Tibet Platosu’ndaki vahşi Takakia nüfusu. Katkıda bulunan kişi: Xuedong Li / Pekin Başkent Normal Üniversitesi
Nadir yosun türü Takakia, yüksek rakımlı ortamlarda gelişmek üzere milyonlarca yıl boyunca evrim geçirmiştir. Freiburg Üniversitesi’nden Prof. Dr. Ralf Reski ve Çin’deki Capital Normal Üniversitesi’nden Prof. Dr. Yikun He başkanlığındaki ortak bir araştırma çalışması, yakın zamanda dona ve yaşamı tehdit eden yüksek UV radyasyonuna dayanma yeteneğini tam olarak nasıl geliştirdiğini ortaya çıkardı. .
Prestijli Cell dergisinde yayınlanan çalışma, yosunları aşırı çevresel faktörlere karşı güçlendiren genetik özellikleri özetlemektedir. Araştırmacılar ayrıca hızlı iklim değişikliğinin bu son derece uzmanlaşmış türün doğal yaşam alanını yalnızca birkaç yıl içinde ne kadar önemli ölçüde etkilediğini de rapor ediyor.
Takakia cinsi yalnızca iki türden oluşuyor. Birlikte yalnızca biyolojik çeşitliliğin sıcak noktası olan “dünyanın çatısı” olan Tibet Platosu’nda bulunurlar. Orada, çalışmanın ilk iki yazarından biri olan Prof. Dr. Xuedong Li, 2005 yılında dört bin metrenin üzerindeki rakımda Takakia lepidozioides türünün popülasyonlarını keşfetti. O tarihten bu yana ekip, Takakia’yı dağlarda ve laboratuvarda on yılı aşkın bir süredir çalışıyor.
Örneğin, çalışmanın diğer ilk yazarı Dr. Ruoyang Hu, çalışma dönemi boyunca tesiste yirmiden fazla kez bulundu. “Bu yükseklikte çalışmak çok zor. Yüksek irtifa hastalığı bir sorundur ve bazen enstrümanlarımız başarısız olur” diye açıklıyor Li. “Yine de bu ortamda çalışmayı seviyorum. Orada çevreyi korumanın ve korumanın ne kadar önemli olduğunu gerçekten anlıyorsunuz,” diyor Hu.
Araştırmacıların yosun popülasyonlarını incelediği bölgenin görünümü. Soldaki Gawalong Doğu Buzulu. Katkıda bulunan kişi: Ruoyang Hu / Başkent Normal Üniversitesi Pekin
Tibet Platosu’ndaki Takakia, yılın sekiz ayı boyunca kar altında gömülü kalıyor ve bunun dışında yüksek düzeyde UV radyasyonuna maruz kalıyor. Orada hayatta kalabilmek için canlıların özel adaptasyonlara ihtiyacı var. Takakia’ya göre bunlar son 65 milyon yılda gelişti: Ancak o zamandan bu yana Dünya’nın bu bölgesi kıtasal sürüklenme nedeniyle yükseldi ve bu da yosunların yaşam alanını giderek aşırı hale getirdi.
“Bu jeolojik zaman kayıtları bize izini sürmemizde yardımcı oluyor Freiburg Üniversitesi ve Mükemmellik Kümesi CIBSS’nde araştırma yürüten Reski, Takakia genomunda yüksek rakımlardaki yaşama kademeli adaptasyonun olduğunu açıklıyor. Mevcut çalışmada ekibi, diğer şeylerin yanı sıra yosun hücrelerini donma ve mutajenik UV radyasyonundan hangi biyolojik sinyal yollarının koruduğunu araştırdı.
Takakia yaşayan en eski kara bitkisidir
Yosun Boyutu yalnızca birkaç milimetre olan bu bitki, yeşil alglerin, ciğer otlarının ve yosunların özelliklerini birleştirdiği için sistematik bağlantısı uzun süredir belirsiz olduğundan araştırmacıların özellikle ilgisini çekiyor. “Artık Takakia’nın 390 milyon yıl önce, ilk kara bitkilerinin ortaya çıkmasından kısa bir süre sonra diğer yosunlardan ayrılan bir yosun olduğunu kanıtlayabildik. Takakia’nın, pozitif seçilim altında bilinen en yüksek hızlı gelişen gen sayısına sahip olduğunu bulduğumuzda şaşırdık” diyor He.
Yaşayan fosil
Bir diğer sürpriz de Takakia’nın özel şeklinin Zaten İç Moğolistan’daki 165 milyon yıllık fosillerde bulunuyor. Böylece fosiller biyologlara başka bir değerli zaman referansı sağlıyor çünkü morfolojiyi etkileyen genetik değişikliklerin 165 milyon yıldan fazla bir süre önce çok farklı çevresel koşullar altında evrimleştiğini gösteriyor.
Bu özelliklerin arasında bitkiler için alışılmadık bir çalışma şekli de var. Bitkilerde büyüme ve gelişmeyi kontrol eden sinyal molekülü oksin. “Takakia genomu bu kadar hızlı evrimleşmesine rağmen, morfolojisi 165 milyon yıldan fazla bir süredir fark edilebilir bir şekilde değişmedi. Bu, Takakia’yı gerçek bir yaşayan fosil yapar. Değişmeyen şekil ile hızla değişen genom arasındaki bu bariz karşıtlık, evrimsel biyologlar için bilimsel bir zorluktur” diye açıklıyor Reski.
Değişen metabolik süreçler UV radyasyonuna karşı koruma sağlar
Stres sinyallerinin işlenmesini etkileyen genetik özellikler Öte yandan, mevcut araştırmaya göre bazı metabolik süreçlerin düzenlenmesi daha genç ve ancak Tibet Platosu’nun yükselmesinden sonra ortaya çıktı. Araştırmacılar, bunların son 50 milyon yıl içinde kademeli olarak ortaya çıkışını yeniden oluşturabildiler ve yosun hücrelerini zararlı çevresel etkilerden nasıl koruduklarını gösterebildiler.
“Örneğin, Takakia, flavonoidler gibi molekülleri biriktirmek için metabolizmasını düzenliyor. ve zararlı UV ışınlarına ve serbest radikallere karşı koruma sağlayan doymamış yağ asitleri” diye açıklıyor. “Genomda, DNA onarımını, fotosentezi ve oksidatif strese karşı mekanizmaları düzenleyen sinyal moleküllerinin özellikle güçlü pozitif seçilim altında olduğunu ve son birkaç milyon yılda büyük ölçüde değiştiğini görüyoruz.”
İklim değişikliği sona erebilir. Takakia’nın 390 milyon yıl sonraki evrimine
Takakia’nın azalan sıcaklıklara ve artan radyasyon yoğunluğuna uyum sağlamak için milyonlarca yılı olmasına rağmen, yaşam alanı artık onlarca yıl içinde değişiyor: Ölçümler 2010’da başladığından bu yana araştırmacılar, ortalama sıcaklık artışı yılda neredeyse yarım santigrat dereceydi.
Aynı zamanda, örnek alanların yakınındaki buzullar yılda neredeyse 50 metre geriledi. Son derece uzmanlaşmış yosun, bu sıcaklık artışıyla diğer türlere göre daha az başa çıkıyor. Takakia popülasyonları çalışma dönemi boyunca önemli ölçüde azalırken diğer bitki türleri ısınmadan faydalandı. Araştırmacılar, bu eğilimin devam etmesinden korkuyor.
“Çalışmamız, Takakia’nın kara bitkilerinin evrimini takip etmede ne kadar değerli olduğunu gösteriyor. Bulduğumuz nüfus azalması korkutucu” diyor. Hu, “Neyse ki, bitkinin neslinin tükenme tehlikesiyle karşı karşıya olduğunu bilmek, bize onu koruma, örneğin onu laboratuvarda yetiştirme şansı da veriyor” diye belirtiyor. “Takakia dinozorların gelip gittiğini gördü. Biz insanların geldiğini gördü. Artık bu minik yosundan dayanıklılık ve yok olma hakkında bir şeyler öğrenebiliriz,” diye bitiriyor Reski.
Kaynak: “Şu anda Tibet’te iklim değişikliğiyle karşı karşıya olan esrarengiz Takakia’nın uyarlanabilir evrimi” Yazan: Ruoyang Hu, Xuedong Li, Yong Hu, Runjie Zhang, Qiang Lv, Min Zhang, Xianyong Sheng, Feng Zhao, Zhijia Chen, Yuhan Ding, Huan Yuan, Xiaofeng Wu, Shuang Xing, Xiaoyu Yan, Fang Bao, Ping Wan, Lihong Xiao, Xiaoqin Wang, Wei Xiao, Eva L . Decker ve Yikun He, 9 Ağustos 2023, Cell.
DOI: 10.1016/j.cell.2023.07.003
Çalışma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı tarafından finanse edildi, Tibet Özerk Bölgesi Bilim ve Teknoloji Bölümü, Capital Normal Üniversitesi Biyoenformatik ve İstatistik Yeni Disiplinlerarası İnşaatı, Güney Subtropikal Bitki Çeşitliliği Shenzhen Anahtar Laboratuvarı, Alman Araştırma Vakfı DFG’nin yanı sıra Freiburg İleri Araştırmalar Enstitüsü FRIAS ve Strasbourg Üniversitesi tarafından USIAS İleri Araştırma Enstitüsü (METABEVO).