Sıçrayan genler, karıncaların dinozorlar sonrası yükselişine zemin hazırlamış olabilir

Bu, yalnızca karıncalarla ilgili bir ayrıntı değil. Onlarca yıl boyunca bu DNA parçaları "genom asalağı" sayıldı — taşıyıcısına hiçbir katkısı olmayan, yalnızca kendini çoğaltan yükler. Çalışma, onları tek tek genlerin değil, koca bir hayvan grubunun çeşitlenmesinin motoru olarak konumlandırıyor.

"Sıçrayan gen" ne demek?

Transpozon ya da hareketli genetik öğe denen bu diziler, genom içinde yer değiştirebilen ve kendi kopyalarını başka noktalara bırakabilen DNA parçaları. Bir kitabın içindeki bir cümlenin kendini kopyalayıp rastgele sayfalara yapışması gibi: çoğu zaman metni bozar, bazen okunmaz hale getirir; ama arada bir, hiç ummadığınız bir yerde yeni bir anlam doğurur.

Bunları 1940'larda mısır bitkisinin tanelerindeki renk düzensizliklerini incelerken bulan Barbara McClintock'a, hareketli genetik öğeleri keşfi gerekçesiyle 1983 Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü verildi. O yıllarda fikir kolay kabul görmedi; DNA'nın çift sarmal yapısı bile daha yeni aydınlanıyordu.

Çalışmanın künyesi

Aşağıdaki veriler, çalışmanın Science Advances'teki özetinden ve Münster Üniversitesi'nin duyurusundan derlendi.

Dalgalar, çeşitlenmeden önce geliyor

Ekibin iki bulgusu var. Birincisi basit bir eşleşme: genomunda en çok transpozon taşıyan karınca soyları, bugün en çok türe sahip olan soylar. İkincisi daha çarpıcı — en kalabalık karınca gruplarının atalarında, erken Paleojen'de, yani yaklaşık 66 milyon yıl önce, birbirinden bağımsız transpozon edinme dalgaları saptanmış. Bu dalgaların hemen ardından o soylar bugün yaşayan binlerce türe ayrılmış.

Schrader, üniversitenin duyurusunda bunu şöyle özetliyor: "Asteroit çarpmasının çevre üzerinde dramatik sonuçları oldu. Bu ekolojik altüst oluşları karıncaların ardından gelen hızlı çeşitlenmesine bağlayan genomik mekanizmayı artık bulmuş durumdayız: transpozonlar."

Aynı duyuruya göre benzer örüntüler başka hayvan gruplarında da görülmüş: primatlarda ve yarasalarda, tür sayısının arttığı daha yakın dönemlerde sıçrayan gen etkinliğinde benzer yükselişler bildirilmiş.

Neden koku genleri?

Çalışmanın özeti, transpozonların koku alıcısı (odorant reseptör) genlerinin ve başka önemli gen ailelerinin genişlemesiyle birlikte anıldığını söylüyor. Bu ayrıntı karıncalar söz konusu olduğunda tesadüfi değil: karıncalar yön bulmayı, yuva arkadaşını tanımayı ve koloniyi eşgüdümlemeyi neredeyse tamamen kokuyla yapıyor.

Yani bir karınca kolonisinin "iletişim altyapısı" doğrudan bu gen ailesine bağlı. Bu aile ne kadar zenginse, ayırt edilebilecek kimyasal sinyal çeşidi de o kadar artıyor. Bugün karıncalar dünyada 15 binden fazla türle sosyal böceklerin en büyük familyasını oluşturuyor.

Genomun iki mahallesi

Çalışmanın üçüncü bulgusu, karınca genomlarının tek parça olmadığı: makale, genomun transpozon bakımından zengin ve hızlı evrilen bölgelerle, transpozon bakımından fakir ve daha korunmuş bölgeler halinde belirgin biçimde bölmelendiğini bildiriyor.

Bu fikrin geçmişi var. Schrader'in de aralarında bulunduğu ekip 2014'te Nature Communications'ta, dizilenmiş karınca genomlarının en küçüğüne sahip Cardiocondyla obscurior türünde "transpozon adaları" tanımlamıştı: genomun yüzde 7,18'ini kaplayan bu adalar, tek nükleotit değişimleri ile gen ve ekzon kopyalanmaları bakımından genomun geri kalanından daha hızlı evriliyordu. Yeni çalışma, o zaman tek bir türde görülen düzenin karınca ailesi genelinde geçerli olduğunu öne sürüyor.

Karıncalar aslında çok daha eski

Burada kolayca gözden kaçan bir nokta var: karıncaların 66 milyon yıl önce ortaya çıktığı söylenmiyor. Corrie S. Moreau ve Charles D. Bell'in 2013'te Evolution dergisinde yayımladığı çalışma, 295 örnek ve 45 fosil kalibrasyonuyla modern karıncaların yaşını 139–158 milyon yıl aralığına yerleştirmişti. Yani karıncalar dinozorlarla birlikte uzun süre yaşadı; asıl değişen, sonradan kaç türe ayrıldıkları oldu.

Yeni çalışmanın iddiası tam olarak bu boşluğu dolduruyor: uzun süre görece mütevazı kalan bir grubun, ekolojik alan boşaldıktan sonra neden bu kadar hızlı çoğaldığına genom düzeyinde bir aday açıklama getiriyor.

Bulgunun sınırı nerede?

Elde edilen şey bir zamanlama örtüşmesi ve bir eşleşme; laboratuvarda kurulmuş bir neden-sonuç zinciri değil. Makalenin kendi özeti de "ilişkilendirme" dilini kullanıyor: transpozonların koku alıcısı genlerinin genişlemesiyle birlikte görüldüğü söyleniyor, o genişlemeyi tek başına ürettiği değil.

• Örneklem eksik. Yaşayan 16 alt familyanın 12'si incelendi; dışarıda kalan dört alt familya tablonun bir kısmını değiştirebilir.
• Yön belirsiz. Transpozon dalgası mı çeşitlenmeyi tetikledi, yoksa küçülen ve parçalanan popülasyonlar transpozonların birikmesini mi kolaylaştırdı — bu iki senaryoyu genom karşılaştırması tek başına ayıramaz.
• Geçmiş dolaylı okunuyor. 66 milyon yıl öncesinin genomu elde yok; ata durumları bugünkü genomlardan geriye doğru hesaplanıyor ve bu hesap kullanılan soy ağacına ve modele bağlı.
• Silinenler görünmez. Genomda yalnız hayatta kalmış kopyalar sayılabiliyor; eski dalgaların temizlenmiş kısmı ölçüme girmiyor.

Sırada ne var?

Açık soru, örüntünün ne kadar genellenebildiği. Duyuruda anılan primat ve yarasa örnekleri, "hızlı çeşitlenmeden hemen önce sıçrayan gen dalgası" ilişkisinin karıncalara özgü olmayabileceğini ima ediyor. Ama benzer bir örüntüyü üç ayrı grupta görmek ile mekanizmayı göstermek ayrı işler.

Bir sonraki adım muhtemelen laboratuvar tarafında: bugün yaşayan bir karınca türünde transpozon etkinliğini değiştirip koku alıcısı gen ailesinin nasıl davrandığını izlemek. Yerinde duramayan DNA'nın gerçekten yeni işlev ürettiğini görmek için, onu iş başındayken yakalamak gerekiyor.

Fotoğraf: Retro Lenses, CC BY 4.0, Wikimedia Commons