Konu: Darwin ve Moleküller
- 22.Eylül.2012 #1
Ziyaretçilerimize Uyarı!: Kullanıcıların Profil Bilgileri Misafirlere Kapatılmıştır. Görmek için KAYIT olmalısınız.~
Darwin ve Moleküller
Darwin ve MoleküLLer
Doğal seçilim aslında bir genetik kuramı. Çünkü doğal seçilim süreci genetik çeşitliliğin varlığını gerektiriyor. Bu çeşitlilik ortamında Darwin'in deyimiyle "varolma mücadelesi"nde avantajlı özelliklere sahip bireyler varlıklarını sürdürebiliyor ve bu özelliklerini bir sonraki kuşağa aktarabiliyorlar. Ancak Darwin genetik süreçlerin nasıl işlediğini özelliklerin bir kuşaktan diğerine nasıl aktarıldığını bilmiyordu.
Ebeveynler ve yavrular arasındaki genel benzerliğin farkında olsa da kalıtım sürecinin ayrıntılarını anlamamıştı. Oysa tam da Darwin'in evrim düşüncesini geliştirmekte olduğu sıralar Gregor Mendel bu ayrıntıları anlama aşamasındaydı.
Darwin Mendel'in makalesini hiçbir zaman okumadı. Sonuç olarak o sıralar kalıtımla ilgili geçerli yaklaşım olan "karışımsal kalıtım" düşüncesiyle yetinmek zorunda kaldı. Bu düşünceye göre bir yavru ebeveynlerinin özelliklerinin bir karışımını taşırdı ve genellikle bir özellik anne ve babanınkilerin ortalaması gibiydi.
Ancak "Türlerin Kökeni"nin yayımlanmasından sekiz yıl sonra (Mendel'in makalesinden bir yıl sonra) 1867'de bir mühendis olan Fleeming Jenkin karışımsal kalıtım ve doğal seçilimin birbirleriyle uyumlu olmadığını gösterdi. Biri kırmızı diğeri beyaz iki kutu boya olduğunu ve doğal seçilimin "kırmızı" özelliği yeğlediğini düşünün. Karışımsal kalıtım durumunda kırmızı bir birey ile beyaz bir bireyin çiftleşmesi sonucu oluşacak yavrular her zaman pembe olacaktır.
Yalnızca kırmızı ile kırmızının çiftleşmesi durumunda kırmızı bireyler ortaya çıkacak diğer tüm çiftleşmelerdeyse (ör. beyaz + kırmızı: pembe + kırmızı) kırmızılık azalacaktır. Yeni ve yararlı bir özellik olan kırmızı büyük bir olasılıkla ender olarak ortaya çıkacak ve hakim durumdaki beyaz form ile çiftleşerek pembe yavrular üretecektir.
Diğer bir deyişle karışımsal kalıtım her şeyin orta noktaya yaklaşmasına yol açacak renk pembeye yaklaştıkça bir uç nokta olan kırmızı yok olacaktır. Fleeming'in düşüncesi haklı olarak bunun doğal seçilimin etkisine ters düşen bir süreç olduğuydu.
Darwin Jenkin'in haklılığını görerek kuramını kurtarmak için bir yol aradı ve "pangenesis" adını verdiği kendi kalıtım kuramını ortaya attı. Bu kuram özünde Jean-Baptiste de Lamarck adlı Fransız biyologun 19. yüzyılda dile getirdiği ve sonradan "Lamarkizm"le tanımlanacak olan kalıtım sürecine benziyordu.
Bu süreç "edinilmiş özelliklerin kalıtımı"nı içeriyordu. Temelde Lamarck bir canlının yaşamı süresince edindiği özellikleri yavrularına geçirebileceğine inanıyordu. Lamarck'ın kendisi tarafından kullanılmamış olmasına karşın bu konudaki en ünlü örnek zürafanın boynuyla ilgili olanıdır. Lamarkizme göre tek tek her zürafa en üst dallardaki yapraklara ulaşabilmek için yaşamı boyunca boynunu gerdiği için yaşlı bir zürafanın boynu gençlerinkine göre biraz daha uzundur.
Lamarck zürafanın boyun uzunluğundaki bu değişimin yavrularını da etkileyeceğini düşünüyordu; böylece sonraki kuşağın zürafaları yaşamlarına önceki kuşaktan daha uzun boyunlarla başlayacaklardı. Darwin'in Pangenesis Kuramı ise bu süreç için bir mekanizma öneriyordu: Vücudun değişik parçalarında üretilen "gemül"ler kana karışarak eşey hücrelerine yani erkekte sperm dişideyse yumurta hücrelerine taşınıyordu. Her bir gemül anatomik bir parça ya da bir organa ait özellikleri belirliyordu. Bu durumda bir zürafanın yaşamı boyunca boynunu germesi "boyun uzunluğu" gemüllerinin sürekli "daha uzun boyun" sinyalleri göndermesine neden olacaktı.
Lamarck ve Darwin yanılmışlardı. Darwin'in kurguladığı sistemin yanlışlığını ortaya çıkaran kendi kuzeni Francis Galton oldu. Galton birkaç kuşak boyunca tavşanlara başka renk tavşanlardan kan verdi. Darwin haklı olsaydı kanın içindeki yabancı renk gemülleri nedeniyle alıcı tavşanların en azından birkaç tane 'yanlış renkte'yavru üretmeleri beklenirdi. Oysa Galton deneyi birçok kuşak boyunca tekrarlamasına karşın beklenenden farklı bir renk oranı gözlemlemedi.
Jenkin'in eleştirilerini yanıtlayabilmek için son çare olarak Pangenesis'e sarılmış olan Darwin'se Galton'un ortaya koyduğu delilleri kabul etmek istemedi. Sonunda Darwin'in öldüğü sıralarda Alman biyolog August Weismann sperm ve yumurta oluşturan eşey hücrelerinin diğer vücut dokularıyla ilişkisi olmadığını ortaya koydu. Yani. bir zürafanın boynuyla sperm/yumurta üreten hücreleri arasında hiçbir iletişim yoktu. Dolayısıyla Lamarkizm ve Pangenesis biyolojik olarak olanaksızdı.
Darwin'in Mendel'in çalışmaları konusunda bilgisi olsaydı Jenkin'i yanıtlayabilmek için son derece ayrıntılı üstelik de bütünüyle yanlış olan Pangenesis Kuramı'nı ortaya atması gerekmeyecekti.
Mendel bezelye bitkilerini üreterek yaptığı gözlemlerine dayanarak daha sonra "gen" adı verilecek olan kalıtım etkenlerinin bireyin deneyimlerinden etkilenmedikleri aksine kuşaktan kuşağa bir bütün olarak ve değişmeden aktarıldıkları sonucuna vardı. Ayrıca bazı koşullar altında bir özellik geçici olarak gizli kalabiliyordu.
Kırmızı ve beyaz boya kutularımıza dönecek olursak ilk çiftleşmenin sonucunda pembe bireyler ortaya çıksa bile. bir sonraki kuşakta örneğin pembe + pembe çiftleşmesinden kırmızı bireyler elde edilebilirdi. Böylece Mendel'in çalışmaları hem doğal seçilimi Jenkin'in eleştirilerinden kurtarıyor hem de doğal seçilimin işleyebileceği genetik bir temel sağlıyordu.
Doğal seçilimin kritik etkeniyle ilgili olarak (önce karışımsal kalıtım sonra da Pangenesis konusunda) Darwin'in iki kez yanıldığı düşünülürse bu kuramın varlığını sürdürmesi çok olağandışı bir durum. Üstelik kuruluşundaki hatalara karşın bu kuramın doğruluğu artık kanıtlanmış bulunuyor.
Bu olağandışı sonucun nedeni Darwin'in öncelikli olarak bir 'deneyci'(empiricist) olmasıydı: Onun için önemli olan. gözlemlerini açıklama çabaları değil gözlemlerin kendisiydi. Evrim biyologu Ernst Mayr'ın da yazdığı gibi "Darwin genetik çeşitliliği bir 'kara kutu'gibi ele aldı. Hem bir doğabilimci hem de hayvan yetiştiriciliğiyle ilgili literatürü izleyen bir okuyucu olarak. çeşitliliğin her zaman var olduğunu biliyordu ve bu onun için yeterliydi. Ayrıca doğal seçilimin hammaddesi olan çeşitliliğin her kuşakta yenilendiğinden ve dolayısıyla her zaman varolacağından da emindi. Diğer bir deyişle doğal seçilim kuramının öncülü olarak doğru bir genetik kurama gereksinimi yoktu."
Öte yandan son 50 yıl içinde moleküler genetik alanında kaydedilen olağanüstü ilerlemeyi gözönüne alırsak Darvin'in düşüncelerinin varlığını sürdürebilmiş olması daha da şaşırtıcı. Jim Watson ve Francis Crick DNA'nın sarmal yapısını. "Türlerin Kökeni"nin yayınlanmasından neredeyse 100 yıl sonra ortaya çıkardılar. O zamandan beri moleküler biyolojide kaydedilen ilerlemeleri Darwin'in öngörmesine olanak yoktu. Yine de onun basit kuramı biyolojide kendisini izleyen tüm gelişmelere ters düşmeden yaşadı. Hatta yeni bulgular kuramı zayıflatmak bir yana. destekledi bile.
Moleküler genetiğin en son zaferini insanın (ve birçok başka türün) genomundaki dizilimin eksiksiz olarak belirlendiği çalışmayı ele alın: Kendisi de genom projelerinin başlatanlarından olan Jim Watson projeden bugüne kadar elde edilen en önemli bulgunun ne olduğu konusunda düşüncesi sorulduğunda "Genom projesi Darwin'in kendisinin bile inanmaya cesaret edebileceğinden daha haklı olduğunu gösterdi" yanıtını vermişti.
Ayrıca Watson. beklenilenin tersine genom projesinden çıkarılacak tıbbi sonuçlar yerine evrimsel sonuçlan vurgulamayı yeğledi. Çünkü genom projesi genetik organizasyonun temel özelliklerinin tüm canlılar tarafından ne ölçüde paylaşıldığını ortaya çıkarmış bulunuyordu. Watson haklı olarak genom çalışmalarıyla birlikte canlıların evrimsel bağlantılarıyla ilgili yeni ufukların da açılacağı düşüncesinde.
Yakın zamanda "Türlerin Kökeni"ni yeniden yazma ve güncelleştirme işini üstlenmiş olan İngiliz bilimci Steve Jones da Darwin'in çalışmasının sağlamlığından etkilenenlerden: "Sonuç olarak bu kitap (benim beklemediğim kadar) aslına benzeyen bir yapıt oldu. Darwin'in tezi. bir asırlık bilimsel gelişmeyi kolayca kaldırabiliyor."
Tüm bulgular Darwin'in düşleyebileceğinin çok ötesinde olmalarına karşın "Türlerin Kökeni"nde çizilen çerçeveye rahatça oturuyorlar. Bu modern çağda Darwin gerçekten de "kendisinin bile inanmaya cesaret edebileceğinden daha doğru".
Yaprak yiyebilmek için moleküler düzeyde ne gerekli?
Doğal seçilimin gücünü en iyi ortaya koyan süreçlerden biri de "benzeştiren evrim"dir. Bu süreç akrabalıkları olmayan canlı gruplarının aynı seçilim baskısı sonucunda benzer özellikler edinmesini içerir. Bu yakınlaşma farklı düzeylerde olabilir: Örneğin kuşların ve yarasaların kanatlan benzeştiren evrim sonucunda oluşmuştur.
Her iki çözüm de. bir uçma organı yaratmak şeklindeki evrimsel sorunu paylaşır. Kuş ve yarasa kanatları temelde bütünüyle farklıdır elbette (örneğin kuş kanadı kuşun yalnızca ön ayağını yarasa kanadıysa hem ön hem de arka ayakları içerir). Ayrıca bu iki canlı grubunun uçma yeteneğini birbirlerinden bağımsız olarak kazandıkları da çok açıktır. Taksonomistlerin yarasayı kuş olarak sınıflandırma tehlikesi yoktur; çünkü bu canlılar ortak olan sorunlarını çok farklı yollarla çözmüşlerdir.
Ancak taksonomistler için büyük sorun yaratan doğal seçilim örnekleri de var. Bazı durumlarda benzeşim süreci o kadar etkili oluyor ki ortaya çıkan benzerliğe dayanarak hiçbir akrabalığı olmayan canlılar yanlışlıkla aynı gruba konulabiliyorlar. Örneğin soyu tükenmiş olan keselikurdun görünürde kurda çok benzemesi ilk taksonomik değerlendirmeler sonucunda bu iki canlının yakın evrimsel akrabalar olarak sınıflandırılmasına (diğer bir deyişle benzerliklerinin kurt-benzeri ortak bir atadan evrimleşmiş olmalarından kaynaklandığı düşüncesine) neden olmuş.
Oysa daha ayrıntılı bir incelemede temelde çok farklı iki ayrı memeli grubuna ait oldukları ortaya çıkıyor: Keselikurt bir keseli kurtsa bir etenli (plasentalı) memeli. Yani bir kurda benzemesine karşın keselikurt aslında kanguru gibi keseli hayvanlarla daha yakın akraba. Öyle görünüyor ki iki ayrı bölgede 'köpek'liği yeğleyen seçilim baskısı biri keseli diğeri plasentalı olmak üzere iki farklı hayvan çözümüyle sonuçlanmış.
Darwin'in bu örneklerle bir sorunu olmayacağı kesin. Ancak DNA devrimi seçilim sonucu oluşan benzerlikleri çok daha ayrıntılı incelememize olanak tanıyor. Doğal seçilim ne kadar duyarlı? Benzer seçilim baskıları farklı gruplar arasında moleküler düzeyde benzeşmeyle sonuçlanabilir mi? Diğer bir deyişle temel bir işlevi yerine getirmek üzere belli bir proteini kullanan çeşitli canlılar arasında protein dizilimi açısından benzeştiren evrim gelişmesini bekleyebilir miyiz?
DNA dizilimi yaşamın aktif molekülleri olan proteinleri kodlar. Proteinlerin kendileriyse aminoasit adı verilen yapıtaşlarından oluşurlar. Yani bir genin DNA dizilimi oluşacak aminoasit zincirini belirler. Dolayısıyla DNA diziliminde oluşan bir mütasyon. üretilen proteinin aminoasit dizilimini de etkiler. Öyleyse belli bir proteinin belli bir biçimde kullanımının yeğlendiği durumlarda akrabalığı olmayan canlıların aminoasit diziliminde de benzeştiren evrim görmeyi bekleyebilir miyiz?
Doğal proteinlerde 20 farklı aminoasit bulunabiliyor. Proteinin belli bir yerinde bu 20 aminoasitten herhangi biri bulunabileceği için olası farklı dizilim sayısının çok yüksek olduğunu unutmayın. Örneğin 200 aminoasit uzunluğundaki bir protein için 20 üzeri 200 farklı aminoasit dizilimi bulunabilir. Doğal seçilim proteinin işlevini en iyi biçimde yerine getirmesini sağlayan dizilimi yeğler. Ama doğal seçilim ne kadar kesin sonuç verebilir? Belli bir işlev için ortak seçilim baskıları olduğunu varsayarsak farklı canlı gruplarında bağımsız olarak aynı aminoasit dizilimiyle -bütün olasılıklara karşın yeğlenen dizilimle- sonuçlanabilir mi?
Belli koşullar altında "evet". Bunun en iyi örneğini yaprak-yiyen hayvanlarda görebiliriz. Yaprak yemek besin elde etmenin zahmetli bir yolu; çünkü bitkilerde hücre duvarının temel maddesi olan selülozun parçalanması özellikle zor. Ve selülozu parçalayamazsanız yaprak hücrelerinin içine ulaşıp gerekli besinleri alamazsınız. Bu nedenle "geviş getirenler" olarak bilinen ineğin yanısıra başka evcil hayvanları da içeren memeli grubu mikroplardan yararlanır.
Bu hayvanların bağırsaklarında selülozu ustaca parcalayabilen bakteri toplulukları yaşar. Kısacası inekler selülozu parçalayıp bitki hücrelerini açmak için bakterileri kullanırlar. Ama bakteriler bu hücrelerin içindeki besini kendileri kullandıkları için ineklerin bu kez de besini bakterilerden ayırmanın bir yolunu bulmaları gerekir. Bunu yapabilmek için inekler ve diğer geviş getirenler "lizozim" adı verilen ve bakterilerin hücre duvarını parçalayan bir enzim (aktif bir protein) kullanırlar.
Sonuç olarak bir ineğin yediği otlardan besin elde etme süreci son derece dolaylı: Otu yiyor bakteriler bitkinin selüloz hücre duvarını parçalıyor ve hücrenin içindekileri kullanıyor: bundan sonra ineğin bağırsaklarındaki lizozim bakterileri parçalıyor ve sonunda besinler ineğe ulaşabiliyor. Evrimsel açıdan lizozim yeni bir sindirim işlevi için kullanılmış oluyor. Enzimin tipik işleviyse memeli vücudunu bakteri saldırılarına karşı korumak; hayvan için sorun yaratmalarına fırsat vermeden bakterilerin lizozimler tarafından parçalanması gerekiyor. Örneğin gözyaşındaki lizozim bu yolla bakteriyel enfeksiyon riskini azaltıyor.
Aslında geviş getirenler yaprak yemekte uzmanlaşmış tek memeli grubu değil. Özellikle Asya'da yayılım gösteren ve langur adı verilen bir grup maymun da bu işi yapabiliyor. Peki ama langurlar selülozu sindirme sorununu nasıl çözüyorlar? Şaşırtıcı bir şekilde (ve geviş getirenlerle hiç de yakın akraba olmadıkları için bağımsız olarak) bu sorun için aynı çözümün evrimleştiğini görüyoruz: Onlar da bağırsaklarında işlevi selülozu parçalamak olan bir bakteri topluluğu barındırıyorlar. Ve onlar da bakterilerin bitkilerden aldıkları besini elde etmek için bakterilerin hücre duvarını parçamada lizozimden yararlanıyorlar.
Bu olgunun kendisi benzeştiren evrimin. diğer bir deyişle bütünüyle ayrı iki hayvan grubunun ortak bir evrimsel sorunda aynı çözüme ulaşmasının güzel bir örneğini oluşturuyor. Ancak benzeşim bununla da kalmıyor: Langur maymunlarına ve geviş getirenlerden biri olarak ineğe ait lizozimlerin aminoasit dizilimlerini karşılaştırdığımızda bu kadar uzak akraba olan gruplar için bekleyebileceğimizden çok daha yüksek bir benzerlik buluyoruz. Daha ayrıntılı bir inceleme yaptığımızdaysa geviş getirenlerdeki belli aminoasit değişimlerinin (olasılıkla lizozimin sindirime ilişkin bu yeni işlevi kazanmasını kolaylaştırmak üzere) langurlarda da gerçekleşmiş olduğunu görüyoruz.
Bu son derece olağanüstü bir sonuç. Bu iki yaprak-yiyen grup yalnızca selüloz sorununu çözmek için kirli işlerini bakterilere yaptırmakla kalmadılar lizozimi genel bir bakteriyel savunma enzimi olmaktan sindirim işlevinin temel öğesi olmaya dönüştüren aminoasit değişimleri açısından da benzeştiler. Doğal seçilimin aminoasit diziliminde evrimle sonuçlanması gerçekten dikkate değer bir olgu. Bizim gibi (ya da inekler ya da langur maymunları gibi) karmaşık hayvanların vücudunda üretilen yaklaşık 100 000 farklı protein var. Ve bu örnekte bu proteinlerden yalnızca bir tanesinde lizozimde oluşan küçük farklılaşmalar doğal seçilimin gücünü yönlendirmek için yeterli olmuş.
Yakın geçmişte bu öykünün bir başka yanı daha ortaya çıktı. Geviş getirenler ve langur maymunları gibi yaprak yiyen ve dolayısıyla selüloz sorunuyla karşı karşıya olan bir kuş türü incelendiğinde yalnızca Amazon havzasında bulunan ve son derece garip görünüşlü olan "hoatzin" adlı bu kuşun da selüloz sorununu bakterilerin yardımıyla çözdüğü ve bakterileri parçalamak içinse lizozim kullandığı bulundu. Evet yaprak yiyen iki memeli grubuna ait lizozimin ve hoatzin lizoziminin aminoasit diziliminde de benzeşme oluşmuş. Diğer bir deyişle moleküler düzeydeki bu benzeştiren evrim örneğinin yalnızca memelileri değil kuşları da içerdiğini görüyoruz..
Konu Bilgileri
Bu Konuya Gözatan Kullanıcılar
Şu anda 1 kullanıcı bu konuyu görüntülüyor. (0 kayıtlı ve 1 misafir)