Deneysel Evrim: Laboratuvarda Tek Hücrelilikten Çok Hücreliliğin Evrimi ve Üreme Yöntemleri

Bilim insanları uzun yıllardır çok hücreli canlıların, sperm ve yumurta gibi tek hücreleri kullanarak üreyecek şekilde nasıl ve neden evrimleştikleri sorusunu çözmeye çalışmaktadırlar. Şimdi, Minnesota Üniversitesi Biyolojik Bilimler Bölümü'nden doktora sonrası araştırmacısı William Ratcliff ve Doç. Dr. Michael Travisano, deneysel evrim metotlarını kullanarak tek hücreli algleri çok hücrelilere evrimleştirdi ve tek hücreli yapılarla üremelerini sağlayacak şekilde evrimleşmelerini sağladı; böylece bu yapbozun büyük bir parçasını tamamlamış oldu. Ratcliff, konuyla ilgili şunları söylüyor:

Bugüne kadar biyologlar tek hücreli darboğazının çok hücrelilikten sonra da var olabileceğini varsaymaktalardı, ki bu mekanizma sayesinde organizmayı oluşturan hücreler arasındaki uyumsuzluklar azaltılabilmekteydi. Ancak biz, bunun yerine, tek hücre darboğazının çok hücrelilik ile eş zamanlı olarak evrimleştiğini keşfettik. Bu keşfin, doğada çok hücreliliğin nasıl evrimleştiğini anlaşılması açısından büyük önemi bulunuyor, çünkü bu anahtar özellik, yüksek yapılı çok hücreli organizmaların çok daha hızlı bir şekilde evrimleşebileceğini ortaya koyuyor.

73 Nesilde Evrim!

Nature Communications dergisinde yayımlanan makalede araştırmacılar sıvı dolu bir test tübünün dibinde oturmakta olan algleri sürekli olarak seçilim baskısına tabi tutarak nasıl çok hücrelili bir soy hattı elde ettiklerini izah etmektedirler. Sadece 73 nesil sonunda, tübün dibindeki tek hücreli algler, çok hücreli yapılar oluşturmuşlardır.

Nature Communications

Bu oluşan yeni formu inceleyen Ratcliff ve Travisano, bu çok hücreli yapıların aktif olarak parçalanıp, hareketli tek hücreli canlılar saçtıklarını görmüşlerdir. Bu tek hücreli yapılar, başka bir yere giderek burada çok hücreli kümeler kurabilmektedirler. Araştırmacılar, bu tek hücreli stratejisinin, var olan alternatif hipotezlere göre neden daha avantajlı olduğunu ortaya koyan bir matematiksel model geliştirdiler. Bu model, uzun vadede tek hücrelilerden üremenin daha başarılı olduğunu ortaya koydu. Her ne kadar tek hücrelilerin daha büyük oluşumlara göre hayatta kalma şansı daha düşük olsa da, bu dezavantaj, tek hücrelilerin çok daha fazla sayıda oluşabilme ihtimali olması sebebiyle kapatılmaktadır.

Nature Communications

Montana Üniversitesi'nden Matthew Herron ve Frank Rosenweig ile ortaklaşa yapılan araştırmada, sadece çok hücreliliğin genetik temelini keşfetmekle kalınmadı, aynı zamanda daha az sayıda hücreden oluşan çok hücrelilikten, daha fazla sayıda oluşan çok hücreliliğin de deneysel olarak evrimleştirilmesi başarıldı. Travisano şöyle söylüyor:

Bilimdeki en büyük mücadelelerden birisi, biyolojik karmaşıklığın kökenini anlamaktır. Bu deneyde, çok hücreliliğin ilk adımlarını yeniden düzenledik ve iki çok temel evrimsel adımın, daha önce beklenene göre çok daha hızlı gerçekleşebileceğini gösterdik. İleriye bakacak olursak, gelişimsel karmaşıklığın kökenlerini araştırmak istiyoruz. Yani laboratuvarda evrimleştirdiğimiz bu çok hücreliler ile, yavruların nasıl yetişkin hale geldiğini incelemeyi hedefliyoruz.

Travisano ve Ratcliff, birkaç sene önce maya mantarında çok hücreliliği laboratuvar koşullarında evrimleştirerek uluslararası medyada büyük heyecan yaratmıştı. Bu araştırma, orada edindikleri bulguları, çok hücreliliği evrimsel süreçte asla çok hücreli ataları olmayan bir canlıya taşıyarak bir adım öteye götürmektedir. Böylece çok hücreli yaşam döngülerindeki tek hücreli darboğazların evrimsel kökenine yönelik de yeni bir hipotez ileri sürmektedir.

Ekip, 2019 yılında bu evrimsel süreci kameraya da kaydederek tarihe geçmişlerdir.