Yazar: admin

   500 milyon yıldan fazla zaman önce, Dünya’daki tek hücreli canlılar, bir araya gelerek çok hücreli kümeler oluşturmaya başladı. Bu kümeler sonunda bitkilere ve hayvanlara dönüştü. Bunun tam olarak ne şekilde olduğu, bilim insanlarının hala anlamaya çalıştığı bir konudur.

   Ekoloji, Evrim ve Davranış bölümünde bulunan ve aynı zamanda makalenin de başyazarı olan Prof. Michael Travisano şöyle dedi: “Aslında çok zor olmadı ve deneyin sonunda büyük süpriz geldi. Sadece maya hücreleri, uygun bir kültür ortamı ve santrifüj aleti kullanarak yaklaşık 60 gün süren tek bir deneyle sonuç elde edebildik.” 

   Çalışmanın doktoralı araştırma görevlisi Will Ratcliff, “Bunun daha önce denendiğini sanmıyorum. Evrimsel biyolojiyle ilgili sorulara cevap ararken insanlar daha çok soruya cevap üretmeye çalışıyor, deneysel olarak cevap arayanların sayısı çok az.” dedi. 

   Ulusal Bilim Kuruluşu (National Science Foundation = NSF)’nun Çevresel Biyoloji bölümünde program yöneticisi olan Sam Scheiner, yapılan bu önemli çalışmayla ilgili şunları söyledi: “Dünyanın neden bitkiler ve hayvanlarla dolu olduğunu anlamamız için, tek hücreli canlıların neden bir grup halinde yaşamayı seçip çok hücreli canlılara evrildiğini bilmemiz gerekiyor. Bu çalışma, yüzlerce milyon yıl önce meydana gelen bu dönüşümü deney ortamında gözlemlememizi sağlayan ilk çalışmadır.” 

   PNAS’de yayımlanan makale, daha önce yazın yapılan toplantılarda hakkında biraz bilgi verilmiş olan ve evrimsel değişimin işleyişiyle ilgili önemli veriler sunan bu çalışmayla ilgili tüm detayları ortaya koyuyor. 

Resim: Yeşil hücreler ölürken, diğer hücreler üreyerek çoğalmaktadır. Bu şekilde tek hücreli canlılar, çok hücreli kümeler oluşturmaktadır. (Credit: Will Ratcliff and Mike Travisano)

Deney kısaca şöyle yapılmıştır: 

   Deneyde eski zamanlardan beri ekmek ve bira yapımında kullanılmakta olan bir maya türü (Saccharomyces cerevisiae) seçilmiş. Bu mayanın seçilmesindeki amaç, doğada yaygın olarak bulunması ve kolay büyümesidir. Mayalar besince zengin bir kültür ortamına ekilmiş ve 1 gün boyunca deney tüplerinde büyümelerine izin verilmiş. Daha sonra oluşan katmanları ağırlıklarına göre ayırmak için santrifüj edilmiş. Karışım berraklaştıkça, hücre kümeleri daha ağır oldukları için tüplerin dibine çökmüş. Bu çöken kümeler ayrılarak yeni bir ortama yerleştirilmiş ve yeniden büyümelerine izin verilmiş. 60 döngü sonrasında artık yüzlerce hücre haline gelmiş olan bu kümeler, kabaca dairesel kar tanelerine benzemektedir.

   Analizlerin sonunda, bu kümelerin artık sadece birbirlerine tutunan sıradan hücre grupları değil, hücre bölünmesi sonrasında da birbirlerine yapışık kalan akraba hücreler oldukları ortaya çıkmıştır. Bu önemli bir bulgudur çünkü genetik benzerlik içerdiklerini gösterir, ki bu da ortak çalışmayı teşvik eden bir özelliktir. Hücre kümeleri belli bir büyüklüğe ulaştıklarında bazı hücreler, yavru hücrelerin bölünmesine engel olmamak için apoptosis olarak bilinen “intihar” sürecine girmiştir. Yavru hücreler ancak ebeveyn hücrelerin büyüklüğüne eriştikleri zaman üreyebilmiştir.  

   “Bir hücre kümesi tek başına çok hücreli bir canlı değildir. Fakat kümenin içerisindeki hücreler birlikte çalışmaya başlayınca; yani kümedeki diğer hücrelerin üreyebilmesi için ortak başarı adına fedakarlık yapmaya ve de değişime adapte olmaya başlayınca bu durum, artık çok hücreli bir canlıya doğru evrimsel bir dönüşüm haline gelmiş olur.” diye belirtiyor Ratcliff. 

   Çok hücreli canlıların oluşması için birçok hücrenin üreme yeteneklerinden fedakarlıkta bulunması gerekir. Bu durum, hücrenin kendisini değil, organizmanın tamamının başarısını tercih ettiğini gösteren bir fedakarlık eylemidir. Örneğin insan vücudundaki bütün hücreler, sperm ve yumurtadan sonraki nesillere DNA aktarılmasını sağlayan bütünsel bir destek sistemidir. Dolayısıyla çok hücrelilik, doğası gereği aşırı derecede işbirlikçi bir yapıya sahiptir, yani canlının başarısı için hücrelerin bir arada çalışmasını gerektirir. Çok hücreli canlılarda tek bir hücre değil, canlının bütünü önemlidir ve önceliklidir. Travisano: “Doğadaki en başarılı canlılardan bazıları, ortak çalışan ve bir arada hareket eden canlılardır. Bizim çalışmamız bir bakıma bu gerçeği de ortaya koymuş oluyor.” 

   Evrimsel biyologlar, çok hücreliliğin birbirinden bağımsız bir şekilde yaklaşık olarak 25 ayrı grup halinde evrildiğini düşünüyor. Travisano ve Ratcliff, laboratuvarda bu kadar kolay gerçekleşen bir işlemin doğada neden bu kadar sık olmadığını merak ediyor. Ratcliff: “Dünyada milyonlarca yıl yaşamış olan trilyonlarca tek hücreli canlı olduğunu düşünürsek, daha fazla dönüşümün gerçekleşmiş olması beklenirdi.” 

   Hücre kümelerinin binlerce yıllık nesillerinin bulunduğu fosil kayıtları bu bilgilerin ışığında incelendiğinde, bu soru belki de yakın gelecekte çok daha net bir şekilde cevaplanabilecek. Bu fosil kayıtları şu anda Travisano’nun laboratuvarındaki dondurucuda incelenmeyi bekliyor. Dondurulmuş örnekler, birbirinden bağımsız bir şekilde çok hücreli hale gelen çoklu dallar içerdiği için, her birinde işleyen evrimsel mekanizmaların ne şekilde benzer olduğunu anlamak adına rahatlıkla kıyaslama yapılabilecek. Bu dönüşüm gerçekleşirken grupların, benzer veya farklı mekanizmaları ve genleri kullanıp kullanmadıkları ortaya çıkarılabilecek. 

   Araştırma ekibinin bir sonraki çalışması, çok hücreliliğe geçişin, kanser ve yaşlanma gibi diğer önemli biyolojik değişimlerin oluşumdaki rolünü incelemek olacak. Travisano: “Çok hücreli mayalarımız, Tıp ve Biyoloji alanlarındaki birçok önemli konuyu araştırabilmek adına değerli bir kaynak olacak.Yakın zamanda kanser gelişimi, çok hücrelilikten köken alan bir fosil olarak tanımlanmıştı. Bu da maya sistemi aracılığıyla rahatlıkla araştırılabilecek bir konudur. Benzer şekilde karmaşık yapıların yaşlanma, gelişim ve evrim mekanizmalarının kökenlerini deneysel olarak incelemek önceden imkansızken, şimdi incelenebilir hale gelmiştir.”

 

   Bu yazı, Science Daily ekibi tarafından Minnesota Üniversitesi’nden sağlanan bilgilerin ışığında yazılmıştır. 

   Makale Kaynağı: William C. Ratcliff, R. Ford Denison, Mark Borrello, and Michael Travisano. Experimental evolution of multicellularity. Proceedings of the National Academy of Sciences, January 17, 2012 DOI:10.1073/pnas.1115323109  

Şu yazılar da ilginizi çekebilir: 

• Mayalar tomurcuklanma yoluyla eşeysiz olarak ürer. Eşeysiz üremeyle ilgili bilgi almak için tıklayın
• Tek hücreli ortak ataya dair keşfedilen yeni fosille ilgili yazıyı okumak için tıklayın
• Gezegenimizdeki yaşamın tarihçesiyle ilgili bilgi almak için tıklayın 

 

   Bildiğiniz gibi, hem erkek hem de dişi üreme organı bulunduran, yani çift cinsiyetli olan canlılara hermafrodit adı verilir. Hermafrodit canlılar eşeyli üreme gerçekleştirir; bu anlamda, erkek gametin varlığını gerektirmeyen bir eşeysiz üreme şekli olan partenogenez ile karıştırılmamalıdır. Zoolojide hermafroditizmin iki çeşidi vardır:

 1. Eş zamanlı hermafroditizm: Dişi ve erkek organların aynı anda tek bir yetişkin canlıda bulunması. Eş zamanlı hermafroditler her iki cinsiyete ait üreme organlarına sahip oldukları için istedikleri türdeşleriyle çiftleşebilir; bu da onlara büyük bir üreme avantajı sağlayarak, türün devamlılığını olumlu yönde etkiler.

 2. Ardışık hermafroditizm: Eş zamanlı hermafroditlerin aksine, bazı canlıların doğduklarında sahip oldukları cinsiyet yaşamlarının belli bir noktasında değişir; işte bu olaya ardışık hermafroditizm denir. 

   Ben bu yazıda doğal cinsiyet değişimleri sınıfına giren ve bitkilerin yanı sıra bazı balık türlerinde ve gastropodlarda (karından bacaklılar; yani salyangozlar ve sülükler) da gözlemlenen bu ilginç fenomenden bahsedeceğim. Yazının sonlarına doğru da şahsen benim çok ilgimi çeken bir konuya; bu fenomenin canlılar aleminde neden bu kadar ender görüldüğüne değinmek ve bilim insanlarının bu konudaki mevcut yaklaşımlarını ele almak istiyorum.

   Ardışık hermafroditizm, erkekten dişiye (protandri) veya dişiden erkeğe (protojini) dönüşüm şeklinde olabilir ve normal bir anatomik süreçtir. Bu yolla cinsiyet değiştiren balıkların sadece dış görünüşleri değil, üreme organları ve fonksiyonları da değişir. Bazen de “iki yönlü” cinsiyet değişimi gözlemlenir, ki bu durumda canlı hem erkek hem de dişi üreme organlarına sahip olduğu halde ömrünün farklı evrelerine bağlı olarak dişi veya erkek özellikleri sergileyebilir. 

   Daha da ilginç olanı, bazı canlıların bu işi bir adım daha ileri götürüp ikinci bir cinsiyet değişimi daha yapabilmesidir. Bu gruba giren güncel bir örnek, nesli tükenmek üzere olan bir Akdeniz salyangoz türüdür: Patella ferruginea. Bu deniz salyangozunun erkekten dişiye dönüştüğü biliniyordu ama sonradan tekrar erkeğe dönüşebildiği yeni keşfedilmiştir. [Kaynak] 

Resim: Patella ferruginea 

   Şimdi gelin, ardışık hermafrodit canlılara örnekler vererek onlara biraz daha yakından bakalım.

• Erkek olarak doğan ve sonradan dişiye dönüşen (protandrik) türler: Palyaço balıkları, Coeloplana gonoctena (Taraklılar şubesine ait bir canlı), bazı yassı solucanlar (Hymanella retenuova ve Paravortex cardii) ve bir kelebek türü (Papilio polyxenes) bu gruba girer. 

Resim: Papilio polyxenes (üstteki erkek, alttaki dişi) 

   Palyaço balıklarının oldukça iyi yapılanmış, anaerkil bir toplumsal düzenleri vardır. Baskınlığı belirleyen şey vücut büyüklüğüdür; her zaman en büyük olan dişi grubun lideridir, ikinci en büyük olansa erkektir. Grubun geri kalanı işlevsel üreme organlarına sahip olmayan ve dolayısıyla da üremeyen küçük balıklardan oluşur. [Kaynak] Dişi ölürse, erkek kilo alarak grubun yeni dişisi haline gelir. Üremeyen balıklar içinden en büyük olanı da cinsel açıdan olgunlaşarak grubun yeni erkeği olur. [Kaynak]

 

  

Resim: Bir lapin türü,Thalassoma lunare 

Resim: Asterina gibbosa 

   Lapinler protojinik canlılar arasında en çok incelenen balık türüdür. Lapinlerde baskın erkeğin ölmesi halinde haremdeki en büyük dişi, erkeğe dönüşerek haremin yeni sahibi olur. Bir tür lapin olan Pimelometopon pulchrum popülasyonlarında, erkeğe dönüşen dişinin yumurtalıkları dejenere olur ve gonadlarda sperm üretilir. Gonadların genel yapısı yumurtalığa benzer; ama üretilen sperm kanallar aracılığıyla taşınır. Buradaki cinsiyet değişimi yaşa bağımlıdır; örneğin P. pulchrum türünün dişisi 4 yaşına kadar erkeğe dönüşmez. 

Resim: Pimelometopon pulchrum

   Geçtiğimiz yıllarda çevre kirliğinin çeşitli balık ve salyangoz türlerinde yarattığı cinsiyet değişimleriyle ilgili birçok çalışma yayınlanmış ve bu kimyasalların sadece hayvanlarda değil, insanlarda da benzer etkiler yarattığı bildirilmiştir. İnsan hormonlarını taklit eden söz konusu kimyasalların, gebelikte bebeğin cinsiyetinin belirlenme sürecinde birtakım değişikliklere yol açtığı ifade edilmiştir. [Kaynak] 2004 yılında yayınlanan bir raporda, insan kaynaklı çevre kirliğinin ortaya çıkardığı atık ve kimyasalların kutup ayısı ve timsah gibi hayvanların endokrin sistemlerini etkileyerek, bu hayvanların üremesini zorlaştıran cinsel değişimlere yol açtığı ifade edilmiştir. 1998 yılında yayınlanan bir çalışmaya göre PCB isimli bir endüstriyel atık besin zincirlerinde birikerek, dişi kutup ayılarının erkekleşmesine yol açmış; ertesi yıl WWF tarafından yayınlanan bir raporda da PCB kirliliğinin spontan düşüklere ve azalan fok nüfusuna neden olduğu belirtilmiştir. [Kaynak] 

İnsanlarda doğal cinsiyet değişimi: 

   Yukarıda anlatılan ardışık hermafroditizm sınıfına girmese de insanlarda da doğal cinsiyet değişimi gözlemlenebilir, ki bu olaya da birçok tıbbi durum neden olabilir. Bu tıbbi durumlara sahip bir bebek, doğduğunda büyük ölçüde (veya tamamıyla) iki cinsiyetten birine benziyorken; bebeğin yaşamı boyunca geçirdiği değişimler, onun büyük ölçüde (veya tamamıyla) diğer cinsiyete benzemesine yol açabilir. 

   İnsanlardaki doğal cinsiyet değişimlerinin çok büyük bir kısmı, doğumda dişiyken ergenlikten sonra erkeğe dönüşme şeklinde gelişir. Bu durum 5-alpha-redüktaz (5alpha-RD-2) veya 17-beta-hidroksisteroid dehidrojenaz (17beta-HSD-3) eksikliğine bağlıdır. Rapor edilen erkekten dişiye dönüşüm vakalarının sayısı çok azdır ve bunların etyolojisi henüz çok iyi bilinmemektedir. 

   Genetik açıdan dişi olup (iki X kromozomu içeren) konjenital adrenal hiperplazi hastalığına sahip olan bireylerde, böbreküstü bezinin kortizol ve aldosteron hormonlarını üretmek için ihtiyaç duyduğu bir enzim bulunmaz. Bu hormonların yokluğunda vücut daha fazla androjen (bir tür erkeklik hormonu) üretir; bu durum erkeksi özelliklerin erken (veya uygunsuz) şekilde ortaya çıkmasına yol açar.

   Genetik açıdan erkek olup (bir X, bir Y kromozomu içeren) Androjen Duyarsızlığı Sendromuna (AIS) sahip olan bireyler ise androjene dirençlidir; dolayısıyla bu kişiler kısmen veya tamamen dişi özelliklerine sahiptir. AIS’na Reifenstein Sendromu gibi bozukluklar da eşlik edebilir; ki bu durumda erkeklerde göğüs gelişimi gözlemlenir. 

   Ardışık hermafroditizm bütün avantajlarına rağmen doğada çok az görülür. Dolayısıyla bütün bu bilgilerin ışığında şu soruyu sormamız akla yatkındır: Neden bazı canlılar cinsiyet değiştirebiliyorken, bazıları bunu yapamaz? Daha da ilginç olan ve bilim insanlarının esas ilgilendiği soruysa şudur: Bu olay doğada neden bu kadar ender gerçekleşir? 

   2008 yılında Yale Üniversitesi’nden bilim insanları Erem Kazancıoğlu ve Suzanne Alonzo bu soruyu yanıtlamak için yürüttükleri çalışmalarda, cinsiyet değişiminin canlıya sağladığı avantajların, bu iş için ödenen biyolojik “maliyetten” genellikle yüksek olduğunu ortaya koydu. [Kaynak] Ama bu fenomenin evrimsel süreçte de desteklenmiş olduğunu ve bu yüzden enderliğinin sadece biyolojik maliyet-kazanç analizleriyle açıklanamayacağını söylüyorlar. Tabii ki bir diğer ilginç nokta da yukarıda belirttiğim gibi, ardışık hermafroditizmin memelilerde görülmemesi. 

   Cinsiyet değişiminin canlı için neden avantajlı olduğunu anlamak adına yürütülen 40 yıllık araştırma geçmişi, uyarlanımsal avantajların neler olduğunu açıkça ortaya koymuş; ama bu olayın neden çok az hayvan türünde görüldüğünün cevabını verememiştir. Alonzo’ya göre, cinsiyet değiştirmek birçok hayvan açısından kayda değer bir zaman ve enerji bedeli gerektirdiği için tercih edilmiyor olabilir. Alonzo bu işlemi, basit genetiğe sahip küçük canlılar için bir yaşamda kalma yöntemi olarak düşünebileceğimizi; ama bunun da her zaman geçerli olmadığını söylüyor. Örneğin 100 kg.’dan fazla çekebilen lahos ve orfoz türleri bu anlamda bir istisna oluşturuyor. 

Resim: Bir orfoz türü, Epinephelus marginatus 

   Cinsiyet değiştirmenin getirdiği biyolojik maliyetin, cinsiyet değişiminin gerçekleşme sıklığı üzerindeki etkisini anlamak için Alonzo ve Kazancıoğlu’nun yürüttüğü çalışma kısaca şöyle: İki ayrı grubun (hermafrodit ve tek cinsiyetli) yaşam geçmişlerine yönelik teorik modeller oluşturuluyor (Burada Oyun Teorisi’ni iş başında görüyoruz.) Cinsiyet değiştiren “oyuncular” cinsiyet değiştirme yaşlarını değiştiriyorken; tek cinsiyetli oyuncular ürettikleri erkek veya dişi yavruların sayısını değiştiriyor. Bu grupların yaşam senaryolarının incelenmesi sonunda ortaya çıkan sonuç özetle şu: Biyolojik maliyetin yüksekliği, cinsiyet değiştirmenin enderliğini açıklamak için tek başına yeterli değildir; bu maliyetin doğada gözlemlenen türü de önemlidir. Dahası, cinsiyet değişiminin evrimsel kararlılığı, vücut büyüklüğünün sağladığı avantajın gücüne ve uyumluluk (fitness) sonuçlarına da bağlıdır. Dolayısıyla bu unsurların hem sayısal hem de karşılaştırmalı olarak ölçülmesi gerekmektedir ki bu işlemin de kendine has zorlukları vardır.

   1969 yılında Michael Ghiselin, The evolution of hermaphroditism among animals [Hayvanlarda hermafroditizmin evrimi] isimli makalesinde bu konuyla ilgili 3 model önermişti. Biraz beyin cimnastiği yapmak adına bunlara kısaca göz atalım: 

1.Düşük-yoğunluk modeli: Ardışık hermafroditizme uygulanamadığı için üzerinde durmuyoruz. 

2. Gen dağılım modeli: Buna göre, gen dağılımını sınırlayan faktörler popülasyonun yapısını veya genetik çevreyi etkileyebilir. Bu model ardışık hermafroditizme uygulanabilmektedir; özellikle de akrabalar arası üremenin olduğu durumlarda. Modelden çıkan sonuç, hermafroditizmin genetik değişkenliği arttırdığı ve dolayısıyla canlı için bir avantaj olduğudur. 

3. Boyut avantajı modeli: Buna göre, canlının belli bir boyut/yaşta olması halinde üreme işlevleri daha iyi gerçekleşir. Hermafroditizmin evrim sürecinde seçilebilmesi için, küçük bireylerin belli bir cinsiyetten olduklarında daha yüksek üreme uyumluluğuna ve büyük bireylerin de diğer cinsiyetten olduklarında daha yüksek üreme uyumluluğuna sahip olması gerekir. Bu boyut-dağılım örüntüsünün olması halinde bir birey, ardışık hermafrodit bir yavru yaparak kendi uyumluluğunu arttırabilir.

Birçok soğuk kanlı hayvanda vücut büyüklüğü ile dişinin doğurganlığı doğru orantılıdır. Bu gerçek, Ghiselin’in bugün yaygın olarak kabul edilen “boyut avantajı modeli”ni destekler. Örneğin yumurtalar spermlerden büyüktür ve dişi ne kadar büyükse o kadar fazla yumurta üretecektir; dolayısıyla büyükken dişi olmak avantajlıdır deriz. Alonzo ve Kazancıoğlu lapinlerdeki cinsiyet değişimiyle ilgili ilk karşılaştırmalı analizi gerçekleştirmiş (2010) ve ardışık hermafroditizmin boyut avantajıyla doğru orantılı olduğunu göstererek bu modeli desteklemiş; ayrıca boyut avantajının diğer avantajlardan güçlü olması halinde dioikliğin (dişi ve erkek organların iki ayrı bireyde bulunması) daha az ortaya çıkacağını belirlemişlerdir. [Kaynak] 

Boyut avantajı modeline göre, boyut/yaş ile üreme potansiyeli arasındaki ilişkinin her iki cinsiyette de aynı olması halinde cinsiyet değişiminin gerçekleşmemesi gerekir. Bu varsayıma göre hermafroditizmin doğada çok yaygın olmasını bekleriz; ama öyle değildir. Bilim insanları ardışık hermafroditizmin böyle ender oluşunu, cinsiyet değiştiren türlerin uyumluluklarını azaltan bir maliyete bağlamaktadır. Hermafroditizmin enderliğini açıklamaya yönelik hipotezler arasında cinsiyet değişiminin enerji maliyeti, genetik ve/veya fizyolojik bariyerler ve cinsiyete özel ölüm oranları vardır. 

   Gelecekte yapılacak karşılaştırmalı çalışmalar, konuyla ilgili akılda kalan soruları aydınlatacaktır. Kazancıoğlu bu konuda şöyle diyor: “ Bir hermafroditin, ömrünün % 30’unu cinsiyet değiştirmeye harcadığı halde yine de popülasyonda var olabildiğini gördük; bu bizi çok şaşırttı. Dolayısıyla cinsiyet değişiminin, yalnızca çok büyük maliyetlerin var olması halinde tercih edilmediğini varsayabiliriz … Cinsiyet değişimi, üremeye ilişkin bazı davranışları (örneğin ebeveyn bakımını) da olumsuz yönde etkiliyor gibi görünüyor. Buna benzer genel örüntülerin incelenmesinin, hermafroditizmin neden ender olduğu konusunu aydınlatmasını umuyoruz.” 

   Sizi bilmem, ama ben bu alanda yapılacak çalışmaların ortaya koyacağı cevapları heyecanla bekliyor olacağım. 

 

   Yazının içinde verilenlerin haricinde yararlanılan diğer kaynaklar: 

 

Şunlar da ilginizi çekebilir:

• Eşeysiz Üreme
• Charles Darwin: Cinsel Seçilim
• Cinsel seçilim üzerine konuştuğum yayını buradan izleyebilirsiniz
• Ölümsüz canlı Turritopsis dohrnii

    Derin Beyin Stimülasyonu (Deep Brain Stimulation, DBS) tekniğiyle hastaların beyinlerine yerleştirilen beyin pacemaker’ları sayesinde, başta Parkinson olmak üzere bazı nörolojik ve psikiyatrik hastalıkların tedavisi yapılmaktadır. Aşağıdaki bağlantıda izleyeceğiniz videoda, bir depresyon hastasına uygulanan tekniğin sonuçları görülüyor. “Ruh” kavramına bir de bu açıdan bakın: Videoda anlatılan tekniklerle insanların kişiliğinin (ruhunun) değişebildiğini görünce, dinlerin öne sürdüğü cezalar, ödüller, özgür irade vs hepsi uçup gidiyor. 

  Video, BBC Visions of the Future serisinin 1. bölümündendir.  

 

      Şu yazılar da ilginizi çekebilir:

• Sinirbilimin en ünlü beyinlerinden biri: H.M.
• Beyinde bir “Tanrı noktası” yok  
• Beynimizin evrimsel süreçte büyümesinde rol oynayan bir gen bulundu 
• Düşünce nasıl evrimleşti? İnsan neden düşünen bir hayvandır? 
• Hawking: Ölümden sonra beyni bilgisayara kopyalamak mümkün 

 

 

                       

Evrim nasıl hem bu kadar yavaş hem de bu kadar hızlı olabilir? 

   Hız kavramı, kimilerinin algılamakta zorlandığı, kimilerinin de evrime karşı bir koz olarak kullanmaya bayıldığı bir kavramdır. Evrim sürecinde nokta mutasyonların nasıl bu kadar hızlı değişiklik yarattığı, diğer yandan da evrimde yeni bir türün oluşumunun buna aksi bir şekilde neden çok uzun zaman aldığı konusu kafa karışıklığı yaratabilir. Okuyacağınız yazı, konuyla ilgili hepimiz için biraz zihin cimnastiği olur diye umuyorum.

 

   Öncelikle, canlıların evrimleşme hızlarının birbirinden çok farklı olduğunu bilmemiz gerekiyor. Bir kafesin içine bir grup fare koyduğunuzu hayal edin. Özgürce kafesin içinde yaşayıp üremelerine izin verin. 5 yıl sonra bakıldığında kafeste fare görürsünüz. 5 yıllık bir zaman dilimi onlarda gözle görülür bir değişiklik yapmaz, hele hele yeni bir türe evrilmeleri (yani türleşmenin gerçekleşmesi) hiç olası değildir. Kafese 100 yıl sonra baksanız bile göreceğiniz şey olasılıkla yine fare olacaktır. Yüzlerce yıl sonra bakarsanız belki diğerlerinden farklı olan 15 canlı görürsünüz; ama bu gördükleriniz yine fare olacaktır. Bazı canlıların evrim hızları 100 milyonlarca yıldır, atalarına oldukça benzer bir şekilde günümüze kadar taşınmışlardır (Örneğin timsahlar, hamamböcekleri ve köpekbalıkları). Bu canlılar;

ve bunlara benzer başka etkenlerden dolayı göreceli olarak az değişmişlerdir. Bu ne evrime karşı bir kanıt olarak gösterilebilir ne de evrimi zor durumda bırakacak bir durumdur. Tam tersine, evrimsel kuramların bilimsel gücünü ortaya koyacak niteliktedir. Özetle canlıların türleşme ve farklılaşma hızlarını arttıran faktörler, evrim hızını etkiler. Ancak her canlı, yavaş veya hızlı, bir şekilde evrim geçirir, geçirmektedir. Kısaca hiç değişmeyen canlı YOKTUR. Örneğin hiç değişmediği iddia edilen hamamböcekleri, farklı şekil ve boyuttaki 4000 türe ayrılmıştır. 

   Evrim teorisi, canlıların morfolojik olarak evrilmek zorunda olduğunu söylemez. Hatta değişmeyen, kararlı bir ortamda sabitleyici seçilim (ing. stabilizing selection), canlıyı olabildiğince değişmemiş halde tutmaya çalışacaktır. Bununla birlikte, doğrudan gözle göremeyeceğimiz çok farklı şekillerde de evrilebilirler. Örneğin, atnalı yengecinin bağışıklık sistemi, milyonlarca yıl önceki halinden oldukça farklıdır. Her genetik değişikliğin morfolojik değişiklik yaratmasını beklemek, bilgi eksikliğinden kaynaklanır. Ayrıca makroevri ve mikroevrim kavramları da birbirinden ayırt edilmelidir. Makroevrim, uzun vadede, genellikle fiziksel özelliklere yansıyan, gözle görülebilen evrimsel değişimlerdir. Mikroevrim ise küçük çaplı, genellikle genlerde ve proteinlerde meydana gelen evrimsel değişimler. (Bu konu aşağıdaki videoda ve şu yazıda daha ayrıntılı olarak anlatılıyor.)

   Çok değişken bir kıstas da olsa yaklaşık 1000 nesil, pek çok canlıda türleşmenin gerçekleşmesi için yeterli bir süredir. Ama 1000 nesil, her canlı için çok farklı bir süreyi kapsar. Ortalama insan ömrüne 70 yıl dersek, 1000 nesil, 70.000 yıl demektir. Ortalama ömür, bir bakteri için yaklaşık 20 dakika olabilirken, doğadaki bir aslan için 14, timsah için 50, kaplumbağa için 100 yıl olabilir. Bunları da aynı şekilde nesil sayısına döktüğümüzde aradaki farklar ortaya çıkar. Dolayısıyla ortalama ömrü kısa olan canlıların, daha az sürede daha çok nesil ortaya çıkaracağını anlayabiliriz. Evrimin gerçekleşmesi için yeterince zamanın geçmediğini düşünenlerin, Dünya’nın yaklaşık 4,5 milyar yıl yaşında olduğunu hatırlaması faydalı olacaktır.

    Ancak makroevrim, çoğu zaman olağanüstü yavaş bir süreçtir. İki fare çiftleştiği zaman yavruları fare olur. O yavrular da birbirleriyle çiftleşir ve bu böylece sürer gider. Nokta mutasyonlar kısa zaman dilimlerinde bu gerçeği çarpıcı şekilde değiştirmez. Yani makroevrim olmaz. Bunun olması için, çok güçlü bir zorlayıcı etkinin çok uzun bir süre boyunca ortamda bulunması gerekir. Yeterli zaman tanındığı takdirde temel evrimsel mekanizmalar, büyük evrimsel değişimler yaratabilirler. Bu süreçte önemli rol oynayan mekanizmalardan birisi de crossing-over’dır, bu konuyla ilgili detaylı bilgi içeren şu yazıyı okumanızı öneriyorum. Buradaki önemli bir diğer nokta da mutasyonların yürülükteki tek evrim mekanizması OLMADIĞIDIR. Konuyla ilgili şu yazının okunması da faydalı olur.

    Diğer yandan, evrimin yeni bir tür oluşumu için olağanüstü hızlı gerçekleşebildiğini de biliyoruz. Buna en güncel örneklerden birisi, Lenski ve ekibinin yapmış olduğu Lenski deneyidir. 1988 yılında başlayıp 22 sene süren deneyde E. coli bakterileri kullanıldı. Deneyin sonucunda bir türün, daha önce hiç sahip olmadığı ve hiç de küçük önemi olmayan, devasa bir değişimi başarabildiği gösterilmiştir. Deneyin başlangıcında, pek çok özellik 12 farklı E. coli kolonisi 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. 2008 yılında ise 33.127. nesilde daha da farklı bir adaptasyon gelişti. Doğadaki E. coli bakterileri, sitrat molekülünü hücre içine bile alamazken; deney sürecinde daha önce hiç sahip olmadıkları bir özellik olarak sitrat moleküllerini hücre içerisine alıp sindirerek enerji üretmeyi başaracak şekilde evrildiler. Deneyi anlatan daha kapsamlı bir yazı için tıklayın. 

   Cennetin Ejderleri adlı kitabında Carl Sagan bu durumu şöyle açıklar:

“Evrimsel veya genetik değişimin zaman skalası çok uzundur. Bir türden başka bir türün ortaya çıkma periyodu kabaca belki de yüzbinlerce yıl alır, ve genellikle de oluşan davranışsal değişiklikler çok da büyük görünmez, örneğin aslanla kaplanlar arasındaki fark gibi. İnsan uzuvlarındaki yakın zamanlı evrime bir örnek, ayak parmaklarımızdır. Başparmak yürürken denge kurmamızda önemli ölçüde etkilidir, diğer parmaklarsa daha az öneme sahiptir.Bunlar açıkça, arboreal maymunların, yakalamaya ve sallanmaya yarayan parmaksı uzuvlarına benzeyen yapılardan evrilmiştir. Bu tür bir evrim, bir organ sisteminin bir amaçtan oldukça farklı başka bir amaca yeniden özelleşmesidir ve yaklaşık 10 milyon yıl gerektirir.”

    Uzun lafın kısası, halihazırda var olan bir yapıda bile bu ufak değişimlerin gerçekleşmesinin 100 bin veya 10 milyon yıl gerektiriyor olması bize şunu gösterir: Bir canlının başka bir canlı türüne dönüşmesi (makroevrim) çok daha uzun zaman alan bir süreçtir. Buna bir örnek de memelilerin gelişimidir. 65 milyon yıl önce dinozorların bir anda yok olduğunu biliyoruz. Buna sebep olarak gösterilen teorilerden bir tanesi asteroid çarpmasıdır. O gün dinozorlar için kötü, memeliler içinse güzel bir günmüş. Dinozorların, yani o dönemde yaşayan en önemli yırtıcıların ortadan kalkmasıyla memeliler gelişmeye ve çeşitlenmeye başlamıştır. 

Resim: Didelphodon

   65 milyon yıl önce memeliler şimdi olduklarından çok daha basitti. O zamanın memelilerine en iyi örneklerden birisi Didelphodon adı verilen ve günümüz Amerikan keseli sıçanına benzeyen ufak ve 4 ayaklı bir canlıdır. Evrim teorisine göre, geçtiğimiz 65 milyon yıl içinde, bugün gördüğümüz türlerin (4000’den fazla) hepsi Didelphodon’a benzeyen ufak 4 ayaklı canlılardan türemiştir. Rastgele mutasyonlar ve doğal seleksiyon yoluyla evrim, bu mütevazi başlangıç noktasından başlayan memeli toplumunda olağanüstü çeşitlilikte türler meydana getirmiştir. Birkaç gram ağırlığındaki  bir yarasadan 30 metre uzunluğundaki bir balinaya kadar geniş bir spektrumda çeşitlilik olmuştur.

   Carl Sagan’ın söylediklerini ele alalım. 65 milyon yılda, 650 tane 100 bin yıllık periyod vardır. Bu da evrimsel saatin tik-taklarında  650 atım demektir. Nesli tükenmiş olan bir keseli fareden başlayarak 650 aşamada fil gibi bir hayvana gelmeye çalıştığınızı düşünün. Filin beyni neredeyse 100 kat daha büyüktür, beyin birbirine bağlı yüzlerce nöron içerir, filin hortumu keseli fare benzeri canlıdan 100 kat uzundur, 140 bin kas içerir..vb örnekler çoğaltılabilir. Birçok insan için böylesi bir hızı ve çeşitliliği hayal etmek zordur, bu yüzden de evrimin nasıl işlediğini anlamak için, önce bu kavramları algılamak gerekiyor.

   Bir canlı, mevcut yaşam koşulları değiştiğinde (ki bunlar iklimsel ve coğrafi baskılar, eşeysel seçilim baskıları, beslenme özellikleri, mevcut avcı popülasyonları vb. faktörleri içerir) hayatta kalma savaşını verirken, bazen tek bir gende meydana gelen bir mutasyonla eski haline göre anormal görünen ama aslında değişen koşullara daha uyumlu olmasını sağlayan özellikler geliştirir. (Örnek: Beslenme sıkıntısı olan bir ortamda daha uzun boyunlu bir zürafa yavrusunun doğması.) Mutasyonla meydana gelen değişiklik, türün yaşam koşullarını kolaylaştırmışsa, bu yeni bireylerin hayatta kalmave üreme şansı daha yüksek olacağı için, zaman içinde popülasyonda mutasyona uğramış olan nesillerin sayısı artar. İşte doğal seçilim budur. Doğal seçilim çok basit olsa da garip bir şekilde zor anlaşılan bir kavram. Bununla ilgili bilgilendirici bir video aşağıda:

İnsan beyninin evrimi

   Hız problemine bir örnek daha. Mevcut fosil kayıtları insanların, Homo erectus türünden evrildiğine işaret ediyor. H. erectus, 2 milyon yıl önce ortaya çıkmış bir hominan türüdür. Onun kafatasına bakarak beyninin 800-900 cc olduğunu biliyoruz. Modern insanın beyniyse 1500 cc. Başka bir deyişle, 2 milyon yılda H.erectus’un beyin hacmi 2 katına çıkarak modern insan beynine dönüşmüş oluyor. Bizim beyinlerimiz şu anda 100 milyardan fazla nöron içermektedir, dolayısıyla evrim, 2 milyon yılda H.erectus beynine 50 milyar nöron eklemiştir. İnsanın evrimiyle ilgili daha detaylı bilgi için tıklayın. 

   *Güncelleme (Mart 2015): Beynimizin evrimsel süreçte büyümesinde rol oynayan bir gen bulundu

 

Fare beyni bize ne söyleyebilir?

  2002 yılında yapılan ilginç bir deneyde bilim insanları, tek bir fare genini modifiye ederek, beyni mevcut fare beyninden %50 daha büyük olan fare üretmeyi başardılar. Bu deney göstermektedir ki, nokta mutasyonlar beyin hacminde bariz değişikliklere sebep olabilir. Büyük beyinli farelerin daha zeki olup olmadıkları bilinmiyor ama bu mutasyonun arkasından gelecek olan nöron bağlantılarını ve yaratacağı değişimi hayal etmek zor değil. Bir başka ilginç deneyde araştırmacılar, tek bir gendeki amino asitte minimal değişiklikler kaydetti. Bu gen insanlarda konuşma işlemi üzerinde ciddi etkisi olan bir gendir. 

Resim: Mutasyon geçirmiş fare iskeleti

 

Şunlar da ilginizi çekebilir:

• Dünyanın en eski fosilleri keşfedildi 
• Beynimizin evrimsel süreçte büyümesinde rol oynayan bir gen bulundu
• Gezegenimizdeki yaşamın kısa bir tarihçesi 
• Mikroskobik Kan Davası: Siyanobakteriler vs. Anaerobik Bakteriler
• Naylon yiyen bakteriler ve HIV virüsünün mutasyonları

   Aşağıdaki sempatik video 1980 yılında çekilmiştir. Gezegenimizin oluştuğu günden bugüne kadarki evrim sürecini anlatan bu animasyonu izleyince insan düşünmeden edemiyor: Bugünlere gelene kadar ne kadar çok zaman geçmiş ve o zamana kıyasla kısacık bir sürede dünyayı ne hale getirmişiz. Karamsar bir bakış açısıyla böyle düşündüm. Ama bunları 4 dakikalığına unutup videonun keyfini çıkarabilirsiniz de tabi 🙂 İyi seyirler! 

   Ayrıca, BBC’nin Çocuklar İçin Evrim adlı çizgi film serisini izlemek için  

 

 

     Evrim, bilimsel bir bakış açısıyla canlıların türeyişini ve değişimini açıklayan tek olgudur. Evrimin temeli olan “ortak ata” kavramı (bütün canlıların bir zamanlar yaşamış atasal formlardan türeyerek evrimleşmiş olduğu), günümüzde bilim çevrelerinde yaygın kabul gören bilimsel bir gerçektir.

   Aşağıda izleyeceğiniz Cassiopea Project imzalı Facts Of Evolution (Evrim Gerçekleri) belgesel serisi, evrim mekanizmalarına ilişkin işlevsel ve genetik verileri, embriyolojik yapılarda izlenen ipuçlarından endojen retro-virüslere kadar pek çok destekleyici kanıtla birlikte ortaya koyuyor. Genetik biliminin ilerlemesiyle artık kendi genomumuzda da gözlemleyebildiğimiz kanıtlar, DNA ve fosil incelemelerinin sunduğu verilerle harmanlanıyor. Çevirisini tamamlamış olduğum bu değerli yapımı keyifle ve bilgilenerek izlemeniz umuduyla iyi seyirler dilerim. 

   Tüm serinin (Evrim Gerçekleri 6 bölüm + Hayat Otobanı + Evrim Mekanizmaları) altyazılarını indirmek için tıklayın. Bonus bölüm olan Evrim Mekanizmaları’nın çevirisi için Garajımdaki Ejder’e teşekkür ederim.

• Hayat Otobanı (Highway of Life) izlemek için tıklayın
• Evrim Mekanizmaları (Mechanisms of Evolution) izlemek için tıklayın

 

   Bakterilerde antibiyotiklere veya böceklerde DDT gibi ilaçlara direnç gelişimine sebep olan evrimsel değişimler, evrim karşıtlarının iddia ettiği gibi canlıya zararlı değil, faydalıdır. Bunların birçoğu da var olan değil, sonradan evrilerek kazanılan özelliklerdir. Fleming’in Penisilin’i keşfetmesinden (1929) bu yana patojen bakterilerin yol açtığı zatürre, belsoğukluğu, tüberküloz vb hastalıkların tedavisinde antibiyotiklerden faydalanılmaktadır. Antibiyotikler, bakterileri öldürerek veya üremelerini durdurarak etki eder, fakat hastaya zarar vermez. Antibiyotiklerin keşfi tıp dünyasında çığır açmış, hastalıklarla savaşımıza yepyeni bir yön vermiştir. Ancak kullanılmaya başlanmalarından sonra bakterilerin bu antibiyotiklere direnç geliştireceği hiç hesaba katılmamıştır. Bu ilaçların hızla üretimi, yaygınlaşması ve kullanım alanlarının artmasıyla, bakteriler de kendi yaşamlarını devam ettirebilmek adına genetik mekanizmalar yoluyla çeşitli önlemler geliştirmiştir. 

Bakterilerin antibiyotik direnci kazanmasında farklı genetik mekanizmalar rol oynar: 

• Bakteri kromozomunda oluşacak bir mutasyon, en sık rastlananlardan biridir. Mesela bakterinin hücre duvarında yer alan proteinin geninde meydana gelen bir mutasyon, antibiyotiin bu proteine bağlanmasına ve etkisini göstermesine engel olur. Proteinin işlevine bir zararı olmayan bu mutasyon, onu antibiyotikten koruyarak bakteriye yaşamsal değeri olan bir katkı sağlamış olur.
• Kimi bakteriler ise daha önceden sahip oldukları direnç genlerini, antibiyotiğin varlığında harekete geçirirler. Bu genler, genelde bakterilerin içinde yuvarlak DNA halkaları olan plazmid yapılarında taşınır ve bu plazmidlerin diğer bakterilere aktarımı, bakteri dünyasında olağandır.
• Virüsler, bu direnç genlerini bakteri genomuna sokabilir. 

   Yapılarında barındırıkları β-Laktam halkası nedeniyle beta laktam (β-lactam) antibiyotikler (Penisilinler, Monobaktamlar, Sefalosporinler, Karbapenemler) olarak sınıflandırılan ilaç grubu, bakterinin hücre duvarı sentezini durdurarak etki eder. Ancak bakteriler, antibiyotiğin β-Laktam halkasına saldırarak onun etkisini yok eden, β-Laktamaz isimli bir grup enzim üretmiş ve böylece ilaca dirençli hale gelmiştir. Enzimi kodlayan genlerde meydana gelen mutasyonlar, bakteri için hayati önem taşıyan bir kazanım sağlamıştır. İlgili antibiyotiklerin tedavide kullanılmaya başlanmasıyla, daha önce bu enzimlere sahip olmayan bakteriler de bu enzimleri üretmeye veya kullanmaya başlamış, doğal seçilimin devreye girmesiyle de kısa zamanda popülasyonda baskın hale gelmişlerdir. Bu sorunun üstesinden gelebilmek için, ilaçların yapısına β-Laktamaz inhibitörleri (klavulanik asit, sulbaktam, tazobaktam) eklenmesi gerekmiştir. 

Görsel: Penisilin (üstte) ve sefalosporinlerin (altta) nüve yapısı. Kırmızıyla işaretli kısım β-laktam halkasıdır.   

   Dirençli bakteriler, yeni kazandıkları direnç genlerini genetik mekanizmalar sayesinde diğer bakterilere de aktarabilirler. Birden fazla direnç geni taşıyan organizmalar, çok sayıda ilaca dirençli olan süper bakterilerdir (Multidrug Resistant, MDR). Bunlardan bazıları aşağıda verilmiştir: 

MRSA – Metisilin dirençli S. aureus 

VRE – Vankomisin dirençli enterokok

ESBL’ler – Genişlemiş spektrumlu beta laktamazlar (Sefalosporin ve Monobaktamlar’a dirençli) 

PRSP – Penisiline’e dirençli Streptococcus pneumoniae 

   Yani bakteriler, direnç geliştirmek için birçok imkandan faydalanır. Antibiyotik direncinin gelişmesi, mükemmel bir doğal seçilim örneğidir. İlaçların aşırı ve kontrolsüz kullanımı (örneğin, her burun akıntısında antibiyotiğe sarılmak) hassas bakterileri öldürürken, az sayıdaki dirençli bakterinin hayatta kalmasına ve zamanla bakteri popülasyonunda bu dirençli bakteri nüfusunun artmasına sebep olur. Yapılan çalışmalarda görülmüştür ki, bakteriler eninde sonunda her antibiyotiğe direnç geliştirir (Neu, 10992). Bir bakteride evrilen bu direnç, genetik mekanizmalar sayesinde hızla diğer bakterilere de yayılır. 

   Belsoğukluğu gibi bazı hastalıklarda, tedavi için 1970’lerden beri her 3-4 senede bir yeni bir antibiyotik kullanımı gerekli olmuştur. Belsoğukluğuna sebep olan Neisseria gonorrhoeae bakterisi her yeni antibiyotiğe zamanla direnç geliştirmiştir. 1960’larda penisilin ve ampisilin, pek çok belsoğukluğu vakasını karşı etkiliydi. Bugün ise, ABD’de bu belsoğukluğu bakterilerinin %24’ünden fazlası antibiyotiklerden en az birine karşı, Güneydoğu Asya’dakilerin ise %98’i penisiline karşı dirençlidir. 

   Böceklerde DDT gibi ilaçlara karşı kazanılan bağışıklık, ayrıntılarda fark gösterse de, temelde bakterilerle aynı aşamalardan geçer. Yani burada da yine, doğal seçilime örnek oluşturan bir durum yaşanır. Dış etki sonucu avantajlı duruma geçen bireyler, hızla çoğalarak popülasyonda baskın hale gelir, ilaçla ölen böceklerin yerini alır. Genetik mekanizmaları bakterilerle tamamen aynı olmasa da, bu etkiyi yaratan da yine faydalı mutasyonlardır. 

   Bu değişimlerin mekanizmaları, evrim kuramında ortaya konan şablonla birebir uyum içerisindedir. Sadece terimlerle ilgili karmaşadan yola çıkarak ve sözcük oyunları yaparak bu süreçlere başka anlamlar yüklemeye çalışmak, toplum sağlığını ilgilendiren böylesine önemli bir tıbbi konuda insanları yanlış yönlendirmekten başka bir şey değildir. Bugün bildiklerimiz ve hastalıklarla savaşmamızda bize yol gösteren en önemli veriler, evrim kuramından gelmektedir. Bakteriler her geçen gün yeni geliştirilen ilaçlara direnç geliştirmektedir. Hastalıklarla mücadeledeki başarımız, evrim mekanizmaları hakkında öğrendiklerimize ve bu konuda yapılacak yeni keşiflere bağlıdır.

Şunlar da ilginizi çekebilir:

• HIV virüsü ve evrim
• Naylon yiyen bakteriler ve HIV virüsünün mutasyonları
• Faydalı mutasyon kavramı ve örnekleri
• Evrim Gerçekleri belgesel serisi
• Evrimde yanlış anlaşılan hız problemi