Metamorfoz, Semenderlerde Morfolojik Çeşitliliğin Evrimine Hız Katıyor!

Bu proje, türlerin inanılmaz şekil ve işlev çeşitliliğinin kökenini ve evrimini anlamaya ilgimle başladı ve metamorfoz hakkında makaleler okurken hemen bu projeye başlamak için ilham aldım. Metamorfoz, gerçekten de, bir hayvanın bir larvadan aynı genetik materyale sahip bir yetişkine dönüşerek yaşamı boyunca morfolojiyi ve ekolojiyi değiştirmesi gerektiğinden morfolojik çeşitliliği incelemek için mükemmel bir kavramsal çerçeve sunmaktadır.

Metamorfoz, böceklerden deniz kestanelerine, istiridyelere, balıklara ve kurbağalara kadar birçok hayvanda son derece yaygındır. Hatta, böcek türlerinin yaklaşık %80'i (Truman, 2019 ve Rolff ve diğerleri, 2019 son çalışmalarına bakın) ve omurgalıların en az yarısı (Laudet 2011) dahil olmak üzere çoğu hayvan metamorfoz sürecini geçirir. Metamorfoz sürecinin, hayvan evriminde çok erken bir noktada evrimleştiği de düşünülmektedir. Ancak, bu sürecin nasıl ve neden evrimleştiği, neden bu kadar yaygın olduğu ve yaşamın evrimini ve çeşitliliğini nasıl etkilediği tam olarak anlaşılamamıştır.

Anne-Claire Fabre (Ecology&Evolution)

En iyi metamorfoz örneklerinden bazıları kurbağalar, semenderler ve ayaksız iki yaşamlılar dahil olmak üzere amfibilerde bulunur. Bu araştırma bağlamında semenderler özellikle ilginçtir; çünkü birçok tür metamorfik olsa da, ünlü aksolotl, mağara semenderi ve dev semender gibi bazı türler pedomorfiktir - yani yaşamları boyunca larva formunda kalırlar ve asla dönüşmezler (kulağa basit gelebilir, ancak birçok bilim insanı bu canlılara neler olduğunu anlamaya çalıştı. Bu incelemeye bakın: Bonett 2018). Yaklaşık 180 milyon yıllık evrim boyunca, semenderlerde farklı yaşam döngüleri birkaç kez evrimleşmiştir (Bonett ve çalışma arkadaşlarının inanılmaz, ilham verici çalışmalarına bakın: Bonett ve diğerleri 2013, Bonett ve Blair 2017).

Akciğersiz semenderlerin çoğu gibi bazı türler, minyatür yetişkinler olarak yumurtadan çıkıp doğrudan gelişme gösterir. Diğer türlerde doğurganlık evrimleşti ve bunlar memeliler gibi yumurta bırakmayıp, bazı ateş semenderleri popülasyonlarında olduğu gibi yetişkin formlarda doğmaya başladı. Bazıları bir su hayvanı olarak doğup, daha sonra çoğu kurbağanın yaşam döngüsüne benzer şekilde karada yaşayan bir yetişkine dönüşerek bifazik gelişimi kaybetmiş ve bu gelişim sonradan bu canlılarda yeniden evrimleşmiştir. Bazı popülasyonların metamorfik ya da pedomorfik olabileceği fakültatif (çeşitli koşullarda yaşayabilen) çift fazlı türlerden bahsetmiyorum bile; ki bu genellikle çeşitli habitatlardaki fenotipik değişkenlikler ile ilişkilidir (örneğin larva habitatının geçici olması).

Anne-Claire Fabre (Ecology&Evolution)

Anne-Claire Fabre (Ecology&Evolution)

Nature Ecology & Evolution'da yayınlanan bu yeni makalede, metamorfozun ve bu farklı yaşam döngülerinin evriminin, semenderlerde kafatası morfolojisinin çeşitliliğini nasıl etkilediğini araştıran ilk çalışmayı gerçekleştirdik. Bu çalışma, Doğa Tarihi Müzesi, Londra Üniversite Koleji, Université Claude Bernard Lyon 1 ve Florida Doğa Tarihi Müzesi'nde çalışanlar dahil olmak üzere, birçok bilim insanının işbirliğini gerektirdi.

Beyin gibi duyu ve işleme merkezlerini barındırmanın yanı sıra beslenmeden sorumlu olduğu için ve yaşamın her aşamasında hayatta kalmak için kritik öneme sahip olduğundan dolayı, kafatasına odaklanmaya karar verdik. 148 tür semenderden büyük bir veri kümesi oluşturmak için mikro-BT taraması yaptık ve kafatasının şeklini, sınır işareti olarak bilinen, yaklaşık 1000 referans noktasıyla tanımlamak için en modern yöntemleri kullandık.

Bu tür çalışmaların çoğu sadece birkaç işaret ile sınırlıdır; dolayısıyla bu, inanılmaz derecede çeşitli ve sıra dışı grubun yalnızca ilk büyük ölçekli araştırması olmakla kalmadı, aynı zamanda yeni yaklaşımımız, bazı türlerde kemiklerin kaybolmasına rağmen kafatasının şeklini ayrıntılı olarak incelememize izin verdi. Bu son kısmı gerçekleştirmek, semenderlerin kafasında birkaç kemiğin kaybolabilmesinden dolayı çok zor oldu; ama kafatasının genel morfolojisini ölçme amacıyla kararlar almak zorunda kaldık. Bu çalışmada kullanılan tüm 3D taramalarını çevrimiçi olarak, NHM’nin Phenome10K.org, Morphosource ve Digimorph veritabanlarında da yayınladık; böylelikle herkesin araştırma, eğitim veya sadece eğlence amaçlı tarama yapmasını mümkün kıldık.

Anne-Claire Fabre (Ecology&Evolution)

Elde ettiğimiz sonuçlar, semenderlerin atasının bifazik olduğunu; fakat semenderlerde farklı yaşam döngülerinin birkaç kez evrimleştiğini gösteriyor. Daha da ilginç tarafı, farklı yaşam döngüleri evrimleştiğinde semenderler hızlı bir ''evrim patlaması'' yaşıyor ki bu da yaşam döngüsündeki değişimlerin, yeni formların evrimini desteklediğini ve çeşitliliğini artırdığını gösteriyor. Kafatasının farklı bölümlerinin her zaman aynı şekilde gelişmediğini ve metamorfoz sürecini geçiren türlerde kafatasının farklı kısımlarının, yaşamları boyunca bu süreci geçirmeyen türlerden bağımsız olarak geliştiğini de gösterdik.

Kafatasının farklı kısımlarının bağımsız olarak gelişmesi genellikle daha fazla çeşitliliğe neden olur; çünkü bazı kısımlar, beynin korunması gibi, tüm türlerde aynı göreve sahip olabilir. Ancak, çene gibi diğer kısımların farklı beslenme davranışları için özelleşmesi gerekebilir. Bu, bifazik türlerde olduğu gibi, yaşamları boyunca yiyeceklerini ve ekolojilerini değiştiren hayvanlar için yararlı olabilir. Bu nedenle metamorfoz, semender evrimini derinden etkileyerek kafatasının beslenme ile ilişkili bölümlerinin daha bağımsız evrilmesine ve kafatası şekillerinin daha fazla çeşitlenmesine izin verdi.

Metamorfoz, son 180 milyon yıl boyunca semender kafatası evriminin çeşitliliğinin temel etkeni olmuştur. Daha genel olarak, kısımların daha büyük bağımsızlığı, metamorfik türlerin diğer birçok grupta fazla çeşitlilik göstermesinin nedenlerinden biri olabilir ve bu da son derece karmaşık yaşam döngüsünün, hayvanlar arasında neden bu kadar yaygın olduğu bulmacasının bir parçası olabilir.

Anne-Claire Fabre (Ecology&Evolution)

Bu çalışma, iş arkadaşım Prof. Anjali Goswami (NHM Araştırma Lideri) tarafından yönetilen ve tüm omurgalılarda (balıklar, amfibiler, sürüngenler, kuşlar ve memeliler) kafatası evrimini inceleyen daha geniş bir projenin parçasıdır. Son birkaç yılda kuşlar, yılanlar, kertenkeleler ve ayaksız amfibilerde bu yenilikçi yaklaşımı kullanarak ekibiyle birlikte kurbağalar, dinozorlar, timsahlar, memeliler ve balıklarla ilgili birçok çalışma yayınladı. Onların iddialı amaçları, gezegendeki yaşam şeklini anlamaya çalışmak ve yaşam döngüleri, ekoloji, habitat ve yok olma gibi faktörlerin geçmiş, şimdiki ve gelecekteki tür çeşitliliğini nasıl yönlendirdiğini anlamaktır.

Bu yeni çalışma, metamorfozun çok önemli unsurlardan biri olduğunu gösteriyor ve bunu bilmek, farklı yaşam döngülerine sahip türlerin gelecekte iklim ve çevre değişikliklerine nasıl tepki verebileceğini tahmin etmemize yardımcı olabilir. Amfibilerin en fazla etkilendiği altıncı kitlesel yokoluş sırasında, gelişimin çeşitliliğin itici gücü olup olmayacağını ve popülasyonların değişen ortamlara hızla adapte olabilmesinin avantajlı olup olmayacağını anlamak gerçekten önemlidir. Sıradaki araştırmamın amacı bu.