XY-Sistemi ve Y Kromozomunun Kaybolması Üzerine...

Yazdır XY-Sistemi ve Y Kromozomunun Kaybolması Üzerine...

Y kromozomunun küçülüp küçülmediği konusu uzun bir süredir bilim insanlarının kafasını karıştırmakta olan bir konudur. Y kromozomu üzerinde genetik sıralama teknikleri ile yapılan erken analizler sonucunda, kromozomun genlerinin gitgide azaldığı, dolayısıyla kromozomun da giderek kısaldığı gözlenmiştir. Ancak bu azalmanın sürekli olup olmadığı, en başından neden böyle bir kısalma olduğu ve nihayetinde Y kromozomunun tamamen kaybolup kaybolmayacağı, evrimsel biyologların uzun bir süredir inceleme ve tartışma konuları arasında yer almaktadır. Bu makalemizde sizlere bu kromozomlar hakkında bazı temel bilgileri verdikten sonra, bu kısalma konusuyla ilgili güncel verileri aktaracağız. Öncelikle, bazı temel bilgilerle başlayalım:





X ve Y Kromozomları Hakkında Temel Bilgiler

 

Memelilerin çoğunun hücrelerinde 1 çift cinsiyet (seks) kromozomu bulunmaktadır. Erkeklerde bir X, bir de Y kromozomu bulunurken, dişilerde iki adet X kromozomu bulunur. Diğer tüm kromozomlar gibi, cinsiyet kromozomları üzerinde de genler bulunmaktadır. İnsanlarda X kromozomu üzerinde 155 milyon nükleotit bulunur ve bu, tüm genomun %5 civarına denk gelir. Y kromozomu üzerindeyse 59 milyon nükleotit bulunur ve bu, tüm genomun %2 civarına denk gelir. X kromozomu üzerinde protein kodlayan 800-900 arası gen bulunmaktadır. Y kromozomundaysa bu sayı 50-60 gen civarındadır. Ancak Y kromozomu üzerinde bulunan SRY geni, erkeklerin embriyonik dönemdeki cinsiyete bağlı özelliklerinin gelişimini, özellikle de testis oluşumunu tetiklemektedir. Testislerin oluşumu sonrası salgılanmaya başlayan hormonlar, erkekleri dişilerden ayıran özellikleri belirlediği için, Y kromozomu da erkeklerin oluşumunu sağlayan kromozomdur. Ayrıca bu kromozom üzerinde sperm üretimi ve erkek organlarının gelişimi için gereken birçok gen bulunmaktadır. X kromozomu üzerinde ise dişilere ait cinsel karakterleri kontrol eden genlerle birlikte, DMD geni gibi insan genomunun en büyük geni de bulunur. Her ne kadar dişilerde iki adet X kromozomu bulunsa da, dişilerin ana rahmindeki erken gelişim evresinde her bir hücre içerisindeki X kromozomlarından 1 tanesi rastgele bir şekilde inaktive edilir ve ömür boyunca işlev görmez. Dolayısıyla dişinin vücudundaki özellikleri belirleyen X kromozomu sadece anneden ya da babadan gelen X kromozomudur ve bu, rastgele belirlenir.



X ve Y Kromozomlarının Evrimsel Geçmişleri

 

X ve Y kromozomlarının, bundan birkaç sene öncesine kadar, günümüzden 300 milyon yıl önce evrimleştiği düşünülmekteydi. Ancak memelilerin en eski atalarını çok net bir şekilde temsil eden yaşayan fosillerden ve ara geçiş türlerinden biri olan Ornitorenk'in (Platypus) keşfedilmesi ve genlerinin incelenmesi, bu düşüncenin doğru olmadığını gösterdi. Yapılan güncel çalışmalar, XY-cinsiyet belirleme sistemi ve bu sistemdeki X ile Y kromozomlarının bundan yaklaşık 166 milyon yıl önce evrimleştiğini göstermektedir.

 

Platypus'un memeliler içerisinde genetik açıdan bir istisna olduğu keşfedilmiştir. Bu hayvan da XY kromozom sistemine tabidir; ancak 5 çift kromozoma göre cinsiyeti belirlenmektedir. Platypus'un cinsiyetini belirleyen genlerin yapısı, daha çok kuşlarda görülmekte olan Z kromozomuna benzemektedir ve diğer tüm memelilerde cinsiyet belirlenmesinin temel elemanı olan SRY geni Platypus'ta pek bir işe yaramıyor gibi görülmektedir. Diğer memelilerde, Platypus'un cinsiyetini belirleyen kombinasyonların varlığı hastalıklara sebep olmaktadır. Ancak Platypus'un cinsiyet belirleyici kromozomları, evrimsel sürecin ilginç örneklerinden birini bizlere sunmaktadır.

 

Ornitorenk (Platypus)



Bunun haricinde birçok soğukkanlı omurgalıda hiçbir cinsiyet kromozomu bulunmaz. Bu hayvanlarda cinsiyet genetik olarak değil, çevresel faktörlere bağlı olarak belirlenmektedir. Örneğin sürüngenlerin büyük bir kısmında cinsiyetin belirlenmesi, yumurtaların yetiştirildiği ortam sıcaklığına bağlıdır. Geri kalan sürüngenler ise hermafrodittir ve partenogenezle ürerler. Bu canlılarda tek bir cinsiyet üreme için yeterli olmaktadır. Kimilerindeyse hem erkek, hem dişi üreme organları aynı canlı üzerinde bulunabilmektedir.

 

Normalde kromozomlar hücre içerisinde birbirine bağlı olmayan, homolog kromozomlar halinde bulunurlar. Bu kromozom çiftlerinin her biri aynı özellikleri kodlarlar; ancak nitelikleri farklı olduğu için etkileri de farklı olur. İşte baskınlık/çekiniklik durumu buradan kaynaklanmaktadır. Evrimsel biyologların özverili çalışmaları sayesinde, X ve Y kromozomunun atasal konumunda birbirinin tamamen aynı olan, otozomal (vücuda ait özellikleri belirleyen) kromozomlar olduğu ortaya çıkarılmıştır. Ki bu oldukça mantıklıdır, çünkü cinsiyetlerin evriminden önce de vücut kromozomları vardı. Dolayısıyla eşey kromozomlarının vücut kromozomlarından evrimleşmesi beklenmektedir. Yani evrimsel geçmişe baktığımızda, bir noktada X ve Y kromozomu şeklinde bir ayrım göremiyorken, günümüze daha yakın noktalarda, bundan 160 milyon yıl kadar öncesine baktığımızda X ve Y kromozomlarının belirgin bir biçimde birbirinden farklı olduklarını görmekteyiz.

 

Bu farklılaşmanın nasıl olduğu da, yine evrimsel biyologların ve moleküler biyologların çalışmaları sayesinde keşfedilmiştir. Araştırmaların gösterdiği sonuçlara göre, bu atasal kromozom üzerinde bulunan bir alel (bir gen çeşidi olarak düşünülebilir) üzerinde meydana gelen bir varyasyondan ötürü, o genin o alelini taşıyan bireyler günümüzün "erkek" cinsiyetinin ilkin bir halinin özelliklerini taşır olmuşken, diğeri daha faklı bir form/cinsiyet olan "dişi" özelliklerine sahip olmaya başlamıştır. Dolayısıyla cinsiyetlerin evriminin erken evrelerinde farklı cinsiyetler kromozomlarla değil, genlerle belirlenmekteydi. Tıpkı saçlarınızın şeklinin ya da ten renginizin genlerle belirlenmesi gibi... Ancak sonradan Cinsel Seçilim'in etkisiyle cinsiyetler arası farklılıkların onlara vahşi yaşamda avantaj sağlamış olması ve iş bölümünün doğması, bu genlerin birbirleriyle ve cinsiyetlerle ilişkili olacak şekilde öbeklenmesini sağlamıştır. Milyonlarca yıl sonunda nihayet cinsiyetleri belirleyen kromozomlar oluşmuştur. Yani erkek ile dişinin genetik olarak farklılaşması bir anda olmamıştır. Öncelikle bu bahsettiğimiz alel ile başlayan farklılaşma, çok uzun dönem içerisinde günümüzdeki X ve Y kromozomu arasındaki farklılığa yol açmıştır.


Evrimsel süreçte, bahsedilen alelde meydana gelen varyasyondan sonra, erkeklere yararlı ama dişilere zararlı ya da etkisiz olan özellikler bugün Y kromozomu üzerinde; dişilere faydalı ama erkeklere etkisiz ya da zararlı olan özellikler X kromozomunda birikmeye başlamıştır. Bu, kısmen translokasyon (yer değiştirme) tipi mutasyonlar, kısmense nokta mutasyonları ile sağlanmış, sonrasında avantaj sağlayan bu değişimler seçilim mekanizmalarınca desteklenmiştir. Böylece, bu iki kromozom arasındaki farklılıklar da ciddi bir şekilde artmıştır. Örneğin X ve Y kromozomu ilk olarak evrimleşmeye başladığında, eşey hücrelerinin üretilmesi sırasında X ile Y'nin birbiriyle crossing-over (gen aktarımı) yapabildiği düşünülmektedir. Ancak günümüzde, bu iki kromozom birbirinden o kadar farklılaşmıştır ki, X ve Y arasında neredeyse hiç gen aktarımı olmaz (modern çalışmalar sayesinde sadece %5 oranında, kromozom uçlarındaki sahte-otozomal bölgelerde gen aktarımı olabildiği keşfedilmiştir). Bu sayede dişiler ile erkekler arasındaki farklılıklar da korunabilmektedir.



Eşey Kromozomlarının Farklılaşmasına Bağlı Olarak Y'nin Kısalması ve Nedenleri

 

Cinsiyetlerin özelliklerini belirleyen genlerin asimetrik olarak, cinsiyetlerin doğal ortamlarındaki başarılarına göre biraz da rastlantısallık unsuru etkisi altında farklı kromozomlarda birikmesi sonucu, kromozomlar şekil itibariyle oldukça değişmişler, kendi içlerinde de değişim yaşamışlardır. Y kromozomunun başlangıçta 1438 genden oluşan bir kromozom olduğu ortaya çıkarılmıştır. Günümüzdeki insan Y kromozomunda ise 58 milyon baz çifti ve 86 gen bulunmaktadır. Bunların yalnızca 23 tanesi protein kodlamaktadır. Yani 1352 gen, evrimsel süreçte yok olmuş ve Y kromozomundan ayrılmıştır. Tüm genlerimizin işlevlerini bilmediğimiz için, sayılar farklı kaynaklarda birbirinden farklı olabilmektedir; ancak hepsi Y kromozomunun genlerinin ezici bir çoğunu yitirdiğinde hemfikirdir.


Bu kadar çok sayıda genin bir kromozomun üzerinden ayrılmasının açıklamasıyla ilgili olarak pek çok sebep ileri sürülmüştür. Bunların en önemlileri, Y kromozomunda meydana gelen yüksek mutasyon oranı, etkisiz seçilim ve son olarak genetik sürüklenmedir. Ayrıca çok ilginç bir diğer teori de, cinsiyeti belirleyen X kromozomu ile Y kromozomu arasındaki mücadele sebebiyle Y kromozomunun küçülmesiyle ilgilidir. Sırayla bunları inceleyecek olursak:

 

Y kromozomu, sperm üzerinde taşındığından ve sperm, ömrü boyunca çok defa mitoz geçirdiğinden, X kromozomuna göre çok daha fazla mutasyona maruz kalabilmektedir (tam olarak 4.8 kat fazla).  

 

Ayrıca Y kromozomu ile X kromozomu arasında genetik rekombinasyon (crossing over) yaşanmaz; çünkü Y'nin rekombinasyon olasılığı baskılanmıştır. Bunun yerine Y kromozomu palindrom baz çiftleri denen bir dizi nedeniyle "kendisiyle" rekombine olur; yani Y kromozomu üzerindeki genler yer değiştirir. Bu, bildiğimiz anlamıyla crossing-over değildir; buna gen dönüşümü denir. Bu sebeple deY kromozomu üzerinde taşınan hastalıklar olduğu gibi erkek çocuklara aktarılır, X ile maskelenemez. Bu maskelenme eksikliği, dezavantajlı genlerin evrimsel süreçte "otostop" mantığıyla sürekli aktarılabilmesini ve elenmeden kalabilmesini sağlar. Bu sırada etraflarındaki olumlu genlere de zarar verirler. Yani avantajlı genler, bu süreçte "Kurunun yanında yaş da yanar." mantığıyla elenebilmektedir. 


Sözünü ettiğimiz bu özelliğinden dolayı Y kromozomu hurda DNA biriktirmeye yatkındır. Yapılan araştırmalar, Y kromozomunun uzunluğuna göre çok az bilgi taşıdığını ortaya çıkarmıştır; bu da bol miktarda hurda DNA demektir. Tüm bunlar ışığında Y kromozomu üzerinde yapılan entropi (düzensizlik, bilgi taşıma miktarı) analizleri de ilginç sonuçlar vermektedir. İnsan genomunun ortalama entropisi nükleotit başına 1.5-1.9 bit civarındadır. Zaten bir nükleotitin teorik olarak taşıyabileceği en fazla bilgi 2 sayısı ile ifade edilir. Y kromozomunun entropisi ise nükleotit başına 0.84 bittir. Yani Y kromozomu, uzunluğu başına diğer kromozomlara göre çok daha az bilgi taşımaktadır. Bu, Y kromozomunun körelmiş olduğunu doğrulamaktadır.


İnsan erkeğinin kromozom haritası...


 

Genetik Sürüklenme de, Y kromozomu üzerinde son derece etkili bir Evrim Mekanizması'dır. Çünkü Y kromozomu, yalnız bireyin erkek bir yavrusu olursa üzerindeki bilgileri yavruya aktarabilir ve dişilerde Y kromozomu bulunmadığı için, Y kromozomu bilgisi aktarılmaz. Bu da sürekli olarak bir sürüklenme etkisi yaratmaktadır.

 

Son olarak, X kromozomu ile Y kromozomu arasında, doğal bir var olma mücadelesi başlamıştır. Çünkü bu kromozomlar, otozomal kromozomlardan farklı olarak, kendilerine has özelliklere sahiptirler ve bu farklılık, doğal ortamda bir mücadeleye girmelerine sebep olmuştur. Daha önce de belirttiğimiz gibi, erkeklere faydalı olan özellikle Y kromozomu üzerinde, dişilere faydalı olan özellikler X kromozomu üzerinde toplanmıştır. Bunun aksi de geçerlidir: X ve Y kromozomları, eskiden kalma, karşıt cinsiyete ait ve artık işe yaramayan genlerinden evrimsel süreçte kurtulmuştur. Y kromozomunun bu fazlalıkları atma konusunda günümüze kadar X'e göre daha başarılı olması, Y'nin küçük kalmasını açıklamaktadır. Tabii ki, daha doğru sözcüklerle ifade edecek olursak; çevresel şartlar erkeklerin seçilimini belki de daha hızlı kılmış, bu sebeple de her yeni nesilde Y kromozomu, X'ten daha hızlı seçilerek küçülmüştür. Öte yandan günümüzde, X kromozomu Y'den oldukça büyük olmasına rağmen, tek bir Y kromozomunun varlığı cinsiyetin erkek olarak belirlenmesine yetmektedir. Bu şekilde karşılıklı bir evrim sayesinde, iki kromozom birbirlerine üstünlük sağlamaktadırlar. 


Eğer ki bu yok oluş miktarı doğruysa, Y kromozomunun X'ten ayrılmaya başladığı 166 milyon yıl öncesinden bu yana, her milyon yılda 8.2 civarında gen Y kromozomundan silinmiş olmalıdır. Eğer ki bu oran bu şekilde devam edecek olursa, önümüzdeki yaklaşık 5 milyon yılda Y kromozomunun tamamen ortadan yok olması veya en azından tamamen işlevsiz hale gelmesi gerekmektedir. Bu ilk olarak ileri sürüldüğünde şüpheyle karşılanmıştır ve halen tartışmalar sürmektedir; ancak Y kromozomunu yitiren tek hayvan türünün insan olmadığının anlaşılması, konuyla ilgili merakı (ve muhtemelen endişeleri) arttırmıştır. Bu durum, bilim insanlarının kafalarında soru işaretlerine sebep olmakta ve popüler bilimde "Y kromozomu yok oluyor, erkekler bir süre sonra kalmayacak." şeklinde düşüncelere yol açmaktadır. 




Kısalma Sürüyor Mu, Sürecek Mi? Erkekler Yok Olacak Mı?


Ancak daha sonradan yapılan çalışmalar, bu kısalmanın sürekli olduğu ve önümüzdeki milyon yıllarda da devam edeceği iddiasının pek de doğru olmadığını göstermiştir. Örneğin, J.F. Hughes ve arkadaşları tarafından yapılan araştırma sonucunda insanlar ile şempanzelerden birbirinden ayrıldığı son 6-7 milyon yıl içerisinde Y kromozomu insan kolunda hiçbir gen kaybetmediği görülmüştür. Yani normalde, 6 milyon yılda 48 civarında genin yok olmasını bekliyor olmamıza rağmen, iki türün de Y kromozomunda hiçbir eksilme görülmemiştir. Bu durumda Y kromozomunun kısalmasının düzenli bir süreç olduğunu düşünmek mümkün değildir. Dolayısıyla lineer (doğrusal) bir azalma hesaplamaya çalışmak, doğru olmayacaktır. Yani, doğrudan doğruya "Bugüne kadar küçülmüş, bundan sonra da benzer şekilde küçülecek." demek doğru değildir.


İnsanlar ile şempanzelerin ayrımını gösteren bir Evrim Ağacı...


 


Peki ya Y kromozomunun geleceği ne olacak? Ya gerçekten de küçülerek yok olursa? Aslına bakacak olursanız bu, tarihte daha önce olmamış bir şey değildir! Ülkemizde de bolca bulunan Ellobius lutescens türü ile Ellobius tancrei, Tokudaia osimensis ve Tokudaia muenninki gibi bazı kemirgen memelilerde (tarla farelerinin bazı türleri ve bazı sivri farelerde) Y kromozomu küçülerek tamamen kaybolmuştur. Bu canlıların tamamında, hem erkeklerde hem dişilerde XO veya XX kromozom çifti gözlenir. Ne var ki, halen cinsiyetlerin Y kromozomu olmadan nasıl belirlendiği aydınlatılamamıştır.

 

Ellobius lutescens

 

Ellobius tancrei

 

Tokudaia osimensis

 

Tokudaia muenninki

 


Myopus schisticolor ve Dicrostonyx torquatus gibi bazı sıçanlarda ve Akodus cinsi toprak farelerinde ise erkekler Y kromozomunu tamamen kaybetmişlerdir. Buna karşılık, dişilerde XY kromozom çifti görülmektedir ve bu dişiler doğurgandır. Böylece X ve Y kromozomlarının bir varyasyonuna ulaşılmıştır.

 

Myopus schisticolor

 

Dicrostonyx torquatus

 


Kimi durumlarda ise XY-kromozom sisteminin tamamen kaybolduğu ve yerine yeni sistemlerin evrimleştiği görülmüştür. Bilindiği üzere tek sistem XY değildir ve kuşlarda, sürüngenlerde ve diğer canlılarda farklı cinsiyet belirleyici kromozom yapıları (ZW sistemi gibi) gözlenir.


Ancak anlaşılması gereken önemli bir nokta, birçok tür için iki cinsiyetin bağımsız varlığının çeşitlilik açısından çok büyük önemi olmasıdır. Örneğin partenogenez ile üreyen sürüngenlerde bile, tek cinsiyetli üremeye bağlı olarak çeşitlilik kritik seviyelere kadar azaldığında erkekleri üretecek hormonlar salgılanır ve bu sayede çift cinsiyetli üreme yöntemine geçilir. Çünkü erkek ile dişi gibi iki farklı cinsiyet ve özellik grubunun varlığı, çeşitliliğin fazlalığını garantilemektedir. Nasıl ki mayoz bölünme, mitoza karşı çeşitlilik avantajı sağladığı için evrimleştiyse, cinsiyetler de bu sebeple farklılaşmıştır. Dolayısıyla erkeklerin tamamen ortadan kalkması, doğanın en azından günümüzdeki şartları altında destekleyeceği bir evrimsel yön değildir. Olmaz mı? Elbette olabilir. Ancak biz pek olasılık vermiyoruz.

 

Uzun lafın kısası, her ne kadar Y kromozomu kısalıyor ve özelliklerini çeşitli doğa yasaları etkisi altında yitiriyor olsa bile bu, hele ki türümüzün erkeklerinin ortadan kalkacağı anlamına gelmemektedir. Teknoloji sayesinde erkeklere ihtiyaç kalmadan dişiler üreyebiliyor olsa bile, hormonal düzenlemeler ve duygusal sebeplerle insanlarda dişilerin halen erkeklere ihtiyacı vardır. Bazı türlerde erkek ihtiyacı gözlenmeyebilir; bu durumlarda erkekler zaten seyrek ya da ihtiyaca göre oluşturulmaktadır. Ancak insan gibi sosyal türlerde böyle bir şeyi düşünmek, mantıklı olmayacaktır.

 

Umarız açıklayıcı olmuştur.

 

Saygılarımızla.


Yazan: ÇMB (Evrim Ağacı)


Teşekkür: BE (Evrim Ağacı)

 

Kaynaklar ve İleri Okuma:

  1. Nature-1
  2. Nature-2
  3. Nature-3
  4. Sexual Development
  5. Current Opinion in Genetics & Development
  6. BMC Genomics
  7. Genetics Home Reference: X Chromosome
  8. Genetics Home Reference: Y Chromosome
  9. NPR

6 Yorum