Somonlarda Keşfedilen Genler, Evrimsel Cinsiyet Çatışmasını Çözebilir!

Atlantik somonunda cinsel olgunluğu ve büyüklüğü belirleyen gen bulundu. Genin erkek ve dişilerde farklılık gösteren kalıtım mekanizması, eşeysel çatışmanın çözülmesini öngören evrimsel teorinin doğadaki ilk bulgusu.

Atlantik somonu’nun (Salmo salar) yaşam döngüsü ilginçtir (Bkz: Şekil 1). Derelere bırakılan yumurtalarda başlayan yaşam açık denizlere göç ile devam eder. Denizde beslenme ve büyüme ile geçen 1-5 yıldan sonra sonra bireyler cinsel olgunluğa erişirler ve yumurtadan çıktıkları derelere geri dönerek üremeye çalışırlar. Üreme dönemi sonunda balıkların büyük çoğunluğu enerjilerini tüketirler ve ölürler.

Denizde geçirilen süre, “deniz yaşı”, aynı zamanda somonun üreme dönemindeki boyutunu belirler. Örneğin bir seneden sonra derelere dönen somonların ağırlığı 1-3 kg arasında değişirken, üç sene veya daha uzun süre denizde kalmış somonlar 20 kg’ın üzerinde olabilirler (Bkz: Şekil 2, küçük resimler). Bu yüzden deniz yaşı, hem cinsel olgunluk yaşını hem de toplam boyutu belirleyen bir karakterdir (fenotip, İng.: “phenotype”). Deniz yaşı aynı zamanda, hem bireyler arasinda hem de farklı derelerde çoğalan populasyonlar arasında farklılık gösterir. 

Finlandiya ve Norveç merkezli bilim insanları, Avrupa’dan 57 somon popülasyonuyla yaptıkları çalışmada, somonların deniz yaşını etki eden bir DNA bölgesi tanımladılar. Bu bölgedeki DNA dizisinde tek nükleotitlik bir farklılığın (SNP, İng.: "single nucluotide polymorphism") balıklar arasında deniz yaşı farklarını % 40 oranında açıkladığını gördüler (Bkz: Şekil 3).

Bilimciler bu DNA bölgesindeki genin yağ hücresi yapımında görevli vgll3 olduğunu buldular. Somonlarda yağlanmanın üreme vaktiyle ilintili olduğu bilinse de bunun genetik altyapısı bilinmiyordu. İlginçtir ki yağ miktarı ve vgll3 geni insanlarda da ergenlik yaşına etki ettiği gösterilmişti.

Daha İriyken mi, Daha Küçükken mi Üremek Avantajlı?

Denizde geçirilen zaman bireyin toplam kalıtım becerisini (yeti, İng.: “fitness”) belirleyen önemli bir etmen. Denizde uzun kalmanın evrimsel artıları olduğu gibi ve eksileri de var. Örneğin denizde üç yıl kalmış dişi birey 20 bine yakın yumurta bırakabilirken, bu sayı denizde bir sene geçirmiş bir dişi için bir kaç bini geçmiyor. İri olmak aynı zamanda yer ve eş kapma kavgalarında da avantaj sağlıyor.

Öte yandan denizde kısa süre geçiren bireyler, büyümek için beklerken üremeden ölme riskini azaltıyor. Ayrıca nesiller arası zaman daha kısa olduğu için soyunu daha hızlı arttırabiliyor. Dahası, küçük somonlar büyük somonların giremediği küçük derelere girerek daha geniş alanda üreme fırsatı buluyorlar.

Deniz yaşındaki bu risk-getiri dengesi (ödünleşme; İng: “trade-off”) somon populasyonlarının ortalama yaşını belirleyen en önemli etmen. Bu denge her derede, her populasyonda farklı olabiliyor. Deniz yaşının genetik altyapısının anlaşılması, balıkçılık ve iklim değişikliği gibi dış etmenlerin balıkların yaş dağılımına ve toplam nüfusuna etkilerinin tahminini kolaylaştırabilir. Dahası, barajlar veya aşırı avlanma yüzünden nüfusu çok azalan veya yok olan populasyonların restorasyon çalışmalarını daha verimli hale getirecek.

Dişi ve Erkek Arasında Boyut Rekabeti

Üstteki bölümde de bahsedildiği gibi daha büyük olmanın -kalıtım becerisini arttırma açısından- artıları olduğu gibi eksileri de var. Daha da karmaşığı, “kalıtım becerisi-boyut” ilişkisi dişi ve erkek somonlarda aynı şekilde işlemiyor.

Bir dişi için iri olmak, yumurta sayısındaki büyük artıştan ötürü bir erkeğin için olduğundan çok daha avantajlı. Öte yandan erkek bireyler, denizde görece daha kısa kaldıkları bir stratejiyle soylarını daha verimli devam ettirebiliyorlar. Nitekim erkek bireylerde ortalama deniz yaşı dişilere oranla daha düşük (Bkz: Şekil 2).

Kısacası erkek için üstünlük sağlayan koşullar, dişiler için üstünlük sağlayan koşulların zıddı. Bu durumda deniz yaşını düzenleyen genetik farklılık dişi ve erkeklerde farklı yönlere doğru seçilime uğrar.

Aslında dişi ve erkek arasındaki bu tip ikilemler (eşeysel çelişki; İng.: “sexual conflict”) doğada her zaman var (1). Ancak cinsiyetler arası farklılıkları yaratan genlerin cinsiyet kromozomlarında bulunması bu ikilemin türün toplam kalıtım becerisini (yetisini) azaltmadan çözümlenmesine izin verir (2).

Öte yandan somonlarda deniz yaşıyla ilgili durum biraz daha farklı. Birincisi, somonlarda cinsiyet kromozomları evrilmemiştir (3). İkincisi deniz yaşı sadece cinsiyetler arasi değil, populasyonlar arasında da farklıdır. Kısacası somondaki eşeysel çelişki cinsiyet kromozomları üzerinden çözülemez.

Yıllar önce teorik evrimciler, bu tip durumlarda iki cinsiyette farklı davranan genler evrilebileceğini tahmin etmişlerdi. Ama bu teorik tahmin daha pratikte gösterilmemişti. Somon araştırmasını yürüten bilimciler, teorik tahminle uyumlu olarak, vgll3 geninde görülen tekil nükleotit farklılığının dişi ve erkekleri farklı şekilde etkileyebildiğini gözlemlediler.

Eğer genin iki kopyası (4) da birbirinin aynısı ise (homozigot), dişide ve erkekte fenotip aynı oluyor. Ama iki kopya farklı vgll3 formlarını kodluyorsa (heterozigot) o zaman fenotip cinsiyete göre değişiyor: Heterozigot dişilerin deniz yaşı ortalamanın üstünde, erkeklerinki ise ortalamanın altında oluyor (5) (Bkz: Şekil 3).

Örneğin uzun ve kısa deniz yaşı alelleri populasyonda eşit frekanstaysa (%50), dişilerin %75’nin deniz yaşının uzun, erkeklerin de dişilerin %75’nin deniz yaşının kısa olmasını bekleriz. Böylece her iki cinsiyet de kendi açılarından avantajlı fenotipi daha sık gösteriyorlar.

Teorik evrimcilerin tahmin ettiği bu duruma cinsiyete bağlı baskınlık deniyor. Bu da cinsiyetler arasında deniz yaşı ikileminin çözülmesine yardımcı oluyor.

Araştırmanın sonuçları bu hafta Nature dergisinde yayımlandı. 20’ye yakın bilimcinin katıldığı araştırmanın finsanmanı büyük ölçüde Norveç ve Finlandiya Bilimler Akademileri tarafından sağlanmış. Örneklem altyapısı ise 40 yılı aşkın süredir yürütülen ve bölge halkının, bilimcilerin ve balıkçıların katılımıyla devam eden dere popülasyonunlarının gözlenmesi ve örneklenmesiyle elde edilmiş.

Ülkemizde Atlantik somonu var mı?  

Hayır yok. Ama Türkiye’nin birçok deresinde bulunan kırmızı benekli alabalık (Salmo trutta), Atlantik somonunun çok yakın akrabasıdır.

Kırmızı benekli alabalık uygun koşullarda ve eğer genetik potansiyelini yitirmemişse denizlere göç eder ve ağırlığı 15 kg’a kadar çıkar. Türkiye’de “deniz alası” veya “Karadeniz som balığı” da denilen bu form Avrupa’nın birçok deresinde yaygın olarak bulunmaktadır.

Ülkemizde yakın zamana kadar Kuzey Karadeniz derelerinde bulunmasına rağmen bilinçsiz avlanma, ve son zamanlarda HES inşaatlarıyla üreme yataklarının tahrip edilmesi ve göç yollarına set vurulmasıyla Türkiye’deki “deniz alası” populasyonunun sağlıklı olmadığı, belki de tükenmenin eşiğinde olduğu varsayımını yapabiliriz. 

Başka ülkelerin kendi doğal kaynaklarını korumaya yönelik çabaları bu açıdan örnek olmalı. Doğru olanı, deniz alasını kurtarmaya yönelik çalışmaları destekleyebilmek, ve bu konuları görmezden gelen ÇED raporlarını eleştirebilmektir.

Dipnotlar:

1. Örneğin insanda kalça genişliğinin de eşeysel çelişki altında evrildiği tahmin edilmiştir. Geniş kalçalar doğum yapmak için üstünlük sağlarken, hızlı koşmada dezavantaj sağlar. Yalnızca dişiler doğurduğu için, kalça genişliğini etkileyen DNA farkları, iki cinsiyette ters yönde seçilime maruz kalacaklardır.
2. Örneğin kuşlarda cinsiyetler arasında renk farklılıkları, memelilerde davranış farklılıkları, bu farkı yaratan genlerin eşey kromozomlarında bulunmalarıyle açıklanabilir. Eşey kromozomlarının evrimi üzerine çok çalışılmış ve binlerce bilimsel makalenin yazıldığı bir konudur.
3. Somonlarda cinsiyet genomda çok küçük bir bölgesi tarafından kodlanır. İnsanlar gibi bazı canlılarda olduğu gibi, cinisyet kromozomları farklılaşmamıştır (tüm kromozomlar çifttir ve eşlenikler arasında rekombinasyon vardır). Bu cinsiyeti belirleyen bu bölgenin bulunduğu kromozom da tür içinde farklılık göstermektedir.
4. Somonlar da insanlar olduğu gibi diploit canlılardır, yani her kromozomdan ve dolayısiyle her gen bölgesinden (biri anne biri babadan gelen) iki kopya bulunur.
5. Erkeklerde heterozigot bireylerde “erken deniz yaşı” formu (E aleli) baskın. Dişilerde ise “geç deniz yaşı” formu (G aleli) baskın (ayrıca bkz. Şekil 2).