17 Mart 2009

En yakın akrabamız

İnsanların, 22 çift otozom kromozomu, ve X ve Y eşey kromozomları olmak üzere toplam 23 çift kromozomu vardır. 1955 yılına kadar en yakın hayvan akrabamız olan şempanzeler ve diğer insansı primatlar gibi 24 çift kromozoma sahip olduğumuz düşünülüyordu.

Bu tez, Albert Levan ve Joe-Hin Tijo'nun kullandığı yeni mikroskobik tekniklerle geçerliliğini yitirdi.

H-İnsan, C-Şempanze kromozomlarının yan yana kıyaslaması

İnsanın 2 numaralı kromozomunun yakından incelenmesi, şempanzelerde hala var olan iki adet daha küçük kromozomun birleşmesiyle oluştuğunu gösterdi. Bu birleşme bizleri insan yapan evrimsel olaylardan biridir. Aynı zamanda, insan ve şempanze genomunun %96'lık bir benzerlik göstermesi ortak bir atadan 6 milyon yıl kadar önce ayrılıp türediklerinin ve yakın akraba olduklarının da bir göstergesidir.

13 Mart 2009

Erkeklik öldü mü?

Hücrelerimizin her birinin birer çekirdeği ve 22 otozom (autosome) kromozom çifti vardır. Otozom kromozomların eşeysel seçilimde rolleri yoktur. Bu yazıyı okuyan siz okuyucuların çoğunda iki tane eşey kromozom bulunur. Dişilerin iki X kromozomu vardır. Bu X kromozomları yaklaşık 155 milyon nükleotit uzunluğundaki iki büyük DNA molekülünden oluşur. Erkekler farklıdır, bir tane X kromozomları ve daha küçük bir Y kromozomları vardır. Y kromozomunun uzunluğu yalnızca 50 milyon nükleotit kadardır. X kromozomunda binin üzerinde gen vardır, buna karşın Y kromozomu gen açısından fakirdir (27). Y, X'e göre oldukça küçük (beşte bir büyüklüğünde) olmasına karşın, erkek eşeyinin saptanmasında ve gelişiminde önemli rolü vardır. Buna karşın erkeklerin çoğu Y kromozomunun yavaş yavaş bozulduğunu bilmezler.

İnsan genomundaki X ve Y kromozomları

Memelilerin Y kromozomu, kökeninde, kromozomların yaşam tarzı açısından son derece normaldi. Hatta 100 milyon yıl kadar önce memelilerin ortak atasında Y kromozomu, bugünkü X kromozomuna büyük bir olasılıkla çok benziyordu. Ama birden ters bir şey oldu. Bu belki de Y kromozomunda bulunan bir genin düzenlenmesindeki bir değişiklik ya da mutasyondu. Bu mutasyonun memelilerde eşeysel seçilimin denetimini değiştiren bir etkisi oldu. Her ne olduysa, erkek ve dişi arasındaki cenin gelişim farkının saptanmasında rol oynayan anahtarlarda değişiklikler oldu. Bundan dolayı Y kromozomu diğer kromozomlarla iletişim kurma yetisini kaybetmeye başladı. Bir başka deyişle, Y kromozomu genomdaki diğer kromozomlarla çift oluşturma ya da karışma yetisini kaybetti. "Yeniden karışım" yetisinin kaybı, bu kromozomun, genlerindeki zararlı mutasyonları dengeleme yetisini ortadan kaldırdı. Zira "yeniden karışım", bir organizmanın seçilim değerine zararlı etkileri olan mutasyonları, kromozomların karşılıklı olarak düzeltmelerinin etkili bir yöntemidir.

Karışma azaldıkça, Y kromozomundaki genler ya genomda kayboldular ya da diğer kromozomlara geçtiler. Böylece bir zamanlar binlerce genden oluşan Y kromozomundaki gen sayısı, insanlarda yalnızca 27 gene düştü. Diğer memelilerin Y kromozomlarındaki gen sayısına bakarak, bu kromozomumuzdaki gerilemeyi kolayca görebiliriz.

Zaman geçtikçe bütün bunlar Y kromozomu için kötü bir haber oluşturuyor, çünkü eğer kayıp bu şekilde devam ederse, sonunda Y kromozomu insan genomunda ortadan kalkacak. İnsan genetiğinin gurularından Oxford Üniversitesinden Brian Skyes, şu anki doğum oranlarına bakarak, Y kromozomundaki bu gerilemeyle ilgili olarak, 5.000 nesilde ya da yaklaşık 125.000 yılda %99 azalma olacağını öngörüyor. Skyes insan genomunun, erkekliği ya da dişiliği saptama donanımının değişeceğini öngördü. Öyle ki, ya erkek eşeyinin saptanması başka bir kromozomda olacak, ya da erkekler için en kötü olasılık, erkekliğin saptanışının insan genomunda tamamen kaybolmasıyla erkek eşeyi insanlarda tükenecek. Bu tuhaf senaryoda insanlar eşeysel olarak üreyemeyecekler, zira yalnızca dişi eşey var olacak.

Her şeye karşın, şu anda Y kromozomuna sahibiz, ve bu kromozom Dünya üzerinde popülasyonlar arasındaki dağılımı anlamamız açısından güçlü bir gereç oluşturuyor.

Kaynak
Human Origins, De Salle & Tattersal, Texas A&M University Press
Hall of Human Origins, American Museum of National History

6 Mart 2009

Evrim terminolojisi ile ilgili gözlemler

Evrim terminolojisinin kilit deyimleri

Türkçe'nin kelime haznesinin ve ifade gücünün İngilizce'ye göre, özellikle bilimsel ve teknik konularda daha zayıf olması hepimizin malumu. Konumuzla ilgili temel sorunlardan biri de 'değişim' kavramı ile ilgili. Evrimsel terminolojide sık sık geçen aşağıdaki deyimlere bir göz atalım:

Change: En genel tanımıyla değişim ya da herhangi bir değişiklik. İçeriğe göre anlamı değişiyor, ama çoğunlukla anlık, kendiliginden ve/veya niceliksel deşiğiklikleri vugulamak için kullanılıyor. Change in eye color, changes in genetic sequence, genetic change, change in allele frequencies etc.

Variation: Çeşitlilik, varyasyon. Çoğunlukla türlerin özelliklerinde popülasyonun bireyleri arasında gözlenen değişiklikleri ifade etmek için kullanılıyor. Türler arasındaki çeşitliliği vurgulamak için de kullanıldığı oluyor. Sık yapılan yanlışlardan biri de 'çeşitliliğin' 'değişim' ya da 'değişiklikler' diye çevrilmesidir.

Mutation: Mutasyon. Gen dizilerinde rastlanan rastgele ve kendiliginden bazal değişimlerin genetik donanımı değiştirmesi. Sık yapılan yanlışlardan biri de 'mutasyon'un 'değişim' diye çevrilmesidir.

Evolve: Evrilmek. Evrim süreci kapsamında birikimsel (cumulative) ve uyarlanımlı (adaptive) evrimsel değişimlere uğramak. Değişimin uyarlanımlı olması çok önemli, zira uyarlanım (adaptation) olmadan evrim olmuyor.

Adaptation (Wikipedia'dan): Uyarlanım. Bir canlının çevresine daha iyi uyum sağladığı doğal seçilimle gerçekleşen süreç.

Natural Selection (Evrimi Anlamak sitesinden): Değal seçilim. Bir popülasyondaki farklı genotiplerin, o popülasyonun gen sıklıklarında değişikliklere sebep olacak biçimde farklılıklar göstererek hayatta kalması ya da üremesi. Sık yapılan yanlışlardan biri de 'doğal seçilim'in 'doğal seçim' diye çevrilmesidir.

Evrim'in tanımına gelince, evrim bir olgu olarak ele alınabilir, bir kuram olarak alınabilir, ya da bir süreç olarak ele alınabilir. Bilim felsefesinde evrimin bir olgu mu yoksa bir kuram mı olduğu tartışmaları sık sık yapılır. Ama bilimsel içerikte evrim kısaca canlılardaki değişerek türeme 'sürecini' anlamlandırır. Zira bilimsel içerikte evrimin bir 'süreç' (process) olma özelliği onun en belirgin ve önemli özelliğidir.

Dilerseniz gelin Evrimi Anlamak sitesindeki tanıma bir göz atalım:

Evolution (Evrimi Anlamak sitesinden): Evrim. Biyolojik evrimin en basit tanımı, değişerek türemedir. Bu tanım hem küçük ölçekte evrimi (yani bir popülasyonun içinde gen sıklıklarının (*) nesilden nesile değişmesini) hem de büyük ölçekte evrimi (yani aradan bir çok nesilin geçmesiyle ortak bir atadan farklı türlerin türemesini) kapsar.

(*) not: Aslında 'gen sıklığı' yerine 'alel sıklığı' tanımını kullanmak daha doğru, ama bununla ilgili semantik bazı sorunlar var, ileride bu konuya tekrar değineceğim.

Allele (Evrimi Anlamak sitesinden): Alel. Bir lokustaki genin değişik versiyonlarından birisi. Bir popülasyondaki farklı bireyler aynı lokusta farklı allelere sahip olabilirler. Örneğin, bezelyenin rengini belirleyen lokusta sarı rengi veren alel ya da yeşil rengi veren alel bulunabilir. Aynı lokustaki farklı aleller sıklıkla büyük ve küçük harflerle birbirinden ayrılır (örneğin Y ve y alelleri gibi).

Gen Sıklığı deyimi ile ilgili semantik sorunlar

Önce dilerseniz Modern Sentez'in evrim tanımına bir göz atalım:

"Evrim nesiller arasında popülasyonun alel frekanslarındaki değişimdir."
veya
"Evrim, nesilden nesile popülasyonun gen havuzundaki alel frekanslarının değişmesidir."

Bu bilimsel literatürde ve sözlüklerde geçen yaygın bir tanımdır. Tabii ki % 100 doğrudur, ama sıradan bir okuyucu için biraz fazla teknik ve anlaşılması zor bir tanım gibi geliyor bana.

İlginç bir nokta da, Evrimi Anlamak sitesi Kaliforniya Üniversitesinin hazırladığı bir ana metnin çevirisi aslında, yani geniş kitlelere erişim amaçlı. Dikkatimi çekti, belki de çok teknik kaçmamak için 'alel frekansı' yerine 'gen sıklıklarındaki' değişimlerden söz ediyorlar. Alel frekansı 'modern sentezin' kuvvetle üzerinde durduğu ve teknik olarak daha doğru bir deyim, ama modern sentez konunun bir üst aşaması, yani alel kavramı belki de ileri (advanced) bir aşamada devreye sokulabilir diye düşünmüş olabilirler.

3 Mart 2009

Mart ayı etkinlikleri

Sevgili okurlar

Şu ana kadar bloguma gösterdiğiniz ilgi için gerçekten çok teşekkür ederim.

Mart ayı boyunca "Evrimi Anlamak" sitesinde çalışan dostlara yardımcı olacağımdan Evrim Olgusu'ndaki iletilerimin sıklığında bır azalma olabilir, anlayışla karşılayacağınızı umuyorum.

"Evrimi Anlamak" gerçekten çok önemli bir çalışma. Sokaktaki insanın evrim konusunda kafasında oluşabilecek soru işaretlerini yanıtlamaya yönelik, olgusal, nesnel ve bilimsel bir aktarım.

Bu özenli çalışmayı lütfen takip ediniz, eşinizi dostunuzu haberdar ediniz. Evrim kuramını, bilimin ışığını yaymamıza yardım ediniz..

Sağlıcakla kalın ve bir yere gitmeyin sakın, evrim konusundaki güncel gelişmelerle ilgili ilginç iletilerim devam edecek.

Sevgiler ve Saygılar

Aragon Toscana
Evrim Olgusu

27 Şubat 2009

Doğal seçilim ne denli yaygındır?

Biyologların doğal seçilimle ilgili sorabileceği en basit sorulardan biri de, ilgiçtir, yanıt verilmesi en güç olanlardan biridir. Doğal seçilim, bir popülasyonun genel genetik oluşumunun değişiminden ne derecede sorumludur? Doğal seçilimin canlıların fiziksel özelliklerinin çoğunu oluşturduğundan kimsenin ciddi bir kuşkusu yoktur - gaga, biseps, beyin gibi büyük ölçekteki özelliklerin oluşumunun başka mantıklı bir açıklaması yoktur. Ancak, doğal seçilimin, değişimin moleküler düzeyde yönlendirilmesi üzerindeki rolünün etkinlik derecesi üzerinde ciddi şüpheler duyulmuştur. Acaba DNA'da milyonlarca yıl boyunca gerçekleşen evrimsel değişimin -başka bir sürece göre- ne kadarı doğal seçilim tarafından yönlendirilmiştir?

1960'lara gelene değin, biyologların bu soruya verdiği yanıt, "hemen hepsi" olmuştur, ancak Japon araştırmacı Motoo Kimura, tarafından yönetilen bir grup popülasyon genetikçisi, bu görüşe keskin bir biçimde meydan okumuştur. Kimura -çevre koşullarının başlangıçta az rastlanan bir özelliğin frekansını arttırdığı "olumlu" doğal seçimin- çoğunlukla moleküler evrime etki etmediğini ileri sürdü. Buna karşın Kimura; popülasyonlarda kalıcı olan ya da yüksek frekanslara ulaşan genetik mutasyonların hemen hepsinin seçilim açısından "yansız" olduğunu, yani şu ya da bu şekilde seçilim değeri üzerinde kayda değer etkileri olmadığını söyledi (Doğal olarak, zararlı mutasyonlar yüksek bir oranda oluşmaya devam ederler, ancak popülasyon içinde yüksek frekanslara ulaşamadıkları için, evrimsel açıdan çıkmaz sondurlar.) Şu anki çevre koşullarında yansız mutasyonlar esas olarak görünmez olduklarından, böylesi değişiklikler, genetik derlemeyi zamanla büyük oranda değiştirirken, popülasyon içinde sessiz bir biçimde farkedilmeden evrilirler.

1980'lere gelindiğinde bir çok evrimsel genetikçi "yansız mutasyon" kuramını kabul etmişti. Ancak bu kuram üzerindeki veriler çoğunlukla dolaylıydı; daha doğrudan yapılan kritik testlerden yoksundu. İki ayrı gelişme bu sorunun çözümüne yardım etti. Birincisi, popülasyon genetikçileri, genomdaki yansız değişiklikleri, uyumlu olanlardan ayırt etmeye yarayan basit istatistiksel testler geliştirdiler. İkincisi, yeni teknoloji, bir çok türün genomunun tamamının sıralanmasını olanaklı kıldı, böylelikle bu istatistiksel testlerin uygulanabileceği yüksek miktarda veri edinilmiş oldu. Yeni veriler "yansız mutasyon" kuramının, doğal seçilimin önemini yabana attığını gösterdi.

Drosophila melanogaster

Kaliforniya Üniversitesi, Davis'den David J. Begun ve Charles H. Langley'in liderliğindeki bir ekip tarafından yapılan bir araştırmaya göre, Drosophila sınıfına ait iki meyve sineği türünün DNA dizileri karşılaştırıldı. Bilim insanları her iki türde yaklaşık 6.000 geni incelediler, ve iki tür ortak bir atadan ıraksadığından beri, hangi genlerin ayrıldığını saptadılar. İstatistiksel bir test uygulayarak, 6.000 genin en az %19'unda yansız evrimin olmadığını ortaya koydular; bir başka deyişle, doğal seçilim, incelenen genlerin beşte birinin evrimsel ıraksamasını yönlendirmişti (uyguladıkları istatistiksel test "ölçülü" (conservative) olduğundan, asıl oran daha yüksek olabilir.) Bu sonuç yansız evrimin önemsiz olduğunu önermiyor -yani genlerin geri kalan %81'i genetik sürüklenmeyle ıraksamış olabilir. Ama doğal seçilimin, çoğu "yansız mutasyon" kuramcısının sanısının aksine, türlerin ıraksamasında daha büyük bir rolü olduğunu kanıtlıyor.

Kaynaklar
Scientific American: http://www.sciam.com/article.cfm?id=testing-natural-selection
Drosophila Population Genomics Project

24 Şubat 2009

DNA'mızın %98'i ne işe yarar?

Yeni bir araştırmayla Batı Avustralya Tıp Araştırma Enstitüsünden (WAIMR) genç bir araştırmacı, insan genomunun karmaşık yapısına açıklık getirdi.

12 Şubat 2009'da "Molecular Cell" sitesinde çevrimiçi yayınlanan bu yeni araştırma, insan genomunun sıralamasının üzerini örten bir gizem perdesini araladı -- DNA'mızın %98'inin amacı nedir?

ABD'deki iki araştırma ekibiyle yapılan bir işbirliği kapsamında, WAIMR'dan Dr Archa Fox -- bilinmeyen bir nedenden ötürü gemomun çoğunda bulunan ve-- kodlama yapmayan RNA'nın özgün bir işlevini belirledi.

Fox, "Kodlama-yapmayan bir RNA olan 'Neat1'in, her hücrede yer alan ve önemli bir depo görevi gören çokbeneklerin (paraspeckles) yapısal temeli olduğunu keşfettik." dedi.



"İnsan genomunun haritası çıkarıldığında, yalnızca %2'sinin, 25.000 adet protein kodlayıcı genden oluştuğunun anlaşılması büyük bir sürpriz olmuştu. Ancak bu %2'lik kesim tek başına biz insanların karmaşık yapısını açıklayamıyordu, eğer protein yapmıyorsa kalan %98'lik kesim ne işe yarıyordu? Araştırmamızda, kodlama yapmayan bir RNA olan 'Neat1'in amacına odaklandık, ve bu RNA'nın rolünün çokbeneklerin yapısını yaratmak olduğunu bulduk."

2002'de Dr Fox hücrenin çekirdeğinde bulunan ve bir depoyu andıran bir işlevi olan "çokbenekleri" bulan ilk bilim-insanıydı, çokbenekler önemli proteinler için yapı malzemelerini depoluyor, böylelikle hücreler bir komut verdiğinde, malzemeleri daha verimli bir biçimde salgılıyor, ve proteinlerin daha hızlı üretilmesini sağlıyordu.

Çokbenekler, hücreler için hangi proteinlerin yapılacağını daha özenli denetlemeye yarayan, ve hücreler bir proteine gereksinim duyduğunda, işlemin gerçekleşmesinde hücrelere 25 dakika kazandıran bir yöntem sağlıyordu. Bir analoji yapmak gerekirse çokbenekler, bilgisayarın merkezi bilgi işlem biriminin önbelleğine (CPU cache) benzetilebilir. Demek ki kodlamada kullanılmayan RNA adeta bir önbellek yaratıcı gibi çalışıyordu.

Genlerin aksine kodlama yapmayan RNA, protein üretimine yardım etmeyen moleküllerdir. Bu yeni araştırma sayesinde, kodlama yapmayan RNA'nın, tıpkı proteinler gibi, hücrenin önemli kısımlarını oluşturmaya yardım eden yapıcı bir kısmı gibi davranabildiğini öğrenmiş bulunuyoruz.

Kaynaklar
Machines Like Us: http://machineslikeus.com/news/what-purpose-98-cent-our-dna
Molecular Cell: http://www.cell.com/molecular-cell/abstract/S1097-2765(09)00070-7

21 Şubat 2009

Steven Scherer ve 223 gen

Google'da "Steven Scherer" + 223 diye bir araştırma yapın, onlarca yaratılışçı sayfası karşınıza çıkacaktır. Bunun kaynağı Nature dergisinde 2001 yılı Şubat ayında yayınlanan "Initial sequencing and analysis of the human genome" (İnsan genomunun başlangıç dizgilenmesi ve analizi) adlı bir makaledir. Bu makale, "International Human Genome Sequencing Consortium" (Uluslararası İnsan Genomu Sıralama Konsorsiyumu) tarafından hazırlanmıştır. Steven Scherer bu konsorsiyumdaki onlarca bilim adamından yalnızca biridir.

Makalenin öne sürdüğü sonradan tartışmalara yol açan konu "Probable horizontal transfer" (Olası yatay geçiş) başlığı altında işlenmiştir (bkz.sayfa 42/62.) Bu başlık altında, insan genomunda, bakterilerde rastlanan proteinlere çok benzeyen ama omurgasızlarda görülmeyen 223 adet proteinin saptandığından söz ediliyor. Daha detaylı bir analiz, bu proteinleri sentezleyen genlerin 113'ünün bakterilerde yaygın olduğunu, ama çok hücrelilerde yalnızca omurgalılarda rastlandığını öne sürüyor. Yazıda bu bulguların olası nedeni olarak bakteriden insana yatay gen geçişinin, ters yönde bir geçişten daha olası olduğu vurgulanıyor.

Buraya kadar tamam da, böylesi bilimsel bir araştırma, nasıl olup da yaratılışçılara malzeme oluyor, konunun bu bölümü gerçekten ilginç.

Bu aşamada sahneye Zacharia Sitchin adlı eksantrik bir kişi geliyor. Zecharia Sitchin (d.1922), insanların kökenini uzaylı astronotlarla açıklayan kitaplar yazan bir yazar. Sitchin, "Annunaki" (veya "Nephilim") adı verilen eski bir Sümer kültürünün yaratılışını, Güneş Sisteminde görünmeyen uzun ve eliptik bir yörüngede dolaşan Nibiru gezegeninden gelen uzaylılara dayandığını öne sürüyor. Sitchin'in bu görüşleri doğal olarak bilim adamları, arkeologlar ve tarihçiler tarafından yalanlanıyor.

Sitchin "the case of Adam's alien genes" (Adem'in uzaylı genleri konusu) adlı bir yazısında, Uluslararası İnsan Genomu Sıralama Konsorsiyumu tarafından bulunan 223 özgün genin, genomik evrimsel ağaçta herhangi bir ata türüne ait olmadığını söylüyor, ve sonuçta bu genlerin Adem'e uzaylılar tarafından geçirilerek insan türünün başladığını öne sürüyor. Sitchin'in bu iletisini bulan yaratılışçılar ve akıllı tasarımcılar da konuyu derhal bloglarına ve sitelerine taşıyarak, olayı evrim kuramının iflas ettiğine ve insanın evrimden bağımsız tasarlandığına dayandırıyorlar.

Bu durumda gözlerden kolayca kaçabilen ilginç bir ayrıntı da Sitchin'in iddiasının aksine, orijinal konsorsiyum makalesinde insandan bakteriye gen geçişinin neredeyse olanaksız olduğunun vurgulanmasıdır. Makalede, söz konusu genlerin bakteriden insana geçmiş olma olasılığının daha yüksek olduğu vurgulanıyor. Dolayısıyla bu bile "uzaylıların" insana doğrudan gen geçirdiği saçmalığıyla doğrudan çelişen bir önermedir.

Nature dergisindeki yayından sonra bazı araştırmacılar, karşılaştırmayı yapacak kapsamlı bir veri tabanı olmadığı için Uluslararası İnsan Genomu Sıralama Konsorsiyumu'nun sonuçlarını tartışmalı diye nitelediler. Uluslararası İnsan Genomu Sıralama Konsorsiyumu'nun yayınından yaklaşık üç ay sonra, 2001 Mayıs'ında, Rockville, Maryland'daki "The Institute for Genomic Research (TIGR)" (Genomik Araştırma Enstitüsü), yeni bir çalışmayı açıkladı. Araştırmacılar evrim sırasında insana bakteri tarafından göreceli olarak (eğer geçtiyse) çok az gen geçmiş olabileceğini gösterdiler. İnsan, bakteri ve omurgasız genomlarında yapılan analizlere göre, 50'den az insan geninin omurgalılara, evrim sırasında belli bir dönemde bakterilerden geçmiş olabileceği, Science Express dergisinde Mayıs 2001'in sonuna doğru yayınlanan bir makalede belirtiliyor.

Araştırmacılar bu genlerin hiçbirinin bakteriden insana doğrudan geçmiş olmasının mümkün olmadığını, buna karşın bazı proteinlerin yalnızca insanlarda ve bakterilerde rastlanıyor gibi gözükmesinin nedeninin omurgasızlarda bu genlerin yok olması ve insan ve bakteri genlerinin mutasyondan dolayı omurgasızlarda saptanamaması ile açıkladılar.

TIGR'de biyoinformatik bölümünün başkanı Steven L. Salzberg "Arkadaşlarım ve ben yatay geçiş diye adlandırılan nedenle insanlarda bulunan herhangi bir bakteri genine rastlamadık. Uluslararası İnsan Genomu Sıralama Konsorsiyumu tarafından açıklanan verileri kullanarak 41, Celera verilerine göre ise 46 genin insanlar ve bakteriler tarafından paylaşıldığını bulduk ama bu genlere taradığımız omurgasızlarda rastlamadık" diyor ve ekliyor; "Ancak bu paylaşımın yatay gen geçişiyle olduğunu iddia edemeyiz."

Doğada türler arasında genlerin yatay geçişi iyi belgelenmiş bir olgudur. Bakteriler başka bakterilere gen geçirebilirler, keza insan hücrelerindeki mitokondri ve organeller bir zamanlar serbest yaşayan bakteri idiler ve genleri insanlara bu şekilde geçirdiler.

Ancak bir çok evrimsel biyolog, bakteri genlerinin omurgalılara geçebileceği yolunda kuvvetli bir delil olmadığını söyler. Bu nedenle, İnsan Genomu Sıralama Konsorsiyumu'nun, yüzden fazla insan proteinin "omurgalılara ya da omurgalı öncesi türlere bakteriden yatay olarak geçirildiğini" Nature dergisinde önermesi büyük haber oldu.

TIGR yayını, yatay geçişin en azından dev bir abartma olduğunu, ve bu tezin tamamen hatalı olmasının mümkün olduğunu gösterdi. Öte yandan omurgalılara hiçbir bakteri geni geçmiş olmadığını kanıtlamak şu anda olanaksızdır. Yerine, TIGR araştırmacıları, eldeki genomik verilerin Nature makalesinde yapılan orijinal açıklamayı desteklemediğini göstermeye çalıştılar.

Nature makalesinin yazarları gibi, TIGR araştırmacıları da türlerde alışılmadık 'dağılım izlerini' aramak için biyoinformatik gereçler kullandılar. Bu strateji, değişik türlerde benzer dizilerin saptanmasını içeriyordu. Salzberg "Dizi benzerliği güçlü bir gereçtir ama kullanırken çok dikkatli olmak gerekir" diyor ve devam ediyor; "Benzerlik iki proteinin ortak bir atası olduğunun olası olduğunu ve proteinlerin benzer işlerliği olduğunu gösterir, ama ne zaman ayrıldıklarını söylemez."

TIGR'den Jonathan Eisen, bu yaklaşımın etkili ama sıklıkla yanıltıcı olduğunu söylüyor. Olağandışı dağılım izleri, genlerin kaybından ya da aslında var olan ama tanınamayacak kadar mutasyona uğramış olduğu için kayıpmış gibi görünmesinden kaynaklanıyor olabilir. Eisen "Orijinal çalışmanın en büyük evrimsel sorunu, omurgasızlarda gen kaybının olmadığını varsaymasıdır" dedi ve "Özellikle küçük genomlarda gen kaybının çok yaygın olduğunu öngören binlerce değilse bile yüzlerce çalışma vardır" diye ekledi.

Yanıltıcı kesinlikleri elemenin bir yolu da, örnekte daha fazla veri bulundurmaktır. Nature yayınına göre, insan genom dizilerinde öngörülen proteinler, dört omurgasız dizisi ve diğer omurgasız ökaryotlarda bulunan dizilerle karşılaştırıldılar. Bu dört omurgasız türü, maya, solucanlar, sinekler ve Arabidopsis bitkisi idi.

Buna karşın TIGR veri kümesi, halka açık genomik verilerin, yüzlerce omurgasız türde saptanan kısmi genler de dahil olmak üzere, hemen hemen tamamını kapsıyordu. Araştırmacılar "Nature ekibinin orijinal kümesinde omurgasızlarda olmadığı bildirilen genlerden 21 tenesinin sünger, soya fasulyesi, ve deniz anası gibi omurgasız organizmalarda saptandığını" açıkladılar. Salzberg "Tek varabileceğim sonuç başlangıçtaki araştırmada bu genlerin atlanmış olduğudur" dedi. Dolayısıyla yeniden yapılan analizler, insan geninde saptandığı söylenen bakteri genlerinin sayısının, insan genomuyla karşılaştırmak üzere kaç omurgasız genomunun taranmış olduğuna bağımlı olduğunu göstermiştir.

Araştırmacı Eisen diyor ki, "insan genomu bakteri orijini olan bir kaç yüz gene sahip olmuş olsaydı bile, insan genomunda 25.000 gen vardır, yani Nature ekibi omurgalı soyuna 600 milyon ila bir milyar yıl süresince girmiş olabilecek olan genomun yüzde birlik bir bölümünü bulmuş olurdu", ve ekliyor "doğrusunu söylemek gerekirse bu sayı o kadar ilginç bir sayı değil".

Peki Steven Scherer'e ne oldu, hani Google aramasında ismini kullandığımız, Nature ekibinde yer alan, ve yaratılışçı bloglarında, forumlarında kahraman gözüyle bakılan bu bilim adamının konuyla ilgisi nedir diye sorabilirsiniz. Rivayete göre Steven Scherer, şarlatan Zacharia Sitchin'e, 223 genle ilgili "It is a jump that does not follow current evolutionary theories", yani "Güncel evrim kuramlarını izlemeyen bir atlama" yorumunda bulunmuş. Ne diyelim, dilin kemiği yok ki! Şimdi herhalde bin pişmandır dediklerinden dolayı.

Kaynaklar

Nature 409, 860-921 (15 February 2001)
İnsan genomunun başlangıç dizgilenmesi ve analizi
http://www.nature.com/nature/journal/v409/n6822/full/409860a0.html

Genome News Network, TIGR Araştırması
http://www.genomenewsnetwork.org/articles/05_01/Gene_transfer.shtml

Adem'in uzaylı genleri konusu, Zacharia Sitchin
http://www.sitchin.com/adam.htm

19 Şubat 2009

Özelliklerin Moleküler Temeli

Atomlardan Özelliklere - David M. Kıngsley- 3. Bölüm

Herschel, özellikler üzerine etkili olan ve yeni canlı türlerini tamamen doğal süreçlerle oluşturan Darwin'in doğal seçilim kuramını kabul etmeden önce, değişimlerin nasıl ve neden ortaya çıktığına yanıt istiyordu. Bugün bilim adamları, DNA'da kendiliğinden oluşan değişikliklerin, özellik değişimlerinin temel "nedeni" olduğunu biliyorlar, ancak bu mutasyonların "nasıl" özellik farklarına dönüştüğünün yanıtı daha karmaşıktır ve bu soru evrimsel çalışmaların ötesinde etkileri olan hareketli bir araştırma alanı oluşturur.

Biyologlar artık çoğu durumda, bitkiler ve hayvanlardaki alışılagelmiş biçimsel ve fizyolojik özelliklerden, DNA'nın atomlarına değin dizilen noktaları birleştirebiliyorlar. Örneğin, Mendel'in uzun ve kısa bezelye türleri arasındaki fark, "gibberellin oxidase" enzimini yapan gendeki tek bir A'nın yerine G'nin geçmesiyle oluşur. Genin "kısa" türü, enzimde tek bir aminoasidi değiştirerek enzim faaliyetini azaltır ve bezelye bitkisinin gövdesinin büyümesini sağlayan hormonun üretiminde %95'lik bir düşüşe neden olur.

Buna karşın, Mendel'in bezelyelerinin buruşuk tohum özelliği, nişastayla ilintili bir enzimin geninin arasına 800 baz-çiftlik bir dizinin girmesinden kaynaklanır. Bu dizi, enzimin üretimine etki eder, nişasta sentezini azaltır, su ve şeker miktarında değişikliklere yol açarak daha tatlı ama buruşuk tohumların oluşmasına neden olur. Aynı dizi, bezelye genomunun başka bir yerinde de görünebilir, dolayısıyla yeri değişen bir elemanın bütün özelliklerine sahiptir - özetle genomun bir yerinden başka bir yerine gidebilen bir blok DNA kodudur. Genomlar içerisinde bu şekilde "atlama" yapan elemanlar, ya genlerin etkilerini durdurarak ya da gen etkinlik şablonlarını değiştiren yeni düzenleyici diziler yaratarak, yeni genetik değişimlerin bir başka yaygın nedenini oluşturuyor olabilir.

Evrimsel biyologların, değişimlerin doğası hakkında yapabileceği genellemelerden birisi de, yalnızca bakarak bir özellik değişiminin altında yatan genetik değişimin kaynağının söylenemez olmasıdır. Örneğin Darwin, güvercinler, köpekler, ve diğer evcilleştirilmiş hayvanlar arasındaki dramatik biçimsel farklar üzerinde yoğun bir biçimde çalışmıştır. Bugün artık evcilleştirilmiş hayvanların ilginç özelliklerinin, farklı tipteki DNA dizi değişikliklerinden kaynaklandığını biliyoruz.

Örneğin "labrador retriever" köpeklerindeki siyah ve sarı renk farkı, sarı tüylü köpeklerin pigment hücrelerindeki bir sinyal alıcısını durduran tek bazlı bir değişiklikten kaynaklanır. Keza "whippet" cinsi köpeklerdeki büyük kasların ve daha üstün yarış performansının, kas büyümesini normalde bastıran bir sinyali durduran tek bir baz çiftinin değişimine bağlı olduğu bulunmuştur. Buna karşın rodezya "ridgeback" cinsi köpeklerin sırtındaki özgün saç tutamı, fibroblast hücrelerinin büyüme faktörünü kodlayan ve büyüme faktörünün üretimini arttıran üç tane geni içeren 133.000 baz-çiftlik bir bölgenin yinelenmesinden kaynaklanmaktadır.

Rodezya ridgeback cinsi köpeğin sırtındaki özgün saç tutamı

Darwin'i ve evrim kuramını günümüzde eleştirenler, bireyler arasındaki böylesi farkların doğal süreçlerle ortaya çıkabileceğini, ancak türler arasındaki daha büyük yapısal değişikliklerin bu şekilde oluşamayacağını sıklıkla öne sürerler. Ancak, bir çok küçük değişiklik, eklene eklene büyük değişikliklere dönüşebilir. Ayrıca bazı genlerin, embriyonik gelişim sırasında, hücre çoğalmasında ve hücre ayrımsamasında güçlü etkileri vardır, ve bu tür denetim genlerindeki değişiklikler, organların, büyüklüğü, biçimi ve sayısında dramatik değişikliklere yol açabilir. Evrimsel biyolojide "evo-devo" diye tanımlanan bir alt uzmanlık dalı, önemli gelişim genlerindeki değişikliklerin etkilerinin ve evrimde oynadıkları rolün araştırılmasına odaklanmıştır.

Böylesi genlerin güçlü etkisi, modern mısır bitkisinde de görülür, bu bitki Güney Amerika'da 'teosinte' denilen, yabani atasından tamamen farklı bir görünümdedir. Mısır ile teosinte arasındaki başlıca yapısal değişikliklerin çoğu bir kaç anahtar kromozom bölgesine karşılık gelir. Bitkinin gövdesinin gelişimi sırasında hücre denetim izlerini denetleyen bir genin düzenleyici alanında olan mutasyonlar, bütünüyle çalı olan biçimle, tek bir merkezsel gövde arasındaki farkların çoğunun da nedenidir. Tohumun gelişimi sırasında etkin olan ikinci bir gendeki değişiklikler, taşsı, mineral kaplı teosinde tohumlarını, daha yumuşak ve dışarıda duran mısır tohumlarına dönüştürmeye yardımcı olur. İlk Orta-Amerika çiftçileri, DNA, genetik ya da gelişim hakkında doğaldır ki doğrudan bilgileri olmadan, teosinte'den mısır geliştirdiler. Arzulanan özelliklere sahip bitkileri çiftleştirerek, bilmeden gelişimi denetleyen anahtar genlerin kendiliğinden oluşan çeşitlerini seçmiş oldular, ve böylelikle çalımsı bir yabani otu, tarım için faydalı olan, tamamen farklı görünümlü bir bitkiye dönüştürmüş oldular.

Mısır ve atası teosinte

Dikenlibalığın (stickleback fish) tamamı yabani olan popülasyonlarında oluşan yeni vücut biçimlerinin evriminde benzer prensipler işler. 10.000 yıl önce son Buz Çağı sona erdiğinde, Kuzey Amerika'da, Avrupa'da ve Asya'da yeni ortaya çıkan sayısız göllerde ve akarsularda, okyanus balıklarının göç eden popülasyonları koloniler oluşturdular. Bu popülasyonlar o zamandan beri, tatlı su ortamındaki yeni yiyecek kaynaklarına, yeni avcılara, ve yeni su rengine, ısısına ve tuz yoğunluğuna uyum sağlayan, yaklaşık 10.000 nesil ürettiler.

Dikenlibalığın evrimine bir örnek

Bugün birçok dikenlibalık türü, başka balık türlerine göre daha fazla yapısal farklılık gösterir, bunlara, kemiksi plakalarının sayı ve büyüklüğünde 30 kata varan değişiklikler, yüzgeçlerin tamamının olması ya da olmaması, çene ve vücut biçimlerinde, diş yapılarında, savunma amaçlı dikenlerinde ve vücut rengindeki büyük değişiklikler dahildir.

Mısır bitkisinde olduğu gibi, son genetik çalışmalar, bazı büyük biçimsel değişikliklerin birkaç önemli kromozom bölgesine karşılık geldiğini göstermiştir. Ve bu bölgelerdeki anahtar genlerin, gelişimin merkezsel düzenleyicilerini kodladığı ortaya çıkmıştır. Bunlara, birçok değişik yüzey yapısının oluşumunu denetleyen imleyici bir molekül, kol/bacak gelişiminde etkin olan diğer genlerin bataryalarını açan başka bir molekül, ve embriyonik gelişim sırasında, öncül hücrelerin göçünü ve çoğalmasını denetleyen gizli bir kök hücre faktörü de dahildir.

Yeni ve değişik dikenlibalık türlerinin evriminin tamamı, açık bir biçimde çoğul genleri içerir, ancak aynı tür genlerin bazıları, özellikle de gelişim düzenleyicileri, defalarca bağımsız popülasyonlarda görülmüştür. Böylelikle bu balıkların göreli ortamlarına sağladıkları uyum, rastgele değişimlerin nasıl olup da canlılar arasında büyük farklara yol açabileceğini, ve eğer bu değişiklikler avantajlı ise, doğal seçilimin onları koruyacağını, tekrar tekrar güzel bir biçimde örnekler.

bitti..

15 Şubat 2009

Çeşitlilik açıklanıyor

Atomlardan Özelliklere - David M. Kıngsley- 2. Bölüm

Darwin değişkenlerin nereden geldiğini söyleyememenin yanısıra yeni özelliklerin bir sonraki nesillerde nasıl yayıldığını da açıklayamadı. Yavrunun ebeveynlerin özelliklerinin karışımını aldığı karma kalıtıma (blending inheritance) inanıyordu. Ancak Darwin bile bu kuramın sorunlu olduğunu anlamıştı, çünkü eğer özellikler gerçekten karışmış olsaydı, herhangi nadir ve yeni bir özellik, bu özelliği taşımayan bireylerin nesiller boyu çoğalmasıyla giderek seyrelirdi.

Karma kalıtımla ilgili karışıklık 1900 yılında, Gregor Mendel'in 1850'lerde ve 1860'larda yürüttüğü ünlü bezelye yetiştirme deneylerinin yeniden ele alınmasıyla ortadan kalktı. Avusturyalı rahibin bahçesinde yetiştirdiği bezelye bitkileri, uzun veya kısa gövdeler, kırışık veya düz tohumlar gibi belirgin biçimsel farklar gösterdiler. Ters özellikleri olan safkan bezelye bitkileri bibiriyle döllendiğinde ortaya çıkan bitki genellikle iki ebeveynden birine benziyordu. Ancak sürdürülen döllenmeler sonucunda, bir özelliğin her iki çeşidi de ileriki nesillerde bozulmamış biçimiyle yeniden ortaya çıkıyordu, bu da değişik biçimlerin genetik blgilerinin karışmamış olduğunu gösteriyordu. Mendel'in deneyleri, kalıtsal değişkenlerin geçici ve birbirine karışabilen öğeler olduğu yolundaki genel kanıyı, görünebilir olmasa da var olan, ve ebeveynlerden yavrulara geçen gizli öğeler olduğu yönünde değiştirdi.

Kısa bir süre sonra, Mendel'in "genetik öğelerinin" şaşırtıcı bir biçimde hücrenin çekirdeğindeki kromozomların davranışlarında yansıdığı bulundu. "Türlerin Kökeni Üzerine"nin 50. yıl dönümünde, değişkenlerin kaynağı hala bilinmemesine rağmen, genetik bilgi fiziksel bir varlık haline dönüşüyordu, ve sonunda çekirdek içindeki teller biçiminde görünür hale geldi. Kitabın basımının 100. yıldönümünde, kromozomlardaki kalıtsal bilginin büyük bir asidik polimer olan "deoxyribonucleic acid" yani DNA'ya dayandığı bulundu. James D. Watson ve Francis Crick 1953'de DNA molekülünün yapısını ortaya çıkardılar, bu olayın kalıtımı ve çeşitliliği fiziksel olarak kavramamızda çarpıcı etkileri oldu.

DNA, omurgası şeker ve fosfatın yinelenen zincirlerinden yapılmış, uzun ve iki telli bir sarmaldır. Polimerin iki teli, dört olası kimyasal bazın karşılıklı eşlenmesiyle bir arada tutulur, bunlar; adenine, cytosine, guanine ve thymine'dir (A,C,G,T), ve aynı zamanda basit bir genetik dilin de temelini oluşturur. Tıpkı İngiliz alfabesindeki 26 harf gibi, DNA alfabesindeki dört harf, ebeveynden yavruya geçen değişik komutları heceleyerek, sarmalın bir telinde herhangi bir sırada dizilebilir.

DNA'nın yapısı

Çift telli sarmal yapı aynı zamanda genetik bilginin kopyalanması için de basit bir gereç oluşturur. C'ler her zaman G'lerle, ve A'lar da her zaman T'lerle molekülün ortasında birleşir; bu bağlar birbirini tamamlayan büyüklük, biçim ve karşılıklı kimyasal grupların tutunma özellikleri tarafından tayin edilir. Böylece, DNA sarmalının iki teli ayrıldığında her bir teldeki harflerin dizilimi telin diğerini inşa etmede bir şablon olarak kullanılabilir.

Watson ve Crick'in bulduğu DNA yapısı kendiliğinden olan çeşitliliğin fiziksel bir temeli olduğunu derhal gösterdi. Hücre bölünmesinden önce fiziksel zarar görme (örn.radyasyona maruz kalarak), veya DNA molekülünün kopyalanması sırasında gerçekleşen hatalar DNA'nın normal harf dizisini değiştirebilir. Mutasyonlar çok çeşitli biçimler alabilir; polimerin belli bir pozisyonundaki harfin yerine başka bir harf geçmesi, harf kümelerinin silinmesi, harflerin çoğalması ya da yeni harflerin sokulması, harf dizilerinin tersine çevrilmesi veya yerlerinin değişmesi gibi. Böylesi değişiklikler DNA yapısı önerildiğinde (1950'lerde) hala kuramsaldı. Ancak Darwin'in ünlü kitabı "Türlerin Kökeni Üzerine"nin 150. yıldönümü yaklaştığında, büyük ölçekli sıralama yöntemleri genomların tamamının okunmasını ve (Darwin'in önerdiği evrimsel sürecin ham maddesi olduğu anlaşılan genlere dayalı olan) genetik çeşitliliğin analiz edilmesini benzeri görülmemiş bir biçimde olanaklı kıldı.

Çeşitli organizmaların ve yavrularının DNA sıralamasını yaparak, ve nesilden nesile geçen uzun DNA zincirinde kendiliğinden olan değişiklikleri inceleyerek bilim adamları, böylesi mutasyonların oldukça düzenli bir biçimde gerçekleştiğini açık bir biçimde gösterdiler. (Doğaldır ki yalnızca tohum hücrelerinde olan mutasyonlar yavruya geçebilir ve bu şekilde saptanabilir.) Mutasyonların mutlak oranları türden türe değişim gösteriyor ancak her bir nükleotid, nesil ve baz-çifti yergeçimi (substitution) başına tipik ortalama 10-8 dir. Bu frekans küçük gibi görünebilir ancak pek çok bitkinin ve hayvanın çok büyük bir genomu vardır. Genomunda 100 milyon ve hatta 10 milyar baz çifti olan çok hücreli hayvanlarda, bazı spontone tek baz-çifti değişikliklerin kalıtsal bilginin bir sonraki nesile geçtiği her durumda gerçekleşmesi kuvvetli bir olasılıktır.

Bazı yergeçim tiplerinin diğerlerine göre olma olasılığı daha fazladır, bu durum DNA bazlarının kimyasal dengesine ve yapısal özelliklerine bağlıdır. Buna ek olarak bazı büyük (uzun) dizi değişimleri, tek baz-çifti değişikliklerinin genel ortalama oranından çok daha fazla sıklıkla gerçekleşir. Bir sırada sekiz veya daha fazla aynı harfi içeren ve homopolimer diye bilinen DNA dizileri DNA kopyalanması sırasında kopyalama hatalarına yol açmaya son derece eğilimlidirler. Mikrouydu diye bilinen ve iki, üç, veya daha fazla nükleotid dizisinden oluşan ve sürekli yinelenen bölgeler de böyledir.

Genomdaki tüm bu kendiliğinden oluşan değişiklikler, kendi türümüz de dahil olmak üzere, aynı türün içinde bile, eklene eklene çeşitliliğe neden olur. Tarihsel bir dönüm noktası olan 2003 yılında 3 milyar baz çiftinden oluşan insan genomunun tamamının referans dizisi, dört yıl sonra da Watson'un neredeyse tamamlanmış kişisel genomu belgelendi, böylece iki insana ait DNA dizilerinin birbiriyle karşılaştırlması olanaklı oldu, bu örnekler daha sonra Celera'nın kurucusu Craig Venter'in genom dizisi de katıldı. Bu üç dizinin yan yana karşılaştırılması ilginç bulguları ortaya çıkardı.

Öncelikle, her bireyin genomu, referans dizisinden yaklaşık olarak 3.3 milyon tek baz-çifti kadar değişim gösteriyordu, bu da ortalama her 1000 bazdan birinin değişik olduğuna karşılık geliyordu. Her ne kadar daha büyük DNA bölgelerindeki silinmeler ve eklemeler tek baz-çifti değişiklikleri kadar sık değilse de (genom başına bir kaç milyon yerine bir kaç yüz bin olay), bu olaylar genomlar arasındaki baz değişikliklerinin çoğunluğunu oluşturdular, yani en az 15 milyon baz-çifti etkilenmişti. Bir çok yeni genom bölgesinin de bireyler arasında değişik sayılarda kopyaları olduğu saptandı, bu da etkileri daha yeni yeni keşfedilmeye başlanan genom yapısındaki görülmemiş yapısal bir değişimi yansıtıyor. Sonuç olarak, insan genomlarının tamamı karşılaştırıldığında görülen dizisel değişimler ya protein kodlamasını ya düzenleme bilgisini ya da insanın 23.000 geninin önemli bir kısmının kopyalanmasını değiştiriyor, bu da bireyler arasında değişim gösteren pek çok özellik için büyük miktarda olası çeşitlilik kaynağı oluşturuyor.

13 Şubat 2009

Teksas'ta bir kütüphane


Atomlardan Özelliklere - David M. Kıngsley- 1. Bölüm

Teksas'taki bir kütüphanenin bir rafında, 150 yıl önce basılmış, ve günümüzde genel olarak şu ana kadar yazılmış en önemli bilimsel kitaplardan biri olduğu düşünülen, küçük, yeşil ciltli bir kitap durur. "Doğal Seçim Yoluyla Türlerin Kökeni Üzerine"nin ilk baskısının bu kopyası basıldığında, başarısı o denli belirgin değildi. Charles Darwin bu yeni çalışmasının kanıtlamalarını bitirdiğinde, ilk kopyaları alması gerektiğini düşündüğü hatırı sayılır meslektaşlarının kısa bir listesini yaptı. Sonra da zamanın en önemli düşünürlerinin yorumlarını heyecanla beklemeye koyuldu.

İngiltere'nin 1859'daki yaşayan en ünlü bilim adamı, Austin'de Teksas Üniversitesinde bugün korunan o küçük yeşil ciltli kitaba tepkilerini küçük notlar halinde karaladı. Bu, ilk sayfasında "Yazardan" ibaresi bulunan, doğal bilimlerdeki eserleri Darwin'e bilim adamı olması için ilham kaynağı olmuş Sir John Herschel'e gönderilen kitabın ilk kopyasıydı. 1830'larda Herschel türlerin kökenini doğal süreçler tarafından oluşturulmuş "gizemlerin gizemi" diye niteleyerek unutulmaz bir biçimde betimlemişti. "Gizemlerin gizemi"nin dahice çözümünü açıklayan Darwin'in hem Herschel'e hem de Dünyaya sunduğu bu kitabın ilk paragrafına Darwin Herschel'in bu ünlü sözlerini düştü.

Darwin'in kuramı aynı anda hem çok basit hem de geniş kapsamlıydı. Dünya'da yaşayan bütün canlıların bir ya da bir kaç kök formdan türediğini öngörüyordu. Yaşamın ilk kez nasıl ortaya çıktığını bildiğini varsaymıyordu. Darwin, yaşam bir kez başladığında, canlıların tamamıyla doğal bir süreçle yavaş yavaş değişmeye başlayacağını ve çeşitleneceğini önerdi; yani bütün canlılar değişime uğrar; değişimler nesilden nesile geçer. Bulundukları ortamda avantajlı özelliklere sahip bireyler, dezavantajlı özelliklere sahip bireylere göre yaşamda tutunacak ve daha çok yavrulayacaktır. Bu nedenle, kaçınılmaz bir süreç olan "doğal seçim"le zamanla avantajlı özellikler canlı popülasyonlarında birikip artacaktır. Okuyucularına anlık değişimin ve türevsel üremenin birikimli gücünü göstermek için Darwin, yalnızca bir iki yüz yıldır seçilerek yetiştirilen ehlileştirilmiş bitki, güvercin ve köpeklerin büyüklüğünde ve biçiminde gerçekleşen çok büyük değişimlere işaret etti.

Darwin'in bilim adamı meslektaşlarının bazıları Darwin'in savındaki gücü anında gördüler. Kendi özel kopyasını okuduktan sonra Thomas Henry Huxley "Bunun düşünmemiş olmam ne büyük bir aptallık!" diye haykırdı. Ne yazık ki, Darwin'in fikrine herkesden çok değer verdiğini söylediği insanın tepkisi çok daha çok daha az olumluydu. Herschel yeni özelliklerin ve türlerin basit rastgele değişimlerden kaynaklanabileceğine inanmıyordu, bu fikri bir "keşmekeş" diye niteliyerek reddetti. Herschel Türlerin Kökeni'nin kendi özel kopyasında şu noktaya dikkatini yöneltti; "herhangi bir şeyin (özelliğin) etkilenebilmesi için uygun değişimler 'olmalıdır'." Darwin aslında farklı özelliklerin kökeni hakkında hiç bir şey bilmiyordu, ve Herschel değişimin kaynağını açıklayamadığı sürece Darwin'in türlerin kökenini açıklayacak yeterli bir kuramı olmadığını hissetti.

Darwin'in kuramının sahneye çıkışından sonra geçen 150 yılda, özelliklerin nasıl olup da sonraki nesillere geçtiği ve nasıl evrimsel değişime uğradığı, gen ve genom araştırmalarındaki olağanüstü ilerlemelerle çözüldü. Darwin'in evrimsel biyoloji konusunda çalışan bilimsel mirasçıları bugün artık en azından etrafımızdaki harika bitkilerin ve hayvanların çeşitliliğinin ana moleküler temelini anlamışlardır. Tıpkı Darwin'in kuramı gibi, değişimin nedenleri sıklıkla basit, ama etkileri çok derindir. Ve uygun bir biçimde, bu tür kavrayışlar Darwin'in kitabının her 50 yılda bir olan yıl dönümlerine rastlayan bir dizi adımla gerçekleşti.

Atomlardan Özelliklere

SciAm Magazine January 2009

Scientific American dergisi Ocak 2008 sayısını evrim kuramının babası Charles Darwin'in 200. doğum yılı nedeniyle evrime ayırdı (Scientific American January 2009). Bu sayıda birbirinden ilginç yazılar var. Önümüzdeki günlerde bu yazıların bir kısmını Türkçe'ye kazandırmayı ve değerli okuyucularımı aydınlatmayı düşünüyorum.


İlk çevirim David M. Kingsley'den; Atomlardan Özelliklere. Yazının tarzı gerçekten hoşuma gitti. Tarihsel bir bakış açısından yola çıkıyor, evrimi sıkıcı olmadan, akıcı, basit ve özenli bir dille anlatıyor. David M. Kingsley Stanford Üniversitesi'nde Gelişim Biyolojisi profesörü.



10 Şubat 2009

Evrim gerçekse neden teori deniyor?

Bilimsel kuram1, yapılan gözlemleri açıklayan ve sınanabilir tahminlerde bulunmayı sağlayan, çok sağlam desteklere dayalı birbiriyle bağlantılı açıklamaların oluşturduğu bir yapıdır.

Bilimsel kuramlar gözlemlenebilir verilerin uyduğu tutarlı yapıları tanımlarlar. "Kuramın" bilimsel tanımı, günlük konuşma diline ait anlamından farklıdır.

Günlük konuşma dilinde "kuram", olgulara dayalı olması gerekmeyen veya sınanabilir tahminlerde bulunmayan bir varsayım, bir fikir ya da bir spekülasyon anlamına gelebilir.

Bilimde ise "kuramın" anlamı daha kısıtlayıcı ve kesindir: bilime göre kuram, gözlemlenen olgulara dayalı olmalı ve sınanabilir tahminler yapmalıdır.

Notlar
1. "Teori" ve "Kuram" eş anlamlıdır.

Kaynaklar
http://en.wikipedia.org/wiki/Evolution_as_theory_and_fact

Evrim bir kuram mıdır, bir olgu mudur, yoksa bir yasa mıdır?

Evrimin bir kuram1 mı yoksa bir olgu mu olduğu biyolojik literatürde sıkça rastlanan zor bir sorudur. Bunun nedeni "evrim" deyiminin iki ayrı anlamda kullanılabilmesidir.

Birinci kullanım, "evrim olgusu", canlı popülasyonlarında zamanla görülen ve olduğu belirgin "gözlemlenebilir" değişiklikler şeklinde yorumlanır. İkinci kullanım, "evrim kuramı", bu değişikliklerin hangi nedenlerle olageldiğinin günümüzdeki bilimsel açıklaması olan "çağdaş evrimsel sentez"e karşılık gelir.

Evrim deyimi kendi başına kullanıldığında, altında yatan olguların ve bu olguları açıklayan kuramın birleşimine karşılık gelir. Ancak çoklukla, bu iki anlamın birine ya da diğerine karşılık gelebilir.

Olgu: "Olgu" deyimi, bilim adamları tarafından, deneysel verilere ya da nesnel ve doğrulanabilir gözlemlere işaret etmek için sıklıkla kullanılır. "Olgu" deyimi buna ek olarak daha geniş biçimiyle, lehine karşı gelinemez delillerin bulunduğu hipotezleri kastetmek için de kullanılır.

Kuram: Bilimsel kuram, yapılan gözlemleri açıklayan ve sınanabilir tahminlerde bulunmayı sağlayan, çok sağlam desteklere dayalı birbiriyle bağlantılı bir açıklamalar kümesidir.

Bilimsel kuramlar gözlemlenebilir verilerin uyduğu tutarlı yapıları tanımlarlar. "Kuramın" bilimsel tanımı, günlük konuşma diline ait anlamından farklıdır.

Günlük konuşma dilinde "kuram"1, olgulara dayalı olması gerekmeyen veya sınanabilir tahminlerde bulunmayan bir varsayım, bir fikir ya da bir spekülasyon anlamına gelebilir.

Bilimde ise "kuramın" anlamı daha kısıtlayıcı ve kesindir: bilime göre kuram, gözlemlenen olgulara dayalı olmalı ve sınanabilir tahminler yapmalıdır.

Öte yandan "bilimsel yasa" aynı şartlarda aynı sonucu veren bir ilişkinin kesin olan sözlü ve matematiksel ifadesidir. Ancak bir çok bilim adamı tarafından uzun bir süre boyunca yapılan çok sayıda deneyin doğrulamasının ardından bir hipotez bilimsel bir yasaya dönüşebilir.

Biyolojik bilimler de bilimsel yasalara sahiptir, örneğin Mendelci kalıtım ve genetik bilimindeki Hardy-Weinberg prensibi gibi.

Notlar
1. "Kuram" ve "Teori" eş anlamlıdır.

Kaynaklar
http://en.wikipedia.org/wiki/Evolution_as_theory_and_fact
http://en.wikipedia.org/wiki/Scientific_law"]http://en.wikipedia.org/wiki/Scientific_law

2 Şubat 2009

Evrimin ani başlangıcı basit bir füzyon

Dünyada yaşamın ortaya çıkışı: Evrimin hızlı başlangıcı basit bir füzyon.

Basit bir deneyle, araştırmacılar biyolojinin en karmaşık sorularından birisiyle ilgili bazı ipuçları ele geçirdiler: çok eski moleküller nasıl olup da biraraya gelip yaşamın temelini oluşturdular?

Bu çalışma, primordiyal RNA'nın nasıl birbirine bağlanıp biyolojik olarak kritik uzunluğa eriştiğini gösterdi.

DNA'nın tek tutamlı oncüsü RNA, normalde her seferinde bir çekirdeksel taban birim kadar, bağlantılı bir zincir gibi dizgizel bir biçimde büyür. Sorun, primordiyal dünyada RNA moleküllerinin bu reaksiyonu kolaylaştıran enzimlerden yoksun olmasıydı, ve her ne kadar RNA büyümesi doğal olarak devam edebilse bile, büyüme hızı o denli yavaş olurdu ki RNA'nın bir kaç parçadan daha fazla büyümesi olanaklı değildi (zira bir uca çekirdeksel bazlar bağlanırken öbür uçtan düşebilirlerdi).

RNA'nın kimyasal yapısı

Ernesto Di Mauro ve arkadaşları, bu termodinamik engeli aşacak bir düzenin olup olmadığını kısa RNA parçalarını değişik sıcaklık ve pH değerli su örneklerine yatırarak araştırdılar.

Uygun koşullarda (asitli ve 70 dereceden düşük sıcaklıklarda), 10-24 taban birimden oluşan parçalar, daha büyük parçalara genel olarak 14 saat içinde doğal bir biçimde dönüştüler.

RNA parçaları çift tutamlı yapılar olarak bir araya gelip sonradan uçlarda birleştiler. Parçalar aynı uzunlukta olmak zorunda değildi, ancak reaksiyonların verimi parça büyüklüğüne (daha büyük parçalar daha iyi sonuç verdi, ancak verim 100 birime ulaştığında tekrar düşüyordu) ve parçaların benzerliğine bağlıydı .

Araştırmacılar bu kendiliğinden kaynaşmanın, ya da bağlanmanın, RNA'nın büyümesine karşı başlangıçtaki engelleri aşabilmesi ve işlevsel, 3 boyutlu şekillere katlanmaya başlayabilmesi için biyolojik olarak önemli olan 100 taban birimlik uzunluğa ulaşmasının basit bir yöntemini oluşturduğunu kaydettiler.

Referanslar:
ScienceDaily, Origin Of Life On Earth: Simple Fusion To Jump-start Evolution

Samanta Pino, Fabiana Ciciriello, Giovanna Costanzo and Ernesto Di Mauro. Nonenzymatic RNA ligation in water. J. Biol. Chem, DOI: 10.1074/jbc.M805333200

American Society for Biochemistry and Molecular Biology, via EurekAlert!, a service of AAAS

26 Ocak 2009

Cevher 15. Çeşitlilik ve Kararlılık

MOLEKÜLER İŞLEMLERİN CEVHERLERİ
15. Çeşitlilik ve Kararlılık

Türler, milyonlarca yıl fosil kaydındaki izlerini toplamamızı sağlayacak kadar değişmeden kalırlar. Ancak değişirler, sıklıkla da aniden olur bu değişimler. Bu olgu, genelikle belli yollar boyunca gelişen türlerin geri planda ani değişim için gerekli potansiyeli saklayıp saklamadığı yönünde bir soru oluşturdu, şöyle ki, çevre baskısının yoğun olduğu dönemlerde, biriken gizli bir değişim selinin aniden serbest kalması gibi, üzerinde seçimin oluşabileceği bir değişim.

Böylesi bir 'evrimsel kapasite' fikri ilk kez Suzanne Rutherford ve Susan Lindquist tarafından meyve sinekleri üzerine yapılan şaşırtıcı deneyler kapsamında ortaya atıldı. Fikirleri şöyleydi, gelişim sürecinin düzenlenmesinde kullanılan anahtar proteinlere, daha çok stres anlarında salgılanan Hsp90 proteini tarafından eşlik ediliyordu. Bazen, Hsp90 başka süreçler tarafından bastırılıyor, dolayısıyla normal şartlar altında düzenlediği proteinler serbest kalıyor, ve normalde gizli olan bir ani değişim patlamasını açığa çıkarıyordu.

Erkek meyve sineği Drosophila melanogaster

New York Albert Einstein Tıp Kolejinden Aviv Bergman ve New York Üniversitesinden Mark Siegal, evrimsel kapasitenin Hsp90'a özel bir olgu veya daha genel bir olgu olup olmadığını araştırdılar; araştrmaları 2003 yılında yayınlandı. Araştırmacılar karmaşık gen şebekelerinin numerik simulasyonunu ve tek olan genlerin silindiği maya türlerinden alınan genom-boyu ifade verilerini kullandılar. Genlerin çoğunun, belki de hepsinin, yedekte tuttukları değişimleri ancak işlevsel olarak ödün verdiklerinde serbest bıraktıklarını gösterdiler. Bir başka deyişle, 'evrimsel kapasite' adeta Hsp90'dan daha ötelere ve derinlere uzanıyordu.

Referans
Bergman, A. & Siegal, M. L. Nature 424, 549–552 (2003).

Ek kaynaklar
Stearns, S. C. Nature 424, 501–504 (2003).
Rutherford, S. L. & Lindquist, S. Nature 396, 336–342 (1998).

Yazar web siteleri
Mark Siegal: http://www.nyu.edu/fas/biology/faculty/siegal/index.html
Aviv Bergman: http://www.bergmanlab.org
Susan Lindquist: http://www.wi.mit.edu/research/faculty/lindquist.html
Suzanne Rutherford: http://depts.washington.edu/mcb/facultyinfo.php?id=142
Stephen Stearns: http://www.yale.edu/eeb/stearns

25 Ocak 2009

Cevher 14. Yılanlarda ve deniz taraklarında zehire karşı direnç

MOLEKÜLER İŞLEMLERİN CEVHERLERİ
14. Yılanlarda ve deniz taraklarında zehire karşı direnç

Biyologlar giderek, uyarlamalı evrimsel değişimi oluşturan moleküler düzenleri anlamaya başladılar. Örneğin bir tür su keleri (semender) olan Taricha granulosa'nın bazı popülasyonlarında, bireylerin küçük yılanlara (Thamnophis sirtalis) karşı savunma amacıyla derilerinde sinir zehiri tetrodotoksini (tetrodotoxin) biriktirdikleri saptandı. Tetrodotoksin üreten su kelerlerini avlayan yılanlar bu zehire karşı direnç evirmişlerdir. Kaliforniya'daki Stanford Tıp Okulu'ndan Shana Geffeney ve arkadaşları, bu direncin altında yatan düzeni son derece özenli bir çalışmayla ortaya koydular; bu çalışmaları 2005'de yayınlandı. Küçük yılanların, avları olan su kelerlerine karşı oluşturdukları direncin düzeyindeki değişim, tetrodotoksinin belli bir sodyum kanalına olan bağlantısına etki eden moleküler değişimlere değin izlenebilir.

Su kelerini avlayan yılan

Kanada'daki Nova Scotia Deniz Biyobilim Enstitüsü'nden Monica Bricelj ve arkadaşlarının Nature dergisinin aynı sayısında bildirdikleri gibi, benzer bir zehire karşı direnç seçimi de, Kuzey Amerika'nın Atlantik kıyısında yaşayan deniz taraklarında (Mya arenaria) gerçekleşir. 'Kırmızı gelgitleri' oluşturan yosunlar insanlarda felç yapan ve kabuklu deniz ürünleri zehirlenmesinin başlıca nedeni olan saksitoksin'i (saxitoxin) üretirler. Deniz tarakları yosunu yedikleri zaman zehire maruz kalırlar. Periyodik olarak kırmızı gelgitlerin olduğu yerlerde yaşayan deniz tarakları bu zehire karşı göreceli olarak direnç gösterirler ve zehiri dokularında biriktirirler. Gelgitten etkilenmeyen yerlerde yaşayan deniz taraklarında böyle bir direnç evrilmemiştir.

Deniz tarağı

Zehire maruz kalan popülasyonlarda zehire karşı oluşan direnç, saksitoksinin bağını oluşturan bir bölgedeki bir sodyum kanalını kodlayan genin tek bir mutasyonuyla bağlantılıdır. Dolayısıyla saksitoksin deniz taraklarında güçlü bir seçici etmen gibi davranır ve genetik uyarlanıma yol açar.

Bu iki çalışma çok değişik taksonomilere ait olan türlerde, benzer seçici baskıların nasıl benzer uyarımlı yanıtlara yol açabildiğini göstermiştir.

Referanslar
Geffeney, S. L., Fujimoto, E., Brodie, E. D., Brodie, E. D. Jr, & Ruben, P. C. Nature 434, 759–763 ( 2005).
Bricelj, V. M. et al. Nature 434, 763–767 (2005).

Ek kaynaklar
Mitchell-Olds, T. & Schmitt, J. Nature 441, 947–952 (2006).
Bradshaw, H. D. & Schemske, D. W. Nature 426, 176–178 (2003).
Coltman, D. W., O’Donoghue, P, Jorgenson, J. T., Hogg, J. T. Strobeck, C. & Festa-Bianchet, M. Nature 426, 655–658 (2003).
Harper Jr, G. R. & Pfennig, D. W. Nature 451, 1103–1106 (2008).
Ellegren, H. & Sheldon, B. Nature 452, 169–175 (2008).

Yazar web siteleri
Shana Geffeney: http://wormsense.stanford.edu/people.html
Monica Bricelj: http://marine.biology.dal.ca/Faculty_Members/Bricelj,_Monica.php

Cevher 13. Mikroevrimin makroevrimle karşılaşması

MOLEKÜLER İŞLEMLERİN CEVHERLERİ
13. Mikroevrimin makroevrimle karşılaşması

Darwin evrimsel değişimin son derece küçük adımlarla gerçekleştiğini düşünüyordu. Bu adımları uzun zaman süreçlerine açıldığında biçim ve işlev olarak büyük değişikliklerle sonuçlanacak 'belirsiz dereceler' (‘insensible gradations’) olarak niteledi. 'Mikroevrim' diye nitelenen bu küçük değişimlerin olduğu yönünde çok sayıda delil vardır - örneğin ilaca karşı direncin evrimi, belgelenen pek çok örnekten yalnızca birisidir.

Fosil kayıtlarına bakarak 'makroevrim' diye nitelenen, türlerden başka türlere olan değişimin gerçekleştiği sonucuna da ulaşabiliriz, ancak makroevrimi olurken gözlemlemek doğal olarak çok daha güçtür. Buna rağmen makroevrimin mekanizmaları, şu anda ve burada, genlerin mimarisinde gözlemlenebilir. Zaman zaman organizmaların günlük yaşamlarında kullanılan genler, hayvan şeklinin ve gelişiminin önemli özelliklerini yönlendiren genlerle bağlantılı ya da aynı olan genlerdir. Dolayısıyla gündelik evrimin büyük etkileri olabilir.

Drosophila biarmipes
Chevy Chase, Maryland'daki Howard Hughes Tıp Enstitüsünden Sean Carroll ve arkadaşları, Drosophila biarmipes türünden erkek sineklerin kanatlarındaki belli bir beneği kazandıran moleküler mekanizmayı incelediler; ve bulgularını 2005 yılında yayınladılar. Araştırmacılar, bu beneğin evriminin, pigmentasyonda kullanılan bir genin ata türe ait düzenleyici bir elemanındaki değişikliklerle bağlantılı olduğunu gösterdiler. Bu düzenleyici eleman, kanat gelişiminin çok eskiden kalma öğeleri olan uyarlayıcı öğeleri bağlayan konumları zamanla kazanıyordu. Özellikle sarı genin düzenleyici elemanına bağlanan uyarlayıcı öğelerden biri de, gelişimin bütününe temel katkısı olan kıvrımlı (engrailed) gen tarafından kodlanıyordu.

Bu çalışma, herhangi bir süreç için kullanılmış olan bir genin başka bir süreçde kullanım için seçildiğini, ilke olarak bunun makroevrimsel değişimi yönlendirdiğini gösterdi.

Referans
Gompel, N., Prud’homme, B., Wittkopp, P. J., Kassner, V. A. & Carroll, S. B. Nature 433, 481–487 (2005).

Ek kaynaklar
Hendry, A. P. Nature 451, 779–780 (2008).
Prud’homme, B. et al. Nature 440, 1050–1053 (2006).

Yazar web sitesi
Sean Carroll: http://www.hhmi.org/research/investigators/carroll_bio.htm

Cevher 12. Darwin'in Galapagos ispinozları

MOLEKÜLER İŞLEMLERİN CEVHERLERİ
12. Darwin'in Galapagos ispinozları

Charles Darwin Galapagos adalarına geldiğinde, birbirlerine gagaları dışında çok benzeyen çeşitli ispinoz türlerinin varlığını saptadı. Yer ispinozlarının derin ve geniş, kaktüs ispinozlarının uzun ve sivri, ve çalı ispinozlarının ince ve sivri gagaları vardı. bu ayrımlar diyetleri arasındaki farkları yansıtıyordu. Darwin bütün ispinozların adalara göç etmiş olan ortak bir atası olduğunu tahmin etti. Galapagos ispinozlarının yakın akrabalarının Güney Amerika ana karasında yaşıdıkları biliniyordu, ve "Darwin'in ispinozları", doğal seçimin nasıl olup da ortak bir ata türünden değişik ekolojik ortamlara uyarlanan çeşitli formlara yol açtığının klasik bir örneğini oluşturdu - bu olguya 'uyarlamalı yayılım' (adaptive radiation) dendi. Bu hipotez, o zamandan beri, gaganın derinlik, genişlik veya uzunluğundaki küçük farkların bile kuşların genel seçilim değeri üzerinde önemli sonuçlar doğurabileceği yönündeki veriler tarafından kuvvetlendiridi.



Her kuş türünde hangi genetik mekanizmaların gaga şeklinde özgün değişimlere yol açtığını bulmak için Harvard Üniversitesi'nden Arhat Abzhanov ve arkadaşları, ispinoz yavrularının gaga gelişiminde tetiklenen çeşitli genleri incelediler, ve çalışmaları 2006 yılında basıldı. Araştırmacılar, gaga şeklindeki değişimlerin calmodulin denilen, kalsiyum imlemesinde kullanılan ve gelişim ve metabolizma açısından yaşamsal önemi olan bir moleküle ait genin ifade edilmesindeki farklar ile çakıştığını buldular. Calmodulin, kaktüs ispinozlarının uzun ve sivri gagalarında, diğer türlerin daha küt olan gagalarına göre daha güçlü bir biçimde ifade ediliyordu. Gagayı oluşturan embriyonik dokularda calmodulin ifadesinin yapay olarak arttırılması, kaktüs ispinozlarındakine benzer bir biçimde, üst gaganın uzamasına neden oldu. Ulaşılan bu sonuç, Darwin'in ispinozlarındaki gaga şeklindeki değişimlerin en azından bir kısmının calmodulin etkinliğindeki değişime bağlı olduğunu gösterdi, ve genel olarak calmodulin'in yüze ve kafatasına ait kemiklerin gelişimindeki önemini de göstermiş oldu.



Bu çalışma biyologların evrimsel değişimin altında yatan moleküler değişimleri saptayarak, değişimi salt belgelemenin ötesine nasıl geçtiklerini gösterdi.

Referans
Abzhanov, A. et al. Nature 442, 563–567 (2006).

Yazar web siteleri
Clifford Tabin: http://www.hms.harvard.edu/dms/bbs/fac/tabin.html
Peter Grant: http://www.eeb.princeton.edu/FACULTY/Grant_P/grantPeter.html

24 Ocak 2009

Cevher 11. Evrimsel tarih önemlidir

DOĞAL ORTAMIN CEVHERLERİ
11. Evrimsel tarih önemlidir

Evrimin çoğunlukla yaşamın ortaya çıkardığı sorunlara en uygun (optimal) çözümleri bulmakla ilgili olduğu düşünülür. Ancak doğal seçim yalnızca eldeki gereçlerle - yani kendileri de milyonlarca yıllık evrimsel tarihin sonucu gelişmiş olan gereçlerle işlev kazanabilir. Doğal seçim hiç bir zaman boş bir tahtayla başlamaz işe. Eğer öyle olsaydı karada hareket etmek zorunda kalan tetrapodların yüzgeçlerinin bacaklara dönüşmesine gerek kalmazdı; sözgelimi pekala tekerlek evriştirmiş olabilirlerdi.

Uyarlanım hünerinin gerçek yaşamdaki bir örneği de uzun, yılansı bir mercan avcısı olan müren balığıdır (Muraena retifera). Tarihsel olarak kemikli balıklar avlarını emme hareketiyle yakalarlar. Yiyeceğine yaklaşan balık, ağzını geniş bir biçimde açarak, avının ve suyun aktığı büyük bir boşluk yaratır. Fazla su solungaçlardan dışarı çıktıkça, balık avını boğazına ve yutak çenelerine (pharyngeal jaws); yani solungaçları destekleyen iskeletten türemiş ikinci bir çene ve diş kümesine doğru emer. Ancak müren balıklarının uzun ve dar şekillerinden ötürü bir sorunu vardır. Çeneleri açıkken bile ağız boşlukları, avlarını yutak çenelerine kadar taşıyacak yeterli emme gücünü sağlamak için çok küçüktür. Bu bilmecenin yanıtı 2007 yılında verildi.

Muraena retifera

Kaliforniya Üniversitesi (Davis)'den Rita Mehta and Peter Wainwright, özenli gözlemler ve X-ışını sinematografi yöntemleri ile evrimin nefes kesen çözümünü saptadılar. Avın yutak çenelerine gelmesi yerine, yutak çeneleri ağız boşluğuna kadar ilerliyor, avı yakalayıp geriye doğru çekiyordu. Araştırmacıların açıklamasına göre, bu bir omugalının ikinci bir çene kümesini, hem avını yakalamak hem de yutakta taşımak için kullandığı ilk bilinen örnek oldu, ve kemikli balıkların çoğunda bilinen hidrolik av taşınımına ilk bilinen seçeneği oluşturdu - bu özellik müren balıklarının avcı olarak başarılarına katkıda bulunması olası önemli bir yenilikti.

Muraena retifera - ikincil yutak çenesinin hareketi

Müren balığının yutak çenelerinin mekanik yapısı yılanlar tarafından kullanılan çarksı mandal mekanizmasını andırır - yılanlar da uzun, ince yapılı ve yüksek avcılık yetisi olan yaratıklardır. Bu, uzaktan akraba olan yaratıklarda ortak sorunlara benzer çözümler evrildiğini gösteren 'yakınsama' olayının bir örneğidir.

Bu çalışma evrimin koşullu doğasını; bir süreç olarak 'sıfırdan tasarım' lüksüne sahip olmadığını göstermiş oldu.

Referanslar
Mehta, R. S. & Wainwright, P. C. Nature 449, 79–82 (2007).

Ek kaynak
Westneat, M. W. Nature 449, 33–34 (2007).

Yazar web siteleri
Rita Mehta: http://www.eve.ucdavis.edu/~wainwrightlab/rsmehta/index.html
Peter Wainwright: http://www.eve.ucdavis.edu/~wainwrightlab

Cevher 10. Lebisteslerde seçmeli sağkalım

DOĞAL ORTAMIN CEVHERLERİ
10. Lebisteslerde seçmeli sağkalım

Doğal seçim, seçilim değerini (fitness) arttıran özellikleri kayırır. Zamanla, böylesi bir seçimin, daha dezavantajlı ya da zararlı türlerin aleyhine avantajlı genetik değişimleri sabitleştirerek genetik çeşitliliği tüketeceği beklenebilir. Ancak genetik popülasyonlar sıklıkla yüksek miktarda genetik değişim gösterir.

Trinidad Lebistesleri

Bunun bir örneği de erkek lebistes'in (Poecilia reticulata) renk izlerinde (pattern) görülen genetik polimorfizmdir. 2006'da rapor edildiği gibi Urbana-Champaign'deki İllinois Üniversitesi'nden Kimberly Hughes ve arkadaşları Trinidad'daki üç yabani lebistes popülasyonuna ait değişik renk izli erkeklerin frekansları ile oynadılar. Ender rastlanan türlerin, çokça bulunan türlere göre sağkalım şanslarının çok daha fazla olduğunu gösterdiler. Özetle, türler enderleştikçe, sıklıkla rastlanan türlere göre daha fazla kayırılarak seçildiler.

Doğal seçimin ender tipleri kayırdığı 'frekans-bağımlı' sağkalım olgusunun, insanlarda ve diğer memelilerde mokeküler, morfolojik ve sağlıkla ilgili polimorfizmin korunması çalışmalarında etkileri oldu.

Referanslar
Olendorf, R. et al. Nature 441, 633–636 (2006).

Ek kaynaklar
Foerster, K. et al. Nature 447, 1107–1110 (2007).

Yazar web siteleri
Kimberly Hughes: http://www.life.uiuc.edu/kahughes/hughes_bio.htm
Anne Houde: http://www.lakeforest.edu/academics/faculty/houde
David Reznick: http://www.biology.ucr.edu/people/faculty/Reznick.html

20 Ocak 2009

Cevher 9. Yabani kuşlarda ayrımsal yayılım

DOĞAL ORTAMIN CEVHERLERİ
9. Yabani kuşlarda ayrımsal yayılım

Göçlerin neden olduğu gen akışı, yerel şartlara olan uyarlanımı kesintiye uğratabilir ve popülasyonlar içinde veya arasında gerçekleşen evrimsel ayrımsamaya karşı gelebilir. Nitekim, klasik popülasyon genetik kuramı, yerel popülasyonların göç ettikleri ve birbirleriyle karışıp üredikleri oranda, genetik olarak birbirlerine benzeyeceklerini öngörür. Bu kuram akla uygun görünür, ve gen akışının diffüzyon (yayılma) gibi rastgele bir süreç olduğunu varsayar. Ancak, "Oxford Edward Grey Institute of Field Ornithology"dan Ben Sheldon ve arkadaşlarının 2005 yılında açıkladıkları gibi, rastgele olmayan yayılımın aslında yerel uyarlamayı ve evrimsel ayrımı kuvvetlendirmesi olasıdır.



Bu araştırma, Oxforshire'daki bir ormanda yaşayan Parus Major (Büyük Baştankara) kanarya türü üzerinde onlarca yıldır yapılan bir çalışmanın bir bölümünü oluşturuyor. Araştırmacılar, bu kanaryanın yavrularının ağırlığındaki genetik değişimin tipinin ve miktarının, ormanın bir bölgesinden diğerine değiştiğini saptadılar. Bu değişim paterni, ormanın değişik bölgelerinde, yerel uyarlamaya yol açan değişik seçim tepkilerine neden oldu. Bu etki, rastgele olmayan yayılımla arttı; kuşlar bireysel olarak, seçilim değerlerini arttıran yerleri seçiyor ve oralarda ürüyorlardı. Araştırmacılar böylece, "eğer gen akışı homojen değilse, evrimsel ayrımsamanın hızlı bir biçimde gerçekleşebileceği, ve şaşırtıcı düzeyde küçük bir bölgesel ölçekte olabileceği" sonucuna ulaştılar.

Parus Major üzerine Hollanda'nın Vlieland adasında yapılan ve Nature dergisinin aynı sayısında yayınlanan bir başka çalışmada, Heteren'deki Hollanda Ekoloji Enstitüsünden Erik Postma and Arie van Noordwijk, rastgele olmayan yayılımın yönlendirdiği gen akışının, küçük bir bölgesel ölçekte yuva büyüklüğünde büyük bir genetik farka neden olduğunu, yine bu bilim insanlarının deyimi ile "yerel uyarlanımların evrimi ve genetik popülasyon yapısı üzerine göçlerin büyük etkisini" saptamış oldular.


Referanslar
Garant,D.,Kruuk,L.E.B.,Wilkin,T.A.,McCleery,R.H.&Sheldon,B.C.Nature 433,60 –65 (2005).
Postma,E.&van Noordwijk,A.J.Nature 433,65-68 (2005).

Ek kaynaklar
Coltman,D.W.Nature 433,23 –24 (2005).

Yazar web siteleri
Ben Sheldon:http://www.zoo.ox.ac.uk/egi/people/faculty/ben_sheldon.htm
Erik Postma:http://www.nioo.knaw.nl/ppages/epostma
Arie van Noordwijk:http://www.nioo.knaw.nl/PPAGES/avannoordwijk
David Coltman:http://www.biology.ualberta.ca/faculty/david_coltman

Cevher 8. Eş-evrimin bir örneği

DOĞAL ORTAMIN CEVHERLERİ
8. Eş-evrimin bir örneği

Türler rekabet ederek, beraber evrilirler. Avcılar avlarını yakalamak için daha ölümcül silahlar ve yetenekler geliştirirler, bu ise Darwin'in 'varolma savaşı' kuralsalı bağlamında, avlananların avcılardan kaçmada daha başarılı olmalarına yol açar, ve silahlanma yarışı bu şekilde sürer gider.

Silahlanma yarışı dinamiği ile ilgili çalışma yapmanın bir sorunu da, bu dinamiğin ancak günümüzde görülebilir olmasıdır. Tarihsel değişimleri ortaya çıkarmak sorunludur, zira evrim erken aşamaların hepsini siler.

Ne mutlu ki, Belçika'daki Katolik Leuven Üniversitesinden Ellen Decaestecker ve arkadaşları, su bitleri (Daphnia) ve onları istila eden mikroskobik parazitler arasında gerçekleçen eş-evrimsel silahlanma yarışı ile ilgili beklenmedik bir istisna keşfettiler, bu araştırmalar 2007'de yayınlandı. Su bitleri parazitlerden kaçmada daha başarılı oldukça, parazitler de onlara bulaşmada daha başarılı olur hale geldiler. Bu sistemde hem su bitleri hem de parazitler, paylaştıkları ortam olan gölün tabanındaki çamurun içinde uyku halinde (dormant) olarak yıllarca yaşayabiliyordu. Gölün katmanlarının oluştuğu yılları saptamak olasıydı, ve herhangi bir katmanda gömülü olan su bitleriyle parazitler canlandırılabiliyordu. Böylece karşılıklı etkileşimleri ve hatta geçmiş ya da gelecekteki su bitleri ve parazitlerle olan etkileşimleri bile sınanabildi.



Teorik beklentileri haklı çıkaran bir bulgu da, parazitin taşıyıcısına en çok bir kaç yıl içerisinde uyum sağlayabilmesiydi. Her seferinde bulaşıcılığı değişime uğramasına karşın, parazitin zehirliliği ve seçilim değeri, su bitlerinin onlara karşı direnme yeteneği ile her aşamada eşitlenerek, sürekli artış gösterdi.



Bu çalışma, eş-evrim sürecinin yüksek-rezolusyonlu tarihsel kaydını kullanarak evrim kuramını doğrulayan güzel bir örnek oluşturdu, şöyle ki, parazitlerle taşıyıcıları arasındaki etkileşimlerin, belli bir zamanda sabitlendiğini değil, nesilden nesile doğal seçimle yönlendirilen uyarlanım ve karşı-uyarlanımın oluşturduğu dinamik bir silahlanma yarışının sonucu gerçekleştiğini gösterdi.


Referanslar
Decaestecker,E.et al.Nature 450,870 –873 (2007).

Ek kaynaklar
The Red Queen Hypothesis:http://en.wikipedia.org/wiki/Red_Queen
Van Valen,L.Evol.Theory 1,1 –30 (1973).

Yazarın web sitesi
Ellen Decaestecker:http://bio.kuleuven.be/de/dea/people_detail.php?pass_id=u0003403

19 Ocak 2009

Cevher 7. Kertenkelelerde doğal seçim

DOĞAL ORTAMIN CEVHERLERİ
7. Kertenkelelerde doğal seçim

Yaygın bir evrimsel hipotez de, yeni ortamlardaki davranış sapmalarının doğal seçimin etkilerini silmesidir. Ancak, Harvard Üniversitesinden Jonathan Losos ve arkadaşlarının 2003 yılında yaptıkları araştırmanın bu kuramı desteklediği söylenemez. Araştırmacılar, Bahamalardaki altı küçük adaya, karada gezen büyük ve yırtıcı bir kertenkele olan Leiocephalus carinatus'u soktular, diğer altı adayı da denetim ortamı olarak kullandılar. Bu kertenkelenin avladığı daha küçük bir kertenkele olan Anolis sagrei'nin, avcıları L. carinatus'un doğaya sokulduğu adaların yüksek kesimlerindeki bitkisel alanlarda, denetim adalarına kıyasla, daha fazla vakit geçirdiği saptandı. Buna rağmen A. sagrei'nin ölüm oranı deneylerin yapıldığı adalarda, denetim adalarına kıyasla çok daha yüksekti.

Anolis sagrei

Daha büyük vücutlu avcı kertenkelenin varlığı, daha uzun bacaklı, daha hızlı koşan, A. sagrei erkek kertenkelelerin seçimine yol açtı, ve yakalanması ve yutulması daha zor olan daha büyük vücutlu dişileri avantajlı duruma getirdi. Araştırmacılar erkeklerin büyüklüğü ile ilgili bir doğal seçime rastlamadılar; zira gösterişli teritoryal davranışlarından ötürü daha büyük erkeklerin yakalanabilir hale geleceğini önerdiler.

Bu çalışma, bir avcı türün tanıtılmasının, avlanan türün bireylerinin, davranışlarını avlanmalarının riskini azaltacak yönde değiştirmesine, ayrıca ekolojik olarak nüfusun cinsleri arasında değişen evrimsel bir tepkiye de neden olduğunu göstermiş oldu.

Referanslar
Losos,J.B.,Schoener,T.W.&Spiller,D.A.Nature 432,505 –508 (2004).

Ek kaynaklar
Butler,M.A.,Sawyer,S.A.&Losos,J.B.Nature 447,202 –205 (2007).
Kolbe,J.J.et al.Nature 431,177 –181 (2004).
Calsbeek,R.&Smith,T.B.Nature 426,552 –555 (2003).
Losos,J.B.et al.Nature 424,542 –545 (2003).

Yazarın web sitesi
Jonathan Losos: http://www.oeb.harvard.edu/faculty/losos/jblosos

16 Ocak 2009

Cevher 6. Türleşmenin doğal seçimi

DOĞAL ORTAMIN CEVHERLERİ
6. Türleşmenin doğal seçimi

Evrim kuramı ıraksak (birbirinden uzaklaşan) doğal seçimin, türleşmede her zaman anahtar bir rolü olduğunu öngörür. Dikenli balıkgillerin (lat. Gasterosteus aculeatus) üreme yalıtımının (reproductive isolation), vücut büyüklüğü seçiminin bir yan ürünü olarak evrimleştiğini, Whitewater Wisconsin Üniversitesi'nden Jeffrey McKinnon ve arkadaşları 2004 yılında açıkladılar. Bu çalışma üreme yalıtımının artması ile ekolojik olarak önemli bir özelliğin ıraksaklığı arasındaki bağlantıyı ortaya koydu.

Dikenli balıkgiller (Gasterosteus aculeatus)

Bu çalışma olağanüstü büyük bir coğrafi alanda gerçekleşti; Alaska, British Columbia, İzlanda, İngiltere, Norveç ve Japonya'dan alınan balıklar arasında eşleştirme denemeleri yapıldı. Bu araştırma, akarsularda yaşamaya uyum sağlamış balıkların tekrar tekrar denizde yaşayan atalarından ya da okyanusta yaşayan, ama tatlı suya yumurtlamak için dönen balıklardan evrildikleri yönünde, moleküler genetik analizler tarafından da desteklenen sağlam kanıtlar sağladı. Araştırmada saptanan göçmen popülasyonlar, akarsularda yaşayanlara göre daha büyük vücutlara sahiptiler. Balıklar benzer büyüklükteki bireylerle eşleşme eğilimi gösterdiler, bu da değişik akarsu ekotipleri ile onların yakın, denizde yaşayan komşuları arasındaki üreme yalıtımının iyi bir açıklamasıydı.

Evrimsel ilişkiler göz önüne alındığında, akarsu ya da deniz türü olsun, değişik dikenli balıkgil türleri arasında yapılan bir kıyaslama, değişen çevre koşullarına uyumun üreme yalıtımına neden olduğu görüşünü destekledi. Araştırmacıların deneyleri ayrıca büyüklük ıraksaması ile üreme yalıtımının arttığını kesinleştirdi - gerçi belli bir dereceye kadar büyüklükten başka özelliklerin de üreme yalıtımına katkıda bulunduğu da saptandı.

Referanslar
McKinnon, J. S. et al. Nature 429, 294–298 (2004).

Ek kaynaklar
Gillespie, R. G. & Emerson, B. C. Nature 446, 386–387 (2007).
Kocher, T. D. Nature 435, 29–30 (2005).
Emerson, B. C. & Kolm, N. Nature 434, 1015–1017 (2005).

Yazar web siteleri
Jeffrey McKinnon: http://facstaff.uww.edu/mckinnoj/mckinnon.html
David Kingsley: http://kingsley.stanford.edu
Dolph Schluter: http://www.zoology.ubc.ca/~schluter

13 Ocak 2009

Cevher 5. Omurgalı iskeletinin kökeni

FOSİL KAYDININ CEVHERLERİ
5. Omurgalı iskeletinin kökeni

Bizleri insan yapan özelliklerin çoğunu yalnızca embriyoda bulunan olağanüstü bir dokuya, nöral tüpe borçluyuz. Nöral tüp hücreleri, omuriliğin gelişmesi sırasında ortaya çıkarlar ve ender görülen bir dizi dönüşümleri etkileyerek vücudun her yanına yayılırlar. Nöral tüp olmadan, yüzümüz ve ensemizdeki kemiklerin hemen hepsine ya da derimizin ve duyusal organlarımızın özelliklerinin çoğuna sahip olamazdık. Nöral tüp yalnızca omurgalılara has bir özelliktir, bu da omurgalıların neden belirgin 'kafalara' ve 'yüzlere' sahip olduklarını açıklar.



Nöral tüpün evrimsel tarihini ortaya çıkarmak fosil formlarda özellikle zordur, zira embriyonik veriler doğaldır ki yoktur. Örneğin kritik bir soru da, omurgalıların kafatasının ne kadarının nöral tüp hücreleri, ne kadarının da daha derindeki doku tabakalarından oluştuğudur.

Yeni yöntemler, araştımacıların, embriyo gelişirken hücreleri tek tek etiketleyip takip etmelerini sağlamıştır. Bu yöntemler nöral tüpten gelişen kemik dokusunun, boyunda ve omuzlarda, tek-hücre düzeyine inerek sınırlarının ortaya çıkarılmasını sağladı. Nöral tüpten gelişen doku, başı, omuz çatısının ön çizgisine oturtur, buna karşın boynun ve omuzların arkasını oluşturan iskelet, mezoderm denilen daha derin bir doku tabakasından gelişir.



Yaşayan hayvanlarda yapılan böylesine detaylı bir eşleme, uzun süredir soyu tükenmiş, hatta fosilleşmiş deri ve kastan yoksun hayvanların başlarındaki ve boyunlarındaki yapıların evrimine ışık tuttu. Ortak evrimsel bir tarihten kaynaklanan iskelet yapılarındaki benzerlikler kas bağlarına bakılarak belirlenebilir. Örneğin bu yöntem, nesli tükenmiş karada yaşayan omurgalı ata türlerindeki ana omuz kemiği olan kleitrum'un yerini bulmaya yarar. Bu kemik, yaşayan memelilerde kürek kemiğinin bir parçası olarak süregelmiş gözüküyor.


Bu tip bir evrimsel taramanın ivedi klinik kullanım alanları olabilir. Londra'daki Wolfson Biyomedikal Araştırma Enstitüsünden Toshiyuki Matsuoka ve arkadaşları tarafından tanımlanan ve nöral tüpten gelişen iskelet parçaları, insanlardaki çeşitli gelişim bozukluklarından dolayı özel bir biçimde etkilenmiş olup, bu bozuklukların kaynağının ve iç yüzünün anlaşılmasına ışık tutuyor.


Matsuoka’nın çalışması, yaşayan hayvanların morfolojisinin detaylı analizinin, evrimsel düşüncenin de verdiği bilgilere dayanarak, araştırmacıların soyu tükenmiş ve fosilleşmiş türleri açıklamalarına nasıl yardım ettiğini gösteriyor.

Referans
Matsuoka, T. et al. Nature 436, 347–355 (2005).

Yazarın web sitesi
Georgy Koentges: http://www2.warwick.ac.uk/fac/sci/systemsbiology

12 Ocak 2009

Cevher 4. Dişlerin evrimsel tarihi

FOSİL KAYDININ CEVHERLERİ
4. Dişlerin evrimsel tarihi

Gelişimle ilgili araştırmaların bir dürtüsü de evrimi yönlendiren düzeneklerin bulunmasıdır. Helsinki Universitesinden Kathryn Kavanagh ve arkadaşları işte bu olguyu, farelerdeki azı dişlerinin göreceli sayısı ve büyüklüğü ile ilgili düzeneklere bakarak araştırdılar. 2007'de yayınlanan bu çalışma, farelerde önden arkaya doğru giderek küçülen azı dişlerinin gelişimini yöneten gen dışavurumunun modelini ortaya koydu.

a, Mouse molars develop sequentially, and the dental lamina extending posteriorly (black arrowhead) from the developing M1 gives rise to M2 at day 16. M3 forms (white arrowhead) posterior to M2 about ten days later. b, In comparison with the situation in vivo, M1 development proceeds normally in vitro and the secondary enamel knots form at day 16 (bright green). In contrast, M2 initiation is delayed in vitro. We suggest that this delay is due to a decrease in mesenchymally secreted activators (blue arrows), whereas M1 continues to inhibit M2 normally. To test this, we cut the posterior tail that forms M2 from M1. Anterior is towards the left. Scale bar, 0.5 mm.

Bu çalışmanın güzelliği uygulanışındadır. Araştırmacıların modeli, gelişimin avantajlı olduğu bir yönde süren ekolojik evrime de bir örnek oluşturarak, değişik diyetlerle beslenen faremsi kemirgen türlerde rastlanan diş oluşumu modellerini öngördü. Genel olarak bu çalışma, doğal sistemlerde uyarlamalı (adaptive) değişimleri oluşturabilmek için gen dışavurum modelinin evrim sırasında nasıl değişebileceğini gösterdi.


Referanslar
Kavanagh,K.D.,Evans,A.R.&Jernvall,J.Nature 449,427 –432 (2007).

Ek kaynaklar
Polly,P.D.Nature 449,413 –415 (2007).
Evans,A.R.,Wilson,G.P.,Fortelius,M.&Jernvall,J.Nature 445,78 –81 (2006).
Kangas,A.T.,Evans,A.R.,Thesleff,I.&Jernvall,J.Nature 432,211 –214 (2004).
Jernvall,J.&Fortelius,M.Nature 417,538 –540 (2002).
Theodor,J.M.Nature 417,498 –499 (2002).
Pharyngula: Evo-devo of mammalian molars

Yazarın web sitesi
Jukka Jernvall:http://www.biocenter.helsinki.fi/bi/evodevo