Ciğerotunun yumurtaları yukarıda, spermi ise su yoluyla yetişiyor

Ciğerotu denen küçük bitkilerde döllenme bir yüzme işi: sperm hücresi yumurtaya ulaşmak için suyun içinden geçmek zorunda. Yumurtalar ise yerden yükseğe, ince bir sapın ucunda duruyor. Su aşağı akar; peki sperm yukarıya nasıl çıkıyor?

Nature Plants dergisinde yayımlanan bir çalışmaya göre cevap, sapın ve başlığının dış yüzeyindeki mikroskobik yapılarda. Bu yüzey suyu pompasız, yukarı doğru taşıyor. Çalışmanın evrimle ilgili yanı da dikkat çekici: yükseklik hem yararlı hem zararlı olduğu için bitki bu çelişkiyi tek hamlede değil, iki ayrı adımda çözmüş görünüyor.

Su ister, yükseklik de

Ciğerotları, yosunlar ve boynuzotlarıyla birlikte briyofit denen gruba girer. Bu bitkiler çiçek ve tohum yapmaz, gerçek kökleri yoktur, daha büyük bitkilerin kullandığı iletim dokusundan da yoksundurlar. Döllenme sonrası yumurta embriyoya, embriyo da spor üreten bir yapıya dönüşür; sporlar yayılıp yeni bitkilere dönüşür.

Burada iki ihtiyaç çatışıyor. Döllenme için nemli, yere yakın bir ortam gerekir. Sporların uzağa saçılması için ise yüksek ve kuru bir nokta daha uygundur. Çalışmayı Çin Bilimler Akademisi'ne bağlı Botanik Enstitüsü'nden Bo Xu'nun yönettiği ekip yürüttü; ilk yazar Xiaotong Qi. Model bitki, yaygın ciğerotu olan Marchantia polymorpha: dişi bitkide yumurtaları taşıyan organ (archegoniophore), kısa bir sapın ucunda şemsiyeye benzer bir başlık biçiminde yükseliyor.

Pompasız bir su yolu

Ekip, sapın ve başlığın yüzeyindeki yapıların birbirine göre nasıl dizildiğini üç boyutlu X-ışını görüntülemesiyle (mikro-BT) haritaladı. Makalenin özetine göre suyun yön bulması, birden çok yüzey yapısının tam yerinde ve birbirine uyumlu durmasına dayanıyor. Bu yapıların oluşumunu MpLAS adlı tek bir protein yönlendiriyor. MpLAS, genleri açıp kapatan GRAS ailesinden bir transkripsiyon faktörü; hücre büyümesine bağlı hücre bölünmesini düzenleyerek işini yapıyor. Yüzey yapıları bozulmadan kaldığında suyla döllenme daha başarılı oluyor.

Sapın kendisi ise başka bir proteine, MpGRAS10'a bağlı. Bu protein, giberelin türevi bileşiklerin üretim yolunu düzenleyerek sapın oluşmasını sağlıyor. Giberelin, birçok bitkide gövdeyi uzatan hormon olarak bilinir. Özetle bir protein yumurtaları yukarı kaldırıyor, öteki protein suyu oraya taşıyan yüzeyi kuruyor.

Yapı	İşlevi	Düzenleyen protein
Dişi organın sapı	Yumurtaları yükseltir, sporların yayılmasını kolaylaştırır	MpGRAS10
Sap ve başlık yüzeyi	Suyu yukarı taşır, spermin yumurtaya ulaşmasını sağlar	MpLAS

Tablo, Nature Plants makalesinin özetinden ve çalışmayı haberleştiren Earth.com'dan derlendi.

Önce sap, sonra su yolu

Araştırmacılar bu özelliklerin ne zaman ortaya çıktığını anlamak için ciğerotunu akrabalarıyla karşılaştırıp aile ağacında geriye doğru çalıştı. Dişi sap bu grupta tek bir kez ortaya çıkmış, sonraki bazı soylarda yeniden kaybolmuş. Sap, suyu taşıyan yüzey yapılarından önce gelmiş.

Ekip bu sırayı iki ayrı basamak olarak okuyor: yükselen sap sporların daha uzağa saçılmasına yaradı, ama yumurtaları suyun erişemeyeceği bir yüksekliğe taşıdı; sonradan gelişen yüzey ağı da bu sorunu çözdü. Makalenin özetindeki ifadeyle, sonradan gelen yenilikler, öncekilerin işlevsel sınırlarını aşmak için ortaya çıkmış olabilir. Karşılıklı çelişen istekler karmaşık bir yapıyı parça parça şekillendirebilir.

Sınırlar

Bu bir açıklama önerisi, kanıtlanmış bir tarih değil: Earth.com'un aktardığına göre canlı akrabalar arasındaki karşılaştırma sapın yüzey yapılarından önce geldiğini düşündürüyor, ancak bu özelliklerin tam olarak nasıl evrimleştiğini kanıtlamıyor. Deneyler de tek bir model bitkide yapıldı; aynı su yolunun öbür ciğerotlarında bulunup bulunmadığı ayrı bir soru.

Aynı bitkide 2024'te yine Nature Plants'te yayımlanan başka bir çalışma, erkek organdan spermin salınmasının MpMLO1 proteinine ve uç hücrelerin programlı ölümüne bağlı olduğunu göstermişti. Böylece döllenmenin iki ucu, spermin çıkışı ve yumurtaya yolculuğu, artık daha iyi biliniyor. Sapı sonradan kaybeden soyların bu çelişkiyi nasıl yönettiği ise çalışmadan çıkan açık bir soru.

Fotoğraf: Jasper Shide, CC0, Wikimedia Commons