Uzuvlar inanılmaz derecede faydalı olabilir. İster bir yarasanın kanadı, ister zıplayan bir kurbağanın uzun bacağı, isterse kendi kavrayan kollarımız olsun, uzuvlar evrimsel zaman boyunca her türlü ekosisteme ve işleve uyarlanmıştır.
En eski uzuvlar 375 milyon yıl öncesine dayanmaktadır. Fosil kayıtları, eski balıkların etli yüzgeçlerinin nasıl giderek daha fazla uzuv gibi hale geldiğini ve amfibi atalarımızın karaya çıkmasına izin verdiğini güzel bir şekilde belgelemiştir. Bu yaratıklar, bizim gibi, tetrapodlar veya dört uzuv olarak bilinir. Şimdi, akvaryum meraklılarının aşina olduğu modern bir balık üzerinde yapılan bir araştırma, bu aşkın değişimin genetik temellerine yeni bir bakış açısı sağladı. Boston Çocuk Hastanesi biyoloğu M. Brent Hawkins ve meslektaşları bugün bir araştırma yayınladılar. Hücre iki zebra balığı geninden herhangi birinde mutasyon olduğunu gösteren bu balıklarda çok uzuv benzeri bir yüzgeç oluşturabilir. Araştırmacılar, mutasyonu laboratuvarda yeniden oynatmak için gen düzenleme tekniklerini kullanarak, bazı zebra balıklarının nasıl kollarımıza daha çok benzeyen yüzgeçler yetiştirdiğini tespit edebildiler.
İlgili genleri bulmak, belirli mutasyonlara sahip balıkları aramakla başladı. Hawkins'in de bir parçası olduğu Harris Laboratuvarı, belirli iskelet kusurları için 10.000'den fazla mutasyona uğramış hayvanı taradı. Dışarı çıkanlar arasında yüzgeçlerinde fazladan kemik bulunan zebra balıkları da vardı. Laboratuar fareleri ve meyve sinekleri gibi, zebra balığı da genetiği ve gelişimi anlamak için klasik çalışma hayvanlarıdır. Sivri uçlu ışınlar üzerinde yüzgeçlerini destekleyen kemikli balıklar olan teleostlar olarak sınıflandırılırlar. Sadece, mutant zebra balığının bazılarının fazladan kemikleri olan yüzgeçleri vardı. Sadece bu değil, aynı zamanda yeni kemikler kaslara bağlandı ve hatta bir uzuv gibi eklemler oluşturdu. Hawkins, orada asla olmaması gereken ekstra yüzgeç kemiklerine sahip bir balık bulmanın tam bir 'Eureka!' anı olduğunu söylüyor.
En çarpıcı olanı, yeni kemiklerin balığın anatomisinde başka değişiklikler gerektirmesiydi. Hawkins, gelişme entegre bir süreç olduğu için, bu tek mutasyon yeni bir kemik oluşturur, ancak aynı zamanda bir eklem oluşturur ve kas yapısındaki değişiklikleri beraberinde getirir, diyor. Tek bir mutasyonla yüzgeçler daha çok kollara benzer bir şey haline geldi. Ve böylece Hawkins ve meslektaşları, böyle bir değişiklikten neyin sorumlu olabileceğini bulmaya koyuldular.
Hawkins ve meslektaşları, bariz mutasyonları olan zebra balığı ile başlayarak, uzuv benzeri yüzgeçlerden sorumlu genleri bulmak için ileri genetik ekran adı verilen bir süreç kullandılar. Araştırmacılar iki tane tanımladı - olarak bilinen vav2 ve yaban arısı - bu mutasyonu etkiledi. Bağlantıyı doğrulamak için araştırmacılar, laboratuarda uzuv benzeri yüzgeçlere sahip zebra balığı yapmak için CRISPR gen düzenleme tekniklerini kullandılar ve genler ve anatomi arasındaki bağlantıyı doğruladılar.
Hawkins, keşfimizden önce bu genlerin iskeletin yapımında rol oynadığına dair hiçbir fikrimiz olmadığını söylüyor. Her iki genin de hücre bakımında rolleri olduğu düşünülüyordu ve hiç kimse, iskeletlerin nasıl organize edildiği konusunda daha büyük bir rol oynayabileceklerinden şüphelenmedi. Geniş vuruşlarda, bu iki genden herhangi biri, balıktaki yüzgeçlerin düzenini belirleyen düzenleyici genler olarak bilinenleri bir şekilde etkileyebilir.
Bu görüntü, mutant zebra balıklarının uzuvlarını insan uzuvlarına yakın olacak şekilde nasıl dönüştürdüğünü gösterir.(M. Brent Hawkins)
Yeni makaleye dahil olmayan McGill Üniversitesi geliştirme uzmanı Ehab Abouheif, çalışmanın çığır açıcı olduğunu söylüyor. Tek bir gen yeni bir rol üstlendiğinde, birdenbire tamamen yeni ve karmaşık bir yapı ortaya çıkabilir ve daha sonra doğal seleksiyonla daha da şekillenebilir. Bu, evrimin ana itici gücüdür - her bireyin hayatta kalma ve üreme yeteneklerini etkileyen varyasyonları vardır ve daha fazla yavruya yol açan varyasyonlar, organizmalar çarpıcı biçimde değişene kadar yalnızca daha fazla değiştirilmek üzere aktarılır. Abouheif, balık yüzgecinde tetrapod uzuvlarına benzeyen yeni elementler üretme potansiyelinin akıllara durgunluk verdiğini söylüyor.
Doğal olarak Hawkins ve meslektaşları, daha çok akciğerli balıklara benzeyen uzak atalarımızdan farklı bir gruba ait olan balıklardaki günümüz mutasyonlarına bakıyorlar. Zebra balığı tipik olarak omurga benzeri ışınlarla desteklenen yüzgeçlere sahipken, uzak atalarımızın, kol ve bacak kemiklerimizin anatomik eşdeğerleri olan kalın iskelet parçalarıyla desteklenen yüzgeçleri vardı. Hawkins, önemli olan, ilgili genlerin ve onların vücut kalıplarını etkilemelerine izin veren biyolojik etkileşimin çok, çok eski olmasıdır. meyve sineklerinin sahip olduğu gerçek vav2 ve yaban arısı Bu genlerin erken hayvanlarda ortaya çıktığı ve daha sonra tarih öncesi balıklar tarafından miras alındığı anlamına gelir.
Bu gelişimsel yolları anlamak, milyonlarca yıl önce neler olduğunu ortaya çıkarmanın anahtarı olabilir. Abouheif, bu kesin mutasyonların, tetrapodlarda gözlemlenmeseler bile, erken tetrapod uzvunun nasıl evrimleştiğine dair yeni bilgiler sağladığını söylüyor.
Eski balıklar, gerçek olay meydana gelmeden çok önce uzuv yapma potansiyeline sahipti, şansla, muhtemelen bazı eski mutantların onları daha da kıyıya çıkaran yeni bir yaşam tarzına öncülük etmeye başlamasına izin verdi. Hawkins, mutantlarımızın ortaya çıkardığı şey, uzuv benzeri şeyler yapma gizli yeteneğinin kemikli balık atasında zaten mevcut olduğu ve sadece dört ayaklılara özgü bir yenilik olmadığıdır. Ve bu tür değişiklikler balıklarla sınırlı değildir. Bir yönden bakıldığında, insanlar sadece yüksek oranda değiştirilmiş bir balık türüdür ve vücudumuz sadece bu tür gelişimsel ince ayarlardan büyük ölçüde etkilenmiştir. Hawkins, bir balık uzuv yapabilirse, insanlar ne yapabilir?