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

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

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

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..

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.

sonraki

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.

sonraki

Atomlardan Özelliklere

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.

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

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