Geçen yıl Jaume Pellicer, bilim adamlarından oluşan bir ekibi Avustralya'nın doğusundaki bir ada olan Grande Terre'deki bir ormana götürdü. Tmesipteris oblanceolata adında bir eğrelti otu arıyorlardı. Sadece birkaç santimetre yüksekliğinde olduğundan orman zemininde bulunması pek de kolay olmadı.
“Belirgin değil” dedi Dr. İspanya'daki Barselona Botanik Enstitüsü'nde çalışan Pellicer. “Muhtemelen üzerine basarsın ve farkına bile varmazsın.”
Bilim adamları sonunda göze çarpmayan eğrelti otunu keşfetmeyi başardılar. Dr. Pellicer ve meslektaşları onu laboratuvarda incelediklerinde, onun olağanüstü bir sır barındırdığını keşfettiler. Tmesipteris oblanceolata, Dünya üzerinde bilinen en büyük genoma sahiptir. Araştırmacıların Cuma günü yayınlanan bir çalışmada açıkladığı gibi, eğrelti otu hücreleri bizimkilerden 50 kat daha fazla DNA içeriyor.
Bu kadar mütevazı bir bitkinin bu kadar devasa bir genoma sahip olmasını garip buluyorsanız, bilim insanları da aynı şeyi düşünüyor. Gizem, 1950'lerde biyologların DNA'nın çift sarmalının genleri kodladığını keşfetmesiyle ortaya çıktı. Her gen bir dizi genetik harften oluşur ve hücrelerimiz bu harfleri okuyarak karşılık gelen proteinleri üretir.
Bilim adamları, insanların ve diğer karmaşık türlerin birçok farklı protein ürettiğini ve dolayısıyla daha büyük genomlara sahip olduğunu varsaydılar. Ancak çeşitli hayvanların DNA'sını incelediklerinde çok yanıldıklarını anladılar. Kurbağalar, semenderler ve akciğerli balıklar insanlardan çok daha büyük genomlara sahiptir.
Genomların bilim adamlarının beklediğinden çok daha tuhaf olduğu ortaya çıktı. Örneğin, yaklaşık 20.000 protein kodlayan gen taşıyoruz, ancak bunlar genomumuzdaki 3 milyar harf çiftinin yalnızca yüzde 1,5'ini oluşturuyor.
Diğer yüzde dokuzu ise protein kodlamayan ama yine de önemli görevleri yerine getiren DNA bölümlerinden oluşuyor. Örneğin bazıları komşu genleri açıp kapatan anahtar görevi görüyor.
İnsan genomunun diğer yüzde 90'ının bilinen bir işlevi yoktur. Bazı bilim adamlarının bu devasa miktardaki gizemli DNA'ya sevgi dolu bir takma adı var: “çöplük.”
Bazı türlerde çok az miktarda hurda DNA bulunurken bazılarında şaşırtıcı miktarda DNA bulunur. Örneğin Afrika akciğerli balıkları bizimle hemen hemen aynı sayıda protein kodlayan genlere sahiptir, ancak bunlar toplam 40 milyar DNA harf çiftinden oluşan devasa bir genoma dağılmıştır; bu, bizim kendi genomumuzun 13 katı DNA'dır. .
2000'li yılların başında Dr. Pellicer botanikçi olmak için eğitim alırken bazı bitki türlerinin de devasa genomlara sahip olduğunu öğrenince büyülendi. Örneğin soğan bizimkinden beş kat daha büyük bir genoma sahiptir.
Dr. Pellicer, 2010 yılında Londra'daki Kew Gardens'ta çalışmaya başladığında, kendisine büyük genomlara sahip olduğu bilinen, otsu çiçekler adı verilen bir bitki ailesini inceleme şansı verildi. Aylar boyunca yaprakları bir jiletle doğradı, düzinelerce türden hücreleri izole etti ve DNA'larını tarttı.
Japonya'nın Nagano yakınlarındaki dağlarında yetişen Paris japonica adlı bitkinin genomunu tarttığında sonuç karşısında şok oldu. Bu yaygın çiçeğin genomu 148 milyar çift harf içeriyordu; bu bir dünya rekoru.
Takip eden yıllarda meslektaşları ona Avustralya ve Yeni Zelanda'dan taze eğrelti otu örneklerini parçalaması için gönderdi. Bu bitkilerin aynı zamanda Paris japonica'nınki kadar büyük olmasa da devasa genomlara sahip olduğunu keşfetti.
Dr. Pellicer, ilgili eğrelti otu türlerinin bazı Pasifik adalarında yetiştiğini biliyordu. 2016 yılında Yeni Kaledonya takımadalarının bir parçası olan Grande Terre'ye bir keşif gezisi planlamaya başladı.
Nihayet adaya ulaşması 2023 yılına kadar mümkün olmadı. Kew'den meslektaşları, doktora öğrencisi Pol Fernández ve yerel bitki uzmanlarından oluşan bir ekiple birlikte çok sayıda türü topladı.
Bay Fernández, Barselona'ya döndüğünde, Tmesipteris oblanceolata genomunun yaklaşık 160 milyar çift DNA harfi içerdiğini keşfettiğinde şaşırdı. On üç yıl sonra Dr. Pellicer'ın rekor kıran genomu keşfetmesinin ardından yüksek lisans öğrencisi de rekor kırmanın heyecanını yaşadı.
Evrim sırasında genomların genişlemesinin iki ana yolu vardır. Birçok tür virüs benzeri DNA bölümleri taşır. Kendi genomlarının yeni kopyalarını yaptıklarında bazen yanlışlıkla virüsün o bölümünün ek bir kopyasını da oluştururlar. Bir tür birçok nesil boyunca binlerce yeni kopya biriktirebilir ve bu da genomunun şişmesine neden olabilir.
Bir türün birdenbire bir yerine iki genoma sahip olması da mümkündür. Örneğin, birbirine yakın iki tür çiftleştiğinde ek bir genom ortaya çıkabilir. Melez yavruları daha sonra her iki ebeveynden de tüm DNA setini miras alabilir.
Dr. Pellicer ve meslektaşları, Tmesipteris oblanceolata'daki muazzam miktardaki genetik materyalden virüs benzeri DNA ve kopyalanmış genomların bir kombinasyonunun sorumlu olduğundan şüpheleniyorlar. Ama neden bu mütevazı eğrelti otunun rekor kıran bir genoma sahip olduğunu bilmiyorlar, oysa bizim gibi diğer türler çok daha az DNA'ya sahip.
Çoğu türün DNA'yı herhangi bir hasara yol açmadan yavaş yavaş genomlarında biriktirmesi mümkündür. “Biyolojide bu genellikle 'Neden olmasın?' sorusudur. 'Neden?' yerine,” diyor Yeni Zelanda Bitki ve Gıda Araştırma Enstitüsü'nden genom bilimcisi olan ve yeni çalışmada yer almayan Julie Blommaert.
Ancak bir noktada genomlar o kadar büyüyebilir ki yük haline gelebilirler. Hücrelerin tüm ekstra DNA'yı barındırmak için genişlemesi gerekebilir. Ayrıca devasa genomlarının yeni kopyalarını oluşturmak için daha fazla zamana ve daha fazla besine ihtiyaçları var. Büyük genoma sahip bir organizma, daha küçük genoma sahip bir rakibe yenilebilir. Bu nedenle gereksiz DNA'yı kesen mutasyonlar evrim tarafından tercih edilebilir.
Hayvanların ve bitkilerin gerçekten devasa genomları ancak rekabetin az olduğu istikrarlı iklimler gibi özel ortamlarda geliştirebilmeleri mümkündür. “Belki de bu kadar nadir olmalarının nedeni budur; verimli olmadıkları için dolandırılıyorlar” dedi Dr. Pellicer.
En misafirperver evde bile genomlar sonsuz büyüklükte büyüyemez. Aslında Dr. Pellicer, Tmesipteris oblanceolata'nın neredeyse bir genomun fiziksel sınırına ulaşmış olabileceğini öne sürüyor. “Yaklaştığımızı düşünüyorum” dedi.
Diğerleri o kadar emin değil.
Araştırmaya dahil olmayan George Mason Üniversitesi'nden botanikçi Brittany Sutherland, “Henüz bir tavana ulaşıp ulaşmadığımızı bilmiyorum” dedi. Botanikçilerin yalnızca 12.000 bitki türünün genom boyutlarını ölçtüğünü, geriye kalan 400.000 türün inceleneceğini belirtti. “Tahminler açısından sahip olduğumuz şey okyanusta bir damla” dedi.
“Belirgin değil” dedi Dr. İspanya'daki Barselona Botanik Enstitüsü'nde çalışan Pellicer. “Muhtemelen üzerine basarsın ve farkına bile varmazsın.”
Bilim adamları sonunda göze çarpmayan eğrelti otunu keşfetmeyi başardılar. Dr. Pellicer ve meslektaşları onu laboratuvarda incelediklerinde, onun olağanüstü bir sır barındırdığını keşfettiler. Tmesipteris oblanceolata, Dünya üzerinde bilinen en büyük genoma sahiptir. Araştırmacıların Cuma günü yayınlanan bir çalışmada açıkladığı gibi, eğrelti otu hücreleri bizimkilerden 50 kat daha fazla DNA içeriyor.
Bu kadar mütevazı bir bitkinin bu kadar devasa bir genoma sahip olmasını garip buluyorsanız, bilim insanları da aynı şeyi düşünüyor. Gizem, 1950'lerde biyologların DNA'nın çift sarmalının genleri kodladığını keşfetmesiyle ortaya çıktı. Her gen bir dizi genetik harften oluşur ve hücrelerimiz bu harfleri okuyarak karşılık gelen proteinleri üretir.
Bilim adamları, insanların ve diğer karmaşık türlerin birçok farklı protein ürettiğini ve dolayısıyla daha büyük genomlara sahip olduğunu varsaydılar. Ancak çeşitli hayvanların DNA'sını incelediklerinde çok yanıldıklarını anladılar. Kurbağalar, semenderler ve akciğerli balıklar insanlardan çok daha büyük genomlara sahiptir.
Genomların bilim adamlarının beklediğinden çok daha tuhaf olduğu ortaya çıktı. Örneğin, yaklaşık 20.000 protein kodlayan gen taşıyoruz, ancak bunlar genomumuzdaki 3 milyar harf çiftinin yalnızca yüzde 1,5'ini oluşturuyor.
Diğer yüzde dokuzu ise protein kodlamayan ama yine de önemli görevleri yerine getiren DNA bölümlerinden oluşuyor. Örneğin bazıları komşu genleri açıp kapatan anahtar görevi görüyor.
İnsan genomunun diğer yüzde 90'ının bilinen bir işlevi yoktur. Bazı bilim adamlarının bu devasa miktardaki gizemli DNA'ya sevgi dolu bir takma adı var: “çöplük.”
Bazı türlerde çok az miktarda hurda DNA bulunurken bazılarında şaşırtıcı miktarda DNA bulunur. Örneğin Afrika akciğerli balıkları bizimle hemen hemen aynı sayıda protein kodlayan genlere sahiptir, ancak bunlar toplam 40 milyar DNA harf çiftinden oluşan devasa bir genoma dağılmıştır; bu, bizim kendi genomumuzun 13 katı DNA'dır. .
2000'li yılların başında Dr. Pellicer botanikçi olmak için eğitim alırken bazı bitki türlerinin de devasa genomlara sahip olduğunu öğrenince büyülendi. Örneğin soğan bizimkinden beş kat daha büyük bir genoma sahiptir.
Dr. Pellicer, 2010 yılında Londra'daki Kew Gardens'ta çalışmaya başladığında, kendisine büyük genomlara sahip olduğu bilinen, otsu çiçekler adı verilen bir bitki ailesini inceleme şansı verildi. Aylar boyunca yaprakları bir jiletle doğradı, düzinelerce türden hücreleri izole etti ve DNA'larını tarttı.
Japonya'nın Nagano yakınlarındaki dağlarında yetişen Paris japonica adlı bitkinin genomunu tarttığında sonuç karşısında şok oldu. Bu yaygın çiçeğin genomu 148 milyar çift harf içeriyordu; bu bir dünya rekoru.
Takip eden yıllarda meslektaşları ona Avustralya ve Yeni Zelanda'dan taze eğrelti otu örneklerini parçalaması için gönderdi. Bu bitkilerin aynı zamanda Paris japonica'nınki kadar büyük olmasa da devasa genomlara sahip olduğunu keşfetti.
Dr. Pellicer, ilgili eğrelti otu türlerinin bazı Pasifik adalarında yetiştiğini biliyordu. 2016 yılında Yeni Kaledonya takımadalarının bir parçası olan Grande Terre'ye bir keşif gezisi planlamaya başladı.
Nihayet adaya ulaşması 2023 yılına kadar mümkün olmadı. Kew'den meslektaşları, doktora öğrencisi Pol Fernández ve yerel bitki uzmanlarından oluşan bir ekiple birlikte çok sayıda türü topladı.
Bay Fernández, Barselona'ya döndüğünde, Tmesipteris oblanceolata genomunun yaklaşık 160 milyar çift DNA harfi içerdiğini keşfettiğinde şaşırdı. On üç yıl sonra Dr. Pellicer'ın rekor kıran genomu keşfetmesinin ardından yüksek lisans öğrencisi de rekor kırmanın heyecanını yaşadı.
Evrim sırasında genomların genişlemesinin iki ana yolu vardır. Birçok tür virüs benzeri DNA bölümleri taşır. Kendi genomlarının yeni kopyalarını yaptıklarında bazen yanlışlıkla virüsün o bölümünün ek bir kopyasını da oluştururlar. Bir tür birçok nesil boyunca binlerce yeni kopya biriktirebilir ve bu da genomunun şişmesine neden olabilir.
Bir türün birdenbire bir yerine iki genoma sahip olması da mümkündür. Örneğin, birbirine yakın iki tür çiftleştiğinde ek bir genom ortaya çıkabilir. Melez yavruları daha sonra her iki ebeveynden de tüm DNA setini miras alabilir.
Dr. Pellicer ve meslektaşları, Tmesipteris oblanceolata'daki muazzam miktardaki genetik materyalden virüs benzeri DNA ve kopyalanmış genomların bir kombinasyonunun sorumlu olduğundan şüpheleniyorlar. Ama neden bu mütevazı eğrelti otunun rekor kıran bir genoma sahip olduğunu bilmiyorlar, oysa bizim gibi diğer türler çok daha az DNA'ya sahip.
Çoğu türün DNA'yı herhangi bir hasara yol açmadan yavaş yavaş genomlarında biriktirmesi mümkündür. “Biyolojide bu genellikle 'Neden olmasın?' sorusudur. 'Neden?' yerine,” diyor Yeni Zelanda Bitki ve Gıda Araştırma Enstitüsü'nden genom bilimcisi olan ve yeni çalışmada yer almayan Julie Blommaert.
Ancak bir noktada genomlar o kadar büyüyebilir ki yük haline gelebilirler. Hücrelerin tüm ekstra DNA'yı barındırmak için genişlemesi gerekebilir. Ayrıca devasa genomlarının yeni kopyalarını oluşturmak için daha fazla zamana ve daha fazla besine ihtiyaçları var. Büyük genoma sahip bir organizma, daha küçük genoma sahip bir rakibe yenilebilir. Bu nedenle gereksiz DNA'yı kesen mutasyonlar evrim tarafından tercih edilebilir.
Hayvanların ve bitkilerin gerçekten devasa genomları ancak rekabetin az olduğu istikrarlı iklimler gibi özel ortamlarda geliştirebilmeleri mümkündür. “Belki de bu kadar nadir olmalarının nedeni budur; verimli olmadıkları için dolandırılıyorlar” dedi Dr. Pellicer.
En misafirperver evde bile genomlar sonsuz büyüklükte büyüyemez. Aslında Dr. Pellicer, Tmesipteris oblanceolata'nın neredeyse bir genomun fiziksel sınırına ulaşmış olabileceğini öne sürüyor. “Yaklaştığımızı düşünüyorum” dedi.
Diğerleri o kadar emin değil.
Araştırmaya dahil olmayan George Mason Üniversitesi'nden botanikçi Brittany Sutherland, “Henüz bir tavana ulaşıp ulaşmadığımızı bilmiyorum” dedi. Botanikçilerin yalnızca 12.000 bitki türünün genom boyutlarını ölçtüğünü, geriye kalan 400.000 türün inceleneceğini belirtti. “Tahminler açısından sahip olduğumuz şey okyanusta bir damla” dedi.