Üç Farklı Cinsiyete Sahip Bilinen İlk Yosun Türü Keşfedildi
Araştırmacılara göre algler aslında erkek ve dişi gibi farklı cinsiyet sistemlerinin ilk etapta nasıl evrimleştiğini anlamamıza yardımcı olabilir.
Hisayoshi Nozaki ile çalışan araştırma öğrencileri, 2013 yılında Tokyo’nun yaklaşık bir saat batısındaki Sagami Nehri üzerindeki Sagami Gölü’nden Yosun örnekleri topladılar.
30 yıl boyunca, Tokyo Üniversitesi’nde Doçent Hisayoshi Nozaki, canlıların farklı cinsiyetlere nasıl evrimleştiğini anlamak adına alg örnekleri toplamak için Tokyo’nun bir saat batısında bulunan Sagami Nehri’ne gitti. Araştırmacılar, 2007 ve 2013 yıllarında nehir boyundaki baraj gölleri olan, Sagami Gölü ve Tsukui Gölü’nden toplanan örneklerin yeni analizi sayesinde, hepsi birbiriyle çiftler halinde üreyebilen üç farklı cinsiyete evrimleşen bir tatlı su yosunu türü tanımladılar.
Bu üç cinsiyet fenomen,, hermafroditizmden biraz farklı. Normalde iki cinsiyete sahip olan türlerde hem erkek hem de dişi cinsiyet hücrelerini üretebilen bir hermafrodit birey genellikle olağandışı gen ekspresyonu sebebiyle bulunur. Birçok bitki ve bazı omurgasız türleri normal gen ekspresyonu nedeniyle üç cinsiyete sahiptir, ama ilk kez bir alg veya mantar türü için üç cinsiyet tanımlandı.
Pleodorina starrii alglerinin üçlü cinsiyetleri erkek, dişi ve araştırmacıların tek bir genotipte hem erkek hem de dişi cinsiyet hücrelerini üretebildiği gerçeğine atıfta bulunarak biseksüel olarak adlandırdıkları üçüncü bir cinsiyetten oluşuyor. Bu algler 32 veya 64 hücreli organizmalardır ve küçük hareketli (erkek) ve büyük hareketsiz (dişi) cinsiyet hücrelerine sahip.
Evolution’da yayımlanan araştırmanın yazarlarından Nozaki,”Üç cinsiyete sahip bir tür bulmak çok nadir görünüyor, ancak doğal koşullarda, bu kadar nadir olmayabileceğini düşünüyorum” diyor.
Evrimsel olarak eski canlılar, görünüşte benzer olan ve erkek veya dişi yerine, artı veya eksi olarak bilinen cinsiyet hücrelerine sahiptir. Daha yakın zamanlarda evrimleşmiş türler, genellikle insanların büyük yumurta ve küçük spermleri gibi cinsiyet hücreleri arasında çarpıcı farklılıklara sahiptir.
Nozaki ve meslektaşları, Pleodorina starrii ile ilgileniyorlar çünkü o ve yakın evrimsel kuzenleri farklı cinsiyet sistemleri kullanıyorlar, bu yüzden cinsiyetin nasıl evrimleştiğinin genetiğini incelemek için yararlı modeller. P. starrii onlarca yıl önce tespit edildi, ancak ayrıntılı olarak incelenmemişti.
Sol: Cinsel olarak uyarılan erkek alg kolonisi. Orta: Erkek sperm paketi (ok ucu) ile Pleodorina starrii dişi kolonisi. Sağ: Erkek sperm paketi (ok ucu) ile Pleodorina starrii dişi kolonisi. Pleodorina starrii, ayrışmış erkek gametleri (ok uçları) olan bir dişi kolonisidir. C: Kohei Takahashi.
Araştırmacılar laboratuvarda, Yeşil P. starrii hücrelerinin, cinsiyetlerinin diğer bireyleriyle birlikte küresel kolonilerde büyümesini izleyebilirler. Erkek kolonileri, suya saldıkları berrak sperm paketleri ile tanınabilir. Sperm paketleri bir dişi koloniye çarpana kadar yüzer, daha sonra bireysel dişi hücrelere giren ve yeni bir nesil üretmek için bir araya gelen bireysel sperm hücrelerine ayrılır.
Araştırmacılar kolonileri ayırır ve daha sonra cinsel olarak üremelerini sağlamak için besin maddelerinden mahrum bırakırlar. İzolasyonda, koloniler aseksüel olarak çoğalırlar ve aynı genotiplerinin klonlanmış kolonilerini oluştururlar. Bir cinsiyetin izole kolonileri, başka bir cinsiyetin izole kolonileri ile karıştırılabilir ve yavrularının cinsiyetlerinin oranı, araştırmacıların cinsiyet belirleme genetiğini anlamaları için yararlı ipuçları sunabilir.
2006 yılında, Nozaki ve diğer Tokyo Üniversitesi uzmanları, P. starrii’ de, “erkeksi” anlamına gelen Japonca bir kelime olan OTOKOGİ adını verdikleri erkeğe özgü bir gen bulan ilk kişilerdi. 2010 yılında, sadece dişilere özgü bir grup gen buldular ve onlara, 1960’ların baş kadın karakterinin kırmızı çiçek dövmesi (緋牡丹博徒シリーズ) olduğu bir film serisine ithafen hibotan ya da “scarlet peony” adını verdiler
Genetik analiz ve daha fazla çiftleşme denemesinden sonra, araştırmacılar sonunda P. starrii’ nin muhtemelen OTOKOGİ ve HİBOTAN cinsiyet genlerinden ayrı bir kromozom üzerinde bulunan “biseksüel faktör” genine sahip olduğu sonucuna vardılar. Genetik olarak biseksüel P. starrii’deki hücreler hem OTOKOGİ hem de biseksüel faktör genlerine sahipti, fakat diğer P. starrii kolonileri ile cinsel olarak çoğaldıklarında normal erkek veya dişi koloniler üretebiliyorlardı.
Genetik olarak erkek P. starrii sadece OTOKOGİ erkek tipi genine sahipti. Genetik olarak dişi sadece dişi tip HİBOTAN genlerine veya hem HİBOTAN hem de biseksüel faktör genlerine sahip olabilir.
Genleri daha ayrıntılı olarak anlamak için daha fazla deneye ihtiyaç var, ancak araştırmacılar biseksüel faktörün sadece “erkeksi” OTOKOGİ varlığında aktif olabileceğinden şüpheleniyor.
Nozaki, “Bu bulgu, saha toplama gezilerine devam etme konusundaki çok uzun vadeli deneyimimiz ve yosun yetiştirme ve çalışma uygulamamız nedeniyle mümkün oldu. Devam eden, uzun vadeli çalışmalar doğal dünyada türlerin gerçek doğasını ortaya çıkarmak için çok önemli.” diyor.
Yazar: Beste Kahveci
University of Tokyo. 12 Temmuz 2021.
Makale: Takahashi, K., Kawai‐Toyooka, H., Ootsuki, R., Hamaji, T., Tsuchikane, Y., Sekimoto, H., … & Nozaki, H. (2021). Three sex phenotypes in a haploid algal species give insights into the evolutionary transition to a self‐compatible mating system. Evolution.