldukları ortaya çıktı.

Genler, Biyocoğrafyayı Daha İyi Yansıtıyor!

Darwin ve akranlarının aşina olduğu bir başka önemli kanıt dizisi ise en belirgin ortak ataya sahip organizmaların, sıklıkla coğrafi olarak birbirlerine yakın bulunmalarıydı. Bu nedenle bir arada bulunan türlerin ortak ataya sahip olma olasılığı daha yüksekti.

2022 yılında yayınlanan bir çalışmada uzmanlar, çeşitli hayvan ve bitkilerin görünüm ve konumlarının çapraz referans olarak kullanılmasına odaklandılar.^[27] Bu bağlamda yarasalar, köpekler, maymunlar, kertenkeleler ve çam ağaçlarını da içeren 48 hayvan ve bitki grubu, dış görünüşe veya molekül temelli kanıtlara dayanarak incelendi.

Geleneksel evrim haritalarıyla karşılaştırıldığında, DNA verilerine dayalı evrim ağaçlarının türün konumuyla eşleşme olasılığı %67 daha fazlaydı. Başka bir deyişle, önceki ağaçlar türler arası ilişkiyi görünüme dayalı olarak kuruyordu. Yeni araştırmaysa, DNA ile birbiriyle ilişkilendirilen türlerin bir arada yaşama ihtimalinin, görünüme bağlı olarak ilişkilendirilenlerden çok daha yüksek olduğu bulundu.

Bu araştırmada uzmanlar, iki bağımsız veri kaynağı olan biyocoğrafik dağılımlar ve ilk stratigrafik oluşumları bir arada kullanmışlardır. Kladistik devrimden önce, biyocoğrafya bazen mevcut taksonların ilişkilerini morfolojik verilerle birlikte ortaya çıkarmak için kullanılmıştır. Her ne kadar stratigrafi ile uyum, iyi bir fosil kaydına sahip gruplar için eşit derecede optimal ağaçlar arasında seçim yapmak için yardımcı bir kriter olarak kullanılabilse de, günümüzde ne biyocoğrafik ne de stratigrafik veriler filogeniyi ortaya çıkarmak için rutin olarak kullanılmaktadır.^{[28], [29], [30]}

Evrim, Aynı Ürünleri Tekrar Tekrar Üretiyor!

Evrimin sürekli ve hatta neredeyse sınırsız olarak yeni çözümler ürettiğini düşünebilirsiniz; ancak sandığınızdan daha az gizli silahı bulunuyor olabilir. Aynı görevleri yerine getirmek veya benzer şekillerde yaşamak üzere evrimleştikleri için de hayvanlar inanılmaz derecede benzer görünebilmektedirler.^[31]

Örneğin hem soyu tükenmiş pterosaurların hem de günümüzde yaşayan kuşların ve yarasaların uçmak için kemikli kanatları vardır; ancak bunların atalarının, yerde yürümek için ön bacakları bulunmaktaydı.^[32] Buna rağmen, havada itme ve kaldırma kuvvetinin fiziği her zaman aynı olduğundan, çeşitli gruplarda benzer kanat şekilleri ve kaslar evrimleşmiştir.

Aynı şey gözler için de geçerlidir: Gözler, sadece birkaç tane temel "tasarım" sayesinde, birbirinden bağımsız olarak 40 kez evrimleşmiştir.^[33] Kristal lens, iris, retina ve görsel pigmentler açısından gözlerimiz, bir kalamarın gözlerine benzemektedir. Ancak kalamarlar; salyangoz, sümüklü böcek ve istiridye ile bizden çok daha yakın akrabadır. Öte yandan kalamar gibi yumuşakçaların yakın akrabalarının çoğu, bir kalamardan ve dolayısıyla insandan çok daha basit gözlere sahiptir.

Memeli soyağacının farklı dallarında yer alan köstebekler, farklı coğrafyalarda kör gözlere sahip olan, oyuk açan hayvanlar olarak en az 4 kez evrimleşmişlerdir. Aardvarklarla daha yakın akraba olan Afrika altın köstebekleri, kemirgenlerle daha yakın akraba olan Afrika köstebek fareleri, kangurularla daha yakın akraba olan Avustralya keseli köstebekleri ve hem çiftçilerin baş belası olan hem de kirpilerle daha yakın akraba olan Avrasya ve Kuzey Amerika talpid köstebeklerinin tümü benzer bir evrimsel yolak izlemiştir.

Evrimin Kökleri!

21. yüzyılda ekonomik ve verimli gen dizileme teknolojisinin ortaya çıkmasından önce, evrimsel biyologlar aslen görünüşe güvenmekteydiler. Darwin, 1859 yılında dünyadaki tüm yaşamın tek bir evrim ağacıyla birbirine bağlı olduğunu göstermişti; ancak dallarını haritalandırmak konusunda pek bir şey yapmamıştı. Yaşam Ağacı'nı oluşturan büyük gruplar arasındaki ilişkiyi göstermeye çalışan evrim ağaçlarını ilk çizenlerden biri, bir anatomist olan Ernst Haeckel (1834-1919) olmuştur.

Wikimedia

Haeckel'in çizimlerindeki canlıların gözlemleri ise, 19. ve 20. yüzyıl sanatına ve tasarımına yön vermiştir. Soyağaçları tamamıyla bu organizmaların görünümüne ve embriyolojik gelişimine dayanmaktadır. Onun evrimsel ilişkilerle ilgili fikirlerinin büyük bir kısmı yakın geçmişe kadar kabul görmekteydi. Ancak büyük miktarlarda moleküler veriyi toplamak ve analiz etmek kolaylaşıp ucuzladıkça daha fazla sürprizle karşılaşacağız.

Ancak bu, morfolojik analizin sonu değil. Araştırmacılar, makalelerinin sonuç paragrafında şöyle yazıyorlar:

Daha genel olarak, filogenetik analizlerde morfolojik verilerin devam eden öneminin garanti edildiğini düşünüyoruz. Filogenetik, sadece bir morfolojik araştırma mirası üzerine inşa edilmekle kalmaz, aynı zamanda türlerin yaklaşık %98'inin nesli tükenmiştir ve morfoloji, yalnızca fosil taksonları için tek veri kaynağı olmaya devam etmektedir. Ayrıca, fosiller genellikle mevcut biyotadan bilinmeyen karakter durumlarının kombinasyonlarının keşfedilmesini sağlar, aksi takdirde soyu tükenmiş veya seyrek nüfuslu ağacın dallarını örnekler ve karakter durumlarının evrimleşme sırasını korur, böylece evrimsel geçişlerin daha iyi anlaşılmasını sağlar (örn. balık-tetrapod geçişi veya theropod-kuş geçişi).