Tek Hücrelilikten Çok Hücreliliğin Evrimi

Başlangıçta tek hücreli yaşam vardı. Bugün, milyonlarca yıl sonrasında, birçok bitki, hayvan, mantar ve alg tek parçaymışçasına uyum içinde çalışan birçok hücreden oluşmaktadır. Bu organizmalar çokhücreliliğe ulaşmış oldukları birçok farklı yoldan geçse de bu hücreler enerji tüketebilmek, hayatta kalabilmek ve çoğalmak için kümeler halinde uyum içinde birlikte çalışır. 

Fakat çokhücrelilik nasıl evrimleşti? Bir defada mı, birkaç defada mı evrimleşti? Hücreler; başlı başına yaşamı oluşturan bir hücre olmaktan, diğer hücrelerle işbirliği ve uyum halinde çalışmaya ve sadece bağlı bir birim olmaya geçişi nasıl sağladı? 

New York'ta Ithaca Cornell Üniversitesinde bitki evrimi biyoloğu olan Karl Niklas bitkilerin ölçüleri, şekilleri ve çoğalmalarının geçen milyonlarca yıl boyunca nasıl değiştiği üzerine çalışıyor. American Journal of Botany dergisinin 100. yılı için hazırlanan yıldönümü sayısında ilk makale yazarı olarak yer alan Niklas, çokhücreliliğin tarihini ve hücrelerin diğer hücrelerle işlevsel olarak bütünleşebilmesi için; şekil, işlev, yapı ve gelişim açısından geçirmesi gereken değişiklikleri yeniden inceliyor. Aynı zamanda, çokhücreliliğin evrimini etkileyen, doğal seçilimden fizik kanunlarına kadar temelde yatan itici kuvvetleri ve engelleri ortaya çıkarıyor. 

Öğrenciyken Niklas matematikle ilgilenmekteydi, fakat sonra 'matematikvari' yapıları dolayısıyla bitkiler üzerine çalışmaya başladı. Niklas'ın yorumuna göre 'Çokhücrelilik matematiksel tanım kapasitesine sahip temel bir evrimsel gelişmedir ve bitkilerin farklı nesillerinde birkaç defa gerçekleşmiştir.' 

Aslında, nasıl tanımlandığı çok da önemli değil. Bilim insanları çok hücreliliğin, kökü aynı ataya dayanan birçok nesil boyunca birkaç kez gerçekleştiği konusunda hemfikirler. En basit olarak bir hücre kümesi diye tanımlanabilecek olan çokhücrelilik en az 25 farklı defa, farklı nesillerde evrimleşti. Bununla birlikte daha kesin olarak tanımlandığında da, bu hücrelerin birbirine bağlı, birbiri ile iletişim içinde ve bir uyum içinde hareket ediyor olmaları gerekmekle birlikte; hayvanlarda açık bir şekilde bir kez, mantarlarda üç kez, alglerde altı kez, ve bakterilerde daha fazla sayıda evrimleşmiştir. 

Çokhücrelilik, seçilimin fenotipler üzerinde etkili olduğu ve nitelik kombinasyonlarının ne kadar düzgün çalıştığı önermesine dayanarak pek çok kez başarılmış olabilir. Diğer bir deyişle, hücreler farklı mekanizmalar kullanarak bağlanmış olsa da, ya da farklı gelişim yolları kullanmış olsalar da eğer sonuçlar düzgün işleyen hücrelerin işbirliği içinde çalıştığı ve daha iyi hayatta kaldığı, tekhücreli karşıtlarına göre daha çok yavruladıkları şeklindeyse; bu çeşitli evrimsel yolların hepsi mümkün olabilir. 

Niklas çokhücreli organizmaların evriminin birçok kez yaşanmış olması ve hücreleri birbirine yapıştıran tutkalın kimyasına benzetilebilecek farklı gelişim motifleri içermesinin önemini vurguluyor. Bu incelemede Niklas'ın açıkladığı noktalardan biri doğal seçilimin işlevsel özellikleri etkilemesi, böylece çokhücrelilik farklı mekanizmalar ve gelişim tarzları aracılığıyla ve hücre biyolojisinin farklı açıları yoluyla pekçok kez evrimleşebildi. 

Bunun yanında, çok hücreliliğin evrimleşebilmesi için sırayla karşılanması gerekli bir ihtiyaçlar kümesi vardır: Hücreler bir araya gelmeli, birbiriyle iletişim kurmalı, işbirliği yapmalı ve hücreler işlevlerinde uzmanlaşmalıdır (örneğin bütün hücreler tam olarak aynı işi yapmaz, öyle olsa sadece bir hücre grubu ya da kolonisi olarak adlandırılabilirlerdi). Bunların olabilmesi için hücrelerin birbirini reddetmemesi gerekiyor. Diğer bir deyişle, bir dereceye kadar genetik olarak uyumlu olmaları gerekiyor, bu hücrelerimizce tanınmayan yabancı maddeleri vücudumuzun reddetmesine benzetilebilir. Bu ilk aşama "uyum başarısının ayarlaması" olarak adlandırılır. 

Bu 'uyum başarısının ayarlaması' bir darboğaz dönemine ya da organizmanın sadece bir hücreye sahip olduğu; spor, zigot ya da bitki üremesini sağlayan tek çekirdekli aseksüel (eşeysiz) yapı gibi bir tekhücreli döneme ihtiyaç duyar. Bu takip eden hücrelerin benzer genetik maddeye sahip olabilmesi için gereklidir. 

Uyum başarısının ayrılması" aşaması çokhücrelilik evrimleşme süreci için gerekli ikinci adımdır. Bu adım hücrelerin daha uyumlu birimler ya da kendileri gibi bireyler üretebilmesi amacıyla birlikte çalışmasını gerektirir ve uyumluluklarını artıracak bir düzenle çalışmalarını sağlar. Bu başarıldığı zaman, farklı bir fenotip ya da şekilde bir organizma ortaya çıkar. Bitkilerde, hayvanlarda, mantarlarda ve alglerde iki hücre arası işbirliği ya da iletişim adımları ökaryotik atalarından çok farklıdır, ancak önemli olan şudur ki bu organizmaların hepsinin çokhücreli işlevsel organizmalar olma yolunda geçirdikleri adımlar çok benzerdir. Niklas'ın dikkat çektiği gibi, "Bu çakışan evrim ünlü bir sözle özetlenebilir: Bütün yollar Roma'ya çıkar, ama Roma eski Roma değil.

Aslında bu aşamalar teoride mümkün bir temel plan üzerinde evrim adımlarının en makullerini, algler, kara bitkileri ve hayvanlar üzerinde olduğu gibi tek hücrelilikten hücre kolonileri ve sonra çokhücreliliğe kadar gösterecek şekilde yerleştirilebilir. Niklas aynı zamanda çok çekirdeğe sahip tek bir hücre ile başlayan (bir yeşil algden çokhücreliliğe) ve gözlemlenen bazı mantar ve alg türleriyle desteklenen makul alternatif bir evrim yolu çiziyor. 

"Bu kaynak incelemesi benim dikkatimi işbirliğine çekiyor." diye belirten Niklas bunun sebebini çokhücreliliğin hücrelerin birlikte çalışmasını gerektirmesi olarak açıklıyor: Hileci hücrelere uzun vadede hoşgörü yok, çünkü kanser gibi kontrolü elegeçirip çokhücreli bir organizmayı öldürebilirler.