İlk bakışta, Akdeniz'de yaşayan dikenli deniz yıldızı popülasyonları ile Britanya Adaları'nın soğuk sularında yaşayanlar, büyük farklılıklar göstermeyen aynı türe aitmiş gibi görünmektedir. Ancak genomları farklı bir hikaye anlatıyor: Bir bilim ekibi , bazı bireylerde "ters" görünen büyük kromozom parçaları olan kromozomal inversiyonların alışılmadık derecede yüksek sayıda olduğunu keşfetti .
Bu yatırımlar, dikenli deniz yıldızının (Marthasterias glacialis) genomunun %18,6'sını etkiliyor ve farklı çevresel koşullarla ilişkili görünüyor . Bu bulgu, genom organizasyonunun, bir deniz türünün çeşitli ortamlara uyum sağlama yeteneğinde özellikle önemli bir rol oynayabileceğini düşündürmektedir.
Çevreyle ilişkili kromozomal inversiyonlar
Doñana Biyolojik İstasyonu (EBD-CSIC) ve Barselona Üniversitesi'nin öncülüğünde yürütülen araştırmada, Kuzeydoğu Atlantik ve Batı Akdeniz'in çeşitli bölgelerinden yaklaşık 300 örnek incelendi . Doñana Biyolojik İstasyonu'nda araştırmacı olan Carlos Leiva, "En ilginç bulgu, bu inversiyon varyantlarının incelenen popülasyonlar arasında rastgele dağılmadığı, aksine farklı coğrafi bölgelerle ilişkili göründüğüdür" diye açıklıyor. "Birçoğu Akdeniz gibi sıcak, tuzlu bölgelerde daha sık görülürken, diğerleri Britanya Adaları gibi daha soğuk bölgelerle ilişkili görünüyor." Bu inversiyonlu bölgelerde, termal strese yanıt, ozmoregülasyon, bağışıklık tepkisi ve çevresel algılama ile ilgili genler bulundu. Ancak araştırmacılar, bu ilişkinin deneysel çalışmalarla doğrulanması gerektiğini belirtiyor. Sonuçlar, her halükarda, genomun düzenlenme biçiminin, DNA'daki nokta mutasyonlarına ek olarak, bir türün farklı ortamlara nasıl adapte olduğunu anlamak için özellikle önemli olabileceğini gösteriyor. Bu mekanizma, özellikle farklı özelliklere sahip ortamlarda yaşamalarına rağmen popülasyonları birbirleriyle yüksek düzeyde bağlantı kuran dikenli deniz yıldızları türü için son derece önemli olabilir.
Yerel adaptasyonları korumaya yönelik bir mekanizma
Bu bulgu, birçok deniz organizmasında yaygın olan bir olgu nedeniyle özellikle dikkat çekicidir: larvalarının uzun mesafeli hareketliliği . Yetişkin deniz yıldızlarının hareketliliği daha sınırlı olsa da, larvaları okyanus akıntıları tarafından itilerek yüzlerce kilometre yol kat edebilir. Bu hareket, genetik alışverişi kolaylaştırır ve popülasyonları sürekli olarak karıştırır. Teoride, bu yüksek derecede bağlantı, bölgeler arasında önemli adaptif farklılıkların ortaya çıkmasını engellemelidir. Bununla birlikte, çalışma, genomun bu genetik karışmadan kaçabilen bölgelerinin olduğunu göstermektedir. Belirli bölgeler, genomun geri kalanından çok daha az rekombine olur veya "karışır", bu da onların popülasyonlar arasında farklı kalmalarını sağlar. Barselona Üniversitesi'nde doktora öncesi araştırmacı olan Marta Martín Huete, "Bu bölgeler, birlikte kalıtılan yapı taşları gibi davranarak, sıcaklık veya tuzluluk farklılıkları gibi belirli çevresel koşullarda yaşamak için faydalı gen kombinasyonlarını korur" diye açıklıyor. Bu şekilde, kromozomal inversiyonlar, popülasyonlar arasında önemli genetik alışveriş olsa bile, belirli bir ortama elverişli bazı genetik kombinasyonların bir arada tutulmasını sağlayan bir tür mekanizma olarak işlev görebilir.
Atlantik ve Akdeniz'de yaklaşık 300 deniz yıldızı incelendi.
Türün genomunda gizli farklılıkların olup olmadığını belirlemek için, bilim ekibi Kuzeydoğu Atlantik ve Batı Akdeniz'deki 19 farklı lokasyondan alınan yaklaşık 300 Marthasterias glacialis örneğini analiz etti. Örnekler, Britanya Adaları, Azorlar, Avrupa Atlantik kıyıları ve Akdeniz gibi bölgelerden alındı ve çok farklı çevresel koşullara maruz kalan popülasyonların karşılaştırılmasına olanak sağladı. Ekip, genom boyunca dağılmış binlerce belirteci analiz etti ve bunları türün referans genomuyla karşılaştırdı. Bu yaklaşım, kromozomal inversiyonlarla tutarlı bölgeleri belirlemelerine ve bu inversiyonların farklı popülasyonlar arasında nasıl dağıldığını incelemelerine olanak sağladı. Ayrıca, genetik veriler sıcaklık ve tuzluluk hakkındaki çevresel bilgilerle birleştirilerek, araştırmacıların kromozomal inversiyonların yerel adaptasyon süreçleriyle ilişkili olup olmadığını araştırmalarına olanak tanındı. Sonuç özellikle dikkat çekiciydi: Genomun %18,6'sı bu tür yapısal varyasyonu sergiliyor; bu yüksek oran, analiz edilen popülasyonları farklılaştırmada kromozomal inversiyonların önemine işaret ediyor.
Deniz biyoçeşitliliğinin korunması açısından çıkarımlar
Çalışma ayrıca, birbirine bağlı ve görünüşte homojen popülasyonlara sahip, geniş bir alana yayılmış bir türün, genomunda önemli bir adaptif çeşitlilik barındırabileceğini ortaya koyuyor . Bu keşif, deniz biyoçeşitliliğinin korunması açısından önemli sonuçlar doğuruyor; çünkü aynı türün farklı popülasyonları, okyanus ısınması veya tuzluluktaki değişiklikler gibi olaylara farklı tepkiler verebilir. Bu genetik çeşitliliğin anlaşılması, özellikle iklim değişikliği bağlamında önemlidir, çünkü türlerin sıcaklık ve diğer çevresel koşullardaki değişikliklere yanıt verme yeteneği, hayatta kalmalarını ve gelecekteki dağılımlarını belirleyebilir. Dahası, sonuçlar deniz biyoçeşitliliğinin evrimini yönlendiren mekanizmalara yeni bir bakış açısı sunuyor. Çalışma, genom yapısındaki değişikliklerin, türlerin adaptasyonunu teşvik etmede DNA'daki spesifik farklılıklar kadar önemli olabileceğini gösteriyor.
İklim değişikliği karşısında dikenli deniz yıldızı bir model olarak
Bir sonraki adım, tespit edilen kromozomal inversiyonların bireylerin biyolojik özelliklerinde gerçekten sonuçları olup olmadığını doğrulamak olacaktır . Carlos Leiva, "Bu sonuçlar, bu kromozomal inversiyonların bireyler arasında daha yüksek ısı toleransı, tuzluluk değişimlerine direnç, büyüme veya üremedeki farklılıklar gibi biyolojik farklılıklara gerçekten dönüşüp dönüşmediğini doğrulamak için yeni çalışmaların önünü açıyor" diye açıklıyor. Gelecekteki araştırmalar, bu kromozomal inversiyonların, en azından kısmen, dikenli deniz yıldızının ısıya veya tuzluluğa uyum sağlama yeteneğini belirlediğini doğrularsa, Marthasterias glacialis, deniz türlerinin iklim değişikliğiyle işaretlenmiş bir okyanusa nasıl tepki verebileceğini incelemek için bir model haline gelebilir. Böylece bir deniz yıldızı çalışması olarak başlayan bu araştırma, deniz organizmalarının nasıl evrimleştiğini ve popülasyonları larvalarının hareketiyle bağlantılı olsa bile yerel adaptasyonları nasıl koruyabildiklerini anlamanın yeni bir yolunu ortaya koymuştur.
Guam Üniversitesi, Barselona Botanik Enstitüsü ve Rennes Üniversitesi'nin de yer aldığı İspanyol-Fransız ekibinin keşfi, genom organizasyonunun evrimde kilit bir faktör olduğunu vurguluyor . %18,6 oranında inversiyona sahip dikenli deniz yıldızı, kromozomal yapının şaşırtıcı adaptif çeşitliliği nasıl gizleyebileceğinin en önemli örneklerinden biri haline geliyor ve deniz ekosistemlerinin gelecekteki zorluklara nasıl yanıt vereceğini öngörmek için değerli ipuçları sunuyor.