Aşağıda okuyacağınız yazı, Evrim Ağacı tarafından hazırlanmıştır. Öncelikle kendilerine, bu ve benzeri bilgileri derledikleri yazı dizinleri için teşekkür ediyorum.
1988'de başlatılan ve 22 sene süren, Richard Lenski'nin E. coli bakterileri üzerinde yaptığı deneyin sürecini ve elde edilen şaşırtıcı sonuçlarını, en önemlisi de gözlerimizin önünde gerçekleşen evrimi anlatan bu yazıyı evrimle ilgilenen herkesin başından sonuna kadar okumasını ve okutmasını tavsiye ediyorum; biraz uzun ama buna değer. Yazıda özellikle canlıların evrim hızları arasındaki farklılıkların anlatıldığı kısmın, evrimi anlamakta zorlanan insanlar için çok faydalı olacağını düşünüyorum ve uzatmadan yazıya geçiyorum.
* Resimler tarafımca eklenmiştir.
_________________________________________________________________
Evrim'i Deneyle Gözlemek ve Öğrenmek İsteyenlere: Lenski Deneyi
Çoğu bilim düşmanı, Evrim Kuramı karşısında bir tavır alırken, "Evrim'in gözlenemediği" argümanını kullanmaktadır. İşte bilim insanlarının bu cahil kitle karşısında cevap verme tenezzülünde bile bulunmamalarının sebebi, bu kişilerin cevap verilmeye değmez olmalarının yanısıra, literatürü bilmediklerinden boş konuşuyor olmalarıdır. Bakalım Evrim, gerçekten de bu insanların iddia ettiği gibi hiçbir zaman "gözlenmemiş" midir?
Bu yazımızda ele alacağımız deney, Prof. Dr. Richard Lenski'nin 20 yılına mal olmuş ve Evrim'in laboratuvar ortamında gözlenebileceğini ispatlayan deneydir. Önce, deneyi gerçekleştiren isimlerden bahsedelim, çünkü saygıyı sonuna kadar hak ediyorlar: Richard Lenski, 13 Ağustos 1956 yılında doğmuş Amerikalı bir Evrimsel Biyolog'dur. Babası Gerhard Lenski, din sosyolojisi, sosyal eşitsizlik ve ekolo-evrimsel sosyal teoriye katkılarıyla bilinen ünlü bir sosyologdur. Richard Lenski, Oberlin Koleji mezunudur ve doktorasını University of North Carolina'dan almıştır. Günümüzde ise "Hannah Ayrıcalıklı Profesör" ünvanıyla Michigan State University'de akademisyenlik yapmaktadır. 1996 yılında prestijli bilim ödülü MacArthur Fellowship'i kazanmış, 2006 yılında ise Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi'ne girmeye hak kazanmıştır. 17 Şubat 2010 tarihinde Ulusal Bilimler Akademisi Evrim'i Gözleme Araştırmaları Bilim ve Teknoloji Merkezi'ni kurmuştur.
Resim: Richard Lenski, E. coli bakterilerinin gelişimini kontrol ederken. (Photo Credit: G.L. Kohuth/Michigan State University)
Lenski, son dönemlerde Evrim ve bilim düşmanlarının sık başvurduğu ve Wiki Vakfı'na ait "wiki Conservapedia"nın kurucusu ve sahibi Andrew Schlafly'i halka açık platformda yaptıkları mektuplaşmada kesin bir zaferle susturması ve bilimi bilmeyenlerin bilimle başa çıkamayacağını göstermesiyle bilinmektedir. Dünyaca ünlü Guardian gazetesine ait web güncesinde olay, "Wikipedia'nın tutucu Hristiyanlar için çok lazım olan alternatifi, bakteriyel evrim karşısında biraz sıkıştı. Otomatik-Düzeltme seçeneği bile onları kurtaramaz..." şeklinde yer almıştır. İkili arasındaki açık mektuplaşma İngilizce olarak okunabilir, biz de bir diğer yazımızda bunu Türkçeye kazandırabiliriz.
Şimdi deneye geçelim:
Lenski ve ekibi (bundan sonra sadece Lenski olarak bahsedilecektir), başlangıçta aynı popülasyona ait Escherichia coli bakterilerinden ele alıp, bunları 12 gruba ayırmışlardır. Böylece birbiri ile başlangıçta hemen hemen aynı, 12 farklı bakteri popülasyonu elde edilmiştir. Deney, 24 Şubat 1988 tarihinde başlatılmıştır.
Deneyde E. coli bakterilerinin kullanılma amacı, bakterilerin bölünme hızının 20 dakika olmasıdır. Yani bu bakteriler, her 20 dakikada 1 defa bölünürler, dolayısıyla Evrimsel süreçte 1 nesli sadece 20 dakikada atlayabilirler. Kıyaslama olması açısından, insanların ömrünün 80 sene olduğunu ve bu sürede ortalama 30 yaşına ulaştıklarında ürediklerini, böylece 1 neslin aşılmasının 30 sene kadar sürdüğünü ve bu sebeple bir insanın ömründe en fazla 2 veya 3 insan nesli görebileceğini söylemek isteriz. Ve yine bir kıyaslama olması açısından, tüm türler arasında bilinen türleşme hızlarının ortalaması alındığında, bir türden yeni iki türün oluşabilmesi için geçmesi gereken nesil sayısının yaklaşık 1.000 kadar olduğunu belirtmek isteriz. 1.000 nesil, odaklanılan hayvan türü insan ise 300.000 yıl, odaklanılan tür E. coli bakterisi ise 333 saat civarı, yani 14 gün (2 hafta) kadardır. Aradaki farkı görebileceğinizi tahmin ediyoruz.
Şimdi, devam edelim:
Lenski, bu 12 farklı bakteri grubunu alarak sürekli çoğalmalarına izin verdi. Her bir grubu, minimal büyüme oramında (teknik bir terimdir ve bir canlının yaşaması için gereken minimum koşulları belirtir) tutmaya başladı. Her yeni günde, büyüyen popülasyonun %1'lik kısmını yeni bir kap içerisine alarak, "1 nesil" olarak işaretledi. Lenski'nin kullandığı E. coli'ler, ortamda bol besin bulunmadığı için yukarıdaki bilgiden daha yavaş ürüyorlardı, her 150 günde 1.000 nesil vermektelerdi (ki bu bile insanlarınkiyle kıyaslanamayacak kadar hızlıdır). Lenski, bu nesilleri Ara(-) ve Ara(+) isimli bir arabinoz operonu (teknik bir terim, ayrıntısına girmeye gerek yok burada) üzerinden işaretledi, böylece nesilleri ayırt edebilecekti. 12 koloniden 6'sı Ara(-), 6'sı Ara(+) olarak işaretlendi.
Lenski, evrimsel geçmişi inceleyebilmek için "fosil kanıtlar"a sahip olmalıydı. Bunun için, bu şekilde her gün nesilleri kaydederken, 500 nesilde bir, yani 75 günde bir elde ettiği son nesilden birkaç üyeyi kriyoprotektan (cryoprotectant) içerisinde gliserol ile birlikte "dondurdu" ve böylece, tıpkı fosillerde olduğu gibi kesintili ama sürekli bir kayıt elde edebilmeyi başardı. Kriyoprotektan ve gliserol içerisinde saklanan bakteriler, istenildiği zaman tekrar "çözülerek" yaşamlarına devam ettirilebilmektedir, bu da bakterilerde meydana gelen değişimleri incelemek için iyi bir fırsattır (T-rex'in neler yaptığını görmek için fosillerinden canlandırıldığını, ya da basitçe Jurassic Park'ı düşünün).
Lenski, sürekli olarak bakterilerin ortalama başarısını (mean fitness) takip etti ve nesillerden aldığı örnekler üzerinde ek deneyler yaptı, ancak ana nesle asla dokunmadı ve bir evrimsel süreç şeklinde takip etti ve kaydetti.
Şubat 2010 tarihine gelindiğinde, bakteriler çoktan 50.000 nesil atlamıştı ve bölünmeye devam etmekteydi. Bu miktar, istatistiki olarak E. coli genomunda bulunan tüm tekil nükleotitlerin geçirebilecekleri mutasyonları birden fazla defa geçirebileceği kadar yeterli süre demektir.
Deney, sizin de görebileceğiniz gibi toplamda 22 sene sürdü. Bu sürede pek çok bilimsel devrim yaşandı, internet insanların yaşamına yeni yeni tam olarak girmeyi başardı, televizyonlar, radyolar, arabalar gelişti, uzaya defalarca mekik gönderildi. Ancak bunların yanında çok ilginç bir olay daha oldu: Evrim, laboratuvarda, insanların kendi gözleriyle gözlendi:
Deneyin başlangıcında, pek çok özellik 12 farklı koloni tarafından paylaşılmaktaydı, çünkü aynı popülasyona aitlerdi. İlk yıllarda, her bir popülasyonun ortalama başarısı hızla arttı, ancak 20.000. nesilden sonra bu artış yavaşladı. Ata türe kıyasla hepsi daha büyük hücre hacimlerine ulaştılar ve popülasyondaki bireylerin yoğunluğu azaldı. Ayrıca her bir koloni, glukoz kullanma konusunda atalarına göre çok daha başarılı hale geldi. Bunlar gerçekleşiyordu, çünkü gerçekte, doğal ortamlarında E. coli bakterileri bolca yiyecek bulabilmekte ve özgürce yayılabilmektedir. Ancak kısıtlı besin ortamında ve alanda, bunlar olamaz ve farklı yönde evrimsel süreçler başlar.
Resim: 2008'de evrimleşen 12 adet E.coli popülasyonu
12 nesilden 4'ünde DNA tamiri konusunda sorunlu mutasyonlar meydana geldi. Bu da, bu nesillerde çok daha fazla mutasyon meydana gelmesine sebep oldu. Lenski, 20.000 nesil sonunda toplamda yüz milyonlarca nokta mutasyonu meydana geldiğini; ancak bunların 10 ila 20 tanesinin popülasyon içerisinde fayda sağladığı için sabitlendiğini ve toplamda, nötr mutasyonlarla birlikte kolonilerde 100 mutasyonun sabitlendiğini (popülasyon için norm haline geldiğini) tespit etmiştir.
2008 yılında ise Lenski ve arkadaşları çok daha ciddi, önemli ve heyecan verici bir adaptasyon keşfettiler. Bu adaptasyon, 12 popülasyondan sadece 1'inde meydana gelmişti: E. coli bakterileri, daha önce hiç sahip olmadıkları bir özellik olarak sitrat moleküllerini hücre içerisine alıp sindirerek enerji üretmeyi başaracak şekilde evrimleşmişlerdi!
Vahşi E. coli bakterileri sitrat molekülünü bırakın sindirmek, hücre içerisine bile alamamaktadır, çünkü molekül çok büyüktür. Hatta bu özellik, E. coli'nin hastalık yapıcı bir bakteri olan Salmonella'dan ayırt edilebilmesini sağlamaktadır. Ancak 33.127. nesil civarında bir yerde, 12 popülasyondan birinde inanılmaz bir sayı artışı tespit edilmiştir. Araştırmacılar, bunun sebebini incelediklerinde, minimal büyüme ortamı dahilinde bulunan sitrat molekülleri'nin o popülasyona ait bakteriler tarafından sindirilebilmeye başladığını keşfetmişlerdir. Bu da, diğer popülasyonlara göre bakterilerin hayatta kalma şansını arttırmaktadır, çünkü daha fazla besin demektir (diğer popülasyonlar sitratı sindiremeyip, sadece glukoz ile yetinmek zorundadır).
Lenski, hemen elinde bulundurduğu kriyonik fosillere bakarak, hangi noktada bu özelliği kazandıracak mutasyonların elde edildiğini bulmaya çalışmıştır. Bu araştırması sonucunda, 31.000 ile 31.500'üncü nesiller arasında bir mutasyon meydana geldiğini ve bu mutasyon sayesinde sitratın sindirilebilmeye başladığını keşfetmiştir. Ayrıca, sitratı sindirebilen E. coli bakterilerinin dışarıdan gelmediğinden emin olmak için pek çok genetik işaretleyici ile sonuçları test etmişler ve bakterilerin Ara operonu ile işaretli olan orjinal bakterilerin neslinden olduğundan emin olmuşlardır.
Daha da ilginç bir keşfe imza atmışlardır: 31.000.nesilden önceki nesillerden bakteriler alıp, bunları başka kaplarda üretmeye devam ettiklerinde, sitrat sindiriminin spontane olarak yeniden evrimleştiğini görmüşlerdir. Ancak 20.000 nesilden önce aldıkları hiçbir bakteri, bu özelliği evrimleştirememiştir. Daha ayrıntılı yaptıkları araştırmalar sonucunda bunun sebebinin, 20.000 nesilden sonra meydana gelen bir ön-faydalı-mutasyondan kaynaklandığını bulmuşlardır. Bu, şu demektir: Bu mutasyon, sitratı sindirebilmeye sebep olan ikinci mutasyonun gerçekleşme şansını arttırmaktadır. Dolayısıyla bu ilk mutasyonu geçiren bireyler, kolayca sitratı sindirebilmelerine sebep olacak mutasyona da açık olmaktadırlar. Ancak bu ilk mutasyona sahip olmayan bireylerin, tek seferde bu ana mutasyona ulaşmaları o kadar düşük bir ihtimaldir ki, hiçbir zaman gerçekleşmez. Ancak bir kere ilk mutasyon gerçekleşti mi, devasa önemdeki bir olayın gerçekleşmesini sağlayan ikinci mutasyon kolayca gerçekleşebilmektedir.
Ayrıca, bir diğer genel evrim de her bir popülasyonun, daha önce de dediğimiz gibi, çok daha yuvarlak ve iri hücrelere sahip olacak şekilde evrimleşmesidir. Bunu da incelediklerinde, sebebini bulabildiler: Bir diğer mutasyon, Penisilin Bağlayıcı Protein isimli bir proteini sentezleyecek genin ifadesini değiştirmiştir. Ve bu keşif de başka bir keşfe götürmüştür: Bu proteinin değişimi hücre büyüklüğünü ve yuvarlaklığını arttırmıştır; ancak aynı zamanda osmotik strese karşı dayancını düşürmüştür. Dolayısıyla bu bakteriler, atasal türlere göre sabit çevresel koşullarda daha kısa süreler yaşayabilmektedirler.
Görüldüğü gibi Lenski Deneyi, muhteşem sonuçlara imza atılmış bir deneydir. Bu deneyde Lenski ve arkadaşları, açık bir şekilde bir türün, daha önce hiç sahip olmadığı ve hiç de küçük önemi olmayan, devasa bir değişimi başarabildiğini göstermiştir. Zaten Evrim de, bu değişimlerin zaman içerisinde sayıca ve değerce birikmesi sonucu, yavru türlerin atalarıyla çiftleşemeyecek kadar farklılaşması demektir. Eğer E. coli bakterileri, eşeyli olarak çiftleşen bireyler olsalardı, bir süre sonra bu tip özellikler ve bu özelliklerin genlerdeki yansımaları o kadar fazla olacaktı ki, deneyin en başındaki kaplardaki bireylerle çiftleştirilmeye çalışıldıklarında genleri uyuşmayacak ve yavrular üretemeyeceklerdir. İşte evrim, tam olarak budur.
Daha fazla söylenecek söz olduğunu sanmıyoruz. Evrim'in gerçek olmadığını iddia edenleri, deneyi tekrar etmeye ve ancak ondan sonra yorum yapmaya davet ediyoruz. Böylece bilimin kahvehanelerden yapılmayacağını öğrenmiş olurlar.
Sevgilerimizle.
ÇMB (Evrim Ağacı)
Şu yazılar da ilginizi çekebilir: