Dr. Özgül küçülen koyunların sırrını anlatıyor

Klasik evrim kuramı, büyük bireylerin hayatta kalma ve çoğalma olasılığının daha yüksek olmasını öngördüğü halde, Soay koyunlarının boyu zamanla niçin küçülüyor? Bu sorunun yanıtını araştıran Imperial College London’da araştırma görevlisi Dr. Arpat Özgül ve ekibi, koyunlarda gözlemlenen esrarengiz küçülmenin evrim ile çevre koşullarının birbiriyle karmaşık etkileşiminin bir sonucu olduğunu gösterdi. Yani, koyunlardaki küçülmenin temel nedeni iklim değişikliği. Koyunlarda iklim değişikliğinin etkisi şu iki şekilde ortaya çıkıyor:

Daha ılımlı geçen kış aylarında hayat koşulları eskiye göre daha kolay olduğundan, ufak bireylerin hayatta kalma olasılığı zamanla artıyor.

Buna ek olarak koyun sayısında görülen artış sonucu ot miktarı azalıyor ve kuzuların büyüme hızı daha da yavaşlıyor.

Bu iki etki birleşince koyunların boylarındaki düşüşün çevresel nedenleri ortaya çıkıyor.

Araştırma ekibi ayrıca, bir annenin yaşının, yavruladığı kuzunun boyunu belirleyen önemli bir etken olduğunu gösterdi. Genç anneler henüz erişkin boya ulaşamadıkları için, ortalamadan daha ufak kuzular doğuruyor (genç anne etkisi). Araştırma, boy ortalamasındaki düşüşün iklimsel değişiklik ve ada popülasyonundaki artış ile doğrudan ilgili olduğunu gösteriyor. Genç anne etkisi ve kuzuların çevresel koşullara tepkisel olarak daha yavaş büyümesi, arka planda gerçekleşen evrimsel baskıyı gölgeliyor.

Araştırma ekibinin danışmanı Dr.Tim Coulson da “Koyunlar giderek daha da küçülecek. Bundan sonraki aşamada geçmişe ait verileri geleceği yönelik modellerin oluşturulmasında kullanacağız. Ancak bundan 100 yıl sonra cücelerin “cep koyunları”na çobanlık yapacağını söylemek için çok erken.”

Araştırmayı sürdüren ekibin başı Dr. Arpat Özgül’ün sorularımıza verdiği yanıtları sunuyoruz.

Soru: Science dergisinde çok ilginç bir araştırmanız yayımlandı… “iklim nedeniyle koyunlar küçülüyor” diye… Bu küçülmeyi nasıl saptadınız?

Yanıt: Aslında Soay koyunlarının boy ortalamasındaki azalma daha önce de biliniyordu, ancak altında yatan sebepler belirsizdi. Değişen çevre şartlarına yabanhayat popülasyonlarının tepkisini saptayabilmek için, çok sayıda bireyi ve uzun zaman dilimlerini kapsayan demografik veri gerekli. İşin zorluğundan dolayı bu tür çalışmaların sayısı oldukça az. Soay koyunları da, üzerinde uzun-süreli ekolojik araştırma yapılan bu ender memelilerden biri. Hirta adasındaki yüzlerce bireyin her biri, yılda en az bir kez yakalanıp, boyu ve kilosu ölçülüyor, gen örnekleri alınıyor. Toplanan bu demografik veriler sayesine her bireyin hayatındaki önemli kilometre taşları (doğum tarihi, ilk kez kaç yaşında yavruladığı, her yıl kaç kuzu doğurduğu, hangi yıl öldüğü) belgeleniyor. İşte 24 yıl boyunca toparlanan bu veriler sayesinde boy ve ağırlık ortalamasında bir düşüş olduğunu gördük.

Türkiye’de benzer çalısmalar yapılıyor mu?

Çok az sayıda da olsa, yeni yeni başlıyor. Stanford Üniversitesi’nden Dr. Çağan Hakkı Şekercioğlu’nun danışmanlığında Kars Kuyucuk Gölü’nde beş sene önce başlatılan kuş halkalama çalışması bu tür çalışmalara harika bir örnek (www.kuyucuk.org).

Bu küçülmeyi iklimle nasıl ilişkilendiriyorsunuz?

Dünya basını iklim değişikliği ile ilgili sonuçlarımıza odaklandı. Aslında, bu çalışmada asıl amacımız, boy ortalamasında gözlemlenen azalmanın altında yatan evrimsel, ekolojik ve demografik nedenleri incelemekti. Bunu isterseniz biraz açayım: Bir popülasyonun herhangi bir fenotip özelliğinde (fenotip: genetik ve çevresel etkenlerin canlının dış yapısına yansıması) görülen değişimi dört ana bileşenine ayırıyoruz: 1) seçilim baskısı, 2) ortalama büyüme hızında değişim, 3) ebeveyn ve yavruların boy farkında değişim ve 4) demografik yapıda değişim.

Örneğin, bizim çalışmamızda incelediğimiz boy ortalamasındaki düşüşü ele alalım.

Boy üzerinde bir seçilim baskısı varsa (örneğin daha küçük bireylerin sağ kalma ve çoğalma olasılıkları yüksekse), hayvanların ortalama büyüme hızında bir düşüş varsa, anneler ortalamada daha küçük yavrular doğuruyorsa, veya demografik yapıda bir değişiklik varsa (örneğin genç koyunların sayısı, yetişkinlere göre artıyorsa) boy ortalaması zamanla azalır.

Ancak değişken çevre şartlarında, fenotipte görülen değişimin bu dört ana bileşeni karmaşık bir şekilde birbirine girer ve analitik olarak ayrıştırması çok zor bir hal alır. İşte bizim çalışmamızın en önemli başarısı bu matematiksel ayrıştırmayı gerçekleştirebilmemiz! Bu ayrıştırma sayesinde, boy ortalamasındaki azalmanın ana nedeninin kuzuların (0-1 yaş) ortalama büyüme hızındaki azalma olduğunu saptadık. Bu bizi küçülmenin sebeplerini anlamamıza bir adım daha yaklaştırdı. Bir sonraki adımda ise istatistiksel yöntemler kullanarak kuzuların büyüme hızındaki düşüşü etkileyebilecek çevresel etkenleri inceledik.

İşte bu analiz sonucunda iklim değişikliğinin etkilerini fark ettik. Gittikçe ılımanlaşan kış şartları boy üzerindeki seçilim baskısını azaltıyor ve bunun sonucunda koyun sayısında görülen artış kuzuların büyümesini yavaşlatıyor. Büyümedeki bu yavaşlamanın sebeplerinin, artan koyun sayısıyla beraber birey başına düşen ot miktarının azalması ve parazit yayılımının artması olduğunu tahmin ediyoruz.

Araştırmanızda, küçülmenin yanı sıra koyun sayısının arttigını belirtiyorsunuz, iklimdeki değişimin burada olumlu bir etkisi sayılamaz mı, insan için daha çok besin elde etme şansının artması gibi ?!

Bizim çalışmamıza dayanarak “iklim değişikliği insanlara besin kaynağı olan türlerin sayısını arttırır” gibi bir genelleme yapmak yanlış olur. Unutmamalı ki, üzerinde çalıştığımız koyunlar bir ada popülasyonu! Fosil kayıtlara ve günümüzde yaşayan ada türlerine baktığımızda, adaların anakaradan gelen türler üzerinde ilginç etkileri olduğunu görüyoruz. Cüce fil ve suaygırları veya dev kaplumbağa ve güvercinler (Dodo) bunlara birer örnek. Ada koşulları, türün uyum sağladığı anakara koşullarından farklı olduğu için, değişen şartlarda fenotipik özellikler de farklı yönlere kayabiliyor.

Koyunlarda son 24 senede görülen bu değişimin de iklim değişimi ve ada koşullarının etkileşimi sonucu olduğunu görüyoruz. Ilımanlaşan kış ayları sonucu daha fazla koyun hayatta kalırken, bir yandan da popülasyondaki daha zayıf bireylerin sayısı artıyor. Ancak bu durum, sert geçecek bir kışın popülasyon üzerindeki etkisinin eskiye göre çok daha yıkıcı olmasına ve büyük kayıplara neden olabilir. Soay koyunlarının sayısında 2002 ve 2005 yıllarında görülen ani düşüşler buna örnek... Bizim çalışmamızdan çıkarılacak sonuç bence şu olmalı: İklim değişikliği koyun gibi dayanıklı bir türde bile önemli değişikliklere yol açabiliyorsa, diğer birçok yabanhayat türünü de tahmini ve geri dönüşü zor bir şekilde etkileyebilir.

Eğer koşullardaki değişim böyle sürerse, bu yeni şartların canlılar üzerindeki etkisi ne olur? Başka canlılarda değişimler saptadınız mı?

Bir türün değişen çevre koşullarına vereceği tepkiyi anlayabilmek için iki ana unsura bakmak lazım: fenotipik esneklik ve genetik çeşitlilik. Fenotipik esneklik aynı gen yapısındaki bireylerin farklı çevresel koşullar altında farklı özellikler gösterebilmesidir. Genetik çeşitlilik ise, popülasyon içerisinde herhangi bir seçilim baskısına cevap verecek yeterli çeşitliliğin olup olmadığını belirler.

Birçok canlı türünün küresel ısınmaya karşı gösterdiği değişikliklerin çoğu, aslında evrimleşme sürecini etkilemeyen, fenotipik esnekliğe birer örnektir. Koyunlarda şu ana kadar gördüğümüz değişimin de çoğunlukla bu fenotipik esneklik sonucu olduğunu anladık. Ancak, fenotipik özellikler bir lastik gibidir, gerildikçe (yani doğal sınırlarına yaklaştıkça) esneklik azalır ve zamanla seçilim baskısı artar. İşte böyle bir durumda, o popülasyonun akıbetini bu seçilim baskısını karşılayabilecek yeterli genetik çeşitliliğin olup olmadığı belirler.

Karşımıza çıkan birkaç örnekte bazı türlerin küresel ısınma karşısında evrilebileceğini, yani popülasyondaki gen dağılımında bir değişimin olabileceğini görüyoruz. Kanada’daki kızıl sincaplar ve Avrupa’daki büyük baştankaralar bunlara ilginç birer örnek.

Küresel ısınma sonucu erken gelen bahardan yararlandıkları için erken üreme genlerine sahip sincap ve baştankaralar daha avantajlı oluyor. Bunun sonucunda popülasyonun gen yapısında bir değişim görülüyor. Ancak bunlar, hızlı değişen koşullara hızlı tepki verebilecek kadar kısa yaşam döngüleri olan - dolayısıyla genetik çeşitliliğin kaynaklarından biri olan faydalı mutasyonların daha sık ortaya çıktığı - şanslı türlerden. Diğer birçok tür ise ya fenotipik esneklikleri sınırlı olduğundan, ya yeterli genetik çeşitliliği barındırmadığından, ya da uzun yaşam döngüleri olduğundan hızlı değişen çevresel koşullara ayak uyduramayıp yok olacaktır. Fosil kayıtlarda jeolojik dönemlerdeki bu tür kitlesel yokoluşların birçok örneğini görüyoruz.

Küresel bakarsak, bunun sonuçları neler olabilir? İklim değişikliğinin, bazı canlılar için yararlı bazıları için zararlı sonuçları olacağı söylenebilir mi?

Olaya küresel baktığımızda, tek tek canlı türlerinden çok ekosistemlerin nasıl etkileneceğini düşünmemiz gerekir. Ekosistemler yüzlerce/binlerce canlı türün birbiriyle girdiği etkileşim sonucu oluşmuş bazıları hassas bazılarıysa dayanıklı sistemlerdir. Canlılarda çevresel değişikliklere karşı dayanıklılığı belirleyen fenotipik esnekliğin ekosistemler için karşılığı, ekosistem direncidir. Bu direnç, bir ekosistemin değişen çevre şartlarına ne kadar uyum sağlayabileceğini belirler. Direncinin son noktasında bir ekosistem dengesini kaybeder. Yeni dengesini nerede bulacağını veya bulana kadar kaç türün yok olacağını tahmin etmek çok zor.

Küresel ısınmanın trajik etkilerini açık bir şekilde, okyanusların tropik ormanları olan mercan ekosistemlerinde görüyoruz. Hint Okyanusu’ndaki mercan kayalıklarının yüzde doksanı, okyanus sularının ısınması sonucu mercan ağarması dediğimiz ve geri dönüşü çok zor bir yıkıma uğruyor. Yokolan her mercan ekosistemiyle beraber içerdiği türlerin büyük bir kısmı da yok oluyor. Buna benzer örnekler kara ekosistemleri için de mevcut. Elbetteki, küresel ısınmanın bazı türler için zararlı, bazıları içinse yararlı sonuçları olacaktır. Ancak, değişen çevre şartlarında hangi türlerin ve ekosistemlerin hayatta kalacağını ve insanoğlunun bu yeni şartlara ne derecede uyum sağlayabileceğini tahmin etmek çok zor.

Bu koyunların özelliği nedir, bizde bir karşılığı var mı?

İskoçya açıklarındaki St. Kilda Takımadaları’nda yaşayan Soay koyunları aslında bildiğimiz evcil koyunların (Ovis aries) yabani ve bilinen en ilkel atalarından biri. Korsika, Sardunya ve Kıbrıs’ta bulunan Akdeniz muflonuna benzer fiziksel özellikler gösterir. Modern evcil koyunlardan çok daha ufak olmasına karşın, oldukça dayanıklı ve çevik bir tür. Her yaz bu çevik hayvanları yakalamak için epey ter döküyoruz.

Başka hangi konular üzerinde araştırmalarınız var?

Ana ilgi alanlarım yaban hayat ekolojisi, biyodemografi, evrimsel biyoloji ve koruma biyolojisi. Yüksek lisans tezim sırasında Kuzeybatı Anadolu yarasalarının ekolojisi ve koruması üzerine çalıştım. Doktora tezim ise popülasyon ekolojisi üzerineydi. Çalışmamın ana konusu Kolorado’da yaşayan marmotlardı. Marmot, yer sincaplarının en büyüklerinden, oldukça sevimli ve üzerinde çalışması eğlenceli bir tür. Bu türü örnek kullanarak, tehlike altındaki birçok türü de kapsayan parçalanmış popülasyonların dinamiklerini inceledim. Tez konumun yanı sıra küçük memeli türlerinde görülen döngüsel popülasyon dinamiklerinin sebeplerini araştıran ilginç bir çalışmamız da oldu. Florida adalarında yaşayan bir tür sukaplumbağasının kasırgalardan nasıl etkilendiğini inceleyen bir başka çalışma daha yaptık.

Doktora sonrası ilk çalışmam ise yabanhayat popülasyonlarında hastalık yayılımı üzerineydi; Florida’da yaşayan bir kara kaplumbağasında görülen solunum enfeksiyonunun bu popülasyonu nasıl etkilediğini inceledik. Imperial College’da son bir buçuk senedir sürdürmekte olduğum araştırmalarımda ise evrimsel demografi üzerine çalışıyorum. Burada Prof. Tim Coulson danışmanlığında, farklı hayvan popülasyonlarından toplanmış uzun-süreli verileri kullanarak, değişen çevre koşullarında evrimsel ve ekolojik süreçlerin birbirleriyle nasıl etkileştiğini demografik yöntemler kullanarak inceliyoruz. Soay koyunları bu çalışmanın ilk adımıydı. Benzer yöntemleri marmot, kızıl geyik, mirket ve yersincaplarına uygulayarak, sadece yakın geçmişte olan değişimi incelemekle kalmayıp, yakın geleceğe yönelik evrimsel öngörülerde bulunabilecek modeller üzerinde de çalışıyoruz.

Evrim bilimi açısından çalışmanızın önemini değerlendirir misiniz?

Bizim çalışmamız yaban hayat popülasyonlarında mikroevrim sürecini daha iyi anlamamızı sağlayan önemli bir adım. Son 20 senede bilim dünyası ekolojik ve evrimsel süreçlerin aynı zaman dilimlerinde gözlemlenebileceğini fark etti. Yani ekolojiyi anlamadan evrimi, evrimi anlamadan da ekolojiyi anlamanın kolay olmadığını gördük. Ekolojik etkileri kontrol altında tutabildiğimiz hayvan ve bitki yetiştiriciliğinde durum daha kolay! Modern yetiştiricilikte kullanılan matematiksel mikroevrim modelleri sayesinde istediğimiz özellikteki soyları (örneğin daha iyi süt veren inekleri) yapay-seçilim yöntemleri kullanarak elde edebiliyoruz.

Ancak, benzer modeller yaban hayat popülasyonlarına uygulandığında fazla basit kaçıyor. Değişen çevre şartlarında ekolojik ve evrimsel süreçlerin birbirleriyle oldukça karmaşık bir şekilde etkileşmesi, bu süreçleri analitik olarak ayrıştırmamızı çok zorlaştırıyor. Halbuki, bir türde görülen değişimi farklı bileşenlerine bölüp inceleyebilirsek, türlerin ileride çevresel değişikliğe gösterecekleri tepkileri tahmin edebiliriz.

İşte, bizim bu çalışmada yaptığımız da bu. Evrimsel ve ekolojik süreçlerin birkaç yıllık zaman dilimi içerisinde birbirleriyle karmaşık bir şekilde etkileşerek bu beklenmeyen değişime yol açabileceğini gösterdik. Bir sonraki adım ise geçmişe yönelik bu analizleri, ileriye yönelik öngörü modellerine dönüştürmek. Bu çalışmamızın, Darwin’in doğumunun 150’nci ve ‘Türlerin Kökeni’nin yayımlanmasının 200’üncü yılının kutladığı bu yıla denk gelmesi de güzel bir rastlantı oldu.