Evrimsel Bilgiler Serisi 1: Balıklar toprağı nasıl fethetti?

[Bilim Forum]

Omurgalılar, sekiz milimetrelik kurbağalardan 30 metrelik büyük balinalara kadar değişen, inanılmaz derecede farklılık gösteren, muhteşem bir hayvan grubudur. Okyanusun dibinden, dağlara ve gökyüzüne kadar dünyanın her yerinde yaşarlar. 60.000’den fazla türü içeren omurgalılar; balıklar, amfibiler, sürüngenler, kuşlar ve memeliler olmak üzere beş ana gruba ayrılır. Bu 3 bölümlük seri omurgalıların evrimini, evrimsel geçişlerin kilit noktalarına bakarak evrimi keşfedecek. Birinci bölümde, omurgalıların denizden karaya çıkışını, balıklardan amfibi geçişine nasıl geçtiğini inceleyeceğiz.

Omurgalılar ilk olarak, bundan yaklaşık 525 milyon yıl önce evrimleşmişlerdir ve bu ilk omurgalılar denizlerde ve nehirlerde yaşayan balıklardır. Omurgalılar toprağı kolonileştirmeye 360 milyon yıl öncesine kadar başlayamadılar. Dört ayaklı anlamına gelen ve ‘tetrapod’lar olarak adlandırılan bu kara hayvanları, bizler de dahil olmak üzere tüm amfibiler, sürüngenler, kuşlar ve memelilerin dünya sahnesine çıkmasına yol açtı. İlk tetrapodlar modern amfibilere benziyordu. Balık atalarından daha düz bir kafatasına (yukarıdan aşağıya şekilli), yüzgeçlerden ziyade uzuvları ve kafayı gövdeden ayıran bir boyuna sahipti. Denizdeki yaşamdan karadaki hayata geçiş, hiç şüphesiz yaşam tarihinde büyük bir adımdı. Peki bu nasıl gerçekleşti? Öncelikle fosil kayıtlarının bize söyleyeceklerine bakmak zorundayız.

Fosil Bulgular

2004 yılında bir araştırma ekibi, balıklarda bazı benzerlikler ve bazı erken tetrapodlarla benzerlikler taşıyan bir hayvanın fosilleşmiş üç iskeletini keşfetti. Tiktaalik roseae adlı hayvan, 375 milyon yıl önce (erken tetrapodlardan sadece 15 milyon yıl önce) yaşadı ve burun delikleri olan düz bir kafatasına sahipti. Boynu ve bacakları, lob yapılı yüzgeçleri ile erken tetrapodların arasında kemikli bir yapıya sahipti. Tiktaalik roseae kanatlı balıklardan evrimleşmiş (coelacanth ve lungfish içeren balık grubu), tetrapodları gösteren bir türdür. Kanatları gövdeye göre uzun, ince kemikler yoluyla bağlantılı olan diğer balıkların aksine, lob kanatlı balıkların kanatları, tetrapodların bacaklarına benzer şekilde tek, kalın bir kemik aracığıyla gövdeye bağlanır. Tiktaalik roseae büyük olasılıkla yırtıcılardan kaçmak ve karada av bulmak için güçlü uzuvlarını kullandı. Aynı zamanda bataklık bir arazide kendini yukarı çekmek için sağlam yüzgeçlerini kullanırdı ve bu da onun zamanının çoğunu sığ sularda geçirdiğini gösteriyor.

Şimdi 10 milyon yıldan 365 milyon yıl öncesine kadar hızlı bir şekilde ilerliyoruz ve Ichthyostega ve Acanthostega gibi canlı türlerini görmeye başlıyoruz. Günümüz insanlarına daha çok benzeyen humerus, Radius ve ulna içeren uzuvlara sahiplerdi.

Ekstremite evrimi: Sol kanatlı bir balık yüzgeci Panderichthys’in (380 milyon yıl) pektoral yüzgeci solda gösterilmiştir. Erken tetrapodların üst ekstremitesi Acanthostega ve Tulerpeton (365 milyon yıl) sağda gösterilmiştir. Tiktaalik’in kanat ucu (375 milyon yıl) iki tip arasında bir ara maddedir.

Fosil kayıtları bize, iskeletlerin karadaki hayata nasıl daha iyi adapte oldukları hakkında daha iyi fikir veriyor; sağlam yüzgeçlerden düzgün bacaklara yavaş yavaş geçişle. Ancak karadaki hayata adapte olmak için büyük bir sorun vardı ve buna fosil kayıtları henüz cevap veremiyordu. Bu oksijeni nasıl alacağımızla ilgili büyük bir sorundu. Çoğu balık bunu ağzına su aldıktan sonra bu suyu solungaçlarından dışarı pompalayarak yapar. Su, solungaçlardan geçerken sudaki oksijen kana emilir ve kan dolaşımından suya karbondioksit geçişi sağlanır.  Öte yandan tetrapodlar, ağızdan veya burun deliklerinden içeri akciğerlere hava çeker. Benzer bir oksijen – karbondioksit alışverişinden sonra hava tekrar dışarı verilir. Peki akciğer ve hava solunumu nasıl gelişti? Biz biliyoruz ki Tiktaalik roseae ve Ichthyyostega‘nın sağlam göğüs kafesleri vardı ve bu nedenle muhtemelen nefes alan akciğerlere sahipti. Bunun dışında fosil kayıtlarının bize söyleyebileceği çok az şey var ve bu yüzden gelişimsel biyolojiye yönelmeliyiz.

Sahip Olduğumuz İpuçları

İnsanlarda akciğerler, zigot oluştuktan yaklaşık 5 hafta sonra gelişmeye başlar. Bağırsak tüpünden çıkan tek bir tomurcuk gelişmeye başlar ve bu tomurcuk daha sonra sol ve sağ akciğerleri oluşturmak için büyür ve ikiye dallanır. Akciğerler ve bağırsaklar çok farklı şeyler için kullanılsalar da, özefagus (yemek borusu) ve trakeanın (nefes borusu) vücudunuzda halen, boğazınızda buluştuğu yerde bağlı olduklarını göz önüne aldığınızda, aynı tüpten gelişmeleri mükemmel bir anlam ifade eder. Fakat akciğerlerin gelişimi bize akciğer evrimi hakkında ne söylüyor? İlginçtir ki, birçok balık benzer şekilde gelişen bir yapıya sahiptir. Bu yapıya yüzme kesesi adı verilir ve benzer şekilde bağırsak tüpünden çıkan bir tomurcuk olarak gelişir. Kan damarları, yüzme mesanesinin dışını kapatır ve gazları yüzme mesanesine yatırır ve gazla doldurulmuş yüzme mesanesi balığın yüzmesine yardımcı olur. Bununla birlikte, balıklar yüzer mesaneye kan damarlarından biriktirilmek yerine, yüzeye yüzebilir ve doğrudan havayı yüzme mesanesine hapsedebilir. Ayrıca yüzdürme kabiliyetini düşürmesi gerektiğinde yüzme mesanesinden havayı dışarı aktarabilir. Başka bir deyişle bu balıkların, bizim akciğerimizle aynı şekilde gelişen hava soluma ve gaz değişim organı vardır. Lob yüzgeçli balıklar olan Akciğerli balıklar, bir adım daha iler gidilirse bu organı solunumda, kanlarına oksijen katmak için kullanabilir. Tıpkı tetrapodların yaptığı gibi!

Büyük olasılıkla, lob kanatlı balıklarda ilk önce akciğerlerin evrimleşmesi daha muhtemel görünüyor. Bu lob kanatlı balıkların bir kısmı, kendilerini toprağa çekmeye yarayan daha güçlü yüzgeçler geliştirdi. Karada lokomosyonla nefes alma yeteneğini birleştiren bu balıklar, yırtıcılardan arınmış ve böcek avıyla dolu yepyeni bir çevreden faydalanabildiler. Bu balıklar, tetrapodlar haline geldi be önümüzdeki 360 milyon yıl boyunca tüm amfibileri çeşitlendirdiler; sürüngenler, bugün sahip olduğumuz kuşlar ve memeliler.

Burak Babacan tarafından blog bölümünde seri olarak kaleme alınmıştır.

Yazı serisinin diğer bölümleri;

Evrimsel Bilgiler Serisi 2: Memelilerin Yükselişi

Evrimsel Bilgiler Serisi 3: Dinozorların Uçuşu

Referans

https://www.thenakedscientists.com/articles/science-features/tales-evolution-how-fish-conquered-land