El ve Ayak Parmak Sayımız Evrimsel Olarak Nasıl Belirleniyor?

Memeli gelişimi sırasında parmak sayısının nasıl belirlendiğini inceleyen araştırmacılar, elli yıl önce Alan Turing tarafından geliştirilen bir matematiksel modelin gelişim sürecini doğru açıkladığını buldular.

Evrimsel gelişim sürecinde sudaki yaşam formlarından karasal yaşam formlarına geçiş için belirleyici olan temel anatomik değişimi, yüzgeçlerden el ve ayak oluşumuna geçilmesi oluşturur. Karasal canlılarda görülen el ve ayak parmaklarının oluşumunun embriyo gelişiminde büyük öneme sahip Hox genleriyle kontrol edildiği biliniyordu. Ayrıca bazı gen mutasyonlarının parmak sayısında artış ya da eksilmeye yol açtığı bilinse de bu durumun ardında yatan mekanizmalar aydınlatılamamıştı. Parmak sayısının memelilerde nasıl standart olarak hep beş olduğu da şimdiye kadar açıklığa kavuşmamıştı.

Konuyla ilgili teorik araştırmalar yapmış önemli araştırmacılardan biri, 2. Dünya Savaşı sırasında Alman Enigma kodunu çözmeye yardımcı olan matematikçi Alan Turing’di. 1952 yılında ‘Morfogenezin Kimyasal Dayanakları’ başlıklı bir makale yayınlayan Turing, boşluk içerisinde yayılan etkileşim halindeki iki kimyasalın dalga şekillerinin, leoparların beneklerini veya zebraların çizgilerini nasıl oluşturabileceğini matematiksel bir modelle açıklamıştı. Bu şekiller Turing’in denklemlerindeki parametrelerin yanısıra moleküllerin hangi hızla yayıldıkları, birbirlerini etkinleştirmeleri veya baskılamaları gibi farklı değişkenlere bağlıydı.

Bu makale yıllar boyu gelişim biyologlarını etkiledi ve araştırmalara yol gösterdi. Son yıllarda yapılan deneyler Turing mekanizmasının, aynı zamanda tüy ve kıl folikülü gelişimi, akciğerdeki dallanan yapılanma ve canlıdaki sağ-sol simetrisini açıklamak üzere de kullanılabileceğini ortaya koydu. Science dergisinin 14 Aralık 2012 tarihli sayısında yer alan yeni bir bilimsel çalışma ise aynı mekanizmanın gelişmekte olan fare el veya ayak parmak sayısını nasıl belirlediğini açıklamakta kullanıldı. İspanya’daki Cantabria Üniversitesi ile Kanada’daki Montreal Klinik Araştırmalar Enstitüsü’nün ortak çalışması olarak yayınlanan makalede araştırmacılar, farelerde el ve ayak parmaklarının oluşumundan sorumlu olan Hox genlerini ortadan kaldırarak bu genlerin parmak sayısını kontrol ettiğini gösterdiler.

Yapılan çalışmada Hox genlerinin ortadan kalkmasının parmak sayısında artışa sebep olduğunu bulan araştırmacılar aynı zamanda ne kadar çok Hox genini ortadan kaldırırlarsa o kadar fazla sayıda parmak oluştuğunu ancak el ya da ayak büyüklüğünde parmak sayısıyla paralel olarak bir artış olmadığını gösterdiler. Hox genlerinin ortadan kalkmasıyla incelen ve daha yoğun hale gelen parmak yapısı, Hox genlerinin parmaklar arasındaki boşlukları azalttığına işaret etti. Bu bulguyla birlikte Barselona’daki Gen Regülasyonu Enstitüsü’nde bulunan teorik biyologlarla işbirliği yapan araştırmacılar, oluşturdukları matematik modelleme ile parmak oluşumunun Alan Turing’in mekanizması ile örtüştüğünü ve parmaklar arasındaki boşlukların azalmasının Turing modelindeki dalgasal yapılara karşılık geldiğini buldular.

Bu sonuçlar Hox genlerinin ortadan kaldırılmasının farelerde el ve ayak gelişiminin giderek balıklardaki yüzgeçlere benzemesine yol açtığını gösterdi. Bu da evrimsel gelişim sürecinde karasal yaşam formlarının evrilmesini sağlayan faktörlerden birinin Hox genleri olduğu fikrini, gerek deneysel gerekse matematik modelleme yöntemleriyle desteklenmiş oldu. Ayrıca memelilerde nasıl her el ve ayakta daima beş parmak bulunduğu Turing modeline dayandırılarak açıklandı.

Araştırmacılar bundan sonra ise Hox genlerinin nasıl çalıştığını ve bu mekanizmanın tam olarak nasıl işlediğini bulmayı amaçlıyorlar. Turing’in önerdiği modele göre iki molekülün etkileşim içinde bulunması gerektiğinden bu kontrol mekanizmasını Hox genleri dışında hangi gen ya da moleküllerin yönettiği de gelecekte araştırmacıları meşgul etmeye devam edecek.

Esra Karaköse hazırladı.

İlgili makale:
Sheth v.d., Hox Genes Regulate Digit Patterning by Controlling the Wavelength of a Turing-Type Mechanism, 2012, Science, doi:10.1126/science.1226804

Haber soL

Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Log Out / Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Log Out / Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Log Out / Değiştir )

Google+ fotoğrafı

Google+ hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Log Out / Değiştir )

Connecting to %s