Evrim Mekanizmaları - 8: Mutasyonlar

Yazdır Evrim Mekanizmaları - 8: Mutasyonlar

Evrim Mekanizmaları yazı dizimiz içerisindeki bu yazımızda, çok çeşitli yönüyle mutasyonlara değineceğiz ve evrimsel biyoloji ile ilgili bazı noktaları tam olarak anlayabilmek açısından belki de en önemli makalelerimizden biri olacaktır. Çünkü ne yazık ki günümüzde bazı bilim dışı kaynaklar ve bilimsel gerçekler yerine bu kaynakları benimseyen eğitim kurumları sebebiyle mutasyonlar, Evrim Kuramı'nın merkezine yerleştirilmeye çalışılmaktadır. Üstelik mutasyonların nasıl ve neden olduğu tam olarak anlatılmamakta, evrimsel biyoloji ile ilişkisi düzgün bir şekilde izah edilememektedir.


Bunun sebebi çok açıktır: Bilimsel bir gerçeğe, sadece içerisindeki rastlantısallık unsurları öne çıkarılarak, "Bakın, her şeye tesadüf gözüyle bakıyorlar." şeklinde bilim dışı açıklamalar yaparak ve bu alandaki sayısız araştırmacının emeklerini hiçe sayıp, bir bilim dalına hakaret ederek saldırılabilir. Bu kişi, örgüt ve kurumların yaptığı da apaçık budur. Henüz konu hakkında geniş bir bilgiye sahip olmayan bireylerse, basitçe bu insanların yalan ve manipülasyonlarına kanarak, bilimsel bir gerçekten uzaklaşmakta ve bilimden soğumaktadırlar. Halbuki göreceğimiz gibi, mutasyonlar, evrimin iddia edildiği kadar büyük bir kısmını oluşturmamaktadır, hatta tek başına evrim olarak bile kabul edilemez. Elbette ki, bir Evrim Mekanizması olarak mutasyonların, evrim üzerinde çok önemli etkileri vardır; ancak bunlar, diğer mekanizmalardan bu kadar abartılacak kadar üstün veya fazla değildir. Hemen konuya girelim:

 

Mutasyon, kelime anlamıyla genetik materyalde meydana gelen rastlantısal değişim demektir. Basitçe, bir nükleotidin bir başkasına dönüşmesi, bir yapının şekil ve içerik değiştirmesi, yanlış kopyalanma sonucu genetik yapının bozulması ve daha nice genetik değişim mutasyon kapsamına alınabilir.

 

Her şeyden önce, mutasyonların rastlantısallık değerlerine ve sebeplerine bakmakta fayda vardır: Mutasyonlar gerçekten de çok büyük oranda rastlantısaldır (tesadüfidir). Ancak bir kavramın rastlantısal olması, o kavramın gerçekliğini veya değişime katkı sağlama gücünü azaltmamaktadır. Örneğin, hava koşullarının değişimi de büyük oranda rastlantısaldır. Bu, hava koşullarının (yağmur, kar, dolu, vs.) gerçek olmadığı veya uzun vadede evrimsel değişimler yaratamayacağı, evrime yön veremeyeceği anlamına gelmez. Benzer şekilde, depremlerin meydana geldiği üsler ve zamanlar rastlantısaldır. Bir paranın havaya atılması sonucu gelen yüz, rastlantısaldır. Bunların tümü, belirli oranlar dahilinde istatistiki hesaplara vurulabilir. Örneğin günün belli bir saatinde yağmur yağıp yağmayacağını belirli oranlar dahilinde olasılık hesabıyla bulabiliriz. Benzer şekilde, bir depremin bir bölgede gerçekleşme ihtimali ve zamanını olasılık hesaplarıyla bulabiliriz. Paranın yüzleriyle ilgili hesaplar ise, hepimizin bildiği basit hesaplardır. Benzer şekilde mutasyonların da oluşma olasılıklarını hesaplayabilir, hatta kimi zaman sadece mutasyon olasılıklarına dayanarak evrimin yönünü belli sınırlar dahilinde tahmin edebiliriz. Ancak bu daha başka bir konunun ve daha akademik bir analizin konusudur. Şimdilik sadece mutasyonların da sıradan olasılıksal unsurlar olduğu gerçeğini aklınızda tutmanız yeterlidir.



Nokta mutasyonun görsel örneği... Nükleotitin değiştiğine dikkat ediniz.

 

Bu kavramların olasılıksal değerlerinin hesaplanmasının zorluğu, kavrama eşlik eden diğer olgularla ilgilidir. Örneğin yağış durumu sıcaklık, yükseklik, basınç gibi birkaç faktöre bağlıdır. Deprem ise, fay hatlarıyla ilgili yüzlerce farklı değişkene (açı, toprak yapısı, toprak organizmaları, kütle, basınç, komşu plakaların durumu, vs.) bağlı olabilir ve bu, olasılık hesaplarının zorlaşmasına neden olurken, bir yandan da depremlerin rastlantısallığını arttırmış olur. Ancak bunların hiçbiri, olgunun gerçekliğini etkilemez. Belirli durumlarda, belirli zamanlarda, belirli bölgelere, belirli tip yağış düşer. Kimi zaman depremler olur. Örnekler arttırılabilir.

 


Evrendeki her olay belli bir olasılık hesabı çerçevesinde değerlendirilebilir. Ancak burada önemli olan, olasılığı tanımlamak için kullandığımız matematiksel modelin, fiziksel dünyada modellemeye çalıştığımız olayı %100 veya buna yakın bir oranda karşılayabilmesidir. Günümüzde sahip olduğumuz matematiksel modeller, yaşamın başlangıcı veya çok sayıda değişkenden etkilenen kaotik sistemleri (uzun vadede hava durumu, geniş bir genomdaki mutasyonlar ve lokasyonları gibi) modellemek için yeterince güçlü değildir. Bu sebeple bu alanda geliştirilen bilgisayar yazılımları da yeterince güçlü simülasyonlar yaratamamaktadır. İşte tam olarak bu sebeple canlılığın başlangıcı ve benzeri sistemlerle ilgili yapılan matematiksel hesaplar gerçekle uyuşamamaktadır. Mutasyonların olasılıklarının hesaplanması da buna benzemektedir.


Para örneğinde ise, rastlantısallık oranı çok düşüktür. Çünkü paranın üzerinde atış hızı, sürtünme, gibi bazı değişkenlerin etkisi olsa da, bunlar göz ardı edilebilecek kadar küçüktür ve paranın, çok büyük oranda %50 ihtimalle (veya bu orana çok yakın bir diğer olasılık ile) beklediğimiz yüzü geleceğini biliriz. Bu yüzden insanlar paranın yazı veya tura gelmesini "tesadüfler"e bağlamaktansa, olasılık hesabıyla açıklamayı tercih eder. İstenmeyen yüz geldiğinde, "tesadüf" açıklamasından çok, "Eh, %50 ihtimalim vardı zaten." açıklaması yapılır.

 

Mutasyonlara geldiğimizde, belirli bir bölgede ne tip bir mutasyon olacağını bilmek neredeyse olanaksızdır. Bunu anlamak için, öncelikle mutasyonun nasıl bir etki yarattığını bilmemiz gerekir. Bunun içinse, bir molekülün "ne" olduğunu anlamamız gerekir. Neyse ki, bu konuda daha önceden bir yazı dizisi hazırlamıştık: Abiyogenez Yazı Dizisi. Bu yazı dizimizi gözden geçirerek gözümüzde çok büyütmeye meylettiğimiz DNA, protein, aminoasit gibi yapıların gerçekte ne olduklarını, neye benzediklerini ve nasıl çalıştıklarını okuyabilirsiniz. Abiyogenez yazı dizimizde görebileceğiniz gibi, genetik materyalimizin tümü, sıradan atom ve moleküllerden oluşmaktadır. Dolayısıyla bunlar da, bilimsel geçerliliği olmayan "canlı" varlıklara ait olsa dahi, tüm fizik ve kimya yasalarına tabidir.

 

Bu moleküller, doğadaki tüm moleküller gibi bazı bağlar ile birbirlerine bağlanırlar. Bu bağlar; kovalent veya iyonik bağlar gibi güçlü bağlar olabilecekleri gibi, Van der Waals gibi daha zayıf bağlar da olabilir. Benzer şekilde, atomların içerisinde elektronlar, çekirdeğe bazı temel kuvvetlerle bağlanırlar (burada ayrıntısına tekrardan girmiyoruz). Ancak her bağ, yeterli enerji verildiğinde kırılabilirdir. İşte mutasyonların temelinde yatan mantık budur: Dış çevreden gelen, rastlantısal radyoaktif dalgalar ve benzerleri, atomların içindeki elektron bağlarını kırabilir, elektronların atom çevresindeki düzeyini değiştirebilir veya molekülleri birbirine bağlayan bağları parçalayabilir. Bu gibi durumlarda, sıradan fizik ve kimya yasaları dahilinde, kopan molekül ve atomların yerine, yeni enerji durumuna daha uygun elektronik yapıya sahip atom ve moleküller gelebilir. Bu durumda, eskiden -atıyoruz- Guanin (G) olarak isimlendirdiğiniz bir kimyasal formül, Adenin (A) diye isimlendirdiğiniz bir diğer formüle dönüşebilir: Bir Hidrojen (H) ve bir Oksijen (O) atomu koparak. İşte buna, nükleotitlerin değişmesinden ötürü, mutasyon diyoruz. Bunun sonucunda, genetik yapı ve bu yapıya bağlı olarak üretilen protein ve enzimler değişiyor. Bu değişim sonucunda da, organizmanın özellikleri değişebiliyor.



Orak hücre anemisine sebep olan mutasyonun şematik gösterimi... Normal bir hemoglobin proteinde belli bir noktada bulunması gereken Glutamik Asit (Glu) aminoasidi, GAA mRNA kodu ile kodlanmaktadır. Bu da, DNA üzerinde CTT koduyla bulunur. Bu kodun 2. nükleotitinde meydana gelen bir mutasyon Timin (T) nükleotitini Adenin (A) nükleotitine çevirebilir. Bu durumda, mRNA üretildiğinde GAA kodu yerine GUA kodu üretilir ve bunun karşılığı da Glutamik Asit yerine Valin (Val) aminoasidinin oluşumudur. Bu durum, hemoglobinin yapısını değiştirerek orak hücre anemisine neden olur.

 

Kısaca mutasyon, çevremizden rastlantısal olarak aldığımız dalgaların etkisinde genetik yapımızda meydana gelen değişimlerdir. Buradaki rastlantısallık, gelen dalgaların vücuda giriş açısı, şiddeti, frekansı gibi özelliklerin raslantısallığından kaynaklanmaktadır. Aslında rastlantısal olan, mutasyonlar değil; mutasyonlara sebep olan etkenlerdir. Bir dalganın vücudunuza ne şiddette, ne açıda, ne frekansta gireceğini ve vücudunuzdaki hangi hücredeki, hangi kimyasal maddeye (atom, molekül, vs.) isabet edeceğini ve onda ne tip bir değişime sebep olacağını önceden kestirmeniz olanaksızdır. Mutasyonların rastlantısallığı tam olarak bu sebepledir. Tıpkı yukarıda açıkladığımız diğer örnekler gibi...

 

Bu konu anlaşıldıktan sonra, mutasyonların Evrim açısından önemini anlamak ve gereğinden fazla önem vermemek çok daha kolay olacaktır. Mutasyonların önemi şudur: Mutasyonlar, vücudumuzda rastlantısal olarak pek çok değişime sebep olurlar. Bakterilerde göreceli olarak az gelişmiş olan genetik tamir mekanizmalarından ötürü bu mutasyonlar çoğu zaman tamir edilemez. Bu sebeple genel olarak prokaryotlarda mutasyonların etkisi çok daha fazladır. Öte yandan, insanlar gibi ökaryotik canlılarda tamir mekanizmaları çok daha aktif olarak işler ve hataların büyük bir kısmı düzeltilir. Şimdi bu konuya değinelim:

 


Mutasyonlar fayda veya zarar sağlar mı?

 

Bu konu, mutasyonlarla ilgili anlaşılması gereken bir diğer önemli konudur. "Fayda" ve "zarar" sözcükleri, durumdan duruma, canlıdan canlıya, zamandan zamana değişebileceği için son derece tehlikeli sözcüklerdir. Örneğin, vücudunuzun savunma sisteminden ötürü bir bakteriye karşı tam koruma altında olduğunuzu düşünelim. Bu bakteride meydana gelebilecek mutasyonlar sonucu, sizin savunma sisteminizden kurtulmanın bir yolunu bulan varyasyonlar meydana gelebilecektir. Bunların Doğal Seçilim ile desteklenmesi sonucunda, vücudunuz kolayca bakteriye esir olabilecek ve ölüme kadar giden bir zincir başlatılabilecektir. Şimdi soru şudur: Bu mutasyon, faydalı mıdır, zararlı mı? Açıktır ki, mutasyon bakteri açısından son derece faydalıdır; çünkü yayılıp üremesini sağlamış, yepyeni bir konağa yayılmasına yardımcı olmuştır. İnsan içinse son derece zararlıdır; çünkü insanı ölüme götürebilecek bir zinciri başlatmıştır. Yani mutasyonlara tek açıdan bakmak mümkün değildir. Mutlaka geniş bir açıdan, mutasyonun meydana geldiği canlı, etkilenen diğer canlı, zaman, koşullar gibi durumlar göz önüne alınarak incelenmelidir.

 

Ancak genel kullanıma uygun olarak, bu makalemizde, mutasyonun "faydalı" olmasının, meydana geldiği canlının hayatta kalma veya üreme başarısına (fitness) olumlu etki sağladığını varsayacağız. "Zararlı" mutasyonlardan bahsederkense, meydana geldiği canlının evrimsel uyum başarısına olumsuz etki ettiğini varsayacağız. Yine de yukarıdaki açıklamayı unutmamakta fayda vardır.

 


Türlerde Mutasyon Oranları


Bir türde mutasyon meydana gelme olasılıkları çok farklı yöntemlerle hesaplanabilmektedir. Burada akademik detaylara girmeden, Nature Genetics dergisinde bu konuda oldukça kapsamlı olarak yayımlanmış bir makalede verilen sayılardan giderek örnekler vereceğiz.


İlk olarak sayıları nasıl değerlendireceğimize bakalım: mutasyon oranı olarak bilinen sayılar, bir türün genomundaki tek bir bazda, tek bir nesil içerisinde meydana gelebilecek mutasyonların sayısı olarak belirtilmektedir. Bu sayılar genellikle 10-5 veya 10-8 gibi çok küçük sayılardır. Bunun sebebi, az sonra göreceğimiz gibi, canlıların genomlarındaki baz sayısının milyarlarla ifade ediliyor olmasındandır. Mutasyon oranları ise bu milyarlarca baz dizisinden sadece 1 tanesinde meydana gelebilecek mutasyon oranlarını belirtmektedir.


Bazı örnekler verelim: bildiğimiz en yüksek mutasyon oranlarını RNA virüslerinde (retrovirüslerde) görürüz. Yaklaşık 10.000 baz dizisinden oluşan ufak genomlara sahip bu "cansız" varlıklardaki mutasyon oranı, gen başına ve nesil başına 0.1 ila 1 mutasyon arasında değişir. İstatistiki olarak ve oldukça karmaşık metotlarla hesaplanan bu sayılara göre her bir replikasyon sonucunda, bir virüsün tüm genomunda yaklaşık 1000 ila 10.000 mutasyon meydana gelir. Virüslerin dakikalar içerisinde çoğalabildikleri düşünüldüğünde, bu sayıların ne kadar fazla olduğu anlaşılabilir. Günde 10.000 defa bölünebilen bir virüste tek bir gün içerisinde 10-100 milyon mutasyon meydana gelebilir. Bu da virüslerin aşırı hızlı evrim geçirebilmesinin nedenini açıklamaktadır.




DNA'ya sahip mikroskobik canlılarda ise ortalama olarak bu sayı, genom ve bölünme başına 0.003 civarındadır. Yani ortalama olarak 100.000 baz dizilik bir genoma sahip bir bakteride, her iki bölünme arasında 300 civarında mutasyon meydana gelir. Bakterilerin 20 dakikada bir nesil atlayabildiği düşünülürse, 1 gün içerisinde bakterilerde 36.000 mutasyon meydana gelir (tek bir bireyin 1 günde 1 defa bölündüğü varsayılırsa). 


Ökaryotik canlılarda ise bu oran ortalama olarak genom ve cinsel nesil başına 0.1-100 mutasyondur. Görüldüğü gibi canlı karmaşıklaştıkça, mutasyon oranları da azalmaktadır. Bunun bir sebebi, tamir ve koruma mekanizmalarının giderek karmaşıklaşması ve güçlenmesidir. Ökaryotik çok hücrelilerin tekil hücrelerine baktığımızda ise, az sonra göreceğimiz gibi ezici çoğunluğu nötral olan mutasyonlar çıkarıldığında, geri kalan etkili mutasyonların oranlarının hücre bölünmesi başına 0.003 mutasyon civarında olduğu görülür.


Daha spesifik olarak baktığımızda, daha net sayılara ulaşabiliriz: Caenorhabditis elegans türü solucanlarda baz ve bölünme başına yaklaşık 2.25x10-10 mutasyon meydana gelir. Türün 1.78x107 baz çiftlik bir genomu olduğu düşünülürse, her bir bölünme başına yaklaşık 0.018 mutasyon meydana geldiğini görebiliriz. Bu canlının 4 günde 1 defa ürediği düşünülecek olursa, her yıl yaklaşık 2 mutasyonun sabitlendiği görülebilir.


Drosophila melanogaster türü meyve sineklerinde baz başına 8.5x10-6 mutasyon meydana gelmektedir. Türün genom büyüklüğü 1.7x108 baz civarındadır. Dolayısıyla her bir bölünme başına tek bir bireyde yaklaşık 0.06 mutasyon meydana gelir. Aynı hesapları Mus musculus türü farelerde yaptığımızda mutasyon oranının 0.5'e yakın olduğunu görürüz. Homo sapiens türü insanlarda ise bu oran 0.16 civarındadır.


Ancak araştırmada da belirtildiği gibi bu oranlar oldukça düşük tahminlerdir. Çünkü mutasyonların birçoğu bu hesaba dahil edilememektedir. Üstelik efektif genoma göre yapılan hesaplamalarda mutasyon oranları ciddi miktarda artmaktadır. Örneğin soluncalarda 2 kat, meyve sineklerinde 2.5 kat, farede 2 kat, insanda ise 10 kat fazla mutasyon meydana gelmektedir. Makaleye göre 6.4x109 baz çiftine sahip Homo sapiens genomunda, ortalama 10-8 mutasyon oranıyla oluşan her bir zigotta 64 mutasyon bulunmaktadır. Yani her bir nesil, ebeveynlerinden 64 mutasyon fark ile doğmaktadır. Üstelik bunlar doğrudan üremeye yönelik olarak hesaplanmıştır (çünkü evrimsel açıdan önemli olan mutasyonlar bunlardır); ancak bir de vücut hücreleri buna dahil edilecek olursa, bir ömür boyunca vücudumuzda meydana gelecek mutasyonlar binlerle ve on binlerle ifade edilebilecektir. Bu, inanılmaz yüksek bir sayıdır, her ne kadar bu mutasyonlar kısmen tamir edilebilse de... Öte yandan yapılan analizler bu mutasyonların büyük bir kısmının nötr (etkisiz) olduğunu göstermektedir, ki bu bizi bir sonraki başlığımıza götürmektedir:



İstatistiki Olarak Mutasyonların Zarar/Yarar Durumu Hakkında ÖNEMLİ Açıklama:

 

Drosophila melanogaster isimli meyve sineğinde yapılan bir araştırma, eğer meydana gelen mutasyon, protein yapısını değiştiriyorsave bu değişim nötral etkiye sahip değilse, meydana gelen mutasyonun %70 ihtimalle zararlı etkilere sebep olduğu keşfedilmiştir. Ancak burada altı çizilen yerler önemlidir, çünkü mutasyonların büyük bir kısmı nötraldir; sadece nötral olmayanların %70'i, o da meyve sinekleri söz konusu olduğunda zararlıdır. Örneğin maya mantarında meydana gelen nötral-dışı mutasyonların sadece %7'si zararlıdır. Dolayısıyla "Mutasyonların çoğu zararlıdır." önermesi tamamen ve kesinlikle yanlıştır çünkü mutasyonların çoğu nötraldir. "Nötral dışı mutasyonların çoğu zararlıdır." önermesi de koşullu yanlıştır çünkü canlıdan canlıya bu oran oldukça değişmektedir. Uzun lafın kısası, böyle bir genellemeye kalkışmak hatalı olacaktır.



Drosophila melanogaster

 

Bunu şöyle toparlayalım: Canlılarda meydana gelen mutasyonların çok büyük bir kısmı (%70-90'ı) nötr mutasyonlardır. Yani mutasyonun meydana geldiği dönem ve bu dönemden sonra, belirli bir ortam değişimi olana kadar geçen dönemde herhangi bir fayda ya da zarar sağlamazlar. Nötr mutasyonlardan geriye kalan mutasyonların (%10-30'luk dilim) büyük bir kısmı zararlıdır ve popülasyondan genellikle elenirler (bu mutasyona sahip canlılar kısa sürede, daha erken ölürler). Ancak geriye kalan bu dilimin küçük bir kısmı da (genelde %1-10 olarak ifade edilir) faydalı etkilere sebep olabilirler. 

 

Peki bu durumda, mutasyonların geneline baktığımızda, büyük bir kısmı kaplayan nötral mutasyonların etkisi nedir? İşte bu etki, yukarıda açıkladığımız gibi ortama, zamana, canlıya ve bakış açısına göre değişebilmektedir. Bir canlı için faydalı sonuçlar doğuran bir mutasyon, bir diğer canlı için olumsuz etkili olabilir. Daha önemlisi, belli bir dönemde nötr olan mutasyon, çevrenin değişimiyle olumlu veya olumsuz bir etki yaratabilir. Böylece anlık değişimler olan mutasyonların etkisi yavaşlatılmış ve uzun bir değişim sürecine yayılmış olur. Çevre değişimi süresince bu mutasyonun etkisi adaptif ve yavaş olarak çıkar, canlıya zarar vermez. Ya da nötral olan bir mutasyon, bir diğer nötral mutasyon (ve hatta daha fazla nötral mutasyonlar) ile bir arada bulunursa belirli etkilere sebep olabilir. Bu durumda da sıçramalı bir değişim yerine, kademeli ve canlının adapte olabileceği bir süreçte değişim gözlenir. Bu da mutasyonların zararlı etkilerini hiçe ya da çok aza indirgemektedir. Bunların anlaşılması, mutasyonların yarar/zarar durumunun anlaşılması ve genel olarak mutasyonların etkilerinin değerlendirilmesi açısından son derece önemlidir.



Zararlı Mutasyonlar Elenmek Zorunda Mı? Neden Hala Hastalıklar Var?


Zararlı mutasyonların "genellikle" elendiğinden söz ettik. Çünkü az sonra bahsedeceğimiz gibi, mutasyonların envai çeşidi var ve her biri ayrı etkilere sahip olabilir. Bu nedenle her zararlı mutasyonun etkisi aynı değildir. Bunlar arasında ayrıma gitmek, evrimi ve çeşitliliği anlamak açısından önemli olacaktır.


İlk olarak, bazı mutasyonlar "ölümcül"dür. Bunu nasıl anlarız? O mutasyona sahip olan bireyler, ölürler. Bu kadar basit. Bu ölüm çok hızlı bir şekilde olabileceği gibi, göreli olarak yavaş da olabilir. Fark edebileceğiniz üzere, ölümcül hastalıkların hepsi aynı şekilde işlemez. Tabii ölümcül hastalıkların hepsinin mutasyondan kaynaklanmadığını, patojenlerin de önemli ve konumuzla alakasız bir faktör olabileceğini unutmayınız. Ancak mutasyonlara bağlı olarak oluşan ölümcül olan hastalıklar, şiddetine göre kimi zaman derhal, kimi zamansa uzun vadede elenirler. Eğer ki bu mutasyon bir sebeple üreme hücrelerini ve üreme organlarını etkilediyse ve yavaş işliyorsa, birey ölmeden üreyerek gelecek nesillere de aktarabilir. Fakat bu, nadiren olur. Çoğu zaman bu tür ölümcül mutasyonlar ya çocukluk evresinde ya da erken yaşlarda bireyi öldürür ve böylece o mutasyon popülasyondan elenmiş olur.


Ancak bu, her zaman mümkün olmaz. Çünkü doğa ve evrim, karmakarışık dinamiklere sahiptir. Canlıya zarar veren mutasyonlar da, çeşitli sebeplerle varlığını sürdürebilir. Bu nedenlerden bazıları şöyle sıralanabilir:



  • Zararlı mutasyon heterozigot bireyler içerisinde korunuyor olabilir. Lise biyoloji derslerinde öğrendiğimiz üzere, anne babamızdan gelen alellere (gen tiplerine) bağlı olarak homozigot baskın, heterozigot ve homozigot çekinik gibi farklı genetik durumlar bulunmaktadır. Heterozigotlar, bir genin farklı versiyonlarının (örneğin "normal" ve "mutant" versiyonların) bir arada bulunduğu durumlardır. Kimi zaman, bu heterozigot bireyler, homozigotlara nazaran avantajlı olabilirler ve böylece popülasyon içerisinde sayıları artar. Böylelikle o zararlı mutant gen de, popülasyon içerisinde korunmuş olur. Bunun en güzel örneği, aşağıda detaylarını vereceğimiz orak hücre anemisine neden olan mutant gendir. Bu gen, zararlı olsa da, sıtmanın olduğu yerlerde bu genin bir kopyasına sahip olmak avantajlıdır. Böylelikle popülasyonda korunabilir.

  • Mutasyon oranları yüksek olabilir. Kimi mutasyonların gerçekleşme sıklığı, diğerlerinden yüzlerce ve binlerce kat fazla olabilir. Böylece, her ne kadar zararlılar sürekli eleniyorsa da, bu mutasyonlar sürekli popülasyon içerisinde yeniden oluşuyor olabilir. Örneğin nörofibromatoz hastalığına ait mutant gen, istatistiki olarak her 4000 yavruda 1 defa ortaya çıkar. Bu, ortalamaya nazaran müthiş yüksek bir mutasyon oranıdır! Bu nedenle bu hastalığa sahip olanlar sürekli elense de, hastalık popülasyondan silinemez.

  • Evrimin Gen Akışı mekanizması zararlı mutantları koruyabilir. Daha önce de belirttiğimiz gibi, zararlı mutasyonlar "evrensel olarak" zararlı değillerdir. Kimi zaman bir ortamda zararlıyken, diğer bir ortamda o kadar da etkili olmayabilirler. Eğer ki bu daha etkisiz ortamdan, etkili olduğu ortama sürekli bir gen akışı varsa (göç yoluyla), o popülasyondaki zararlı mutantlar korunur. Örneğin, Afrika'da orak hücre anemisi kısmen avantajlı olduğu için, göçler yoluyla bu genler diğer kıtalara taşınır. Bu gen, diğer bölgelerde ciddi anlamda zararlı olsa da, göçler mutant genlerin oranını sürekli korur.

  • Doğal Seçilim'in elemesi için yeterli süre geçmemiş olabilir. Evrim, uzun süreli bir olaydır. Ömürlerimiz ise, evrim tarihine nazaran komik miktarda kısadır. Hatta insanlığın tüm tarihi bile öyle! Dolayısıyla, etrafımızda gördüğümüz her hastalık, "elenemeyen mutasyonlar" olmak zorunda değildir. Gerçekten eleniyor olabilir; ancak henüz yeterli zaman geçmemiş olması muhtemeldir. Örneğin, hakkında her ne kadar tartışma olsa da, kistik fibroz hastalığının koleraya karşı kısmi bir direnç sağladığı düşünülmektedir (tıpkı orak hücre anemisi ile sıtma arasındaki ilişki gibi). Bu nedenle Avrupa'da koleranın yaygın olduğu zamanlarda, kistik fibroz da artış göstermiştir. Ancak artık bu popülasyonlarda kolera yoktur. Dolayısıyla kistik fibroz da avantaj sağlamaz. Fakat o zamanlardan bu zamanlara henüz yeterli zaman geçmediği için, kistik fibroz halen Avrupa'dan tam olarak elenememiştir.

  • Mutasyon pek de zararlı olmayabilir. Bazı mutasyonların etkileri öyle hemen ortaya çıkmaz. Üreme çağlarından çok sonra ortaya çıkabilir. Bu da, mutasyonun yayılması için fazlasıyla zaman sağlar. Bunun en güzel örneklerini "yaşlılık hastalıklarında" görebiliriz. Bir örnek olarak, 40'lı yaşlardan itibaren kendini gösteren Huntington Hastalığı, her ne kadar ölümcül düzeyde yıkıcı olsa da, üreme çağlarından sonra kendini gösterir. Dolayısıyla birey bundan önce ürerse, genleri yavrusuna aktarabilir. Bu da, mutasyonun elenmesine engel olur. 

  • İnsan kültürü elenmeye engel oluyor olabilir. Tıp, kültürümüzün bir ürünüdür. Bizi diğer hayvanlardan ayıran zekamız, evrime bile müdahale edebilmemizi sağlamaktadır. Öyle ki, ölümcül hastalıkları yenmeyi başarabilmekteyiz. Dolayısıyla bazı mutasyonların etkileri, tıp sayesinde egale edilebilir. Bu da, üremeyle birlikte mutasyonların gelecek nesillere aktarılmasını sağlayabilir. Böylece, normalde çoktan elenmiş olacak bazı mutasyonlar, halen popülasyonumuzda bulunabilir.


Görüldüğü gibi, evrimde hiçbir konuya tek taraflı bir bakış atamıyoruz. Çok daha geniş perspektiften düşünmeli ve ona göre analizler yapmalıyız.



Mutasyonların Nedenleri

 

Mutasyonların nedenlerini sadece yukarıda sayılan radyoaktif veya enerji dalgalarının etkilerine yormak doğru olmaz. Doğada, mutasyona sebep olan pek çok olguya rastlanmıştır. Bunların temelinde yine dış etmenlerden ötürü kimyasal yapının değişmesi bulunmaktadır. Bunların her birine girersek, günlerce işin içinden çıkamayız. Ancak kısaca özetlemek gerekirse, mutasyon sebepleri ikiye ayrılır: Spontane Mutasyonlar ve Uyarılmış Mutasyonlar. Bu noktada bilinmesi gereken bir diğer kavram, vahşi tip kavramıdır. Vahşi tip, mutasyona uğramamış hal demektir. Şimdi incelememize başlayalım:

 

   1) Spontane Mutasyonlar

 

Bu tip mutasyonların genel olarak 4 sebebi vardır:

 

      1-1) Totomerizm

 

Bir bazın yer değiştirmesi nedeniyle Hidrojen bağlarının kayması sonucu kopyalamada hata oluşmasına denir.

 


      1-2) Pürin Kaybı

 

Adenin ya da Guaninlerden birinin yitirilmesi sonucunda oluşur.

 


      1-3) Amin Kaybı

 

Hidroliz (su ile yıkım) sonucunda bir bazın, amin grubunu yitirerek keto grubu edinmesi sonucu farklı bir baza dönüşmesine denir. Bunun sonucunda Sitozin (C), Urasil'e (U); Adenin ise hypoxanthine (HX) denen bir moleküle dönüşür. Bunlar genellikle tamir edilebilir. Ancak benzer şekilde 5-metilsitozin'in Timin'e dönüşmesi, çoğu zaman tamir mekanizmasını atlayabilir ve kalıcı olur.

 


      1-4) Atlanmış Şerit Yanlış Çiftlenmesi

 

Kopyalanmış bir DNA şeridinde meydana gelen bir kaymadan ötürü oluşan hataya denir. Az sonra açıklayacağımız ekleme ve silinme tipi mutasyonlara sebep olabilir.

 



   2) Uyarılmış Mutasyonlar

 

Bu tip mutasyonların iki temel sebebi bulunur:

 

      2-1) Kimyasallar

 

Hidroksilamin, bazı bazlar, alaklileştirici maddeler, DNA yapısını etkileyen kimyasallar, oksidasyona sebep olan kimyasallar, nitrik asit gibi kimyasalların varlığı DNA'nın yapısını değiştirebilmektedir.

 


     2-2) Radyasyon

 

Mor ötesi ışınlar, iyonize edici ışınlar, radyoaktivite gibi etmenler, yukarıda açıkladığımız gibi DNA'nın yapısını bozabilmektedir.

 


Mutasyonları bu şekilde etmenlerine göre ayırmaktansa, sonuçlarına göre ayırmak da mümkündür. Ancak bu defa çok daha geniş bir yelpaze elde ederiz. Bunların hepsine burada değinmemiz gerçekten olanaksızdır (yaklaşık 35 farklı tipi vardır). Ancak bazı çok önemli olanlarına değinmek istiyoruz:

 


  • Nokta Mutasyon: Yukarıda saydığımız bazı kimyasalların etkisinde, bir nükleotit diğerine dönüşür. Genellikle Adenin veya Guanin'den biri (pürinler), Sitozin veya Timin'e (pirimidinler) dönüşür. Üç tipi bulunur:


    • Sessiz (Eş Anlamlı) Mutasyonlar: Mutasyonların etkisi, DNA'nın yapısındaki değişim sonucu üretilen aminoasitlerin türlerinin değişmesiyle anlaşılır. Doğada, 22 temel aminoasit bulunur. Tüm aminoasitler, 3 nükleotit (kodon) ile belirlenirler (CCG, ATG gibi). Bazı aminoasitler, birden fazla kodon ile tanımlanabilirler. Örneğin GCU, GCC, GCA ve GCG aynı aminoasidi, Alanin'i kodlarlar. Dolayısıyla öncesinde GCU olan bir dizilim, mutasyon sonucu GCC olursa hiçbir şey değişmez, çünkü yeni oluşan kod da Alanin'i kodlamaktadır. Buna sessiz mutasyon denir.


    • Hatalı (Eş Anlamlı Olmayan) Mutasyonlar: Bu mutasyonlar sonucu, kodlanan aminoasit değişir. Örneğin GAU, Aspartik Asit isimli aminoasidi kodlar. GAA ise Glutamik Asit isimli bir diğer proteini. GAU, nokta mutasyon sonucu son nükleotit olan U'nun A'ya dönüşümü gerçekleşirse, kodlanan aminoasit değişir ve hatalı mutasyon meydana gelir.


    • Anlamsız Mutasyonlar: Aminoasitlerin sentezini durduran kodlar da bulunur (UAA, UAG ve UGA). Bunlar, adeta cümlelerin sonundaki noktalar gibidir ve aminoasit sentezini durdurarak protein yapısına karar verirler. İşte bir mutasyon sonucu, bir aminoasidin, bir durdurma kodonuna dönüşmesi sonucu, anlamsız mutasyon meydana gelir; çünkü protein sentezi yarıda kalır. Örneğin UAU, Tirosin denen bir aminoasidi kodlar. Bunun son aminoasidinin değişimi sonucu UAA oluşabilir ve bu bir durdurma kodonudur.


    • Nötral Mutasyonlar: Bu tip mutasyonlar, bir nevi hatalı mutasyonlar ile sessiz mutasyonların karışımıdır. Mutasyon sonucu oluşan yeni dizilim sonucu üretilen aminoasit farklıdır (hatalı mutasyondaki gibi); ancak bu aminoasidin kimyasal yapısı, önceden üretilene benzer olduğu için çok ciddi sorunlar yaşanmaz ve hücrede çok farklılık meydana gelmez (sessiz mutasyonlar gibi). Örneğin AAA kodonu Lysine denen bir aminoasidi kodlar. Burada meydan gelen bir mutasyon sonucu kod AGA'ya dönüşürse, sentezlenen aminoasit Arginine olur. Ancak biyokimyasal açıdan bu iki aminoasit birbirine özdeştir ve işlevi bozmaz.


  • Eklemeler: DNA dizilimine, fazladan bir ya da daha fazla nükleotidin eklenmesidir. Bunlar genellikle transpozon denilen ve DNA üzerinde kimyasal yapısından ötürü rastgele sıçrayan yapılardan kaynaklanmaktadır. Transpozonlar, kendileriyle birlikte komşu nükleotitleri de alarak DNA üzerinde uzun mesafeler "sıçrayabilirler". Hatta mitokondiryal DNA'dan, merkezi DNA'ya bilgilerin ökaryotların evrimi sırasında bu şekilde aktarıldığı düşünülür.


  • Silinmeler: DNA'dan bir veya daha fazla nükleotidin silinmesi sonucu meydana gelir. Genellikle geri döndürülemezlerdir ve kalıcıdırlar. Silinme tipi mutasyonlar tamamen rastlantısaldır; ancak ekleme tipi olanlar belirli kurallar dahilinde (kimyasal yapı uyuşması gibi) meydana gelirler ve alanları daha dardır.


  • Çerçeve Kaydırıcı Mutasyonlar: DNA'daki bilgilerin 3'er harfli (nükleotitli) kelimeler (kodonlar) halinde okunduğunu izah etmiştik. İşte eğer DNA diziliminde ekleme veya silinme tipi mutasyon meydana gelirse, DNA üzerindeki bilgiler 3'lü 3'lü okunamayacağı ve normalde okunması gereken sıra kayacağı için, çok farklı aminoasitler ve proteinler sentezlenebilir veya üretim tamamen durabilir. Dolayısıyla bu tip mutasyonlar tehlikeli olabilmekte ve hücrelerin ölmesine veya görevlerini aşırılıkla yerine getirmelerine sebep olabilir. Genellikle sonuçlar önceden tahmin edilemezdir.


  • Geri Mutasyonlar: Dediğimiz gibi mutasyonlar oldukça rastlantısaldır; ancak kimi zaman aynı nükleotit dış etmenlerden etkilenerek birden fazla defa mutasyon geçirebilir ve bu doğada sıklıkla görülür; hatta bu mutasyonlar takip edilerek Evrim Ağaçları çıkarılabilir. Eğer bir nükleotitte meydana gelen mutasyondan sonra oluşan yeni bir mutasyon kodonu eski haline döndürüyorsa (rastlantısal olarak), buna geri mutasyon adı verilir. Örneğin AGC şeklindeki bir nükleotit, ilk mutasyonda AGG oluyor ve sonrasında tekrar mutasyon geçirerek AGC'ye dönüyorsa, bu geri mutasyondur.

 


Mutasyonlar, nükleotitler üzerinde olabildiği gibi, DNA'ların toplamına verilen isim olan kromozomlarda çok daha büyük ölçeklerde de meydana gelebilirler. Biraz da bunlara örnekler verecek olursak:

 


  • Kromozomal Büyütmeler (Amplifikasyonlar): Kimi zaman DNA kopyalanır; ancak hücre bölünmesi gerçekleşmez. Genomun tümünde meydana gelirse Çok kromozomluluk (polyploidy) olarak isimlendirilen bu durumda, hücre içerisindeki gen miktarı katlanmış ve dolayısıyla üretilen her kimyasalın miktarı artmış olur. Çoğu zaman bu durumlar hücrenin işlevinin bozulmasına sebep olsa da, sonuçları önceden tahmin edilemez olabilir.


  • Kromozomal Silinmeler: Bu durumda, kromozom üzerindeki devasa bölgeler kromozomdan koparak silinebilirler. Bu da çoğu zaman hücrenin işlevini bozarken, kimi zaman ölümcül olmadığı için çeşitliliğe sebep olabilir.


  • Kromozomal Yer Değiştirmeler: Kimi zaman homolog olmayan kromozomlar arası gen parçaları transfer edilebilir. Bu durumda, yapıda köklü farklılıklar meydana gelebilir. Buna kromozomal yer değiştirme denir. 


  • Kromozomal Ters Dönme: Kimi zaman, kromozomdaki bir gen veya nükleotit dizisi, tamı tamına tersine dönebilir. Bu durumda da canlıda ciddi değişimler meydana gelebilecektir.


  • Heterozigotluğun Yitirilmesi: Bilindiği üzere her özellik kromozom üzerindeki alellerle temsil edilir. Kimi zaman, bu alellerden biri silinir ve heterozigotluk yitirilir. Bu da önemli bir mutasyon tipidir.



Mutasyonları yukarıda değindiğimiz gibi canlıya getirilerine ve götürülerine göre de sınıflandırmak mümkündür. Bunlara bakacak olursak:


 

  • Faydalı / Fonksiyon Kazandırıcı (Neomorfik) Mutasyonlar: Eğer yukarıda saydığımız herhangi bir mutasyonun sonucunda oluşan durum, mutasyonun meydana geldiği canlıda, meydana geldiği durum ve zamanda işe yarar veya önceden yapılamaz bazı işlevleri kazandırabiliyorsa, bu mutasyona faydalı mutasyon ya da fonksiyon kazandırıcı mutasyon denir.


  • Zararlı / Fonksiyon Yitirici (Amorfik) Mutasyonlar: Eğer yukarıda saydığımız herhangi bir mutasyonun sonucunda oluşan durum, mutasyonun meydana geldiği canlıda, meydana geldiği durum ve zamanda olumsuz sonuçlara veya önceden yapılabilen bazı işlevlerin kaybına sebep oluyorsa bu mutasyona zararlı mutasyon ya da fonksiyon yitirici mutasyon denir.


  • Baskın Negatif (Antimorfik) Mutasyon: Eğer bir mutasyonun sonucunda oluşan durum, eski durumun tam zıttının oluşmasını sağlarsa, buna baskın negatif mutasyon denir. Bu tip mutasyonlar faydalı da zararlı da sonuçlar doğurabilir.


  • Ölümcül Mutasyon: Adından da anlaşılabileceği gibi, bu tip mutasyon geçiren bir canlı kısa ya da uzun dönemde, mutasyona bağlı olarak ölür.


  • Nötral Etkili Mutasyon: Nokta mutasyonlar altında saydığımız nötral mutasyonlardan farklı olarak, nötral etkili mutasyonlar canlının başarısına (fitness) etki etmezler. Yani mutasyon sonucu edinilen ya da kaybedilen özellikler, canlının hayatta kalmasını veya üreme başarısını etkilemez veya önemsenmeyecek kadar az etkiler. Bu tip mutasyonlar istatistiki bir ortalama sürede, yaklaşık olarak sabit zaman aralıklarıyla meydana gelirler ve bu sayede Moleküler Saat Hipotezi ileri sürülebilmiştir.



Tabii ki bir diğer çok önemli durum, mutasyonun meydana geldiği hücrenin görevi ve konumudur. Çünkü bu durum, mutasyonun kalıtsallığını etkileyecektir. Hemen bu konuya da girecek olursak:


 

  • Kalıtsal Mutasyon: Bu tip mutasyonlar bireylerin üreme hücrelerinde veya üreme hücrelerini üreten organlarda meydana gelmelidir. Bu sayede, üretilen üreme hücreleri de, edinilmiş bu mutasyona ve etkilerine sahip olacaktır. 


  • Vücutsal (Somatik) Mutasyon: Bu tip mutasyonlar bireylerin üreme hücreleri veya organları haricindeki herhangi bir hücrede meydana gelirler ve nesilleri etkilemezler, kalıtsal değillerdir. Tıpkı modifikasyonlarda olduğu gibi, somatik mutasyonlarda da sadece mutasyonun meydana geldiği birey durumdan etkilenir. Meydana gelen mutasyon, birey için yukarıda sayılan etkilerden herhangi birine sebep olabilir.


  • Heterozigot Mutasyonlar: Bu tip mutasyonlar kalıtsaldır; ancak sadece tek bir alel üzerinde taşınırlar. Örneğin renk körlüğü geninde meydana gelen bir mutasyon, heterozigot mutasyonlara örnektir.


  • Homozigot Mutasyonlar: Bu tip mutasyonlar bir karakterin iki aleli (babasal - paternal ve anasal - maternal) üzerinde de taşınabilir.



Bu şekilde daha pek çok tanım yapmak mümkündür; ancak bu kadarının bile mutasyonların ne çeşitli olabileceğini anlamak için yeterli olacağını düşünüyoruz. Burada önemli olan, mutasyonların Evrim açısından aşırı bir önemi olmadığını unutmamak ve mutasyonların en temel sonucunun, tür içi çeşitlilik yarattığını bilmektir. Daha sonra, bu çeşitlilik, seçilim mekanizmalarına tabi tutulur ve faydası/zararı; ortam, zaman ve birey koşullarına göre ortaya çıkar. Sonrasında ise türleşme mekanizmaları dahilinde Evrim gerçekleşir.

 


Mutasyon Örnekleri


Şimdi biraz da bunlara örnekler verecek olursak:

 

1) Kılsız Köpekler

 

Köpeklerde kıllar üzerinde etkili FOXI3 isimli bir gen bulunur. Science dergisinin Eylül 2008 sayısında yayınlanan bir makaleye göre (bkz: kaynaklar), kromozom 17 üzerinde bulunan bu gende meydana gelen 7 ekleme tipi mutasyon sonucunda eskiden kıllara sahip olan köpekler kıllarını dökmektedirler. FOX genlerinin memelilerde genel olarak embriyonik gelişimi kontrol ettiği bilinmektedir.

 




2) Atlardaki overo Geni

 

Atlarda eşey hücrelerinin çalışmasından sorumlu overo isimli bir gende meydana gelen bir kromozomal büyütme (amplifikasyon) tipi mutasyon sonucunda doğan taylarda sindirim sistemi bozukluklarına rastlanır ve bu mutasyon sonucunda doğan tay kısa sürede ölür. Dolayısıyla bu mutasyon, hem kalıtsal mutasyonlara hem de ölümcül mutasyonlara örnektir.

 




3) E. coli Bakterisinde Laktoz Kullanımı

 

E. coli bakterisi normal olarak laktozu parçalayamaz (laktoz intoleransı). Ancak Boston Üniversitesi'nden Prof. John Cairns ve ekip arkadaşlarının yaptıkları ve New Scientist dergisinde yayınlanan bir çalışma sonucu, Mu isimli bir bakteriyofaj (bakterileri enfekte eden bir virüs) kullanılarak genetik materyalde bulunan beta-galactosidase geninde meydana getirilen bir mutasyon sayesinde bakterilerin laktozu sindirebilmeye başladıkları ortaya çıkmıştır. Daha sonradan farklı yöntemlerle benzer deneyler  tekrarlanmış ve aynı sonuçlara ulaşılmıştır. Bu da bakteriler açısından bir faydalı mutasyon örneği olarak karşımıza çıkmaktadır.

 




4) HIV (AIDS Virüsü) Direnci

 

2001 yılında yapılan bir araştırmanın sonucuna göre, insanlarda bulunan CCR5  isimli bir gende meydana gelen 32 silinme tipi mutasyon sonucu bu gen açısından homozigot bireylerde HIV direnci, heterozigotlarda ise HIV belirtilerinin ortaya çıkmasında gecikme meydana geldiği ispatlanmıştır. Bu, faydalı mutasyonlara bir örnektir.

 




5) Orak Hücre Anemisi

 

Orak hücre anemisi, çoğumuzun bildiği üzere, vücudumuzda oksijen taşıyan hemoglobin molekülünde meydana gelen bir nokta mutasyon sonucunda, beta-globin genindeki tek bir Adenin'in Timin'e dönüşmesi sonucunda meydana gelir. Buna Tek Nükleotit Çokbiçimliliği (Single Nucleotide Polymorphism - SNP) denir. Bu mutasyon sonucu 6. pozisyondaki Glutamik Asit isimli bir aminoasit, Valine isimli bir diğerine dönüşür. Ancak ilginç bir şekilde, bu genetik bozukluğa heterozigot olarak sahip olan Sahara Altı Bölge'deki bireylerin, dişi sivrisinek ile taşınan sıtma (malaria) hastalığına dirençli oldukları keşfedilmiştir. Bu da faydalı mutasyonlara örnektir.

 



Bazı bilim düşmanı evrim karşıtları bu konuyu "faydalı mutasyonlar"dan saymamakta ısrar etmektedirler, çünkü orak hücre anemisinin yeterince kötü bir hastalık olduğunu, dolayısıyla sıtmaya engel olsa da bir şeyi değiştirmeyeceğini ileri sürerler. Bu, onların ne kadar bilimden uzak bir yaşam görüşü olduklarını göstermektedir. Elbette ki orak hücre anemisi kötü bir durumdur, bir hastalıktır, tereciye tere satmaya çalışmanın anlamı yok, bunu herkes biliyor. Ancak bu hastalığa tarafsız olarak bakıldığında ve doğrudan etkileri incelendiğinde, sıtma gibi bir hastalığa yaklanmaya engel olduğu görülmektedir. Üstelik sıtma, Afrika'daki ilaç bulamayan insanlar için orak hücre anemisinden çok daha ölümcüldür. Kaldı ki burada mutasyonun etkileri incelenmektedir ve bu mutasyon, zaten bir olumsuzluk doğurmaktadır; ancak öte yandan faydalı bir etkisi de vardır, ölüm sürelerini sayısal olarak düşürmektedir. 

 


6) E. coli Bakterilerinde Sıcaklık Değişimine Bağlı Evrim

 

Bennett, Mittler ve Lenski'nin Evolution dergisinde yayınladıkları bir araştırmaya göre araştırmacılar 2.000 nesil boyunca 37 santigrat derecede yaşamaya uygun E. coli bakterisi yetiştirmişlerdir. Daha sonra bu popülasyondan 3 örnek popülasyon alınıp 32 derecede, 37 derecede ve 42 derecedeki ortamlara yerleştirilmiş ve bir 2.000 nesil daha geçmesi beklenmiştir. Bu nesillerin adaptif başarıları (evrimsel değişimleri) sürekli takip edilmiştir. İlk anda 32 dereceye bırakılan nesle göre, 2.000'inci nesil %10 daha adaptif başarıya sahip bireylerden oluşmuştur, yani popülasyon içerisinde yeni sıcaklığa yönelik bir evrim süreci gerçekleşmiştir. Benzer şekilde, 42 dereceye bırakılan ilk nesle göre, 2.000'inci nesil %20 daha başarılıdır. 37 derecede bırakılan bireylerde hiçbir adaptif değişim gözlenmemiştir. Bu durumun nesiller içerisinde meydana gelen mutasyonlara bağlı bir çeşitliliğin seçilmesinden ve birikmesinden kaynaklandığı tespit edilmiştir. Bud a faydalı mutasyonlara bir örnektir. 

 


7) Chlamydomonas Cinsi Algde Karanlığa Adaptasyon

 

Graham Bell isimli meşhur popülasyon genetikçisi (isim sadece bir tesadüftür, telefonu icat eden Bell ile alakası yoktur) fotosentetik bir alg olan Chlamydomonas ile çalışmıştır. Bu cins, aydınlıkta normal bir şekilde yaşayıp büyür. Ancak karanlıkta da, eğer ortamda asetat varsa, bunu karbon kaynağı olarak kullanarak büyümeyi sürdürebilir. Bell, birkaç yüz nesil bekleyerek hangi alglerin karanlıkta büyüme konusunda başarılı, hangisinin başarısız olduğunu tespit etti ve bunlardan örnekler alarak birbirlerinden ayırdı. Daha sonra karanlıkta büyüme konusunda başarısız olanları karanlıkta ve zorlu şartlarda bıraktı. Belli bir kırılma yaşandıktan sonra, popülasyonun normal yaşam süreci ve nesilleri içerisinde meydana gelen mutasyonlardan bazılarının karanlıkta yaşama ve asetatı kullanma açısından avantaj sağladığını gördü. Sadece 600 nesilde ilk başta başarısız olan algler, nesiller içerisinde belli tip mutasyona sahip olanların avantajlı konuma geçip üremeleri sayesinde karanlıkta yaşamaya adapte olmayı başardı. Bu da faydalı mutasyonlara örnek olarak verilebilir.

 




8) Chlamydomonas Cinsi Alglerde Büyüklüğün Evrimi

 

Bir üstteki örnekte bahsettiğimiz Bell, karanlıktan sonra bir başka deney için aynı cins algleri kullandı.  Algleri çok ince delikli bir filtreden geçirdi ve sadece deliklerin üzerinde kalabilen, büyük bireyleri seçti, deliklerden geçebilenleri eledi. Bu seçtiklerini yaşatıp üretmeyi sürdürürken, küçük olanların üremesine engel oldu. Sadece 40 nesil içerisinde popülasyondaki bireylerin büyüklüğünün, iki misline yakın artış görülmüştür (fenotipik skalada 1 puan).  Hatta Bell, filtresinin yeterince iyi olmamasından ötürü büyükleri seçmekte zorlandığını belirtmiş ve makalesinde deneyin daha iyi yapılabilmesi için daha hassas filtrelerin kullanılması gerektiğini açıklamıştır. Böyle yapılacak olursa, genetik çeşitliliğe bağlı seçilim sonucu oluşan evrimin daha kolay görülebileceğini söylemiştir. Bu çeşitliliğin muhtemelen mutasyonlara bağlı olarak sağlandığını ve sadece daha büyük bireyler olacak şekilde genlere sahip bireylerin hayatta kalıp üreyebilmelerinden ötürü boyutların değiştiğini izah etmiştir. 

 


9) Maya Mantarlarında Mutasyona Bağlı Evrim

 

Hansche ve Francis, Genetics dergisinde 1972, 1973 ve 1975 yılında yayınladıkları makalelerde Saccharomyces cerevisiae türü mantarlarla çalıştıklarını ve bu canlılarda gözlemledikleri mutasyona bağlı evrimi izah etmişlerdir. Öncelikle bir kemostat (kimyasal olarak aşırı dengeli ve mikroorganizmaların oluşumuna izin veren ortam) içerisinde maya mantarları yetiştirmişlerdir. Mayalar bu ortamda 180 nesil boyunca gayet yavaş bir şekilde çoğalmışlardır. Ancak 180. nesil civarından sonra aşırı bir birey artışı, aşırı bir üreme gözlenmiştir. Araştırmacılar bu noktadan önceki ve sonraki bireylerin genlerini kontrol etmişler ve permeaz enziminin (mantar hücresinin zarından madde geçişlerini kontrol eden enzim) üretilmesini sağlayan gende meydana gelen bir mutasyondan ötürü yeni nesildeki ilk bireylerin ortamdaki fosfatı önceki nesillere (atalarına) göre çok daha kolay hücre içerisine aldıklarını tespit etmişlerdir.

 



Mutasyonlar burada da sona ermemiştir. 180. nesilden sonra yaklaşık 400 nesil boyunca hızlı artış sürmüş; ancak 400. nesil civarında artış daha da hızlanmıştır. Yine genler kıyaslandığında, bu ilk mutasyona sahip bireylerden oluşan nesil içerisinde, ikinci bir mutasyonun meydana geldiği görülmüştür. Bu mutasyonun fosfataz (fosfatın kullanımını sağlayan enzim) enzimini üreten genlerde bir değişim olduğu fark edilmiştir ve yeni nesildeki mutant bireylerin fosfatı çok daha kolay sindirebildikleri gözlenmiştir. Bu mutasyon sonrasında fosfatazın optimal olarak çalıştığı pH aralığı, ortamdaki pH'ın değişimine paralel olarak değişmiş, evrim geçirmiştir.

 

Dahası da var. Aradan 800 nesil daha geçtikten sonra, yine aşırı bir artış görülmüştür ve yine genetik analiz yapılmıştır. Bu artışın sebebi çok daha ilginçtir. Aslında asla koloniler halinde yaşamayan bu maya hücreleri, bu mutasyondan sonra bir araya gelerek koloniler halinde yaşamaya başlamışlardır. Bu mutasyonun kemostatın kendi dengesini sağlamak için gerekenden fazla hücre bireylerini mekanizmanın dışına atarak öldürmesine karşı avantaj sağladığı görülmüştür. Yani koloni olan bireyler daha büyük yapılar oluşturarak kemostatın içerisindeki emme mekanizmasını atlatabilmişlerdir. Bunu sağlayan mutasyon, popülasyon içinde hızla yayılmıştır. 

 

Deney defalarca tekrarlanmış ve her seferinde benzer mutasyonlar, farklı sırayla ortaya çıkıp seçilmiştir. Hatta bir denemede, daha orjinal bir mutasyon meydana gelmiş ve bir gen çiftlenmesi tipi mutasyon sonucunda fosfataz enzimini üreten genler sayıca iki katına çıkmışlardır, böylece mayalar daha fazla fosfat sindirebilmeyi başarmışlardır.

 


10) E. coli Bakterisinde Her 26 Mutasyondan 3'ü Faydalıdır!

 

Bilindiği gibi canlılarda mutasyonları değil de, etkilerini gözlemek çok zordur, çünkü çok uzun sürede, yüzlerce, binlerce, on binlerce nesil sonra etkileri görülebilir. Bu sebeple bakteri, alg ya da mantar gibi canlıları denek olarak kullanmak iyidir, çok hızlı ürerler ve nesilleri çok hızlı geçer, en azından bizimkine göre çok daha hızlı. İşte Lenski ve Remold, PNAS dergisinde 2001 yılında yayınladıkları bir makalede, E. coli bakterileri üzerinde yıllar yılı yaptıkları araştırmaların sonuçlarını yayınladılar ve bütün detaylarıyla verilen genetik araştırmaların, her 26 mutasyondan en azından 3 tanesinin nesle doğrudan faydalı bir etki yarattığı gösterilmiş oldu. Bu da %12'lik bir dilim demektir. Bu, bizlerin yukarıda tanımladığı yüzdelerin gerçekte daha da iyimser olabileceklerini göstermektedir. Hatırlayacak olursanız mutasyonların %70-90'ı nötr, %8-9'u ani zararlı, %1-2'si ani faydalı olarak tanımlanmıştı. Ancak bu araştırmada, faydalı mutasyonların oranının %12'ye kadar çıkabildiği gözlenmiş, geri kalan mutasyonların 20-21'inin nötr (yaklaşık %81'i), geri kalan %7 civarı da zararlı olduğu gösterilmiştir. Bunlar, mutasyonların düşündüğümüz kadarıyla zararlı veya nötr olmayabileceğini net bir şekilde ortaya koymaktadır.

 


11) Bakterilerde Antibiyotik Direnci

 

Bildiğiniz gibi doktorlar, bir antibiyotik aldığınız zaman onu mutlaka ama mutlaka sonuna kadar (veya önerilen süre boyunca) kullanmanızı tembihlerler, asla erken kesmemeniz gerektiğini vurgularlar. Eğer erken keseceğiniz bir durum olacaksa da hiç başlamamanızı tavsiye ederler. Bunun çok basit bir nedeni vardır: Evrim. Vücudunuzdaki tipik bakterilere karşı geliştirilen antibiyotikler, bu bakterilerin ölmesini sağlayan kimyasalları içerir. Siz, antibiyotiği aldığınızda, ilaç vücudunuza yayılarak bakterilerin hücre zarlarında bulunan reseptörlere tutunur ve onları yok etmeye başlar veya savunma sisteminizin bu bakterileri daha kolay tanımasını sağlar. Ancak bakteriler, çok hızlı üreyen canlılar oldukları için ve hem üreme sırasında, hem üreme sonrasında prokaryotik yapıda olmalarından ötürü mutasyonlara çok açık olmalarından dolayı genetik yapıları çok hızlı değişebilmektedir; yani çok hızlı evrim geçirebilmektedirler. Bu sebeple kimi zaman, erkenden öldürülmezlerse, bireyin vücudu içerisinde üreyen bu bakterilerin reseptörleri değişim geçirir (genleri değiştiği için). Bu yüzden de antibiyotikler bu bakterileri öldüremez, çünkü tanıyamazlar. İşte tam olarak bu sebeple, hastalığın tesbitinden sonra en azından yaklaşık 5 gün boyunca, günde bir veya birkaç defa (doktorun reçetesine bağlı olarak) antibiyotik alınır ve bu bakteriler hemen, çok fazla bölünmelerine ve üremelerine izin vermeden öldürülmeye çalışılır. Bu müdahale geciktiği sürece, bakterilerin reseptörleri evrimsel süreçlerle farklılaşır. Antibiyotiğin kullanımı sırasında, ilk 2-3 gün, antibiyotiğin içerisindeki kimyasalın doğrudan tanıdığı bakteriler öldürülür -ki bunlar, genelde patojen (hastalık yapıcı) bakterilerin büyük bir kısmını oluşturur. Bu sebeple bu 2-3 günlük kullanım sonrasında hasta kendini iyi hissedebilir. İşte bu sırada ilaç kesilecek olursa ve savunma sistemine ek yardım ortadan kaldırılırsa, ilacın ilk etapta yok edemediği daha dirençli varyasyonlar (Evrimsel çeşitlilikten ötürü) hızla yeniden çoğalmaya başlarlar. Bu defa vücudu kuşatan popülasyon, ilaçtaki kimyasallara daha dirençli olan popülasyon ve torunları olacaktır. Yine ilaç alınır ve yine kullanım süresinden önce kesilirse, yine göreceli olarak dirençli olanların ölümü sağlanmadan kesilmiş olur ve giderek daha dirençli bakteriler hayatta kalır ve çoğalırlar.  Bu konu, her zaman bilim düşmanları tarafından çarpıtılır ve sanki mutasyonların doğrudan faydalı etkisiyle bakteriler bir anda antibiyotik direnci kazanmışlar gibi lanse ederler. Halbuki bakterilerdeki bu çeşitliliğe çoğu zaman mutasyonlar katkı sağlasa da, diğer tüm çeşitlilik mekanizmaları da katkı sağlamaktadır.

 


12) Tarım Zararlılarında (Haşerelerde) DDT Direnci

 

Bu da, tıpkı bakterilerde antibiyotik direnci gibi sadece mutasyonlara yüklenerek Evrimsel Biyoloji'yi akılları sıra "tesadüflere" hapsetmeye çalışan zihniyetin çarpıttığı bir mevzudur. Tarım alanlarında sayısız böcek bulunur. Bunların bir kısmı tarım ürünleri için faydalı, bir kısmı ise zararlıdır. Ancak en nihayetinde hiçbiri insan için çalışmaz, kendi hayatlarını sürdürmeye çalışan canlılardır. İşte bunlardan zararlı olanları insan yok etmek ister ki tarım alanları zenginleşsin. Ancak evrim, bu kadar kolay atlatılabilen bir olgu değildir, hele ki tarım alanları gibi devasa alanlarda, belki trilyonlarca böcek bireyin yaşadığı ve belki de milyonlarca farklı popülasyonun bulunduğu ortamlarda. İnsan, her zamanki gibi "yok etme" yöntemini tercih eder ve bu canlıların sinir sistemlerini felç edecek veya onları zehirleyecek gazları kullanarak mücadele etmeye çalışır. Ancak üretilen DDT gibi meşhur kimyasallar, genellikle bir tür böceğin, sadece genel özelliklerine göre belirlenir (sinir sistemleri, reseptörleri, hücre yapısı, biyokimyasal özellikleri, vs.). Halbuki her canlıda olduğu gibi, Evrim'in Çeşitlilik Mekanizmaları sayesinde böcekler içerisinde de devasa bir çeşitlilik bulunmaktadır. DDT gibi ilaçlar ortama sıkıldığında, türlerin içerisindeki ortalama özelliklere sahip bütün böcekler gerçekten de ölür ve ziraatçiler, böceklerden kurtulunduğu sanarlar. Halbuki aradan birkaç ay geçtikten sonra, aynı veya benzer böceklerin sayısı birden artar; çünkü eski türün içerisindeki her birey DDT'nin içerisindeki kimyasallara aynı derecede dirençsiz değildir. Bazıları, şans eseri kendilerinde var olan genetik farklılıklardan ötürü (gerek crossing-over, gerek mutasyonlar, gerek transpozonlar, gerek plazmidler sonucu elde edilir) DDT'ye karşı dirençlidirler ve hayatta kalırlar. Bunların üremesi ve diğerlerinin ölmesi sonucu, bunlardaki DDT direncini sağlayan genler popülasyon içerisinde hızla yayılır. İşte bu sebeple, bir sonraki dönem DDT sıkıldığında, neredeyse hiçbir böceğin ölmediği ya da bir önceki duruma göre çok daha azının öldüğü görülür (çünkü her ne kadar dirençliler kendi aralarında üreseler de, genetik kombinasyonlardan ötürü yine dirençsiz bireyler de doğabilir belli oranlarda). İşte bu sürekli sürdürüldüğünde, DDT ve farklı tip ilaçlara giderek direnç kazanan popülasyonlar ve nesiller elde edilir. Bilim düşmanları bunu "Evrim değil, adaptasyon." olarak değerlendirirler. Halbuki, kimyasalların çeşidi ve sayısı arttırılıp, bu süreç devam ettirildiği müddetçe böceklerin giderek farklı özellikleri de, kimyasal direnciyle birlikte sürüklenerek farklılaşacak ve yüz yıllar sonunda elde edilen bireyler, eğer hala sağ iseler, ilk başta müdahale eden bireylerle çiftleşemeyecek kadar farklılaşacaklardır. İşte bu, türleşme, bunun daha da uzun müddette sürmesi ise evrimdir.



13) Hudson Nehri'ndeki Tomcod Balıklarında PCB Direnci


PCB isimli bir kimyasal madde balıkları zehirlemesiyle meşhurdur. PCB maddesi hücredeki AHR-2 reseptörüne bağlanarak işlemi başlatır. Üzerine PCB bağlanan reseptör de DNA'yı gereksiz yere aşırı uyararak toksik yanıta neden olur. Ama AHR-2 reseptörünün PCB maddesine bağlandığı bölgeyi bozan bir mutasyon balığın hayatını kurtarır. PCB reseptöre bağlanamaz, reseptör de gidip DNA'yı uyaramaz ve balık hayatta kalmayı başarır. 


Tomcod balıklarını inceleyen bilim insanları, PBC kimyasalıyla kontamine olmuş Hudson Nehri'ndeki balıklarda AHR-2 proteinin 2 aminoasidinin silinmiş olduğunu gördüler. Bu nasıl olmuştur? Rastgele mutasyonlar AHR proteinini değiştirmişlerdir, 2 aminoasidini silmişlerdir ve PCB'ye bağlanamayan bir protein varyantı oluşmuştur. Dünya'nın hemen her yerinde Tomcod balıkları PCB'ye maruz kalmaları halinde hemen ölüyorlar ama Hudson popülasyonundaki bu silinme mutasyonu sayesinde Hudson'daki balıklar zehir içinde rahatça yaşıyor. 


100 sene kadar önce PCB yokken nehirdeki balıkların hepsi bu kimyasala duyarlıydı. Şimdi ise %95'inden fazlası dirençlidir. Yani rastgele mutasyon hayatta kalma ve üreme hızını artırdığı için popülasyon içindeki temsil oranını yükseltti. Kısaca bu da bir faydalı mutasyon örneğidir.



14) Mycobacterium tuberculosis'te 16 Kat Bakteri Direnci!




MIC, bir bakteri popülasyonunun %99'undan fazlasının çoğalmasını durdurmak için verilmesi gereken antibiyotik miktarı olarak tanımlanır. Dolayısıyla araştırmalarda, bir bakterinin direncini MIC'ye bakarak ölçebiliriz. Mycobacterium tuberculosis türü bakterisinde bulunan GidB geninin mutasyonlar sonucu silinmesi (delesyonu), bakterilerin streptomisin içerikli antibiyotiklere direncini tek bir seferde 16 katına çıkarmaktadır! Bu, faydalı mutasyonlara güzel bir örnektir.

 

Sonuçtan emin olmak için kromozomal gidB geni silinmiş bu bakteri suşuna plazmideklonlanmış bir GidB geni dışarıdan verilmiştir ve direnç anında, tamamen kaybolmuştur. Böylece GidB delesyonunun, yani tek bir mutasyonun, doğrudan faydalı sonuç verdiği ve direnci 16 kat (%1600) kadar devasa miktarda arttırabildiği kanıtlanmıştır. Bu gen üzerinde meydana gelebilecek yüzlerce potansiyel çerçeve kaydırıcı mutasyon, direnci 16 katına çıkarma şansına sahiptir. 



---

 

Örnekler sonsuz sayıda arttırılabilir. Ancak bu kadar örnek, mutasyonların nasıl çeşitlilik yarattığını anlamak için yeterli olacaktır. Görüleceği üzere mutasyonda nesillerden birinde meydana gelen, tek bir bireyde ya da birkaç bireyde oluşabilecek bir mutasyon, eğer avantaj sağlıyorsa, üremeler sonucu hızla popülasyona yayılarak evrime sebep olabilmektedir. Eğer bu tekil değişimler, nesiller içerisinde birikecek olursa, binlerce nesil sonra alınan bir birey, deneyin en başında elimizde bulunan bireyden o kadar farklı olacaktır ki bu, eşeyli üreyen canlılar için artık bu ikisinin birbiriyle üreyememesi anlamına gelir. İşte bu, Evrim'dir.

 

Uzun ama içimize sinen bir yazı oldu. Umarız size de faydalı olur.

 

En içten saygılarımızla.

 

ÇMB (Evrim Ağacı)

 

Kaynaklar ve İleri Okuma:

  1. ARN
  2. Understanding Evolution
  3. New Scientist
  4. Nature Genetics
  5. A Mutation in Hairless Dogs Implicates FOXI3 in Ectodermal Development, Cord Drogemuller, Elinor K. Karlsson, Marjo K. Hytonen, Michele Perloski, Gaudenz Dolf, Kirsi Sainio, Hannes Lohi, Kerstin Lindblad-Toh, and Tosso Leeb. Science 321, 12 September 2008: 1462.
  6. Bennett, A.F., Lenski, R.E., & Mittler, J.E. (1992). Evolutionary adaptation to temperature I. Fitness responses of Escherichia coli to changes in its thermal environment. Evolution, 46:16-30
  7. Contribution of individual random mutations to genotype-by-environment interactions in Escherichia coli, Susanna K. Remold and Richard E. Lenski
  8. Francis, J.E., & Hansche, P.E. (1972) Directed evolution of metabolic pathways in microbial populations. I. Modification of the acid phosphatase pH optimum in Saccharaomyces cervisiae. Genetics, 70: 59-73.
  9. Francis, J.E., & Hansche, P.E. (1973) Directed evolution of metabolic pathways in microbial populations. II. A repeatable adaptation in Saccharaomyces cervisiae. Genetics, 74:259-265.
  10. Hansche, P.E. (1975) Gene duplication as a mechanism of genetic adaptation in Saccharaomyces cervisiae. Genetics, 79: 661-674.

6 Yorum