Sığır ve Domuz Gibi Hayvanların Parmakları Neden Köreldi? "Çift Toynak" Yapısı Nasıl Evrimleşti?

Evrimsel süreçte omurgalı uzuvlarının çeşitlenmesi sırasında sığır veya domuzlar gibi çift toynaklıların parmak sayısı azalmıştır ve farklılaşarak bir "toynak" halini almıştır. Basel Üniversitesi'nden araştırmacılar, böyle bir evrime neden olmuş olan bir gen düzenleyiciyi tespit ettiler. Nature dergisinde yayımlanan bu makale, evrimin moleküler tarihine yönelik heyecan verici öngörüler edinmemizi sağlıyor.

Fosil kayıtları gösteriyor ki erken çift toynaklı hayvanların bacaklarında 5 parmak bulunmaktaydı. Tıpkı modern fareler ya da insanlar gibi... Evrimleri sırasında, temel iskelet yapıları ciddi anlamda farklılaştı. Öyle ki, günümüzün su aygırlarının 4 parmakları vardır. Domuzların ise 2. ve 5. parmakları ters yöne bakar. Sığırlarda distal (merkezden uzak) iskelette 2 adet körelmiş ve işlevsiz arka tırnak kalıntısı bulunur. Ayrıca sığırlarda 2 adet simetrik orta parmak bir araya gelerek toynağı oluşturur. Bu sayede sığırlar yere sıkı bir şekilde basarak farklı yüzeylerde hareket edebilirler.

Basel Üniversitesi Biyotıp Bölümü'nden Prof. Rolf Zeller önderliğindeki bir ekip toynak yapısının evrimine neden olabilecek moleküler değişimleri araştırdı. Bu amaçla, fare ve sığır embriyolarındaki genlerin aktivitelerini incelediler. Bu genler, el ve ayak parmaklarının embriyolojik dönemdeki gelişimini kontrol etmektedir.

İki türün de uzuv gelişimi inanılmaz derecede benzerdir ve aradaki fark, sadece ayak tabakasının gelişimi sırasında belirgin hale gelir: fare embriyolarında HOX adı verilen gen yazılım (transkripsiyon) faktörleri uzuvların uçlarındaki parmakları oluşturacak tomurcuklar boyunca asimetrik olarak dağılmaktadır. Bu, farede distal iskeletin doğru şekilde oluşumu açısından çok önemlidir. Buna zıt olarak sığırların embriyolarının erken gelişim dönemlerinde bu faktörlerin dağılımı simetrik olmaktadır. Prof. Zeller şöyle anlatıyor:

Bu moleküler asimetrinin erken zamanlardaki yitiminin evrimsel değişimleri tetiklediğini düşünüyoruz. Bu değişimler, nihayetinde sığırlarda ve diğer çift toynaklılarda ayrık yapılı toynakların evrimini sağladı.

Biyotıp Bölümü'nden bilim insanları dikkatlerini özellikle Sonik Kirpi (SHH) sinyalleme yolağına verdiler. Çünkü bu yolak, HOX genlerinin ifadesini kontrol etmektedir ve dolayısıyla, fare ve insanlar gibi hayvanlardaki uzuvlar ucunda parmakları üretecek tomurcukların gelişimini sağlamaktadır. Ekip, sığırlarda bu gen ifadesinin farklılaştığını tespit etti. Öyle ki, distal iskeleti oluşturacak olan bölgelerdeki hücrelerin Patched1 adı verilen Kirpi reseptörlerinden birini üretemediklerini gördüler. Normalde bu reseptörler SHH için bir anten görevi görmektedir. Ancak Patched1 olmaksızın SHH sinyalleri hücreye ulaşamaz ve dolayısıyla 5 ayrı parmağın üretimi mümkün olmaz. Araştırmacılar, cis-düzenleme adı verilen bu değişmiş genomik bölgenin Patched1'in yitirilmesiyle ilişkili olduğunu gösterdiler ve bunun, sığır embriyolarındaki asimetriye neden olduğunu ortaya koydular. Prof. Zeller şöyle söylüyor:

Bu düzenleyicileri etkilediği tespit edilen genetik değişimler, çift toynaklı hayvanların yaklaşık 55 milyon yıl kadar önce diğer memelilerden nasıl evrimleştiğine dair, önceden görülmemiş moleküler öngörüler sunmaktadır. Şu etapta, Patched1 gen düzenleyicisinin etkinsizleşmesini neyin etkilediği henüz bilinmiyor. Bunun, süregelen evrimle ilgili olduğunu düşünüyoruz. Çünkü sığırlardaki ve diğer çift toynaklılardaki bu düzenleyici bozulmuş olsa da, insanlar veya fareler gibi diğer omurgalı hayvanlarda bunlar tamamen fonksiyoneldir.