Paleontologlar, antik saçak yüzgeçli balıkların su altında kullandıkları göğüs yüzgeçlerinin Tiktaalik roseae gibi hayvanların yapılarına geçmesi için gerekli evrimsel adaptasyonları belgelemişlerdi . Bu yapılar da yeni ortaya çıkan tetrapodların, yani dört üyeli hayvanların, sığ sularda veya karada sürünmesini sağlamıştı. Ne var ki evrimsel biyologlar, otopod denilen (yani el ve ayak bilekleri ile parmaklardan oluşan) yapının neden yaşayan balıkların yüzgeçlerinde görünür bir karşılıkları olmadığını merak ediyorlardı.

Proceedings of the National Academy of Sciences’ın 22 Aralık 2014 sayısında yayınlanan makalede araştırmacılar, daha önce yüzgeç ve parmak arasında bağ kurmaya çalışan araştırmaların yanlış balığa odaklandığı için sonuç alamadıklarını savunuyorlar. Kendi çalışmalarında önceki araştırmalardaki balıklar yerine model olmayan, gen dizilimi yakın zaman önce çıkartılmış, kemikli turna balığında (kapak resmi; İng. “spotty gar”, Lepisosteus oculatus) memeli el ve ayak oluşumu için gerekli tüm temel genetik düzeneği buldular.

2004 yılında dört ayaklı balığımsı Tiktaalik’i keşfeden araştırmanın da yöneticisi olan ve Chicago Üniversitesi’nde organizma biyolojisi ve anatomisi öğretim üyesi Dr. Neil Shubin, “Fosiller, bilek ve parmakların kaynağının su olduğunu gösteriyor,” diyor. “Ama yüzgeçler ve uzuvlar farklı amaçlara hizmet ediyorlar. Ayrıştıklarından bu yana farklı yönlerde evrim geçirdiler. Fosil kayıtlarından zaten bildiğimiz bu bağlara genetik ve moleküler verileri ekleyip bilgimizi genişletmeyi, onları daha iyi anlamayı istedik”.”

Yüzgeç ve uzuv kemiklerin biçimsel kıyaslamalarına dayalı ilk çabalar başarısız oldu. Otopod (el ve ayak) çoğu yüzgeçten farklı. Bilek yapısı ufak nodüler kemik dizisi ile başlıyor, parmakları oluşturan daha uzun ince kemiklerle devam ediyor. Günümüz balık kemikleri daha farklı görünüyor; çoğunda radyal (merkez açılımlı) ufak dairesel kemiklerle sonlanan daha uzun bir yüzgeç kemik seti mevcut.

Dahası kemiklere biçimini veren, HoxD ve HoxA adlı başlıca gen kümeleri de farklı. Araştırmacılar önce gelişen transgenik fare uzuvlarına biçim vermek için teleostlarda (kemikli balıklar) HoxD ve HoxA genlerini kontrol eden genetik “dönüştürücülerin” neler yaptığını sınadı.

Kemikli balıklar (gerçek kemikli, ışın yüzgeçli balıklar) oldukça sık şekilde incelenmiş bir grup. Teleost içerisine neredeyse dünyanın tüm önemli av ve ticari balıkları giriyor. Ancak araştırmacılar bir sonraki adımda bu balıkların antik genlerin nasıl düzenlendiğine dair ideal bir kıyaslama sunmadıklarını anladılar. Bilek ve parmak gelişimi genetik dönüştürücülerini ararken, kemikli balıklar grubunda gen dizilimi korunumu eksikliği buldular.

Problemin kaynağı kemikli balıklardaki radikal değişimdi. 300 milyon yoldan fazla zaman önce, daha sonra tetrapod (dört bacaklı) olacak balığımsı yaratıklar diğer kemikli balık türlerinden ayrıldıktan sonra, gerçek kemikli balıklar soyundan ortak bir ata tam genom tekrarlanması (TGT) geçirdi: Bu fenomen evrim sürecinde birden çok kez gerçekleşmiş bir olgu.

Kemikli balıklarda tüm gen repertuvarının tekrarlanması (TGT) olağanüstü bir çeşitlenme olasılığı verdi. Bu da kemikli balıkların zamanla dünyanın her yerinde çok çeşitli çevre şartlarına uyum sağlamalarına destek vermiş olabilir. Makalenin baş yazarı, Shubin Laboratuarı’nda lisans sonrası eğitim öğrencisi Andrew Gehrke’ye göre bu süreçte “el ve ayak üretimini denetleyen genetik dönüştürücüler, kayıp birbirine karışma imkanı buldu, bu da işlevlerin bir kısmını değiştirmenin yanı sıra fare gibi hayvanlara kıyasla tanımlaması daha zor hale getirdi.”

Ne var ki kemikli balıkların tümü tam genom tekrarı (TGT) geçirmedi. Kuzey Amerika’ya özgü ilkel bir tatlı su balığı olan kemikli turna balığı, kemikli balıklar grubundan TGT’den önce ayrıldı.

Araştırma ekibi kemikli turna balığı ile tetrapodların Hox gen dönüştürücülerini kıyaslayınca “omurgalı otopod (el ve ayak) düzenleme gereçlerinin önceden tarif edilmemiş ve benzeri olmayan bir seviyede, derinden korunduğunu” buldular. Bunun da “kemikli turna balıklarının distal radyalları ve tetrapodların el ve ayakları arasında yüksek derecede benzerliğe” işaret ettiğini belirtiyorlar.

Bunu gelişim sürecindeki farelere yüz geliştirme ile ilgili gen dönüştürücüleri yerleştirerek sınadılar. Bu da yazarların belirttiğine göre fare genomunun neden oldukları örüntülerden, “neredeyse ayırt edilemeyecek” etkinlik örüntüleri oluşturdu.

Araştırmacılar şunları da belirtiyor: “Sonuçlarımız genelde otopod (el ve ayak) oluşum sürecinden mesul Hox genetik açılım ‘geç’ evresinin antik kökenli olduğuna, düzenleyicilerin desteğini sağlıyor.”

Kaynaklar:
http://www.sciencedaily.com/releases/2014/12/141222165441.htm
http://www.pnas.org/content/early/2014/12/17/1420208112