Türler Arası Melezler Evrimde Hayati Bir Rol Oynuyor

Bir zamanlar biyolojik uyumsuzlar olarak görülen melezler başı dertte olan birçok hayvan türünün gizli kurtarıcıları olmuşlardır. Bu gerçeği koruma politikalarıyla uzlaştırmak, bilimin önünde çözülmesi gereken zor bir durum olarak durmaktadır.

2006 yılında Kanada’nın kuzeybatı bölgesinde bir avcı, kutup ayısı sandığı bir hayvan vurdu. Fakat ayrıntılı incelemeler sonucunda hayvanın beyaz kürkünde kahverengi lekeler bulunduğu, pençelerinin alışılmadık biçimde uzun ve sırtının biraz kambur olduğu ortaya çıktı. Hayvan, aslında bir melezdi; annesi bir kutup ayısı, babası ise bir bozayıydı. Bu çaprazlamanın mümkün olduğu bilinse de -iki tür daha önce korumalı yetiştirme programı altında çiftleşmiştir- bu, doğada rastlanan ilk vakadır. Sonradan bu vakanın münferit bir vaka olmadığı anlaşılmıştır. Çevreciler ve diğer doğa koruma grupları, iklim değişikliği nedeniyle bozayıların kutup ayılarının yaşadığı yerlere sokulması devam ederse bu tip melezleşmenin daha da yaygınlaşacağından ve sonunda kutup ayısı popülasyonunu tahribata uğratacağından endişe duymaktadırlar. Hatta türü korumak amacıyla melezlerin öldürülmesini teklif edenler bile olmuştur.

Fakat anlaşılan bozayılar ve kutup ayıları, yüz binlerce yıl önce evrim ağacındaki yolları ayrıldığından beri çiftleşiyorlar. Kutup ayısı genomları antik bozayılardan kalan mitokondriyal DNA’yı hala muhafaza ediyor, bozayılar da kutup ayılarıyla melezleşmeden gelen genleri hala yavrularına aktarıyor. Georgia Üniversitesi’nden Michael Arnold şunları söylüyor:

İnsanlar, bu iki tür arasında melezleşme devam ederse kutup ayılarının o güzelim beyaz kürklerini kaybedeceğinden endişe duyuyorlar. Fakat gerçek şu ki zaten çok uzun süredir bu iki canlı tamamen kendileri gibi değiller. Eğer bu karışım sık rastlanan doğal bir olaysa ‘saf’ ebeveyn genomlarıyla karışmasını önlemek için melezleri öldürmek, üzerinde düşünmeden yapacağımız bir yönetim tekniği olmamalıdır.

Aslında belki de bu tip bir melezleşmeyle gelen genetik çeşitlilik kutup ayılarını kurtarabilir; sıcaklıkların artması ve buzların erimesi karşısında hayatta kalmaları daha kayalık, daha az soğuk bir habitata adapte olmalarına bağlı olabilir.

Bozayılardan edinecekleri genler büyük ihtimalle kutup ayılarının adapte olmalarını sağlayacaktır, sonuç tam olarak kutup ayısına benzemese de.

Natural History Müzesi

Bu ve benzeri fikir ayrılıkları, doğal yollarla ortaya çıkan melezlerin kötü şöhretinin her zaman haklı olmaması olasılığının altını çizmektedir. Tarihte melezler genellikle adaptasyon açısından başarısız sonuçlanan çaprazlanmaların kısır veya uyumsuz yavrularıyla (dişi bir atla erkek bir eşeğin çiftleşmesinden doğan katır gibi) ilişkilendirilmiştir. Doğabilimciler doğadaki melezleşmeyi bir nevi konuyla alakasız, çok nadir görülen ve ucu da bir yere götürmeyen bir tesadüf olarak göregelmişlerdir. Peki melezler yaşayabilen, üreyebilen ya da sık görülen canlılar değillerse evrimi nasıl bu kadar etkileyebilirler? Ancak genomik çalışmalar türlerin nasıl evrimleştiğiyle ilgili yeni bilgiler sundukça biyologlar, melezlerin şaşırtıcı bir sıklıkta türlerin kuvvetlenmesinde ve yakın akrabalarından yararlı genleri almasına yardımcı olmada hayati bir rol oynadığını anlamaktadırlar.

Özetle, melezleşmeler adaptasyon açısından başarısız olan çiftleşmelerden ibaret değildir. Soy hatları birbirinden ıraksayan canlılar arasındaki genetik malzeme aktarımı adaptif özelliklerin ortaya çıkmasında ve sonunda yepyeni türlerin oluşmasında pay sahibi olmaktadır. Arnold’a göre, yeni ortaya çıkmakta olan türlerin melez popülasyonlar yoluyla yeni genler edinmesi sadece çok sık görülmekle kalmaz, bu aynı zamanda “evrimin ilerleyişinde izlenen muhtemelen en yaygın yoldur; virüslerden bitkilere, bakterilerden hayvanlara tüm canlıların evriminde.”

Aslanlar, Kaplanlar, Jaguarlar

Son zamanlarda melezleşmenin izleri jaguarın evrimiyle ilgili bir çalışmada görüldü. Temmuz 2017’de Science Advances’de yayınlanan bir makalede, yedi ülkenin çeşitli kurumlarından oluşturulan bir araştırma ekibi “büyük kediler” olarak adlandırılan Panthera cinsinin beş üyesine -aslan, leopar, kaplan, jaguar ve kar leoparı- ait genomları incelediler. Bilim insanları jaguar ve leoparın genom dizilimlerini ilk kez çıkardılar ve diğer üç türün zaten var olan genom dizilimleriyle karşılaştırdıklarında 13.000’den fazla genin beş türün hepsinde ortak olduğunu gördüler. Bu bilgi beş hayvanın yaklaşık 4,6 milyon yıl önce ortak bir atadan ıraksadıklarını gösteren bir filogenetik ağaç (esas itibarıyla türlerin aile ağacını) oluşturmalarını sağladı.

Brezilya’nın Rio Grande do Sul eyaletindeki Pontifical Catholic Üniversitesi’nde biyolog ve ekolog olan, grup liderlerinden Eduardo Eizirik son 15 yılını jaguarları incelemeye adadı. Meslektaşlarıyla birlikte jaguar genomlarını çıkarırken hayvanın büyük kafası ve güçlü pençeleri gibi adaptasyonlardan sorumlu olabilecek genleri taradılar. Büyük memeli avların çoğunun yeryüzünden silindiği kitlesel yok oluştan sonra muhtemelen kalın derili/kabuklu sürüngenlerden oluşan bir diete uyum sağlamak üzere gelişen bu adaptasyonlar jaguarın örneğin timsah derisi veya kaplumbağa kabuğunu parçalamasını sağlamıştır.

Camila Cunha

Bununla birlikte bu adaptasyonlardan bazıları jaguar soy hattından kaynaklanmamış olabilir. Eizirik ekibi farklı Panthera türleri arasında birçok çaprazlanma olduğuna dair kanıtlar bulmuştur. Bunlardan birinde, jaguarda bulunan iki genin geçmişte, muhtemelen filogenetik dallarının çatallaşmasından sonra aslanla melezleşmesinden kaynaklandığını tespit etmişlerdir. İki gen de görme siniri oluşumuyla ilgilidir ve Eizirik’in düşüncesine göre jaguarların ihtiyaç duyduğu veya yararına olacak şekilde görmede iyileşmeyi kodlamıştır. Ne nedenle olursa olsun, doğal seçilim, bu özellik için jaguarın başlangıçta sahip olduğu genlerin yerini alan aslan genlerini tercih etmiştir.

Bu tip melezleşmeler Eizirik ekibinin Panthera evrim ağacını çizmesinin neden bu kadar önemli olduğunu göstermektedir. Eizirik’in sözleri şöyle:

Sonuçta her şey daha da kompleks bir hale gelmiştir. Türler eninde sonunda birbirlerinden ayrılır, ama bu ayrılma insanların genellikle söylediği gibi öyle hemen olmaz. Üzerinde çalıştığımız genomlar geçmişin bu mozaiğini yansıtıyordu.

Lucy Reading-Ikkanda/Quanta Magazine; Tree source: DOI: 10.1126/sciadv.1700299

Biyolojik Tür Kavramı

Eizirik’inki gibi ayrıntılı ve derinlemesine analiz edilmiş destekleyici veri nadir olsa da melezleşmenin temelde tür gelişimine katkıda bulunduğu fikri hiç de yeni değildir. Biyologlar 1930’lardan beri melezleşmenin bitkilerde çok sık görüldüğünü (sadece İngiltere’de çiçekli bitki türlerinin yaklaşık %25’inde melezleşme görüldüğü belgelerle kayıt altına alınmıştır) ve onların evrimlerinde önemli bir rol oynadığını biliyorlardı.Gerçekten de 1938’deki çalışmalarında gördükleri melezleşme ve gen akışına “introgresif melezleşme” veya introgresyon (Ç.N. introgresif (geri) melezleşme: Türler arası melezlerin ana türlerden bir bireyle tekrar tekrar geri çaprazlaşması yoluyla bir türe ait alellerin bir başka türün gen havuzuna hareketi veya yayılması.) adını veren iki botanistti. Her ebeveynden eşit gen paylaşımıyla 50-50 melez yavru üreten iki tür (A ve B türleri) düşünün. Sonra bu melezler A türü bireyleriyle çiftleşerek geri melezleşme yapsın, sonra onların yavruları da aynı şeyi yapsın. Nesiller sonrasında doğada sadece B türünden birkaç gen taşıyan A türünden canlılar olur. Bu sürecin tamamen yeni bitki türleri oluşturduğu da çalışmalarla kanıtlanmıştır.

Fakat hayvan türleri daha ayrı ayrı parçalardan oluşuyordu (discrete), en azından bir süre için. Çoğu zoolog efsanevi biyolog Ernst Mayr tarafından 1942’de öne sürülen biyolojik tür kavramını desteklemiştir. Mayr, genetik bilimi ile Darwin’in doğal seçilimini birleştiren modern sentezin mimarlarından biriydi. Mayr’ın biyolojik tür kavramı üreme yalıtımına dayanıyordu: Diğer popülasyonlarla üremeyen ya da üreyemeyen popülasyonu tür olarak tanımlıyordu. Bu kuralın istisnaları 1970’lerde gözlenmeye başladığında bile birçok biyolog hayvanlarda melezleşmeyi önemli olmayacak kadar nadir görülen bir olay olarak düşünüyordu. Harvard Üniversitesi’nde evrimsel biyolog James Mallet şunları söylüyor:

O zamanki bakış açımız dar görüşlüydü. Oysa bugün melezleşmenin, evrimsel tarihin yeniden yapılandırılmasını etkilemediğini ya da adaptif evrimde yararlı olmadığını söylemek inandırıcı değildir.

Bu durum, döl verebilen introgresyonun çalışma biçiminin hesaplamalı ve genomik araçlarla kanıtlandığı günümüzde daha da doğrudur, hatta kendi türümüz için bile. Yaklaşık 50-60 bin yıl kadar önce Afrika’ya yayılan bazı modern insanların Neandertallerle türler arası ürediği 2009’dan beri yapılan çalışmalarla gösterilmiştir. Modern insanlar daha sonrasında diğer bir atasal grup olan Denisovanlarla da türler arası üremiştir. Her iki üremeden doğan çocuklar, edindikleri genleri başka modern insanlarla çiftleşmeye devam ederek bize aktarmışlardır. Araştırmacıların tahminlerine göre, günümüzde bazı popülasyonların genlerinin %1-2’si Neandertallerden, %6’ya kadar ulaşan bir miktarı da Denisovanlardan kalan genlerdir; bu da yüzlerce gen demektir.

2012’de Mallet ve meslektaşları melezleşen iki Heliconius kelebek türü arasında büyük miktarda gen akışı olduğunu göstermişlerdir. Sonraki yıl, bir türdeki genlerin yaklaşık %40’ının diğer türden geldiğini kanıtlamışlardır. Şu anda Mallet ekibi genlerinin daha fazla bir miktarını (%98 kadarını) birbirlerine alıp veren başka bir kelebek çifti üzerinde çalışmaktadır. Genomlarının sadece kalan %2’si bu türleri birbirinden ayıran bilgiler taşımakta ve bu kelebeklerin evrimindeki “gerçek” gidişatı yansıtmaktadır. Benzer bir tür hattı belirsizliği, sıtma taşıyan Anopheles cinsi sivrisineklerde bulunmuştur.

Balık ve kuşlardan kurt ve koyunlara kadar diğer canlı tipleri de introgresyondan kendi paylarını almışlardır. Princeton Üniversitesi’nden evrimsel biyolog Peter Grant, yine aynı üniversiteden çalışma arkadaşı (aynı zamanda eşi) olan biyolog Rosemary Grant ile Galápagos ispinozlarının evrimini yıllardır çalışmaktadırlar. Sözleri şöyle:

Türler arası sınırların eskiden düşünüldüğünden daha az kesin olduğu artık bilinmektedir. Filogenetik yapılandırmalarda kullanılan ağaç benzeri yapı, türlerin arasında birdenbire oluşan ve hiç bozulmayan çok net bir bariyer varmış gibi göstermektedir. Bu da yanıltıcı olabilmektedir.

Aynı fikirde olan Arnold, bunun kollara ayrılan basit bir yaşam ağacındansa yaşam ağına benzediğini söylemektedir. Bu aynı zamanda bir türün evrimsel ilişkilerini anlamak ve doğru filogeniyi oluşturmak için sadece seçilmiş birkaç genin değil, tüm genomun incelenmesi demektir. Hatta bu bile yeterli olmayabilir. Mallet’a göre bazı evrimsel yapılar bir daha kurtarılamayacak şekilde kaybolmuş bile olabilir.

Yerinde Duramayan Genler Etkilerini Hissettirmektedir

Genomik çalışmalar genlerin introgresif hareketlerinin tam bir resmini çıkaramazlar. Bir türün bir başkasından aldığı genler zararlı, nötr veya adaptif sonuçlar doğurabilir. Örneğin Neandertallerden aldığımız bazı genler diyabet, obezite veya depresyon gibi rahatsızlıklarla alakalı olsa da doğal seçilim zararlı genleri ayıklama eğilimindedir. İntrogresyon yoluyla edindiğimiz nötr genler ise sürüklenir, bu nedenle gözlemlenebilir bir etkisi olmadan çok uzun süreler boyunca genomda kalabilir.

Araştırmacıların asıl ilgisini çekense yararlı introgresyonlardır. Yine Neandertal ve Denisovan DNA’sına dönelim. Bu genler, insanların Tibet platoları gibi zorlu ortamlara adapte olmalarını sağlayarak onları yüksek irtifanın ve düşük oksijen doygunluğunun zararlı etkilerinden korur, böylece yerel halk dışındakilerin karşılaşabileceği inme, düşük ve diğer sağlık risklerini önler. Arkaik insanlarla çiftleşmeden kalan genetik varyantlar belli enfeksiyonlara karşı bağışıklık kazanılmasını ve ayrıca deri ve saç pigmentlerinin de Avrasya iklimine daha uygun hale gelmesini sağlamıştır.

Mallet’ın kelebekleri de adaptif melezleşme kanıtları sergiler, özellikle de mimikri ve avcıdan kaçınmayla ilgili özelliklerde. Çoğu Heliconius türü birbirinden çok farklı kanat rengi ve desenine sahip olsa da araştırmacılar bazılarının birbirlerine şaşırtıcı derecede benzediklerini gözlemişlerdir. Kelebeklerin bu özellikleri bağımsız olarak geliştirdikleri düşünülmektedir, ancak bu bilginin kısmen doğru olduğu ortaya çıkmıştır. Mallet ve diğerleri buna introgresyonun da etki ettiğini kanıtlamışlardır. Galápagos ispinozları için de durum aynıdır: Gaga büyüklüğü ve şekli gibi birtakım özelliklerini belirleyen genomlarının bazı kısımları melezleşme yoluyla paylaşılmıştır. Bir kere daha paralel evrimin her şeyi açıklayamadığını görmekteyiz.

Melezleşme oranı çok küçük olsa da, ki büyük olasılıkla öyledir, bu sonuçlar oluşabilir. Mallet, neredeyse tamamen melezleşmiş kelebekleri için şunları söylemektedir:

“Her 1.000 normal çiftleşmeden biri melez çiftleşme olsa o nadir bir damla bile türler arasında gen homojenleşmesini tamamıyla sağlamaya yeterlidir. Bu oldukça heyecan vericidir.”

İntrogresyon örnekleri bilimsel literatürde giderek arttıkça araştırmacılar bu örneklerin evrimsel sonuçlarını ortaya çıkarmaya başlamışlardır. Bu sonuçlar, türleşmenin genellikle düşünüldüğünden çok daha yavaş bir süreç olduğu gerçeğinden ötesine gitmektedir. Arnold çeşitliliğin artması, adaptaston ve adaptif evrimin organizmalar arasında paylaşılan genlerle ortaya çıktığını söylemektedir.

Repeating Patterns of Mimicry. Meyer A, PLoS Biology, Vol. 4/10/2006, e341 doi:10.1371/journal.pbio.0040341

Eizirik ve ekibi tarafından yapılan araştırma bu konuda inandırıcı kanıtlar sunmaktadır. Ekibin araştırdığı gen introgresyonlarının gerçekleştiği dönemde beş Panthera cinsinin de popülasyonlarında iklim değişikliği nedeniyle azalma olduğu tahmin edilmektedir. Bir popülasyon küçüldükçe genomlarında zararlı bir mutasyonun sabitlenmesi olasılığı artar. Belki de bu farklı türler arasında bulunan gen akışı, adaptif mutasyonlar sağlayarak ve zararlı genlerin üstüne “yama” yaparak o dönemde bu türlerin yok olmasını önlemiştir. Arnold, bu tip genetik mutasyon aşılamanın (infusion) gerçekten hızlı bir evrime yol açabilecek kadar büyük olduğunu söylemektedir.

Ve bu süreç yalnızca bir türün evrimini hızlandırmakla kalmaz. Adaptif introgresyon, bir türün çok fazla ve hızla çeşitlenmesi sürecine, yani adaptif radyasyona da çok önemli katkılar sağlar ve bu da bağımsız olarak adaptasyon sağlayabilen yeni soy hatları oluşturur. Bunun tipik bir örneği Doğu Afrika’daki büyük göllerde bulunabilir; bu göller yüzlerce çiklit türüne ev sahipliği yapar. Çiklitler, daha çok yaşadıkları bölgedeki iklim değişiklikleri ve yerkabuğu hareketleri nedeniyle ortak atalardan birdenbire (tabii ki evrimsel zaman ölçeklerinde) çok fazla çeşitlenmişlerdir. Günümüzde çiklitler şekil, davranış ve ekoloji açısından çok geniş bir çeşitliliğe sahiptir, bu çeşitliliği büyük ölçüde introgresif melezleşmeye borçludurlar.

Melezleşmenin evrim için önemini tam olarak anlayabilmek biyologların yıllarını alacaktır. Örneğin Arnold Galápagos ispinozlarında veya Yellowstone Milli Parkı kurtlarında yapılanlar gibi daha ileri araştırmaları görmek istiyor. Davranışsal, metabolik ve diğer açılardan yapılan analizlerle introgresyonun ne kadarının adaptif, ne kadarının zararlı veya nötr olduğu; adaptif introgresyonun sadece belli gen tiplerini mi etkilediği, yoksa daha yaygın bir şekilde mi işlediği ortaya çıkarılabilecektir.

Ne yazık ki nesli tehlike altında olan türlerin çeşitliliğini koruma çabasındaki doğa korumacılar için tatmin edici cevapların olmaması daha acil sorunlar oluşturmaktadır. Melezlerin evrim ağacında yerini almış türlere verebileceği zararlarla yabani melez popülasyonlarını koruma arasında bir karar vermek zorunda kalmaktadırlar.

Melezlerin Korunmasındaki Belirsizlik

Tipik bir sorun örneği verelim: 1950’lerde işlerini büyütmek isteyen iki Kaliforniyalı balık yemi satıcısı, Salinas Vadisi’nden bir kamyonete atlayıp Teksas’ın ortalarına ve New Mexico’ya gitti. Dönerken yanlarında Kaliforniya’nın yerel kaplan semenderinin iki katından daha fazla büyüyebilen çizgili kaplan semenderi getirdiler. Yeni tür bölgedeki balıkçıların işine yaradı, ama yerel ekosistem için kötü oldu: Çizgili kaplan semenderinin yerel türle çiftleşmesinden oluşan melez yavrular, ebeveynlerine rekabet üstünlüğü sağladı. Çok geçmeden Kaliforniya kaplan semenderi, neslinin tamamen tükenmesi tehlikesiyle karşı karşıya kaldı; günümüzde de halen nesli tehdit altında olan bir türdür.

United States Fish and Wildlife Service

Bu tip örnekler, doğa korumacıların neden melezlerin korunmasına karşı çıktıklarını açıklamaktadır. Çünkü melezler ebeveyn soyların gen havuzlarını bozmakta ve biyoçeşitliliğe karşı bir tehdit oluşturmaktadır. Bu dışlama, Kaliforniya kaplan semenderi ve son olarak da Karayipleri mahveden aslan balıkları durumunda olduğu gibi özellikle de insan eylemlerinden kaynaklanan türler arası çiftleşmeler için geçerlidir. Los Angeles’taki Kaliforniya Üniversitesi’nden koruma biyoloğu Bradley Shaffer’ın söylediği üzere, melezleşme genelde olumsuz olarak değerlendirilir, çünkü korumacı biyolojinin ana amacı türleri ve soy hatlarını evrimleştikleri bölgede, evrimleştikleri şekilde korumaktır. Bir yere yabancı tür getirirseniz, bu istilacı türün soy hattı melezler tarafından bastırılıp yok edilse bile, sonuçları mahvedici olabilir.

Ama melezleşmeyi tümüyle önlemek de olumsuz sonuçlar doğurabilir. Mallet, Arnold, Eizirik, Grant’ler ve diğer birçok araştırmacının yaptığı çalışmaların gösterdiği üzere, coğrafi komşu türler arasındaki türleşme doğal yollarla olduğunda bu türlerin yeni tehditlere karşı adapte olmalarına yardım edebilir. Shaffer, melezleşme yeni olanaklar sağlayan evrimsel bir kuvvet olarak karşımıza çıktığında bu süreci devam ettirecek koruma politikalarının önem kazandığını ve öne çıktığını söylemektedir.

Bundan dolayı, melezleşmenin nesli tehdit ya da tehlike altında olan popülasyonlara yapay yollarla girmesinden kaçınmak gerekse de kendi başına gerçekleştiğinde de önlenmesi gerekmez. Melezleşmeyi doğal ve evrim açısından önemli olarak gören Mallet ve arkadaşlarına göre, melezlerin de koruma yasaları altında korunması gerekmektedir. Mallet, melezleşmenin sürekli olarak önlenmesinin bir sorun oluşturabileceğini söylemektedir.

Birçok uzman bu nedenle Nesli Tehlikede Olan Türler Sözleşmesi ve diğer yasaların yeniden günümüze uyarlanması gerektiğini düşünmektedir. Princeton’dan evrimsel biyolog Bridgett vonHoldt şunları söylüyor:

“Koruma tartışmalarımızın genomik çağa taşınmasına yardım etmek istiyorum, çünkü artık melezleşmenin düşündüğümüzden çok daha yaygın olduğu biliniyor. Politikalarımızın da daha esnek ve kapsamlı olması gerekir.”

Kuzey Amerika’daki çeşitli kurt türlerini düşünün. Gri kurtlar, Meksika kurtları, kızıl kurtlar ve doğu kurtları; nesli tehlike altında olan bu kurtların hepsinin farklı türler olduğu düşünülüyordu. Ancak genomlardan elde edilen son kanıtlar, kızıl ve doğu kurtlarının aslında gri kurt ve çakal melezi olabileceğini göstermektedir. Melezleri koruma politikalarının muğlak olduğu düşünüldüğünde, bu bulgu onların korunma statülerinin yanı sıra gri kurtların evrimsel tarihindeki ekolojik rollerinin biyologlar tarafından tam olarak anlaşılıp anlaşılamadığını da sorgulamaktadır.

B. Bartel/USFWS

Bu kadar çok bilinmeyen ya da anlaşılamayan etkenin olduğu bir durumda, en iyi koruma eylem planını belirlemek, uzmanların çözmesi gereken son derece zor bir iştir. Shaffer’a göre, melez bir türün yaşadığı yer ve genom geçmişindeki nüanslar, onların korunmasında izlenecek yolda da nüanslara yol açacaktır.

Mallet, zorluğun, bu konunun birçok yönü arasında denge kurulmasını gerektiren bir durum olmasından kaynaklandığını söylemektedir.