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..