And yaprak kulaklı faresinin (Phyllotis vaccarum) zorlu çevre koşullarına nasıl uyum sağladığı incelendi. Araştırma, Schuyler Liphardt ve uluslararası araştırmacılar tarafından yürütüldü. Çalışma, And Dağları’nda, Şili ile Arjantin sınırındaki Llullaillaco Volkanı ile Şili’nin daha alçak rakımlı bölgelerinde gerçekleştirildi. Science dergisinde yayınlanan çalışmada, genomik analizler ve ortak bahçe deneyleri yapıldı. Bu farelerin zehirli bitkilerde bulunan toksinleri etkisiz hale getirmeye yardımcı detoksifikasyon genlerinde uyum özellikleri taşıdığı görüldü.
And yaprak kulaklı faresi, yaklaşık 7 bin metre yükseklikteki Llullaillaco Volkanı’nın zirvesinde tespit edilen ve dünyanın en yüksek rakımında yaşayan memeli hayvan olarak biliniyor. Fare, yalnızca yüksek dağlarda değil, Şili’nin deniz seviyesindeki kıyı bölgelerinde de yaşıyor. Bu özelliği sayesinde deniz seviyesinden yaklaşık 7 bin metreye kadar uzanan geniş yaşam alanına sahip olduğu biliniyor. Daha önce araştırmacılar, aşırı soğuk ve hipoksi (vücut dokularının yeterli oksijen alamaması durumu) nedeniyle bu kadar yüksek irtifaların memeliler için yaşanamaz olduğunu düşünüyordu.
Araştırmacılar, farenin yüksek rakımlara nasıl uyum sağladığını anlamak için And Dağları’nda bilimsel araştırma gezisi düzenleyerek 33 farklı bölgeden çok sayıda fare örneği topluyor. Toplanan örneklerin tüm genom dizilemesi yapılıyor. Bu yöntem, farenin tüm DNA bilgilerinin okunarak genetik özelliklerinin incelenmesini sağlıyor. Araştırmacılar, farklı yüksekliklerde yaşayan fare gruplarını karşılaştırarak bu gruplar arasında genetik farklılıkların nasıl oluştuğunu ve genlerin farklı popülasyonlar arasında nasıl aktarıldığını (gen akışı) araştırdı. Saha çalışmalarından sonra, farelerde görülen özelliklerin kalıtsal mı yoksa yaşadıkları çevrenin etkisiyle mi oluştuğunu belirlemek için laboratuvar deneyleri yapıldı.
Laboratuvarda, yüksek ve alçak bölgelerden getirilen fareler ortak bahçe (common-garden) adı verilen yöntemle incelendi. Yöntemde, farklı çevrelerden gelen canlılar aynı sıcaklık, oksijen seviyesi ve beslenme koşullarında yetiştiriliyor. Böylece aralarındaki farkların yaşadıkları ortamdan mı yoksa genetik özelliklerinden mi kaynaklandığı belirlenebiliyor. Fareler en az iki hafta boyunca aynı kontrollü koşullarda tutuluyor ve bu süreçte bazal metabolizma hızları (dinlenme halindeyken harcadıkları enerji miktarı) ile soğuğa karşı enerji üretme kapasiteleri ölçülüyor.
Karaciğerdeki toksinleri etkisiz hale getiren sistem
Araştırmada, yüksek rakımlarda yaşayan farelerin soğuk ve düşük oksijen koşullarında enerji üretimini sürdürebilmesini sağlayan farklı özelliklere sahip olduğu görülüyor. Farelerin bacak kaslarında bulunan mitokondrilerin (hücrelerin besinlerden enerji üretmesini sağlayan yapılar) daha yüksek kapasiteyle çalıştığı belirleniyor. Böylece vücutları, oksijenin az olduğu ortamlarda bile enerji üretimini daha verimli şekilde sürdürebiliyor. Ayrıca farelerin, enerji elde etmek için şeker yerine yağları parçalayan lipid oksidasyonu yöntemini daha fazla kullandığı ve bu süreci destekleyen enzimlere sahip olduğu görülüyor. Yağlardan daha fazla enerji elde edebilme yetenekleri, özellikle soğuk ortamlarda vücut sıcaklığını korumalarına yardımcı oluyor. Buna karşın, birçok yüksek rakım canlısında görülenin aksine bu farelerin hemoglobininde (kanda oksijen taşıyan protein) oksijeni daha iyi kullanmayı sağlayan belirgin bir genetik değişim bulunamıyor.
Genom taramalarında, en güçlü doğal seçilim izleri oksijen kullanımıyla ilgili genlerde değil, karaciğerdeki biotransformasyon (vücuda giren yabancı ve zararlı maddelerin karaciğer tarafından etkisiz hale getirilmesi) yollarında bulunuyor. Sistem üç aşamalı çalışır: Karaciğer önce zehri dönüştürür, sonra onu vücuttan atmayı kolaylaştıracak molekülle birleştirir ve son olarak hücreden dışarı pompalar. Bu genetik gelişim, farelerin zirvelerdeki sınırlı kaynaklar arasında bulunan zehirli bitkileri ve volkanik topraktaki yüksek arseniği tüketerek hayatta kalmasını sağlıyor.
Araştırmada, karaciğerdeki toksinleri etkisiz hale getiren detoksifikasyon sistemi ile hücrelerin düşük oksijeni algılama mekanizması arasında bir bağlantı olduğu gözlemleniyor. Bu iki süreç, aynı protein üzerinden çalıştığı için birbirini etkileyebiliyor. Bu nedenle farelerin vücudu, düşük oksijen koşullarına uyum sağlarken zehirli maddelere karşı savunmasını da koruyacak bir denge oluşturuyor. Araştırmacılar, farelerin genetik özelliklerinin bu iki sürecin birlikte çalışmasını sağlayacak şekilde şekillendiğini gösteriyor.
Bulgular, gelecekte özellikle kanser araştırmalarına katkı sağlayabilir. İnsanlardaki katı tümörlerin iç bölgelerinde genellikle düşük oksijen seviyeleri (hipoksi) görülür ve bu durum, kemoterapi ilaçlarının hücrelerde nasıl etkili olduğunu değiştirebilir. And yaprak kulaklı faresinin düşük oksijen koşullarında zararlı maddeleri etkisiz hale getirme mekanizmasının incelenmesi, tümörlerin ilaçlara karşı nasıl direnç geliştirdiğini anlamaya ve daha etkili tedavi yöntemleri geliştirmeye yardımcı olabileceği düşünülüyor.
Kaynak: Science
Görsel: Marcial Quiroga-Carmona