Türlerarası melezler evrimde kritik bir rol oynuyor

Bir zamanlar biyolojik yanılgılar olarak muamele edilen melezler birçok hayvan türünün başı sıkıştığında sığındığı kurtarıcılardır. Bu gerçeği, koruma politikaları ile uzlaştırmak bilime meydan okumaktır.

Panthera cinsinin beş büyük kedisi – leoparlar, kaplanlar, kar leoparları, aslanlar ve jaguarlar (yukarıdaki resimde soldan sağa temsil edildiği gibi), türlerinin ayrışmasından bu yana milyonlarca yıl boyunca tekrar tekrar melezleştiler. Bu gibi melezleşmeler, hayvanlar türlerinin evriminde şaşırtıcı derecede yaygın ve önemli olduğu ortaya koymaktadır.

2006’da bir avcı, Kanada’nın kuzeybatı bölgelerinde kutup ayısı olduğunu düşündüğü bir hayvanı vurdu. Bununla birlikte, daha yakından yapılan incelemede, beyaz kürkü, karakteristik olarak uzun olmayan pençeleri ve hafif arkalıklı kahverengi yamaları görüldü. Yaratığın aslında bir melez olduğu, annesinin kutup ayısı, babasının da bir bozayı olduğu anlaşıldı. Her ne kadar bu melezleşmenin mümkün olduğu bilinse de (iki tür daha önce sınırlarla ayrılmıştı), vahşi doğada bulunan ilk belgelenen olay budur. O zamandan beri bunun bir izole olay olmadığı belli oldu.

Korumacılar ve diğerleri, eğer iklim değişikliği boz ayılarını kutup ayısı bölgesine sürmeye devam ederse, bu gibi melezlerin daha yaygın hale geleceğini ve kutup ayısı popülasyonunun harap olacağını belirtiyorlar. Bazıları, türlerin korunması için melezleri öldürmeyi bile önermişti.

Fakat boz ayılar ve kutup ayıları, yüz binlerce yıl önce ayrıldığı için çiftleşiyorlardı. Kutup ayısı genomları eski ayılardan gelen mitokondriyal DNA’yı korudu ve boz ayılar, kutup ayılarıyla melezleşen genleri miras aldı. Georgia Üniversitesi’nde evrimsel bir biyolog olan Michael Arnold, “İnsanlar birbirleriyle çiftleşirlerse, kutup ayılarının güzel beyaz postlarını kaybedeceklerinden endişeleniyor” diyor. “Ancak gerçek şu ki, bu varlıklar uzunca bir süredir kendileri gibi görünmüyorlar.”

Arnold, “Bu melezleşme yaygın bir doğal olay ise, ‘saf’ ana genomlarla melezleşmelerini önlemek için melezleri öldürme fikri yapmamız gereken bir yönetim tekniği değil” diye uyarıyor. Aslında, bu tür bir melezleşme ile ortaya çıkan genetik varyasyonun, yükselen sıcaklıklar ve buzulların erimesi karşısında hayatta kalma, daha hareketli, daha az donuk bir yaşam ortamına uyum sağlama yeteneklerine bağlı olabilecek kutup ayılarını kurtarabileceği düşünülmektedir. Boz ayılardan bazı genlerin alınması, kutup ayıları için uyarlanabilir olma ihtimalinin yüksek olduğunu, ancak Arnold’un sonuçlarına göre “kutup ayısı gibi görünmeyecekleri” belirtiliyor.

Bu fotoğraftaki boz ayısı ve kutup ayısı melezleri, boz ayılar kutup ayılarıyla eşleştiğinde doğar. Bu gibi melezleşme nispeten nadirdir ancak her iki ebeveyn türünün genetik mirasını etkilemek için yeterince sık olur.

Bu gibi tartışmalar, doğal olarak ortaya çıkan melezlerin kötü şöhretinin tamamen haklı çıkması ihtimalinin altını çizmektedir. Tarihsel olarak, melezler çoğunlukla uyumsuz geçişlerin steril veya uygun olmayan yavrularıyla (bir kadın atın ve bir erkek eşekten doğan katır gibi) ilişkilendirilir.

Natüralistler geleneksel olarak melezleşmeyi vahşi, alakasız, çoğunlukla nadir bulunan, çıkmaza giren bir tür olarak kabul ettiler. Melezler uygun ya da verimli ya da yaygın değilse, evrim üzerinde ne kadar etkili olabilirler? Ancak genomik çalışmalar türlerin nasıl geliştiğine dair yeni bilgiler verdiğinden, biyologlar şimdi şaşırtıcı bir şekilde, melezlerin türlerin güçlendirilmesinde ve yakın akrabalarından yararlı genler almalarında onlara önemli bir rol oynadığını görüyorlar.

Kısaca, uyumsuz çaprazlaşmalar soylar arası öyküyü anlatmaz. Organizmalar birbirinden ayrılırken organizmalar arasında gerçekleşen genetik aktarım, adaptif özelliklerin ortaya çıkmasında ve tamamen yeni türlerin yaratılmasında bir etkendir. Arnold’a göre, melezleşme, yalnızca yeni ortaya çıkan türlerin melez popülasyonlar yoluyla genleri yeniden kazanmaları değil, virüsler, bitkiler, bakteriler hatta hayvanlar için de muhtemelen evrimin en yaygın yoludur.

Aslanlar, Kaplanlar ve Jaguarlar, Aman Tanrım!

Son zamanlarda melezleşme izleri, jaguarın evrimi üzerine yapılan çalışmalarda ortaya çıktı. Geçen ay Science Advances’de yayınlanan bir makalede, yedi ülkeyi kapsayan kurumlardan araştırmacıların oluşturduğu bir ekip, Panthera cinsinin çoğunlukla “büyük kediler” olarak adlandırılan beş cinse ait genomlarını inceledi: aslanlar, leoparlar, kaplanlar, jaguarlar ve kar leoparlar.

Bilim insanları, jaguar ve leopar genomlarını ilk kez sıraladılar ve diğer üç tür için hali hazırda var olan genomlarla karşılaştırdılar ve beş cinsin de paylaştığı 13.000’den fazla gen buldular. Bu bilgi, yaklaşık 4.6 milyon yıl önce farklı hayvanların ortak bir atadan nasıl ayrıldıklarını anlatan bir filogenetik ağacı (özünde, türler için bir aile ağacı) oluşturmalarına yardımcı oldu.

Grubun liderlerinden biri olan Brezilya’daki Rio Grande do Sul Pontifical Katolik Üniversitesi’nden biyolog ve ekolojist olan Eduardo Eizirik son 15 yılını jaguarları araştırmaya adadı. Kendisi ve meslektaşları genomları eşleştirdikçe, büyük memelileri yok eden bir olaydan sonra muhtemelen zırhlı sürüngenleri de diyetinde barındıracak şekilde evrilen büyük başı ve güçlü çenesi olan bir hayvanın bu gibi adaptasyonlardan sorumlu olabilecek – jaguarın, timsah postu veya kaplumbağa kabuklarını ezmesine izin veren -genlerini taradılar.

Bununla birlikte, bu uyarlanmalardan bazıları jaguar soylarından kaynaklanmayabilir. Eizirik’in ekibi, farklı Panthera türleri arasında birçok kesişmeye ilişkin kanıt buldu. Bir vakada, jaguarda bulunan iki gen, filogenetik yollarının çatallanmasından sonra meydana gelen aslanla melezleşmeye işaret etti. Her iki gen de optik sinir oluşumuyla ilişkili görünüyor. Eizirik, genlerin jaguarların ihtiyaç duyduğu veya yararlanabileceği görme konusunda bir gelişmeyi şifrelediğini öne sürdü. Sebep ne olursa olsun doğal seleksiyon, jaguarın özünde bu özellik için olanların yerine geçen aslan genlerini tercih etti.

Bu melezleşme, Eizirik grubunun Panthera evrim ağacının tasvirinin neden bu kadar dikkat çekici olduğunu göstermektedir. Eizirik, “Sonuçta bu daha karmaşık bir hale geldi” diyor. “Türler sonunda ayrılırlar, ancak insanların sık sık söyledikleri gibi hızlı bir şekilde değil.” Ve şöyle ekliyor: “Çalıştığımız genomlar, bu tarihin mozaiklerini yansıtıyordu.”

Biyolojik Türler Kavramı

Eizirik’in nadiren analiz ettiği ve bu durumu ayrıntılı olarak destekleyen veriler olduğu halde, melezleşmenin türlerin gelişimine katkıda bulunduğu fikri hiçbir şekilde yeni değildir. Biyologlar 1930’lardan beri bitkilerde melezleşmenin sıklıkla meydana geldiğini (sadece İngiltere’de çiçekli bitki türlerinin yaklaşık yüzde 25’inde belgelendiğini) ve evrimlerinde önemli bir rol oynadığını biliyorlardı. Aslında, 1938’de çalışmalarında gördükleri melezleşme ve gen akış modelini tanımlamak, “geri melezleşme” veya gerileme gibi ifadelerle tanımlanmıştı.

Her bir ebeveynden eşit gen paylaşımı ile 50-50 melez yavrular üretmek için, iki tür üyeyi – bunları A ve B olarak adlandıralım – çaprazlama düşünün. Sonra melezlerin A türündeki üyelerle  çaprazlandıklarını hayal edin ve yavruları için aynı şeyi varsayın. Birçok nesil sonra doğanların genomlarının B türünden birkaç gen tutan A türündeki organizmalar ortaya çıktığını görürsünüz. Araştırmalar bu işlemin aynı zamanda tamamen yeni bitki türleri oluşturabileceğini gösterdi.

Ancak hayvan türleri, en azından bir süre daha ayrık görünüyordu. Çoğu zoolog, 1942’de, modern sentezin mimarlarından biri olan efsanevi biyolog Ernst Mayr tarafından önerilen biyolojik tür konseptini, Darwin’in doğal seleksiyonunu genetik bilimiyle birleştiren evrim teorisinin versiyonunu destekledi. Mayr’ın biyolojik tür kavramı üreme izolasyonuna dayanıyordu: Bir tür, diğer popülasyonlarla üreyemeyen bir popülasyon olarak tanımlandı.

1970’lerde o kurala ilişkin istisnalar ortaya çıkmaya başladığında bile, birçok biyolog, melezleşmenin hayvanlarda önemli olmasının çok nadir olduğunu düşünüyordu. Harvard Üniversitesi’nden evrimsel bir biyolog olan James Mallet “Taahhüt ettiğimiz bir tavrımız vardı” diyor. Bugün, söz konusu melezleşmelerin evrim tarihinin yeniden yapılandırılmasını etkilemediğini veya “bunun adaptif evrimde yararlı olmadığına” işaret ederek, artık dayanılabilir olmadığını ileri sürdü.

Bilgisayarlı ve genomik araçlar, geçiş sürecinin ne kadar verimli olduğunu – kendi türümüzde bile – kanıtladığı için bu durum özellikle doğrudur. Araştırmalar, 2009’dan bu yana yaklaşık 50.000 ila 60.000 yıl önce Afrika’dan yayılan bazı modern insanların Neandertallerle kaynaştığını ortaya koydu; daha sonra başka bir atadan oluşan insan grubu olan Denisovalılarla da karşılaştılar. Her iki vakadaki ortaya çıkan bireyler diğer modern insanlarla çiftleşmeye devam ettiler, aldıkları genleri bize aktardılar. Günümüzde araştırmacılar, bazı popülasyonların DNA’sının % 1 – 2’sini Neandertallerden, % 6’sını Denisovanlardan – yüzlerce geni içeren kesirler – miras aldığını tahmin ediyorlar.

Mallet ve arkadaşları, 2012’de iki melezleşen Heliconius kelebek türü arasında büyük miktarda gen akışı gösterdi. Ertesi yıl, bir türün genlerinin yaklaşık yüzde 40’ının diğerinden geldiğini tespit ettiler. Mallet’ın ekibi artık genlerde daha fazla değiş tokuş yapan bir çift kelebek türü ile çalışıyor: yüzde 98 gibi bir oran. Genomun sadece geri kalan % 2’si türlerin birbirinden ayrılan ve “gerçek” evrimsel yörüngesini yansıtan bilgileri taşıyor. Tür hatlarının benzer bulanıklığı, Anathela cinsinin sıtma taşıyan sivrisineklerinde de önceden bulunmuştu.

Balıklar ve kuşlardan, kurt ve koyun gibi diğer organizmalar da geri melezleşme paylaşımını yaşarlar. Princeton Üniversitesi’nden evrimsel bir biyolog olan Peter Grant, türler arasındaki sınırların daha önce düşünülenden daha az olduğunun bilindiğini söyledi ve Princeton’da biyolog olan (eşi) Rosemary Grant ile birlikte on yıllardır Galapagos ispinozlarının evrimini inceliyor. “Filogenetik rekonstrüksiyonlar, ani ortaya çıkan ve asla ihlal edilmeyen türler arasında net bir bariyer varmış gibi tezahürünü tasvir eder. Bu yanıltıcı olabilir.”

Arnold da aynı fikirde. “Yaşam ağacı, basit bir çatallaşmış ağaç değil,” diyor. Bu, aynı zamanda, bir türün evrimsel ilişkilerini anlamak ve doğru filogenezi oluşturmak için yalnızca genleri değil, tüm genomu incelemek her zamankinden daha gerekli olduğu anlamına gelir. Hatta bu yeterli olmayabilir. Mallet, “Bazı gerçek evrimsel modellerin hala tamamen kurtarılamayacağını” söyledi.

Kararsız Genler Kendilerini Sönükleştirir

Genomik çalışmalar, geri melezleşen genlerin hareketlerinin tam bir resmini oluşturamaz. Bir tür genleri başka birinden miras aldığında, sonuç zararlı, nötr veya uyarlanabilir olabilir. Örneğin, Neandertalerden miras aldığımız genlerden bazıları diyabet, obezite veya depresyon gibi bozukluklara karışmış olsalar da, doğal seleksiyon kanseri yok edici ilk eğilimdir. Saldırıya uğramayan nötr bölgelerin sürüklenerek gözlemlenebilir bir etkiye sahip olmadan çok uzun süre genomda kalmaları mümkündür.

Fakat özellikle araştırmacıları büyüleyen yararlı geçişlerdir. Neandertal ve Denisovan DNA’sını tekrar ele alalım: Bu genler, insanların alçak olmayan yerlerde felç, düşük yapma ve diğer sağlık risklerine neden olabilecek yüksek irtifaların ve düşük oksijen doyumunun zararlı etkilerine karşı koruyan Tibet platosu gibi zorlu çevrelere adapte olmasına izin verdi. Arkaik insanlarla melezleşmenin varyantları bazı enfeksiyonlara karşı bağışıklık kazandırdı ve cilt ve saç pigmentasyonunu Avrasya iklimleri için daha uygun hale getirdi.

Mallet’in kelebekleri, özellikle taklitçilik ve avcıdan kaçınma özellikleriyle uyumlu melezleşmenin kanıtlarını yansıtırlar. Araştırmacılar, Heliconius türlerinin çoğunun kanat renkleri ve desenleri oldukça farklı olmasına rağmen, bazılarının birbirleriyle çarpıcı bir benzerlik taşıdığını gözlemlemişti.

Araştırmacılar, bu türlerin bu özelliklerde bağımsız bir şekilde birleştikleri düşüncesindeydi, ancak bunun kısmen doğru olduğu ortaya çıktı. Mallet ve diğerleri geri melezleşmenin de sorumlu olduğunu keşfetmişlerdir. Galapagos ispinozları için de aynı şey geçerli: Genomları, gaga büyüklüğü ve şekli de dahil olmak üzere özellikleri kontrol eden parçaların melezleşmesi yoluyla paylaşıldı. Paralel evrim bir kez daha her şeyi açıklayamıyor.

Heliconius kelebeklerinin bazı türleri kanatlarında benzer kalıplara sahiptir. Benzerlik her zaman tesadüfi değildir: Türler arasında değiş tokuş edilen genler de rol oynamaktadır.

Bu geri melezleşme kalıpları bilim literatüründe giderek baskın hale geldiğinde, araştırmacılar evrimsel sonuçlarını ortaya çıkarmak için çeşitli yollara başvurmuştur. Bunlar, türleşmenin sıklıkla yapılandan çok daha kademeli bir süreç olma eğiliminin ötesine geçmektedir. Arnold, “Çeşitlendirme, uyarlama ve uyarlamalı evrim gerçekten gezici genler tarafından sık sık yönlendiriliyor gibi görünüyor” diyor.

Eizirik ve ekibi tarafından yapılan araştırmalar bunun için cazip bir örnek oluşturuyor. Analiz yaptıkları genin geri melezleşme oluştuğu sırada ortaya çıkışından ve muhtemelen iklim değişikliklerinden dolayı beş Panthera türünün popülasyonlarının azaldığı tahmin edilmektedir. Bir nüfus ne kadar küçükse, zararlı bir mutasyonun genomuna yapışması ihtimali o kadar yüksektir. Belki de farklı türler arasında bulunan gen akışı, uyarılmış mutasyonlar ve zararlı olanlara “yama” sağlayarak onları yok olmadan kurtardı. Arnold, “Bu tür genetik mutasyonların infüzyonu çok büyük ve hızlı bir evrim yaratabilir” diyor.

Ve süreç tek bir türde evrimi hızlandırmakla bitmiyor. Uyarlamalı geri melezleşme, adaptif radyasyona önemli ölçüde katkıda bulunur; bu süreç, bir türün hızla geniş bir yelpazede çeşitlenmesine ve bağımsız olarak adapte olmaya devam eden yeni nesiller oluşturmasına neden olur. Örneğin, yüzlerce çiklit türünün bulunduğu Doğu Afrika’deki büyük göllerde bu görülebilir; bu, patojen patlamalarda (evrimsel zaman çizelgesinde) ortak atalarından, büyük ölçüde çevrelerindeki iklim ve tektonik kaymalara yanıt olarak çeşitlenen bir tür balıktır. Günümüzde, çiklitler form, davranış ve ekolojik olarak çok çeşitlilik gösterir – büyük bir kısmı geri melezleşmeye bağlı olarak.

Biyologların melezleşmenin evrimle bütünlüğünü anlamaları için daha uzun yıllar gerekecek. Örneğin, Arnold, Galapagos’taki ispinozlar ve Yellowstone Milli Parkı kurtlarında yapılanlar gibi daha ileri araştırmaları görmek istiyor: davranışsal, metabolik ve diğer analizler, geri melezleşmenin ne kadarının uyarlanabilir olduğunu ve ne kadar zararlı veya nötr olduğunu ve diğer yandan adaptif geri melezleşmenin yalnızca belirli gen türlerini etkileyip etkilemediğini veya daha yaygın bir biçimde hareket edip etmediğini ortaya koyacak diğer analizleri içermektedir.

Maalesef, koruma uzmanları ve tehlike altındaki türlerin çeşitliliğini yönetmekle yükümlü olan diğerleri için, tatmin edici cevapların olmaması daha acil sorunlar ortaya koymaktadır. Yabani melez popülasyonlarının ve melez popülasyonlarının korunmasının değerini, melezlerin ortaya çıktıkları türler de dahil olmak üzere kurulu olan türlere verebilecek zararlara karşı ağırlıklı olarak tartmaları gerekir.

Melezlerin Belirsiz Korunması

Sözü edilen bir durum: 1950’lerde, Salinas Vadisi’ndeki California yem satıcıları, işlerini genişletmek için bir çift pikaba atladı ve merkez Texas ve New Mexico’ya gitti. Kaliforniya’nın yerli kaplan semenderlerin iki katı daha fazla büyüyebilen kaplan semenderlerini getirmişlerdi. Yeni türler yerel balıkçılar için çabucak yarar sağladı; ancak yerel ekosistem için kötü oldu: Getirilen semenderler yerlilerle çiftleşerek ana türün dışına çıkabilen melez bir cins oluşturdu. Yakın zamanda California kaplan semenderi kendisini tamamen yok olma tehlikesiyle karşı karşıya buldu ve bugün tehdit altındaki bir tür olarak kaldı.

Kaliforniya kaplan semenderlerinin (Ambystoma californiense) hayatta kalması, başka bir bölgede sınırlandırılan kaplan semenderleri ile melezleşmekle daha da tehdit altındadır.

Bu tür örnekler, melezlerin genellikle korumacılar tarafından korunmasından dolayı diskalifiye edildiğini göstermektedir: Melezlerin, ana nesillerindeki gen havuzlarını bozduğu ve biyoçeşitlilik için tehdit oluşturduğu düşünülmektedir. Bu dışlanma, özellikle bireyler arası eylemlerin insan eylemlerinden kaynaklandığı durumlarda geçerlidir, tıpkı Kaliforniya kaplan semenderinde olduğu gibi, daha yeni haberlerde de Karayipleri yıkan aslan balığında olduğu gibi.

Los Angeles’taki Kaliforniya Üniversitesi’nden bir koruma biyologu olan Bradley Shaffer, “Koruma bağlamında, melezleşme genellikle salt negatif olarak görülüyor; çünkü muhafazakar biyoloji onları mantra tür ve soyları geliştikçe, evrimleştikleri peyzaj üzerinde korumaktır” diyor. Yabancı türlerin dünyadaki farklı bölgelerden gelmesi ve bozucu türlerin soylarının melezlerle yutulmasına rağmen sonuçlar yıkıcı olabilir.

Ancak, melezleşmenin tamamen önlenmesi de olumsuz yansımalara neden olabilir. Mallet, Arnold, Eizirik ve Grants (diğerlerinin yanı sıra) tarafından yapılan çalışmada coğrafi olarak komşu türler arasındaki melezleşme doğal olarak gerçekleştiğinde türlerin yeni tehditlere adapte olmasına yardımcı olabildiği görüldü. Shaffer, “[Melezleşme yaratıcı bir evrimci güç olduğunda] bu süreci muhafaza eden koruma politikaları önemlidir ve ön plana çıkmalıdır” diyor.

Melezleşme tehlikede olan veya nesli tükenmekte olan popülasyonlara yapay olarak uygulanmasının önüne geçilmesi gerekirken, kendi başına gerçekleştiğinde mutlaka engellenmemelidir. Melezleşmeyi doğal ve evrimsel olarak önemli gören Mallet ve diğer araştırmacılara göre, melez olmanın korunum yasalarıyla korunmayı ekarte etmemesi gerekir. Mallet, “Melezleşmeyi sürekli olarak önlerseniz, bu bir sorun olabilir” diyor.

Bu nedenle pek çok uzman, Tehlikedeki Tür Yasası ve diğer mevzuatın güncelliğini yitirmiş olduğuna ve revize edilmesi gerektiğine inanıyor. Princeton’da evrimsel bir biyolog olan Bridgett von Holdt, “Koruma konusundaki tartışmalarımızı melezleşmenin şimdiye kadar düşündüğümüzden veya hayal ettiğimizden çok daha yaygın olduğu genomik çağa kaydırmamıza yardımcı olmak istiyorum” diyor. “Politikalarımız daha esnek ve kapsayıcı olmalıdır.”

Bu kızıl kurt örneğinde olduğu gibi bu tür uzun yıllar ayrı bir tür olarak kabul edildi; ancak genomik çalışmalar, gerçekten gri kurt ve çakalların bir melezi olduklarını gösteriyor.

Kuzey Amerika’da gezinmekte olan kurt türlerini ele alalım. Gri kurtlar, Meksika kurtlaır, kızıl kurtlar ve doğudaki kurtlar, hepsi de ayrı türler olarak ele alınmıştı. Bununla birlikte, yakın tarihli genetik deliller, kızıl kurtların ve doğu kurtlarının aslında gri kurtlar ve çakalların melezleri olduğuna işaret ediyor. Koruma politikası söz konusu olduğunda karanlık alanı işgal eden melezler göz önüne alındığında, bu bulgu korunan durumunu ve kafası karışık biyologların gri kurtların evrim tarihindeki ekolojik rollerini anlamalarını sorguladı.

Pek çok faktör veya belirsizlik, koruma konusunun en iyi seyri belirlemede son derece zor bir görev olduğunu ve uzmanların henüz çözemediği bir konu olduğunu göstermektedir. Shaffer’e göre, belirli bir melez türün çevre ve genomik öyküsündeki nüanslar, nasıl korunmaları gerektiği konusunda farklı yollar sunuyor.

Mallet “Bu dengeleyici bir sanat” diyor.

Haber: Jordana Cepelewicz

Kaynak: https://www.quantamagazine.org/

Çeviren: Bünyamin Tan