Bilim adamları, 16 lokasyondaki 200 kişiden alınan nükleer ve kloroplast genomlarını kullanarak eelgrass’ın kolonizasyon tarihini izledi. Okyanustaki karbon depolama ve biyoçeşitlilik için önemli bir tür olan eelgrass’ın iki kolonizasyon olayında Pasifik’i aştığını ve yaklaşık 243 bin yıl önce Atlantik’e ulaştığını buldular.
GEOMAR liderliğindeki uluslararası bir araştırma ekibi, en yaygın deniz bitkisinin dünya çapındaki kolonizasyon tarihini yeniden oluşturuyor.
Deniz çayırları tatlı su bitkilerinden evrimleşti ve fotosentez için güneş ışığını ve karbondioksiti (CO2) kullanıyor. 50 metreye (165 fit) kadar derinliklerde gelişebilirler. Alglerin aksine, kumlu ila çamurlu çökeltilerde büyüyen köklere ve rizomlara sahiptirler. Çim benzeri yaprak sürgünleri çiçek üretir ve yaşam döngülerini tamamen su altında tamamlar. Tohumlar yüzer durumda değildir, ancak tohum taşıyan sürgünler sallanarak okyanus ölçeğinde dağılma mesafelerini büyük ölçüde artırır.
Temel türler olarak eelgrass, çeşitli biyotalar için kritik sığ su yaşam alanları sağlar ve karbon alımı da dahil olmak üzere çok sayıda ekosistem hizmetine katkıda bulunur. Deniz çayırları son zamanlarda okyanus karbon depolamasına doğaya dayalı çok önemli katkılardan biri olarak kabul edilmiştir. Deniz otu çayırlarının altındaki tortu, karasal ormanların köklerinden yılda 30 ila 50 kat daha fazla karbon tutabilir. Bununla birlikte, yılanbalığı da dahil olmak üzere dünya genelinde deniz çayırı yataklarının devam eden kaybı ciddi bir endişe kaynağıdır.
Yılanotu Evrimini Anlamak
GEOMAR Helmholtz Okyanus Araştırmaları Kiel Merkezi’nde Deniz Ekolojisi Araştırma Bölümü Başkanı Profesör Thorsten Reusch tarafından koordine edilen uluslararası bir araştırmacı grubu, 200 bireyden ve 16 konumdan eksiksiz nükleer ve kloroplast genomlarını kullanarak, yılanbalığının kolonizasyon tarihini yeniden yapılandırdı ve tarihlendirdi. eelgrass Zostera yat limanı, kökeni Kuzeybatı Pasifik Okyanusu’ndan Pasifik, Atlantik ve Akdeniz’e kadar. Nature Plants bilimsel dergisinde 20 Temmuz’da hakemli bir yayında ve bir Araştırma Özetinde açıklanan bulgular şu soruyu akla getiriyor: “Eelgrass, hızla değişen yeni iklimimize ne kadar iyi uyum sağlayacak?”
Bilim adamları, filogenomik bir yaklaşım kullanarak, eelgrass bitkilerinin Pasifik’i batıdan doğuya ilk kez muhtemelen Kuzey Pasifik Akıntısı tarafından desteklenen en az iki kolonizasyon olayında geçtiğini belirleyebildiler. Bilim adamları daha sonra eelgrass popülasyonlarının yeni popülasyonlara ayrıldığı zamanı anlamak için biri nükleer genomu temel alan ve diğeri kloroplast genomunu temel alan iki DNA “moleküler saati” uyguladılar. DNA mutasyon oranı hesaplandı ve eelgrass’ta meydana gelen eski, tam bir genom kopyasına göre ayarlandı.
Balıkotu Göç Modellerinin İzlenmesi
Hem nükleer hem de kloroplast genomları, eelgrass’ın yaklaşık 243 bin yıl önce Kanada Kuzey Kutbu üzerinden Atlantik’e dağıldığını ortaya çıkardı. Bu geliş beklenenden çok daha yakın bir tarihte gerçekleşti; yaklaşık 3,5 milyon yıl önce Büyük Arktik Değişimi sırasında çoğu Atlantik göçmen türünde olduğu gibi, milyonlarca yıl yerine binlerce yıl. Pasifik eelgrass çayırlarına kıyasla Atlantik’te çok daha az sayıda özelleşmiş hayvana sahip olan ilgili fauna topluluğunun bir analizinde de güncellik yansıtıldı. Bu, hayvan-bitki ortak evriminin gerçekleşmesi için daha az zaman kaldığını gösteriyor” dedi.
Akdeniz popülasyonları yaklaşık 44 bin yıl önce Atlantik’ten kuruldu ve Son Buzul Maksimumundan sağ çıktı. Buna karşılık, Batı ve Doğu Atlantik kıyılarında bulunan günümüz popülasyonları, yaklaşık 19 bin yıl önceki Son Buzul Maksimumundan sonra sığınaklardan yalnızca (yeniden) genişledi ve Gulf Stream’in yardımıyla esas olarak Amerika’nın doğu kıyısından geldi.
Genomik Çeşitlilik ve Gelecek Endişeleri
Ayrıca, araştırmacılar Pasifik ve Atlantik eelgrass popülasyonları arasındaki genomik çeşitlilikte önemli farklılıklar olduğunu doğruladılar.
Doktora tezinin bir bölümü olan yayının ilk yazarı olan doktora sonrası bilim adamı Dr. Lei Yu, “Pasifik popülasyonlarıyla karşılaştırıldığında hem Atlantik hem de kuzey ve güney popülasyonları, atalarından 35 kat daha az çeşitliliğe sahip,” diye özetledi. “Bunun nedeni, Atlantik eelgrass’ın genetik kapasitesine bağlı olarak iklim değişikliğine ve diğer çevresel stres faktörlerine ne kadar iyi uyum sağlayabileceğine ilişkin endişeleri artıran geçmiş buzul çağlarından kaynaklanan darboğazlardır.”
“Isınan okyanuslar, özellikle Kuzey Karolina ve güney Portekiz olmak üzere güney yayla sınırlarında şimdiden deniz otu çayırlarının kaybına neden oldu. Ayrıca, ısı dalgaları da dağılımın bazı kuzey kesimlerinde sığ sularda kayıplara neden oldu” dedi. “Bu iyi bir haber değil çünkü deniz çayırları çeşitli ve üretken ekosistemler oluşturuyor ve çayırlar gelecekteki koşullarda varlığını sürdüremezse başka hiçbir tür eelgrass rolünü üstlenemez.”
Potansiyel Çözümler ve Gelecekteki Araştırmalar
“Yenileme olasılıklarından biri, Atlantik’teki çeşitliliği güçlendirmek için Pasifik eelgrass’ından bir miktar genetik çeşitlilik ödünç almak olabilir. Bir sonraki adımımız eelgrass pangenomunu sorgulamak. Çalışmayı başlatan ve Ortak Genom Enstitüsü (JGI) ile araştırma ekibi arasındaki çalışmayı koordine eden Groningen Üniversitesi’nden emekli profesör Prof. Jeanine Olsen, “Pasifik eelgrass’tan yeni bir referans genomu şu anda geliştirme aşamasındadır ve bize küresel habitat yelpazesindeki uyarlanabilir ekotipik kapasite hakkında daha fazla bilgi vermelidir” dedi. Bu nedenle, hızlı adaptasyona ilişkin karar kesin değil, ancak iyimser olmak için nedenler var.
Referans: “Okyanus akıntısı modelleri dünya çapında yılanbalığı kolonizasyonunu yönlendiriyor (Zostera marina)” yazan Lei Yu, Marina Khachaturyan, Michael Matschiner, Adam Healey, Diane Bauer, Brenda Cameron, Mathieu Cusson, J. Emmett Duffy, F. Joel Fodrie, Diana Gill, Jane Grimwood, Kevin Masakazu Hori, Hovel, A. Randall Hughes, Marlene Jahnke, Jerry Jenkins, Keykhosrow Keymanesh, Claudia Kruschel, Sujan Mamidi, Damian M. Menning, Per-Olav Moksnes, Masahiro Nakaoka, Christa Pennacchio, Katrin Reiss, Francesca Rossi, Jennifer L. Ruesink, Stewart T. Schultz, Sandra Talbot, Richard Unsworth, David H. Ward, Tal Dagan, Jeremy Schmut z, Jonathan A. Eisen, John J. Stachowicz, Yves Van De Peer, Jeanine L. Olsen ve Thorsten B. H. Reusch, 20 Temmuz 2023, Nature Plants.
DOI: 10.1038/s41477-023-01464-3