Epigenetik, Lamarkçı Evrimi mi Destekliyor? Sonradan Kazanılmış Özellikler Gerçekten de Kalıtsal Olabilir mi?

Bir zamanlar evrimsel biyolojinin temel yaklaşımlarından biri olarak kabul edilen Lamarkçılık, modern bilimin ilerleyişiyle birlikte uzun süre gözden düşmüş ve Darwinci evrim anlayışı tarafından gölgede bırakılmıştı. Ancak 21. yüzyılda epigenetik alanındaki hızlı ve şaşırtıcı gelişmeler, Lamarkçı düşüncenin yeniden gündeme gelmesini sağladı. Çevresel faktörlerin canlılar üzerindeki etkilerinin, gen ifadesini düzenleyen epigenetik mekanizmalar yoluyla nesilden nesile aktarılabileceği fikri, Lamarkçılığın çağdaş bir yorumla yeniden değer kazanmasına yol açtı.

Epigenetik araştırmalar, genetik materyalin yapısını değiştirmeden, çevresel uyaranların genlerin işleyişini etkileyebileceğini ve bu değişikliklerin kalıtılabileceğini göstermektedir. Bu durum, Lamark’ın, çevreye uyum sağlama sürecinde edinilen özelliklerin bir sonraki kuşağa aktarılabileceği yönündeki iddialarını hatırlatıyor. Geçmişte “kullan ya da kaybet” prensibiyle tanımlanan Lamarkçı mekanizmalar, artık moleküler düzeyde çok daha ince elenip sık dokunulmakta ve çevresel etkilerin genetik ifadeyi nasıl kalıcı bir şekilde şekillendirebileceği üzerine yoğunlaşılmaktadır.

Epigenetik Nedir?

Epigenetik, genetik kodun kendisine dokunmadan, o kodun nasıl okunduğunu ve ifade edildiğini şekillendiren bir sistem gibi düşünülebilir. Yani DNA’mızda harfler aynı kalır ancak bu harflerden hangi kelimelerin seçileceği, nasıl vurgulanacağı ya da hangilerinin sessizce geçileceği epigenetik mekanizmalar sayesinde belirlenir. İşin özü, genetik bilginin üstüne yazılmış, hücrenin davranışını yöneten ikinci bir katmandan söz ediyoruz.

Bu katmanı oluşturan başlıca mekanizmalar arasında DNA metilasyonu, histon modifikasyonları ve RNA aracılığıyla gen susturma gibi süreçler var. Bunlar, hücreye hangi genleri okuyup hangilerini susturması gerektiğini söyler. Böylece, aynı DNA dizilimine sahip olmalarına rağmen, bir karaciğer hücresiyle bir sinir hücresi birbirinden tamamen farklı görevler üstlenebilir.

Fakat epigenetik dediğimiz bu alanı asıl ilginç ve hatta biraz da kışkırtıcı yapan şey, bu değişikliklerin sadece bireysel düzeyde kalmayabileceği. Gün geçtikçe daha fazla çalışma, çevresel etkiler sonucu ortaya çıkan epigenetik izlerin, bazı durumlarda bir sonraki nesle aktarılabileceğini ortaya koyuyor. Yani bir bireyin yaşadıkları, yediği yemekler, maruz kaldığı stres ya da toksinler, yalnızca kendi bedenini değil, belki de henüz doğmamış torunlarını bile etkileyebilir.

Klasik Lamarkçılık ve Neo-Lamarkizm

Bitkiler üzerindeki uzun yıllar süren çalışmalarının ardından Lamarck, bu kez hayvanları incelemek için işe koyulmuştu. Modern sınıflandırmanın temelini oluşturacak şekilde, böcek ve solucanlara ait iki omurgasızlar sınıfını, on farklı sınıfa ayırdı. Omurgasızların bu on farklı sınıfının, yapı ve organizasyon bakımından dereceler taşıdığını gören Lamarck, listeyi 1802’de doğrusal bir sıralamaya koydu. Hayvanlar alemindeki gelişim seviyelerini ortaya koymak amacıyla, bu sıralamanın ardından dört omurgalı sınıfını ekledi: Balıklar, Sürüngenler, Kuşlar ve Memeliler. Daha sonra, bunları, basit tek hücreli organizmalardan, son derece karmaşık yapıdaki insana kadar olan değişim ve gelişim sürecini açıklayan evrimsel bir düzen ortaya attı. Tam da Darwin’in doğum yılı olan 1809’da bu evrim sürecinin nasıl gerçekleşmiş olabileceği üzerindeki düşüncelerini açıklayan Zoolojik Felsefe adlı eserini kaleme aldı. Eserde, canlıların değişim ve gelişiminde en büyük rol oynayan etkenin, çevresel koşullara uyum sağlama yeteneği olduğunu savundu. Temelde Darwin’le aynı görüşü savunuyormuş gibi görünse de ona göre, bir canlının yaşamı boyunca karşılaştığı çevresel değişimler, canlının doğrudan yapısal özelliklerini değiştirebiliyor ve bu değişimler sonraki nesillere aktarılabiliyordu. Örneğin, Lamarck’ın ünlü zürafa örneğinde, ağaçların yüksek dallarına ulaşmaya çalışan zürafaların boyunlarının zamanla uzadığı ve bu uzamanın yavrularına aktarıldığı iddia ediliyordu.

Snopes

Ona göre, çevrenin etkisiyle canlıların kazandığı iki tür karakteristik özellik bulunuyordu. İlki, doğrudan çevresel etkiler sonucu ortaya çıkan, ancak kalıtsal olmayan özelliklerdi. Örneğin, yaralanmalar veya vücutta meydana gelen deformasyonlar bu gruba giriyordu. İkincisi ise, canlıların çevresel koşullara uyum sağlama sürecinde geliştirdikleri alışkanlıklarla bağlantılı değişimlerdi. Bu ikinci tür özellikler, zamanla organizmanın yapısında ve davranışında kalıcı etkiler bırakabilecek nitelikteydi. Lamarck, özellikle bu alışkanlık temelli değişimlerin evrim sürecinde önemli bir rol oynadığını savunuyordu. Bu alışkanlıklar, canlıların davranışları ve kullanım sıklığına bağlı olarak organlarının yapısında meydana gelen ve kalıtımsal olarak aktarılabilen değişimlere işaret ediyordu. Dolayısıyla, az önce bahsettiğimiz gibi ağaçlara uzanmaya çalışan zürafaların boyları uzamış, suda daha iyi hareket edebilmek için zamanla ayaklarındaki deriyi gererek perdeli ayaklara sahip olan su kuşları bu özelliği yavrularına miras bırakmış ve karanlık ortamlarda yaşayan canlılar gözlerini kullanmamaları nedeniyle görme duyularını kaybetmişti. İlginç bir şekilde, Darwin de, Lamarck’ın bazı fikirlerine tamamen sırtını dönmemişti. Özellikle bir organın kullanılmasına ya da kullanılmamasına bağlı olarak zamanla güçlenip körelebileceği fikrine belirli bir ölçüde sıcak bakmıştı.

İşte bugün epigenetik araştırmalar, tam da bu sezgilerin bilimsel karşılıklarını sunuyor. Gen diziliminde bir değişiklik olmadan, çevresel faktörlerin gen ifadesini etkileyebildiğini; hatta bu etkilerin bazen nesiller boyunca aktarılabildiğini ortaya koyan bulgular, uzun yıllar boyunca dışlanan ya da “modası geçmiş” sayılan bazı fikirlerin yeniden masaya yatırılmasına neden oldu. Lamarck’ın ve kısmen Darwin’in de zamanında yalnızca gözleme dayalı olarak dile getirdiği kalıtsal edinim düşüncesi, artık moleküler düzeyde karşılık buluyor. Bu nedenle epigenetik, yalnızca modern biyolojide değil, evrim kuramlarının tarihi gelişiminde de yeni bir uyanışı temsil ediyor. Bir anlamda, geçmişteki fikirlerin bilimsel revizyonla nasıl tekrar canlanabileceğinin en güzel örneklerinden biri haline geliyor.

Epigenetik Çalışmalara Bazı Örnekler

Epigenetik, genetik bilginin çevreyle kurduğu dinamik ilişkinin hücresel düzeydeki yansımasıdır. Bu mekanizma, yalnızca kalıtımsal kodu değil, bu kodun ne zaman, nasıl ve hangi yoğunlukta ifade edileceğini belirleyen ince ayarlarla işler. Genetik dizilim sabit kalsa da, bireyin maruz kaldığı çevresel etkenler (beslenme biçimi, stres, toksik maddeler ya da duygusal deneyimler) gen ifadesinde değişikliklere yol açabilir. Bu değişiklikler, DNA dizisinin kendisini değiştirmeden, epigenetik düzenleyiciler aracılığıyla hücresel işleyişi yeniden biçimlendirir.

Epigenetik sistemin belki de en dikkat çekici yönü, bu değişimlerin yalnızca bireyin kendi yaşamıyla sınırlı kalmaması ihtimalidir. Son yıllarda yapılan araştırmalar, çevresel koşulların oluşturduğu epigenetik izlerin bazı durumlarda bir sonraki nesle aktarılabileceğini ortaya koymuştur. Yani bir annenin gebelik sürecinde karşılaştığı yetersiz beslenme, bir dedenin yaşamış olduğu yoğun stres ya da bireyin maruz kaldığı fiziksel-psikolojik travmalar, yıllar sonra doğan bir çocuğun fizyolojik yapısında ya da davranışsal eğilimlerinde karşılık bulabilmektedir.

Aşağıda bilimsel literatürde geniş yer bulan bazı dikkat çekici epigenetikle ilgili çalışmaları sizler için derledik:

Överkalix Çalışması

Epigenetik mirasın insanlarda nesiller arası etkisini gözler önüne seren en bilindik çalışmalardan biri, İsveç’in kuzeyindeki küçük ve izole bir kasaba olan Överkalix’te gerçekleştirildi. Bu bölge, 19. yüzyıl boyunca ayrıntılı kayıtların tutulduğu, nüfus hareketliliğinin oldukça sınırlı olduğu ve nesiller boyunca aynı soy hatlarının sürdüğü bir yerleşim yeri olarak araştırmacılara nadir bir olanak sundu.

Cell Press

Araştırmacılar, özellikle 1800’lerin sonlarına ve 1900’lerin başlarına ait arşivleri inceleyerek, bireylerin çocukluk döneminde karşılaştıkları beslenme koşullarını analiz etti. Bu dönemde yaşanan kıtlık veya tam tersi, aşırı beslenme durumlarıyla büyüyen bireylerin torunlarında sağlık açısından ne gibi farklılıklar ortaya çıktığı incelendi. Sonuçlar oldukça dikkat çekiciydi: Çocukluk döneminde aşırı gıda bolluğuna maruz kalan erkek bireylerin erkek torunlarında, kalp-damar hastalıkları ve diyabet gibi metabolik bozukluklara daha sık rastlandı. Buna karşın, aynı dönemde besin kıtlığı yaşamış olan bireylerin torunlarında bu hastalıkların görülme sıklığı önemli ölçüde düşüktü.^{[1], [2]}

Hollanda Açlık Kışı (Hongerwinter)

1944 yılının sonlarına doğru, İkinci Dünya Savaşı’nın en sert günlerinde, Nazi güçlerinin uyguladığı abluka nedeniyle Hollanda’nın batı kesiminde ağır bir kıtlık baş gösterdi. Bu felaket, tarihe “Hongerwinter” yani Açlık Kışı olarak geçti. Yaklaşık 4.5 milyon insan, günlük kalori alımının 400-800 kaloriye kadar düştüğü, ekmeğin, patatesin ve süt ürünlerinin lüks sayıldığı o korkunç ayları yaşam mücadelesiyle geçirdi. Ancak kıtlık o günlerin bir dramı olarak kalmamıştı. Yıllar sonra, bilim insanları bu dönemden sağ çıkan bireylerin bedenlerinde o günlerin izlerine yeniden rastlamışlardı.

Schooltv

Özellikle açlık döneminde hamile kalan kadınların çocukları üzerinde yapılan uzun vadeli takip çalışmalarında, IGF2 (Insulin-like Growth Factor 2) adlı büyüme geninin metilasyon düzeylerinde belirgin bir azalma tespit edildi. Değişiklik, doğrudan DNA dizisinde bir mutasyon olmaksızın, gen ifadesinde meydana gelen epigenetik bir düzenlemeydi. Bu bireyler, ilerleyen yaşlarında kalp hastalıkları, tip 2 diyabet, obezite ve metabolik sendrom gibi çeşitli kronik hastalıklara daha yatkın hale gelmişlerdi. En çarpıcı bulgulardan biri ise, bu epigenetik değişikliklerin yalnızca doğrudan açlığa maruz kalan kuşakta değil, bir sonraki nesilde, yani bu bireylerin çocuklarında da izlenebilir olmasıydı.

Bu durum, epigenetik biliminin gelişiminde bir dönüm noktası olarak kabul edildi. Zira ilk kez, çevresel bir etkenin doğrudan genetik kodu değiştirmeden, yalnızca genlerin okunma biçimini etkileyerek nesiller arası bir sağlık mirası oluşturabildiği somut olarak gösterilmişti.^[3]

Holokost Olayı: Travmatik Deneyimlerin Gelecek Nesillere Mirası

20. yüzyılın en karanlık dönemlerinden biri olan Holokost, II. Dünya Savaşı sırasında Nazi Almanyası’nın başta Yahudiler olmak üzere Romanlara, eşcinsellere, engellilere ve siyasi muhaliflere yönelik yürüttüğü soykırım süreciydi. Milyonlarca insan toplama kamplarında açlığa, zorla çalıştırmaya, işkenceye ve kitlesel infazlara maruz bırakılmış; birçok çocuk, anne-baba ve aile parçalanarak derin travmalarla baş başa kalmıştı. Holokost’un geride bıraktığı yıkım yalnızca o dönemi yaşayan bireylerin ruhunda değil, bilimsel bulgulara göre, onların çocuklarının ve hatta torunlarının bedeninde de iz bırakmıştı. Holokost’tan sağ kurtulan bireyler ve onların çocukları üzerinde yürütülen çalışmalar, travmanın biyolojik düzeyde nesiller arası bir iz bırakabileceğini gösteren en dikkat çekici örneklerden biridir.

Yapılan araştırmalarda, Holokost mağduru ebeveynlerin çocuklarında stres yanıtını düzenleyen genlerde, özellikle de Nr3c1 (glukokortikoid reseptör geni) adlı gende epigenetik düzeyde değişiklikler gözlemlenmiştir. Bu değişiklikler, genin metilasyon deseninde sapmalarla kendini göstermiştir. Söz konusu bireyler, yaşamlarının ilerleyen dönemlerinde anksiyete bozuklukları, depresyon, ve travma sonrası stres bozukluğu (TSSB) gibi psikiyatrik rahatsızlıklara daha yatkın hale gelmişlerdir. İlginç olan, bu bireylerin doğrudan travmayı deneyimlememiş olmalarına rağmen, ebeveynlerinin yaşadığı acıların bedenlerine epigenetik bir iz olarak kazınmış olmasıdır.^[4]

Nature

Travmanın böylesi bir biyolojik gölge gibi nesiller arasında taşınabiliyor olması, epigenetiğin duygusal mirasın bile taşıyıcısı olabileceğini göstermektedir.

Bu çalışmaların yanı sıra, epigenetiğe örnek oluşturan ve yalnızca insanlarla sınırlı kalmayan sayısız deneysel araştırma bulmak mümkündür. Bitkilerden böceklere, memelilerden balıklara kadar pek çok farklı türde yapılan çalışmalar, sıcaklık, besin kıtlığı, toksin maruziyeti ya da stres gibi çevresel koşulların gen ifadesi üzerinde kalıcı ve bazen de nesiller boyunca aktarılabilir değişimlere neden olabildiğini göstermektedir. Örneğin, Caenorhabditis elegans gibi basit organizmalarda bile, 14 nesil boyunca aktarılabilen epigenetik işaretler tespit edilmiştir.^[5] Yine fareler üzerinde yapılan deneylerde, belirli kokularla koşullandırılan bireylerin yavrularının da aynı kokuya karşı öğrenilmemiş bir kaçınma tepkisi sergilediği gözlemlenmiştir.^[6]

Epigenetik Ne Kadar Lamarkçı?

Görüldüğü üzere, epigenetikle birlikte, evrimsel biyolojinin bir zamanlar kenara ittiği, hatta neredeyse unutulmaya yüz tutmuş bazı fikirler, usul usul yeniden gün yüzüne çıkmaya başladı. Dönemin gözlemci doğa bilimciliği için oldukça makul görünen bu fikir, moleküler biyolojinin gelişmesiyle yerini genetik temelli açıklamalara bırakmış, Lamark’ın yaklaşımı ise tarihin tozlu raflarına kaldırılmıştı.

Ancak epigenetik, bu tartışmaları yeniden açtı. Çünkü burada söz konusu olan, bireyin yaşamı boyunca maruz kaldığı çevresel etkilerin, DNA dizisini değiştirmeden gen ifadesi üzerinde kalıcı ya da yarı-kalıcı değişikliklere yol açabilmesi. Üstelik bu değişikliklerin, biraz önce bahsettiğimiz gibi, bazı koşullarda bir sonraki nesle de aktarılabildiği gözlemleniyor. İlk bakışta bu durum, Lamarck’ın “sonradan kazanılmış özelliklerin kalıtımı” fikrine oldukça yakın duruyor. Ne var ki mesele, göründüğü kadar basit değil.

Yale News

Epigenetik değişiklikler, canlıların çevresel baskılara karşı verdiği yanıtların moleküler izlerini taşısa da, bu izlerin kalıcılığı Lamark’ın tasvir ettiği kadar mutlak değildir. Pek çok epigenetik işaret, yalnızca birkaç nesil boyunca aktarılabilir ve sonraki kuşaklarda silinebilir. Ayrıca bu değişikliklerin her zaman bir fayda sağlaması da gerekmez, bazen zararlı, nötr ya da bağlama bağlı etkiler gösterebilir. Dahası, bu düzenlemeler organizmanın yapısal anatomisini köklü biçimde değiştirmekten çok, genlerin ne zaman ve ne ölçüde aktif olacağını belirleyen ince ayarlardır. Yani bir uzvun uzaması ya da yeni bir organın oluşması gibi köklü değişimlerin açıklaması, epigenetikten çok daha karmaşık ve uzun vadeli süreçleri gerektirir.

Bu nedenle epigenetiği, Lamarkçı kalıtımın doğrudan bir yeniden doğuşu olarak görmek yanıltıcı olabilir. Yine de, aralarındaki tematik akrabalığı inkâr etmek de pek mümkün değil. Epigenetik, klasik Darwinci seçilim ve modern genetik kuram arasında bir köprü işlevi görüyor. Amiyane tabirle ifade edecek olursak, ne Lamarck’a tam bir iade-i itibar ne de Darwin’e gözü kapalı bir sadakat. Aksine, evrimi açıklayan anlatının giderek daha kapsamlı, daha esnek ve çevreyle etkileşime daha açık bir hal almasının bir yansıması. Epigenetik, tam da bu karmaşıklığın ve yeniden düşünme ihtiyacının bir ürünü olarak karşımızda duruyor.

Sonuç

Bugün, epigenetik çalışmaları sayesinde Lamarkçılık, evrim teorisinin tarihi bir kalıntısı olmaktan çıkarak, biyolojinin modern paradigmalarında yeniden etkili bir rol oynamaya başlamıştır. Bu yeni bakış açısı, yalnızca geçmişteki teorileri yeniden yorumlamakla kalmayıp, evrimsel süreçlerin ne denli kompleks olduğunu ortaya koyarak bilim dünyasında büyük bir heyecan yaratmıştır. Bu gelişmelerle birlikte, uzun yıllar boyunca evrim teorisinin tarihi bir kalıntısı olarak değerlendirilen Lamarkçılık, biyolojinin modern paradigmalarında yeniden etkili bir konuma yükselmiştir. Epigenetik mekanizmaların çevresel koşullara bağlı olarak gen ekspresyonunu değiştirebilmesi ve bu değişimlerin bir nesilden diğerine aktarılabilmesi, Lamark’ın zamanında dikkatlerden kaçan görüşlerine yeni bir anlam kazandırmıştır.

Ancak epigenetiğin hala oldukça genç bir araştırma alanı olduğunu, her geçen gün daha fazla bilimsel soruya ışık tutmayı sürdüreceğini ve yeni keşiflere kapı aralayacağını belirtelim. Değişikliklerin hangi koşullarda kalıcı hale geldiği, evrimsel süreçler üzerindeki etkisi ve doğal seçilimle olan ilişkisi gibi sorular, bu alanın çözüm bekleyen önemli meseleleri arasında yer almakta ve dolayısıyla, bu alandaki çalışmaların henüz emekleme aşamasında olduğunu ve gelecekte çok daha kapsamlı bulgulara ulaşılabileceğini söylemek yanlış olmayacaktır.