Evrilebilirlik Nedir? Evrimleşebilirlik, Bir Canlının Evrim Hızını Nasıl Etkiler?

Evrilebilirlik (ya da evrimleşebilirlik), en basit tanımıyla doğal seçilimin etkili olduğu bir evrim sistemi içerisinde, bir canlının kalıtsal fenotipik varyasyonlar geliştirme kapasitesidir. Daha detaylı açıklamak gerekirse evrilebilirlik; tür içerisindeki bir popülasyonun genetik çeşitlilik oluşturma yeteneğinden öte, doğal seçilimin etkili olduğu bir evrim sistemi içinde uyumsal yani adaptasyon sağlayan genetik çeşitlilik oluşturma yeteneğidir. Burada uyumsal veya adaptasyon sağlayan genetik çeşitlilik oluşturma yeteneğinden kasıt, popülasyonun yararına olacak çeşitliliğin kazanılmasıdır

Aynı zamanda evrilebilirlik; evrimsel sürece hücre biyolojisi, gelişim biyolojisi ve moleküler biyoloji gözünden modern bir bakış olarak da düşünülebilir. Darwin’in evrim teorisinin de yansıttığı gibi evrim; oldukça başarılı işleyen, bir o kadar da yaratıcı ve doğal ilkelerin ürünü olan bir süreçtir. Evrim kuramının tam olarak anlaşılması ve eksikliklerinin giderilebilmesi için evrilebilirlik kelimesinin de doğru bir şekilde anlaşılması gerekir. Bunun için öncelikli olarak Darwin’in evrim teorisi fikrine biraz daha yakından göz atalım.

Darwin, evrim kuramı hakkında çok sayıda fikir ileri sürmüştü. Günümüzde evrimsel süreç bunlardan çok daha gelişmiş fikirlerle açıklanıyor olsa da bu geliştirilmiş düşüncelerin temelinde Darwin’in ileri sürdüğü iki ana düşünce yer almaktadır. Bunlardan ilki ve en çok aşina olduğumuz, dünyadaki tüm canlıların ortak bir kökenden geldiği, ikinci fikir ise evrimsel sürecin organizmaların anatomisinde, fizyolojisinde ve davranışlarında etkili olan kalıtsal bir değişim ve seçilim süreci olduğudur. Kısacası Darwin’e göre evrim, organizmanın fenotipini etkileyen bir süreçtir.

Darwin ve daha birçok biyoloğun görüşüne göre genetik çeşitliliğin temelinde seçilim ve rastgele varyasyonlar rol oynamaktaydı. Darwin, seçilimin varyasyonlar üzerinde etkili olabilmesi için oldukça fazla sayıda varyasyon olması gerektiğini düşünüyordu. Darwin, varyasyonları, her şekle sokulabilen bir kil yığınına benzetti. Böylece seçilim, olası tüm şekillerden yani tüm varyant hipotezlerinden herhangi birini seçebilirdi. Ayrıca Darwin, varyasyonları her bir basamağı oldukça küçük ve algılanamaz süreçler olarak betimliyordu.

Darwin’in ileri sürdüğü evrim teorisinin bazı hatalarını ve eksiklerini gözlemlemek için şu soruyu sorabiliriz: “Öyleyse bu küçük varyasyon basamakları, göz gibi oldukça kompleks ve neredeyse kusursuz bir birleşim ürünü olan yapıların oluşmasını nasıl sağladı?”

Burada Darwin'in belki de tam olarak öngöremediği nokta, çeşitlilikte meydana gelen değişimlerin her zaman algılanamayacak kadar küçük olmak zorunda olmayışıdır. Bazı canlılar, yapıları gereği büyük değişimlere çok daha açıktırlar ve tek seferde, büyük sıçramaları soy hatları kaldırabilir.Nadiren öldürücü olan az sayıdaki genetik değişiklik, bu tür organizmaların fenotipinde oldukça büyük değişiklikler yaratabilir.

Ayrıca modern evrim teorisinde gördüğümüz bir diğer gerçek, çeşitliliğin o kadar da rastgele bir şekilde yaratılmadığı, belirli fenotiplere sahip canlılarda belirli mutasyonların daha sık gerçekleşebildiği ve bunların genellikle canlılara avantaj sağlayacak nitelikte olduğudur. Yani mutasyonlar, her seferinde her türlü değişimi yaratamıyor gibi gözükmektedir; canlının evrimleştiği yapı, karşılaşılabilecek çeşitlilik tiplerini de sınırlandırmaktadır. Dahası genomlar, daha faydalı mutasyonları daha sık gerçekleştirecek biçimde evrimleşmiş gibidir.

Bu çerçevede evrilebilirliği, organizmanın yüksek olasılıkla ölümcül olmayan ve muhtemel faydalı olan yenilikleri oluşturma kapasitesi” olarak tanımlayabiliriz. Yani evrimsel süreçte sadece uyum başarısı daha yüksek türler evrimleşmekle kalmamıştır; aynı zamanda daha iyi evrimleşebilen türler evrimleşmiştir.

Evrilebilirlik Mekanizmaları

Evrilebilirliğin temelde dört ana mekanizması vardır:

1. Düzenleyici değişiklikler
2. Keşif Davranışı
3. Bölümlendirme
4. Zayıf Etkileşimler

1) Düzenleyici Değişiklikler

Düzenleyici değişiklikler büyük ölçüde zamana, mekana ve gerçekleştiği ortamın koşullarına bağlıdır. Bu etkenler moleküler düzeyde genlerin işleyişine bağlı olsa da genin işlevinde veya genin kontrolünde üretilen son ürünün yapısında herhangi bir değişikliğe sebep olmaz. Bu mekanizmanın en güzel örneklerinden birini yabani hardal bitkisinde görürüz. Yabani hardal bitkisinin yaprak, kök ve çiçek gibi farklı bölgelerinde etkili olan düzenleyici değişiklikler, bu bitkiden brokoli, karnabahar, yer elması, kale bitkisi ve Brüksel lahanası gibi daha birçok farklı bitki çeşidinin oluşmasını sağlamıştır.

Bu mekanizmaya verilebilecek bir diğer ve belki de en önemli örnek ise, uçma davranışının ortaya çıkması ve gelişimidir. Uçma davranışı, omurgalılar şubesi içerisinde birbirlerinden tamamen bağımsız olarak sırasıyla pterodaktillerde, kuşlarda ve yarasalarda üç farklı şekilde ortaya çıkmıştır. Düzenleyici değişimler; pterodaktillerde 4. çıkıntıdaki kemiğin, kuşlarda ön kol ve bilek kemiklerinin, yarasalarda ise “ulna” olarak adlandırılan ön kol kemiği ve 3. 4. ve 5. çıkıntılardaki kemiklerin uzamasını sağlamıştır. Omurgalılarda uçma davranışının ortaya çıkmasını sağlayan yapısal değişiklikler, yeni genlere ihtiyaç duyulmadan meydana gelmiştir. Düzenleyici değişiklikler kemiklerin yapısında bir değişim yaratmamış veya yeni kemikler oluşturmamış, yalnızca kemiklerin uzunluğunu etkilemiştir.

Index of /ce

Kemik uzunluğunun değişebilmesi için düzenleyici değişikliklerin kemiği dışarıdan ve içeriden çevreleyen yapılarda da etkili olması gerekir. Kanatların işlevsel hale gelmesi ve uçma becerisini kazanması için güç kaynağı olan kasların, kontrol ve iletişim ağı olan sinirlerin ve besin deposu olan kanın düzenleyici değişikliklerin etkisiyle kemik uzunluğuna göre konumlandırılması gerekir. Örneğin kemik uzunluğunun artmasıyla birlikte sinir hücreleri kısa kalacağından doku içerisinde yeterli kontrol ve iletişim ağı sağlanamayacaktır. İleriki süreçlerde üretilecek olan sinir hücrelerinin bir kısmı ilk durumdan daha uzun, diğer kısmı ilk duruma yakın uzunlukta, bir diğer kısmı ise ilk durumdan çok daha kısa aksonlara sahip olacaktır. Zamanla farklı uzunluklarda aksonlara sahip sinir hücrelerinden doku için en faydalı olanların (kemik uzaması durumunda uzun aksona sahip sinir hücreleri) seçilme olasılığı daha fazla olacak ve bu özellikler zamanla popülasyon içerisinde korunup, sabitlenecektir. Kısacası düzenleyici değişiklikler, yeni genlere ihtiyaç duymadan kemiğin uzamasını ve onu çevreleyen dokuların da kemik uzunluğu ile uyumlu hale gelmesini sağlayacaktır.

2) Keşif Davranışı

En basit tanımıyla keşif davranışı, ardından faydalı özellikler kazandırmak amacıyla seçilimin takip ettiği, genetik olmayan rastgele varyasyonlar oluşturma sürecidir. Keşif süreci boyunca işlevsel bir özelliğin ortaya çıkma olasılığının artırılması için çok sayıda rastgele durum oluşturulur. Bu mekanizmanın en güzel örneklerinden bir tanesi, hayvan davranışlarıyla ilgilidir.

Bu mekanizmayı daha açıklayıcı bir şekilde anlatabilmek için karıncaları ele alalım. Karıncalar, az da olsa kimyasal yollarla birbirleriyle iletişim kurarlar. Bunun yanında sadece aydınlık-karanlık farkını ayırt etmelerini sağlayan, pek de işlevsel olmayan bir görüş yeteneğine sahiplerdir. Peki konumuza dönersek, karıncaların bu özelliklerini göz önünde bulundurarak şu soruyu sormamız gerekir: “Gelişmiş bir duyu ve iletişim sistemi olmayan karıncalar, yiyeceklerini nasıl bulur veya yiyeceklerine nasıl ulaşır?”

WIRED

Yukarıda da belirttiğimiz üzere karıncaların yiyeceklerini görüp, seçerek onlara doğru hareket etme şansı yoktur. Bu nedenle yuvalarından veya kum tepesinden yiyecek bulmak amacıyla ayrılan karıncalar, keşif davranışına uygun hareket ederler. Hansel ve Gretel hikayesindeki çocukların dönüş yolunu bulabilmek için arkalarında ekmek kırıntıları bırakarak yürümesine benzer bir şekilde karıncalar da arkalarında feromonlar gibi kokulu izler bırakarak yuvalarından ayrılır ve rastgele yönlere dağılarak yiyecek arayışına başlarlar. Ancak arkalarında bıraktıkları kokular bir süre sonra kaybolacağından yuvalarından çok da uzaklaşamaz ve yiyecek arayışlarını nispeten yuvalarına yakın yerlerde sürdürürler. Yiyecek bulana kadar bu davranışı sergilemeye devam ederler. Fakat bu davranışın dezavantajlarından bir tanesi, karıncaların yiyeceklerini seçme şansını yok ediyor olmasıdır. Karıncalar için eve dönme olasılıklarını artırmak, kaliteli yemekler seçmekten çok daha önemlidir.

Keşif davranışına verilebilecek bir diğer güzel örnek ise kuşların uçma davranışıyla ilgilidir. Uzayan kemikler gibi farklılaşan uzuvlarda, uzuvları çevreleyen yapılar da bu değişime uyum sağlar. Kemik uzamasında da olduğu gibi değişim programını yönlendiren ana bir değişiklik yeterlidir. Diğer yapılar bu değişimin kontrolünde değişime uyum sağlayacaktır. “Peki bu değişimlerin vücudun belirli bölgelerinde olmasını ne sağlar?”

3) Bölümlendirme

Yumurta oluşumunun erken evrelerinde çizilmiş bir gelişim haritası, ilerleyen süreçlerde embriyoyu uzamsal alanlara böler. Uzamsal olarak bölünen alanlar, gelişim ve yetişkinlik evresi boyunca farklı davranışlar sergiler. Bu mekanizmayı dünya haritasına benzetebiliriz. Dünya üzerinde çok sayıda ülke vardır. Bu ülkeler tek başına pek bir anlam ifade etmese de bütüne baktığımızda dünyayı oluşturur ve dünyadaki düzenin işleyişinde söz sahibi olurlar.

Plos Genetics

Buna benzer olarak bölümlendirme mekanizması, embriyonun erken evlerinde devreye girer. Bu mekanizmayı daha iyi açıklayabilmek için sinek embriyosuna göz atalım.

Memorial University of Newfoundland

Sinek embriyoları, dikey ve yatay çizgilerle ön ve arka taraflardan bölmelere ayrılır. Omurgalı embriyoları yaklaşık 200 bölmeden oluşurken sinek embriyoları yaklaşık 100 bölmeden oluşur. Daha önce de belirttiğimiz gibi bölümlendirme mekanizması, embriyonun erken evrelerinde devreye girer. Oluşan bölmelerin özellikleri, bir takım transkripsiyon faktörleri ve salgılanan sinyal molekülleri sayesinde belirlenir. Bölmelerin özellikleri birbirlerinden tamamen farklı olmasa da özellikle art arda gelen bölmeler, ayırt edilmeyi sağlayacak bazı spesifik özelliklere sahiptir.

Bu mekanizmanın en açık örneklerinden biri de kemiklerin farklılaşmasıdır. Boyun omurlarına ve göğüs kafesindeki kemiklere baktığımızda şekil itibariyle birbirlerinden farklı olduklarını görürüz. Daha spesifik bir örnek için ise boyun ve bel omurlarına bakmamız yetecektir. Kısacası gelişimin erken evrelerinde hücrenin hangi alanda ve ne şekilde farklılaşacağı, hatta bu farklılaşma sonucunda hangi şekli alacağı bellidir.

4) Zayıf Etkileşimler

En basit tanımıyla diğerlerine göre daha soyut ve biyokimyasal bir mekanizma olan zayıf etkileşimler, belirli bir bölgede ifade edilen özelliğin ne zaman ve ne kadar ifade edileceğini belirleyen moleküler süreçlerdir. Zayıf etkileşimler, kolayca kurulabilen ve kolayca değiştirilebilen bir düzenleme biçimi olarak da tanımlanabilir. Biyokimyasal moleküler sistemlerde de olduğu gibi zayıf etkileşimler, kolayca değişebilir ve yeni kombinasyonlar oluşturabilir.

Sonuç olarak evrilebilirlik; evrim, hücre ve organizma hakkındaki düşüncelerimizi kökten değiştirdi ve bu konularda bize yeni bakış açıları kazandırdı. Evrilebilirlik, evrimsel değişimi açıklamamıza yardımcı olsa da genlerin organizmanın fenotipine nasıl yansıtıldığı konusu hâlâ oldukça karmaşık ve belirsizdir. Evrimi anlamamız konusunda büyük önem arz etse de, henüz açıklayamadığımız sorulardan bazıları şunlardır:

• “Evrilebilirlik, yeniliklerin nasıl kolayca ortaya çıktığını açıklar. Peki yeniliklerin genetik ilaçların etki ettiği moleküler kökenlerini de açıklayabilir mi?”
• “Genler aracılığıyla fenotipe ulaşmamızı sağlayan bir gen-fenotip haritası oluşturabilir miyiz?”