Evrim teorisi, tüm canlılığın tek bir kökten kaynaklandığını ve yeryüzündeki diğer tüm canlılarla az ya da çok uzaktan akraba olduğumuzu göstermektedir. En yakın atalarımız, Charles Darwin'in de bildiği gibi, büyük maymunlar arasında bulunur. Ancak bunun ötesinde, hayat ağacının dallanma modeline ilişkin kafa karışıklığı, işlerin daha az net hale gelmesi anlamına gelir.
Yaşamın, bakterilere, arkelere (diğer tek hücreli mikroorganizma türleri) ve ökaryotlara (bitkiler ve hayvanlar gibi çok hücreli canlılar dahil) yol açan ortak bir evrensel atadan evrimleştiğini biliyoruz. Ama ilk hayvanlar neye benziyordu? Geçtiğimiz on yıl, bu soru üzerine özellikle hararetli bir tartışmaya sahne oldu . Science Advances dergisinde yayınlanan yeni çalışmamız şimdi bir cevap buldu.
Sünger ve tarak jöle
19. yüzyıldan on yıl öncesine kadar, en uzak akrabalarımızın süngerler olduğu konusunda genel bir fikir birliği vardı. Süngerler çoğu hayvandan o kadar farklıdır ki, başlangıçta yosun üyeleri olarak sınıflandırılırlar. Ancak modern süngerlerin genleri ve diğer özellikleri, örneğin sperm hücresi ürettikleri gerçeği, onların kesinlikle hayvan olduklarını göstermektedir. Farklılıkları ve sadelikleri kesinlikle süngerlerin önce geldiği fikrine uyuyor.
Ancak son on yılda, bu modele farklı hayvanlardan DNA'yı karşılaştıran bir dizi çalışma meydan okundu . En uzaktaki hayvan akrabalarımızın alternatif adayları ise taraklı jölelerdir : ismini suda ilerletmek için dövdükleri parıldayan tarak sıralarından alan güzel, şeffaf, küre şekilli hayvanlar.
Tarak reçelleri yüzeysel olarak denizanasına benzer ve onlar gibi denizde yüzer halde bulunurlar. Tarak jöleleri kuşkusuz insanlardan oldukça uzaktır, ancak süngerlerin aksine sinir hücreleri, kaslar ve bağırsak gibi gelişmiş özellikleri bizimle paylaşırlar. Eğer tarak reçelleri gerçekten en uzak akrabalarımızsa, bu, tüm hayvanların atalarının da bu ortak özelliklere sahip olduğu anlamına gelir. Daha da olağanüstü bir şekilde, eğer ilk hayvanlar bu önemli karakterlere sahipse, o zaman süngerlerin bir zamanlar onlara sahip olduğunu, ancak sonunda onları kaybettiğini varsaymalıyız.
Evrim ağacının izini sürmek
Türlerin nasıl evrimleştiğini anlamak için bilim insanları genellikle dalların uçlarının türleri temsil ettiği filogenetik ağaçları kullanırlar. Dalların bölündüğü noktalar ortak bir atayı temsil eder. Aşağıdaki resim, önce süngerin ayrıldığı ve önce tarak jölesinin ayrıldığı bir filogenetik ağaç örneğini göstermektedir.
İlk önce süngerler ve tarak reçelleri olan evrim ağaçları, farklı gen çalışmalarıyla desteklenmiştir ve anlaşmazlık, çoğu Avrupalı'nın geleneksel süngerleri tercih ettiği ve Kuzey Amerikalıların genellikle önce tarak reçelleri tercih ettiği transatlantik bir çıkmaza yol açmış gibi görünmektedir.
Tartışma, şu anda elimizde olan genetik verilerin zenginliğinin en iyi nasıl analiz edileceği sorusuna indirgeniyor. İlk önce sünger destekçileri tarafından önerilen bir olasılık, tarak denizanasını ilk sıraya koyan hayvan ağacının bir hata sonucu olmasıdır. Sorun, incelenen gruplardan biri diğerlerinden çok daha hızlı geliştiğinde ortaya çıkar. Hızla gelişen gruplar, genellikle uzun süredir ortalıkta görünüyorlar. Tarak jöleleri bu gruplardan biridir. Taraklı denizanasının hızlı evrimi, gerçekte olduklarından daha erken bir bölünmeden kaynaklandığını düşünmemize yol açıyor olabilir mi?
Jöleler bizi kandırıyor mu?
Bu soruna yeni bir şekilde yaklaştık - hızlı gelişen tarak jölelerinin bizi kandırması olasılığını doğrudan araştırarak. Bu hayvanlarda gördüğümüz eşitsiz evrim oranlarının muhtemelen yanlış bir cevapla sonuçlanıp sonuçlanmayacağını sormak istedik.
Yeni çalışma şeklimiz, bir bilgisayar kullanarak DNA evriminin nasıl gerçekleştiğini simüle ederek sorunu incelemekti. Atalara ait bir hayvanı temsil eden rastgele sentetik bir DNA dizisiyle başladık. Bilgisayarda, iki farklı koşul altında mutasyonları biriktirerek bu dizinin evrimleşmesine izin veriyoruz - ya sünger birinci modele ya da taraklı jöle ilk modele göre. Diziler, her ağacın dallanma modellerine göre gelişir.
Üzerinde evrimleştikleri ağaçları yansıtacak şekilde birbirleriyle ilişkili DNA dizilerine sahip bir dizi tür elde ettik. Daha sonra bu sentetik veri kümelerinin her birini evrim ağacını yeniden inşa etmek için kullandık.
İlk tarak jölesi modeline göre simüle edilen verileri kullanarak ağaçları oluşturduğumuzda, ağacı her zaman kolayca doğru bir şekilde yeniden inşa edebileceğimizi gördük. Bunun nedeni, hızlı değişim oranlarından kaynaklanan önyargı, aslında ağaçtan gelen bilgileri pekiştirdi - bu durumda, onların en eski dal olduklarını da gösteriyor. Ağaç bilgisinin ve önyargının her ikisinin de aynı yönü göstermesi, doğru sonucu alacağımızı garanti eder. Kısacası, eğer petekli jöleler gerçekten ilk dal olsaydı, o zaman bundan hiç şüphe kalmazdı.
İlk dal olarak süngerlerle verileri simüle ettiğimizde, çok sık olarak yanlış ağacı yeniden oluşturduk, tarak reçelleri ilk dal olarak sona erdi. Bu açıkça düzeltilmesi daha zor bir ağaçtır ve bunun nedeni ağaç bilgisinin - bu durumda süngerlerin en eski dal olduğunu gösterir - hızlı gelişen tarak jölelerinden gelen önyargı ile çelişmektedir (ilk önce tarak jölelerini destekler) ).
Tarak reçellerine giden uzun dal, onların gerçekte olduklarından daha yaşlı görünmelerine neden olabilir ve ağacı yeniden inşa etmenin bu zorluğu, gerçek verilerle tam olarak karşılaştığımız şeydir.
Peki önce kim geldi? Muhtemelen, tarak reçellerinin önce geldiğini öne süren genetik analizler, aslında bu hayvanları gerçekte olduklarından daha yaşlı gösteren önyargıyı hesaba katmamaktan muzdarip olabilir. Sonuçta, çalışmamız süngerlerin gerçekten en uzak hayvan akrabalarımız olduğunu gösteriyor.
- Max Telford Professor of Zoology, UCL
- Paschalia Kapli Research Fellow in Genetics, Evolution & Environment, UCL
