Evrim ve Gelecek Tahmini: Evrimsel Gelecek Tahmini, Yeni Bir Bilim Dalı Olarak Doğuyor!

Yeni Evrim Modelleri, Bilim İnsanlarının Daha Hassas Kısa Vadeli Tahminlerde Bulunmalarına Faydalı Olabilir!

Gece Modu

Bu yazı, Quanta Magazine isimli kaynaktan birebir çevrilmiştir. Çevirmen tarafından, metin içerisinde (varsa) açıkça belirtilen kısımlar haricinde, herhangi bir ekleme, çıkarma veya değişiklik yapılmamıştır. Bu içerik, diğer tüm içeriklerimiz gibi, İçerik Kullanım İzinleri'ne tabidir.

Bu yazı, Evrimde Gelecek Tahmini ve Öngörü yazı dizisinin 2. yazısıdır. Dizinin ilk yazısına gitmek için buraya, dizideki tüm yazıları görmek için buraya tıklayınız. Yazı dizileri, EA Akademi'nin bir parçasıdır.

Yazı dizisi içindeki ilerleyişinizi kaydetmek için veya kayıt olun.

Michael Lässig, 19 Ocak 2030 gecesi (hala yaşadığını ve gökyüzünün pırıl pırıl olacağını varsayarsak), Almanya'nın Cologne şehrindeki evinden dışarı adımını attığında dolunayı göreceğinden emin olabiliyor.

Lässig'in bunun gerçekleşeceğine dair bu güveni, gelecekten psişik mesajlar almasından kaynaklanmaz. Ay'ın dolunay halinde olacağını bilir; çünkü bunu ona söyleyen fizik bilimidir. Cologne Üniversitesi'nde fizikçi olan Lässig şöyle diyor:

Fizik biliminin tamamı tahmin yapabilmek ile ilgilidir ve biz, bu konuda hayli iyi bir duruma geldik. Bugün Ay'ın nerede olduğunu bildiğimiz zaman, yarın da nerede olacağını bilebiliriz. Hatta bin yıl sonra bile nerede olacağını bilebiliriz.

Lässig kariyerinin başlarında kuantum parçacıkları hakkında çıkarımlarda bulunmuş ancak 1990'larda biyolojiye dönerek genlerin nasıl evrimleştiğini araştırmaya başlamıştır. Lässig'in araştırmaları geçmişe dönüktü ve evrimsel tarihi yeniden yapılandırma üzerineydi. Evrimin geleceğine, yani zamanda ileriye bakmak, biyologların zahmet edip de yapacakları bir şey değildi. Ay'ın hareketini öngörmek mümkün olabilirdi; ancak biyoloji o kadar karmaşıktı ki, biyolojik evrimi önceden tahmin etmek abesle iştigal olurdu.

Cologne Üniversitesi'nde fizikçi olan Michael Lässig grip suşlarının evrimi üzerinde çalışmaktadır. Fotoğraf: Cologne Üniversitesi
Cologne Üniversitesi'nde fizikçi olan Michael Lässig grip suşlarının evrimi üzerinde çalışmaktadır. Fotoğraf: Cologne Üniversitesi
Quanta Magazine

Fakat son zamanlarda evrim şaşırtıcı bir biçimde öngörülebilir olmaya başladı. Lässig, yakın gelecekte evrimsel gelecek tahminleri bile yapılabileceğine inanıyor. Bilim insanları bundan 100 milyon yıl sonra yaşamın neye benzeyeceğini tahmin edemeyebilirler; ancak birkaç ay ya da birkaç yıl gibi kısa vadeli tahminlerde bulunabilirler. Ve eğer virüsler ya da sağlığı tehdit eden başka unsurlar hakkında da tahminlerde bulunurlarsa, bu süreçte pek çok hayat kurtarabilirler. Lässig şöyle diyor:

Öngörülere dayalı bir kaç örnek elde edebilirsek, bu, evrimsel biyolojinin tüm amacını değiştirir.

Yaşam Filmini Tekrar Başından Oynatmak

Evrim biyologlarının tahminlerden neden bu kadar nefret ettiklerini anlamak için merhum paleontolog Stephen Jay Gould'un 1989 yılında yayınlanmış olan Wonderful Life adlı kitabını okuyun.

Kitap, temelde, 500 milyon yılı aşkın bir süre önce meydana gelen ve evrim açısından heyecan verici birçok yeniliğe yol açan Kambriyen Patlaması ile ilgilidir. Günümüzün büyük hayvan gruplarının çoğuna ait bilinen en eski fosiller o döneme aittir. Örneğin bizim kendi soy hattımız, yani omurgalılar, ilk kez Kambriyen patlamasında ortaya çıkmıştır.

Ancak Gould bu kitabı yazarken aklında çok daha önemli bir soru vardı: Eğer yarım milyar yıl önce Dünya üzerindeki hayatla ilgili her şeyi bilseydiniz, önünde sonunda insanların da evrimleşeceğini tahmin edebilir miydiniz?

Gould edemeyeceğini düşünüyordu. Hatta bilim insanlarının bugün hala omurgalıların bu gezegende olacaklarına dair sağlıklı bir çıkarımda bulunacaklarından bile şüpheliydi. "Yaşam, rastlantısal evrim fırtınalarıyla sürekli alt üst olurken nasıl yapabilirlerdi ki?" demişti. Doğal seçilim, öngörülemez mutasyonlara dayanır ve bir tür ortaya çıktığı zaman kaderi salgın hastalıklardan kıtaların sürüklenmesine, volkanik patlamalardan asteroid çarpışmalarına kadar her türlü dış etkenden etkilenebilir. Gould yazısında şu anki mevcudiyetimizin binlerce güzel tesadüfün bir sonucu olduğunu ifade etmiştir.

Gould bu düşüncesini daha iyi açıklayabilmek adına okuyucularından "yaşam filmini tekrar başından oynatmak" adlı bir deneyi hayal etmelerini istemiştir.

Geriye sarma düğmesine basıp gerçekte yaşanmış olan her şeyi sildiğinizden emin olarak geçmişte istediğiniz bir yere ve zamana dönün. Ve filmi tekrar oynatmaya başlayın. Bakın bakalım tekrarı aslına benziyor mu?

Gould benzemeyeceğinden emindi.

Gould bu deneyi sadece bir düşünce deneyi olarak ortaya atmış olsa bile yaşam filmini tekrar baştan oynatma fikri hala vardır. Bunun da nedeni tabiatın bazen onun yapmış olduğu bu teklifin ruhuna uygun şekillerde deneyler yapıyor olmasıdır.

Öngörülebilir Kertenkeleler

Bir deneyin öngörülebilir olması için tekrarlanabilir olması gerekir. En baştaki koşullar aynıysa en sondaki koşullar da aynı olmalıdır. Örneğin bir kasenin kenarına bırakılan bilye, hareket kaç kere tekrarlanırsa tekrarlansın, her bırakıldığında kasenin içine düşecektir.

Biyologlar, evrimin aynı deneyleri tekrarladığı durumlar keşfetmişlerdir. Ve bazı durumlarda bu doğal deneylerin çok benzer sonuçları ortaya çıkmıştır. Diğer bir deyişle evrim, öngörülmüştür.

Tekrarlanan evrimle alakalı en çarpıcı olaylardan biri Karayipler'de yaşanmıştır. Bölgedeki adalar çok fazla sayıda ve çeşitlilikte açık renkli Amerikan kertenkelesine ev sahipliği yapar. Kertenkeleler ağaç tepelerinde, orman tabanında ve yeşil alanlarda yaşarlar. Çeşitli renk ve şekillerde olurlar. Bazısı mavi, bazısı yeşil, bazısı ise gridir. Bazısı iri ve cesurken bazısı da küçük ve ürkektir.

Bu çeşitliliğin nasıl evrimleştiğini öğrenmek isteyen Harvard Üniversitesi'nden Jonathan Losos ve öğrencileri hayvanlardan DNA topladılar. Farklı türlerden topladıkları genetik materyali birbirleriyle karşılaştırdıktan sonra her bir dalı bir kertenkele olacak şekilde bir evrim ağacı çizdiler.

Jonathan Losos sahada kertenkele ölçümü yapıyor. Fotoğraf: Manuel Leal
Jonathan Losos sahada kertenkele ölçümü yapıyor. Fotoğraf: Manuel Leal
Quanta Magazine

Losos göçmen kertenkeleler yeni bir adaya geldikleri zaman torunlarının yepyeni türlere evrimleşebileceğini keşfetti. Sanki kertenkelelerin yaşam filmi geriye alınıp o ana gelmiş ve tekrar oynatılmış gibiydi.

Eğer Gould haklı olsaydı bir adadaki evrim modeli diğer adalardakine benzemezdi. Ancak eğer evrim daha öngörülebilir olsaydı kertenkeleler de aynı modeli tekrarlama eğiliminde olurlardı.

Losos ve öğrencileri evrimin bazen tuhaf yollara saptığını tespit ettiler. Örneğin Küba'da bir kertenkele türü suda çok fazla vakit geçirmeye adapte olmuştur. Balık yakalamak için dalabilmekte, hatta akıntı yüzeyinde hızla ilerleyebilmektedir. Başka hiçbir Karayip adasında balık tutan kertenkeleye rastlayamazsınız.

Yine de kertenkelelerin evirimi çoğunlukla öngörülebilen bir model takip etmiştir. Ne zaman bir adada koloni kursalar evrimleştikleri formların çoğu aynı olmuştur. Her adada bazı kertenkeleler ağaçların daha yüksek kesimlerinde yaşamaya uygun biçimde, ayaklarının altında yüzeye tutunmalarını sağlayacak yastıkçıklar olacak şekilde uzun bacaklar ve kısa, kalın gövdeler geliştirmişlerdir. Bazıları ağaçların daha alt kesimlerindeki incecik dallara tutunacak biçimde kısa bacaklar evrimleştirmişlerdir. Bazıları da ot ve çalılıklar arasında yaşamaya uygun olacak biçimde uzun kuyruklar ve ince gövdeler geliştirmişlerdir. Yine de her adada aynı kertenkele türleri evrimleşmiştir.

"Sanırım şans Gould'dan yana değil," diyor Losos. Diğer araştırmacılar da evrimin kendi kendini tekrar ettiği vakalarla karşılaşmışlardır. Örneğin ciklet türü balıklar Afrika göllerinde koloniler kurdukları zaman hep aynı formlarda türleşmiştir. Bu durumda Losos şunu soruyor:

Ama soru şu: Genel resim nedir? Gould'a karşı olan örnekleri mi seçip alıyoruz, yoksa canlıların çoğunlukla deterministik olduğunu mu anlayacağız? Hiç kimse Gould'un tamamen yanlış olduğunu söyleyemez. Ama tamamen haklı olduğunu da söyleyemeyiz.

Test Tüpündeki Evrim

Doğada kendiliğinden gerçekleşen deneyler açıklayıcı olabilir ancak insan eliyle yapılan deneyler daha kesin sonuçlar verebilir. Bilim insanları organizmaları bire bir aynı ortamlara maruz bırakarak evrimin işleyişini gözler önüne serebilirler. Böyle bir araştırma için mikroplar biçilmiş kaftandır çünkü bilim insanları tek bir deney tüpünün içinde pek çok defa çoğaltabilir ve tek bir gün içinde kuşaklar boyu gelişimi izleyebilirler. Bu deneylerden en şaşırtıcı olanı 26 yıldır yani 60.000 nesildir Richard Lenski'nin Michigan State Üniversitesi'ndeki laboratuvarında devam eden deneydir.

Lenski deneye tek bir E. coli mikrobu ile başlamıştır. Mikrobu genetik olarak birbirleriyle aynı bir düzine klon halinde çoğaltmış, ardından bunları on iki ayrı deney tüpüne yerleştirmiştir. Her tüpün içinde Lenski'nin bu deney için suyla karıştırılmış kimyasallardan özel olarak hazırladığı kokteylden oluşan bir yaşam ortamı vardı. Diğer malzemelerin yanı sıra bakterilerin beslenmesi için glikoz eklenmişti. Fakat bu ancak birkaç saat yetecek kadar az bir miktardı. Bakteriler ertesi sabah Lenski ya da öğrencileri mikroplu sıvıyı yeni bir tüpe taşıyana kadar canlı kalabilmek için malzemeyi idareli kullanmak zorunda kaldı. Yeniden glikoz eklenmesiyle birkaç saat daha büyüyebileceklerdi. Lenski ve Michigan State'deki öğrencileri bu işlemi o zamandan beri her gün tekrarlamaya devam ediyorlar.

Başlangıçta Lenski neler olacağından emin değildi ancak birtakım beklentileri vardı. Her bir bakteri grubunda mutasyonlar olmasını bekledi. Bazı mutasyonlar mikropların daha hızlı üremesine yardımcı olurken bazıları nötr kalacak hatta zararlı olacaktı. Lenski düşüncesini şöyle izah etmişti:

Çil yavrusu gibi oraya buraya dağılacaklarını sandım.

Diğer bir deyişle Lenski yaşam filminin başa her sarıldığında oynayan filmin her seferinde farklı olacağını düşünmüştü. Fakat hiç de öyle olmadı. Lenski'nin şahit olduğu şey Jonathan Losos'un Karayipler'de belgelerle kanıtladığı evrime dikkat çekici bir şekilde benziyordu.

Lenski ve öğrencileri yaptıkları deney sırasında birtakım tuhaflıklarla karşılaştılar, bunlar Küba'nın balıkçı kertenkelelerinin mikrobik uyarlamalarıydı. 2003 yılında Lenski'nin ekibi bir bakteri grubunun glikoz yerine bir anda sitratla beslenmeye başladığını fark etti. İçinde bulundukları yaşam ortamındaki sitrat demirin bakteriler tarafından emilebileceği şekilde muhafaza edilmesini sağlar. Ancak bakteriler normalde sitratla beslenmezler. Aslında, oksijen varken sitratla beslenememeleri E. coli'nin tür olarak en önemli özelliklerinden biridir.

Ancak Lenski deney yaptığı süre boyunca evrimin kendi kendisini birçok kez tekrarladığını gözlemlemiştir. 12 grubun hepsi birden glikoza dayalı yetersiz bir beslenmeyle daha hızlı büyüyecek şekilde evrim geçirmişlerdir. Bu gelişme sitrata geçmeyen 11 grup için geçerliliğini bugün de korumaktadır. İki katına çıkma süreleri yani nüfuslarını ikiye katlama süreleri yüzde 70 hızlanmıştır. Ve Lenski ile öğrencileri bu gelişmeye neden olan mutasyona uğramış genleri net bir biçimde belirlediklerinde, çoğunlukla aynı genler olduğunu tespit etmiştir. Lenski şöyle diyor:

Deneye başladığım zaman beklediğim pek de bu değildi. Belli ki yanlış düşünmüşüm.

Rastlantısal Olmadan Karmaşık Olmak

Lenski'nin sonuçları diğer bilim insanlarını çok daha karmaşık deneyler yapmaları için cesaretlendirmiştir. British Columbia Üniversitesi'den matematiksel biyolog Michael Doebeli tek çeşit besin yerine iki çeşit besine sahip olan bir E. coli'nin nasıl bir evrim geçireceğini merak etmiş, 2000'lerin ortalarında, Lenski deneyinin ana maddesi olan glikozun yanı sıra asetat olarak bilinen ve içinde E. coli büyüyebilecek bir başka birleşimi birlikte kullanmıştır.

Doebeli bu iki maddeyi E. coli'nin ikisine de farklı tepki vereceğini bildiği için seçti. İki madde arasında seçim yapma şansı tanınınca E. coli asetatla beslenmek için moleküler sisteme geçmeden önce tüm glikozu bir çırpıda tüketecekti. Bunun da nedeni glikozun daha iyi bir enerji kaynağı olmasıydı. Buna karşılık asetatla beslenen E. coli daha yavaş büyüyebilecekti.

Doebeli'nin deneyinde dikkat ekici bir şey oldu, hem de birden çok kere oldu. Bakteriler iki türe ayrıldı ve her bir tür farklı şekilde beslenmeye yöneldi. Türlerden biri glikozla daha iyi beslenmeye adapte oldu. Glikoza yönelen bu tür, şeker bitene kadar glikozla beslenmeye devam etti, ardından yavaşça asetatla beslenmeye geçti. Diğer grup asetata yöneldi; glikoz stokları tükenmeden önce asetatla beslenmeye geçen bu grup daha çabuk büyüdü.

İki farklı türde organizma aynı besin için mücadele ettikleri zaman genellikle biri diğerine üstün gelir. Fakat Doebeli'nin deneyinde iki tür bakteri de kararlı bir birlikte varoluş geliştirmişlerdir. Çünkü her iki strateji de iyi olmasına rağmen mükemmel değildir. Glikoza yönelenler hızla büyümeye başlamış fakat glikoz bittiği zaman birden yavaşlama yaşamıştır. Diğer taraftan asetata yönelenler glikozdan bu kadar faydalanmamıştır. Fakat glikoz tükendiğinde rakiplerinden daha hızlı büyümüşlerdir.

Doebeli'nin bakterileri Karayipler'deki kertenkelelerle aynı şekilde evrimleşmiştir. Kertenkeleler yeni bir adaya adım attıklarında her biri kendi adaptasyon kümesi içinde pek çok benzer şekillerde türleşti. Doebeli'nin bakterileri de bu türleşmeyi tüpten tüpe geçişte gerçekleştirdi.

Bu öngörülebilir evrimi daha iyi anlamak için Doebeli ve doktora sonrası araştırmalarını yürüten Matthew Herron bu deneylerde kullanılan bazı bakterilerin genom dizilimlerini çıkardılar. Üç farklı popülasyondaki bakterilerin dikkat çekici bir paralellikte evrim geçirdiklerini keşfettiler. Üç popülasyonda da çoğunlukla aynı genler mutasyona uğramıştı.

Doebeli'nin deneyleri Lenski'nin deneylerinden çok daha karmaşık olsa bile gerçek hayatta E. coli'nin karşılaştıkları ile kıyaslandıkları zaman hala basit kalırlar. E. coli düzinelerce bileşenle beslendiği, diğer yüzlerce tür ile birlikte var olduğu, değişen oksijen ve pH seviyelerine dayanması gerektiği ve bağışıklık sistemimizle de hiç de kolay olmayan bir uzlaşmaya varmak zorunda kaldığı bağırsakta yaşar. E. coli'nin evrimi glikoz ve asetatla dolu bir tüpün içindeyken öngörülebilir olsa da bakterinin sindirim sistemimizin karışıklığı içinde nasıl bir evrim geçireceğini tahmin etmek zordur.

Bilim insanları bakterinin bir canlının içinde tahmin edilebilir bir biçimde evrim geçirdiğini öğrendiklerinde çok şaşırdılar.
Bilim insanları bakterinin bir canlının içinde tahmin edilebilir bir biçimde evrim geçirdiğini öğrendiklerinde çok şaşırdılar.
Steve Gschmeissner

Böyle olduğu halde bilim insanları bakterinin bir canlının içinde tahmin edilebilir bir biçimde evrim geçirdiğini öğrendiklerinde çok şaşırdılar. Portekiz'deki Gulbenkian Fen Bilimleri Enstitüsü'nde mikrobiyolog olan Isabel Gordo ve çalışma arkadaşları farenin içindeki bakterileri takip edebilmelerini sağlayan akıllıca bir deney tasarladılar. Farelere genetik olarak birbirinin aynısı olan bir grup E. coli klonu aşıladılar. Bakteriler farelerin bağırsaklarına ulaştıklarında büyümeye, üremeye ve evrim geçirmeye başladılar. Bilim insanları deneysel E. coli'yi dışkılardan ayırdılar. Bakterinin DNA'sını inceleyerek günlük olarak gerçekleşen evrimin izlerini takip edebileceklerdi.

Bilim insanları bakterinin sadece birkaç gün içinde evrim geçirmeye başladığını keşfettiler. Farklı E. coli soy hatları atalarından daha hızlı üremelerini sağlayan yeni mutasyonlara uğramışlardı. Ve çoğunlukla hep aynı özellikleri geliştirdiler. Örneğin deneyin başlangıcındaki E. coli, memelilerin şekeri parçalarken ortaya çıkardıkları galaktitol adlı moleküle maruz kalsaydı gelişemezdi. Bununla birlikte Gordo'nun ekibi E. coli'nin farenin içindeki yaşama adapte olurken hep galaktitola dayanma yeteneği geliştirdiğini gördü. Bakteriler, içinde yaşadıkları canlıya Lenski'nin deney tüpü ya da Karayipler'deki bir ada muamelesi yapmıştı.

Evrimin Kelebek Etkisi

Öngörülebilir evrim hakkındaki her yeni örnek çok etkileyicidir. Fakat, Losos'un da uyardığı gibi, bilim insanlarının tabiattaki yaygın bir modele denk gelip gelmediklerinden emin olamayız. Elbette daha fazla tür ile deneyler yapmanın çok faydası olacaktır. Fakat Doebeli soruna çok farklı bir biçimde yaklaşarak evrimin genel olarak ne kadar öngörülebilir olduğunu anlamak için matematiği kullanmıştır.

Doebeli'nin çalışmaları, 1900'lerin başlarında Sewall Wright gibi genetikçilerin geliştirdiği öncü fikirlerden esinlenir. Wright evrimi tepelerle dolu bir manzaraya benzetmişti. Manzaranın her bir noktası farklı bir özelliğin birleşimini temsil ediyordu, mesela kertenkelenin bacaklarının uzunluğuna kıyasla gövdesinin genişliği gibi bir özellik. Belki bir kertenkele popülasyonu, bu manzarada uzun bacaklar ve ince gövdeleri temsil eden yere yerleştirilebilirdi. Manzaradaki bir başka yer kısa bacaklar ve ince gövdeyi temsil ederdi. Ve başka bir tarafta ise uzun bacaklarla kalın gövdeyi temsil eden bir yer vardı.

Bir organizmadaki özelliklerin belli birleşimleri o organizmanın üremedeki başarısını etkiler. Wright evrimsel manzaradaki bir yerin yüksekliğini bu başarıyı kaydetmek için kullandı. Evrimsel manzarada her biri en iyi muhtemel kombinasyonu temsil eden tepecikler vardır. Böylesine bir manzarada doğal seçilim popülasyonları her zaman tepelere doğru iter. Nihayet bir popülasyon tepenin üstüne ulaştığında artık o noktadan sonra olabilecek herhangi bir değişiklik daha az yavruyla sonuçlanır. Teoride grubun olduğu yerde kalması gerekir.

Evrimin geleceğini bu türden bir manzarada öngörmek kolay gelebilir. Bilim insanlarının tek yapmaları gereken, evrimsel manzaranın eğimine bakıp en yakındaki tepeye doğru bir tane çizgi çekmekti. Ancak Doebeli bu görüşün tek kelimeyle yanlış olduğunu düşünüyor.

Bunun nedeni popülasyonun evriminin manzarayı değiştirmesidir. Örneğin eğer bir bakteri popülasyonu evrim geçirerek yeni bir yiyecek türüyle beslenmeye başlarsa o yiyecek için yaşanacak rekabet de sertleşir. Sadece belli bir besin türüne yönelmenin faydası azalır ve tepe çöker. Doebeli, "Aslında en olunmayacak yer, orasıdır." diyor.

Popülasyon yukarı tırmanmaya devam etmek için farklı bir tepeye doğru yeni bir rota çizmek zorunda kalır. Ancak bu yeni istikamette ilerlerken beraberinde manzarayı da değiştirir.

Yakın zamanda Doebeli ve Şili'deki Santiago Üniversitesi'nde matematikçi olan Iaroslav Ispolatov evrimin çok daha karmaşık ortamlarda nasıl gerçekleştiğini anlamak için bir model geliştirdiler. Analizleri evrimin hava durumuna benzediğini göstermektedir, diğer bir deyişle evrimi tahmin etmek zordur.

1960'ların başında Massachusetts Institute of Technology'de görevli bilim insanı Edward Lorenz, hava durumu ile ilgili ilk matematiksel modellerden birini geliştirmişti. Lorenz, meteorologların hava durumunu daha doğru tahmin etmelerine yardımcı olacak tekrarlanabilir modeller sunduklarını umuyordu.

Fakat Lorenz tam tersinin gerçekleştiğini gördü. Modelin ilk koşullarındaki en ufak bir değişiklik bile zaman içinde hava durumunda büyük bir farka yol açtı. Yani Lorenz uzun vadeli bir tahminde bulunmadan önce modelin ilk koşullarıyla ilgili çok kesin bilgilere sahip olmalıydı. En küçük hata bile hava durumu tahminini mahvediyordu.

Matematikçiler daha sonra buna hassasiyet kaosu adını verdiler. Aralarında şaşırtıcı bir şekilde basit olanlarının bile bulunduğu pek çok sistem kaotik davranışlar sergiliyordu. Kaosun esas gerekli olan unsurlarından biri geri bildirimdir, yani sistemin bir parçasının bir başka parçayı etkileyebilme becerisidir. Geri besleme en küçük farklılıkları bile büyütür. Lorenz elde ettiği sonuçları ortaya koyduğunda Brezilya'da kanadını çırpan bir kelebeğin Teksas'ta kasırgaya neden olabileceğine dair bir espri yapmıştı.

Evrimin de geri bildirimleri olur. Bir popülasyon evrim manzarasında tırmanacak şekilde değişikliğe uğrar ama bu değişim manzarayı da değiştirir. Bu geri bildirimlerin evrimi nasıl etkilediğini anlamak için Doebeli ve Ispolatov kendi matematiksel modellerini geliştirdiler. Popülasyonları evrim manzarasının neredeyse tam aynı noktasına indirdiler. Ve ardından bu popülasyonların geçirdikleri evrimi takip ettiler.

Bilim insanları bazı denemelerde sadece evrimin birkaç özelliğini takip ederken diğerlerinde çok daha fazlasını takip ettiler. Basit modellerde, biraz farklı yerlerde başlangıç yapmış olan popülasyonların bile aynı yolu izlemeye meyilli olduğunu gördüler. Başka bir ifadeyle bunların evrimlerini öngörebilmek daha kolay olmuştu.

Fakat bilim insanları aynı anda pek çok özelliği takip ettiklerinde o öngörülebilirlik yok oldu. Bire bir aynı şartlara sahip olarak başladıkları halde popülasyonlar farklı evrim yollarına saptılar. Yani evrim kaosa dönüştü.

Doebeli ve Ispolatov'un araştırması, evrimin çoğu zaman büyük bir kesinlikle öngörülemeyecek kadar kaotik olduğunu öne sürmüştür. Haklı olsalar bile Losos ve Lenski gibi bilim insanlarının öngörülebilir evrim bulgularındaki başarıları bu kuralı bozmayan istisnalardır. Genellikle evrimin geleceği de hava durumunun geleceği gibi esasında bilinmezdir.

Doebeli'nin bu yargısı tuhaf görünebilir. Ne de olsa evrimin ne denli öngörülebilir olduğunu gösteren E. coli deneyini yapan kendisidir. Fakat o bunda bir çelişki görmez. Doebeli şöyle diyor:

Bu yalnızca bir zaman ölçeği meselesi. Elinizde yeterli bilgi varsa kısa vadede ne olacağı öngörülebilir. Fakat çok uzun vadeli bir öngörüde bulunamazsınız.

Darwin'in Elçileri

Doğru yapılan hava tahminleri, kısa vadeli olsalar bile hayat kurtarıcı olabilir. Meteorologlar birkaç gün sonrasının değişken havası için nispeten güvenilir tahminlerde bulunabilirler. Bu da kasırgadan önce bir kasabayı boşaltmaya ya da kar fırtınası için erzak stoklamaya yetecek zamanı kazandıracaktır.

Richard Lenski son zamanlarda yapılan çalışmaların evrimsel gelecek tahminlerinin günlük hayatta faydaları olup olamayacağı sorusunu gündeme getireceğini düşünmektedir. "Bence cevap kesinlikle evet," diyor.

Michael Lässig ve Marta Luksza 2002-2003 grip mevsiminde (sağdaki) hangi suşların baskın olacağını tahmin etmek için 2001-2002 mevsimindeki (soldaki) suşlarda bulunan faydalı mutasyonları saydılar. Nelson Hsu, Quanta Mazgazine; Kaynak: Michael Lässig
Michael Lässig ve Marta Luksza 2002-2003 grip mevsiminde (sağdaki) hangi suşların baskın olacağını tahmin etmek için 2001-2002 mevsimindeki (soldaki) suşlarda bulunan faydalı mutasyonları saydılar. Nelson Hsu, Quanta Mazgazine; Kaynak: Michael Lässig
Quanta Magazine

Buna en zorlu örneklerden biri Lässig'e aittir. Lässig, fizikçi geçmişini kullanarak grip hakkında öngörüde bulunmanın yolunu bulmaya çalışmaktadır.

Grip her yıl dünya üzerinde 500.000'den fazla insanın ölmesine neden olur. Enfeksiyonlar, tropik bölgeler dışında, her yıl kışın artan yazın azalan bir döngüde çalışır. Grip aşıları bir parça koruma sağlayabilir ancak grip virüsünün hızla evrim geçirmesi, ayaklı bir hedef haline gelmesine neden olur.

Grip virüsü solunum yollarımızdaki hücreleri istila ederek yeni virüsler yapmak adına bu hücrelerin moleküler işleyişlerini kullanıp ürerler. Bu, pek çok mutant üreten bir işlemdir. Bazı mutasyonlar tehlikelidir, virüsleri üreyemeyecekleri şekilde sakatlarlar. Bazı mutasyonlar zararsızdır. Bazıları da kendilerini kopyalayarak çok daha iyi yeni virüsler yaparlar.

Grip virüsü evrim geçirirken pek çok farklı suşa bölünür. Bir suş için etkili olan aşı diğerlerine karşı daha az bir koruma sunacaktır. Dolayısıyla aşı üreticileri her grip mevsiminde en sık görülen üç ya da dört grip suşunu karıştırarak en iyi savunmayı elde etmeye çalışmaktadırlar.

Yine de bu uygulamayla ilgili bir sorun vardır. Yeni grip mevsimi için aşı üretmek aylar sürer. Amerika Birleşik Devletleri ve Kuzey Yarımküre'deki diğer ülkelerdeki aşı üretcileri Ekim ayında başlayan grip mevsimi için üretecekleri aşıda hangi suşları kullanacaklarına Şubat ayında karar vermek zorundadırlar. Genellikle doğru tahminde bulunurlar. Ancak bazen de aşının koruyuculuk sağlamadığı bir suş beklenmedik bir biçimde ortaya çıkıp grip mevsiminin hakimi olur. Lässig şöyle diyor:

Şayet bir şeyler ters giderse binlerce hayata mal olabilir!

Lässig birkaç yıl önce gribin bu rahatsız edici evrimi üzerinde çalışmaya başladı. Tüm dikkatini hızla evrim geçirerek grip virüsünün kabuğuna saplanan hemaglütinin de denen proteinler üzerine yoğunlaştırdı. Hemaglütinin hücrelerimizdeki reseptörlere bağlanarak virüslerin işgali için bir geçiş yolu açar.

Grip olduğumuzda bağışıklık sistemimiz hemaglütinin proteininin ucuna yapışan antikorlar üreterek karşı koyar. Antikorlar virüslerin hücrelerimizi işgal etmesine engel olur ve ayrıca bağışıklık hücrelerinin de virüsleri tespit edip yok etmesini kolaylaştırır. Grip aşısı olduğumuzda aşının muhteviyatı, enfeksiyon başlamadan önce vücudumuz virüsleri yok etmeye hazır olsun diye, daha hastalanmadan antikorlarımızı uyararak bağışıklık sistemimizi harekete geçirir.

Bilim insanları 40 yıldan fazla bir zamandır grip mevsimlerinde görülen hemaglütinin genlerini sıralamışlardır. Lässig hazine değerindeki bu bilgiyi inceleyerek virüslerin evrimini izleyebilmiştir. Hemaglütinin proteininin ucundaki mutasyonların çoğunun virüslerin daha hızlı üremesine katkıda bulunduğunu, bunun da sebebinin muhtemelen antikorların üstlerine yapışmalarını zorlaştırması olduğunu bulmuştur. Bağışıklık sisteminden kaçarak kendilerinden daha fazla kopya üretebiliyorlardı.

Her grip suşu kendine özgü faydalı mutasyonlar biriktirir. Fakat Lässig virüslerin hemaglütinin genlerinde zararlı mutasyonlar da taşıdıklarını fark etti. Bu zararlı mutasyonlar hemaglütinini çok daha az istikrarlı kılarken saldırılacak hücreleri açma yeteneğini de azaltır.

Michael Lässig Almanya'da Münster Graduate School'da Evrim Sempozyumu hakkında konferans verirken. Fotoğraf: Michael Lässig'ten alınmıştır.
Michael Lässig Almanya'da Münster Graduate School'da Evrim Sempozyumu hakkında konferans verirken. Fotoğraf: Michael Lässig'ten alınmıştır.
Quanta Magazine

Lässig'in aklına bu mutasyonların yakın gelecekte hangi suşların gelişeceğini belirleyebileceği geldi. Belki çok daha faydalı mutasyonlar geçirmiş olan bir virüs insanların bağışıklık sistemine sızar. Ve yok edilmekten kurtulurlarsa kendilerinden birçok kopya yaratabilirler. Aynı şekilde, Lässig, bir virüs ne kadar çok zararlı mutasyon yaşarsa hücrelere saldırmak için de o kadar çok çabalar, şeklinde bir teori ortaya attı.

Eğer bu doğru olsaydı ne kadar faydalı, ne kadar zararlı mutasyonlar taşıdıklarına bakılarak hangi suşun daha çok, hangi suşun daha az yaygın olacağını öngörebilmek mümkün olurdu. Lässig, Columbia Üniversitesi'nden biyolog Marta Luksza ile birlikte çalışarak her bir grip suşunun evrim potansiyelini ölçecek bir yöntem buldu. Her suş, her bir faydalı mutasyon için bir puan kazanıyordu. Her bir zararlı mutasyon için ise Lässig ve Luksza bir puanı geri alıyordu.

Bilim insanları 1993 yılından beri toplanan binlerce virüs suşu numunesini incelediler. Her bir suş için belli bir yılda elde edilen skoru hesaplayıp sonra bu skoru o suşun ertesi yıl ne kadar başarılı olacağını tahmin etmek için kullandılar. Sonunda suşun büyüyeceğini ya da yok olacağını yüzde 90 gibi yüksek bir oranda doğru tahmin ettiler. Lässig, "Basit bir işlem. Fakat gayet mantıklı işliyor." diyor.

Lässig ve çalışma arkadaşları bugün gelecek tahminlerini geliştirmek için yeni yollar araştırıyorlar. Lässig, Dünya Sağlık Örgütü'nün grip aşılarına hangi suşların dahil edilmesi gerektiğine karar verirken başvurabilecekleri şekilde gelecek grip mevsimlerini öngörebilmeyi umuyor. Lässig durumu şöyle ifade ediyor:

Birkaç yıla kalmaz gerçekleşir.

Evrimsel gelecek tahmininin mücadeleye yardımcı olacağı tek hastalık grip değildir. Bakteriler de evrim geçirerek antibiyotiklere karşı hızla direnç gösteriyorlar. Bilim insanları mikropların izleyeceği yolu öngörebilseler önlem alabilecek stratejilerle ortaya çıkabilirler belki.

Gelecekle ilgili tahminde bulunmak kanserle savaşta da işe yarayabilir. Hücreler kansere dönüştüğünde kendilerine özgü bir evrim yaşarlar. Kanser hücreleri bölündükçe bazen daha hızlı büyümelerine ya da bağışıklık sisteminin dikkatinden kaçmalarına neden olan mutasyonlar edinebilirler. Tümörlerin nasıl gelişeceğini tahmin etmek ve buna uygun bir tedavi planlamak mümkün olabilir.

Lässig, evrim hakkında öngörüde bulunabilmenin gündelik hayattaki değerinin ötesinde, çok büyük önemi olduğunu da biliyor. Bu sayede evrimsel biyoloji bilimi, fizik ve kimya gibi diğer alanlara yakınlaşacaktır. Lässig evrimsel gelecek tahmini yapmanın Ay'ın hareketini tahmin etmek kadar kolay olmayacağını biliyor ama evrimin birçok açıdan öngörülebilir olduğunun ispatlanabileceğini düşünüyor.

Bir sınır olacak, ama o sınır nerede bilmiyoruz.
Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • Muhteşem! 1
  • Tebrikler! 1
  • Bilim Budur! 1
  • Mmm... Çok sapyoseksüel! 2
  • Güldürdü 0
  • İnanılmaz 1
  • Umut Verici! 0
  • Merak Uyandırıcı! 1
  • Üzücü! 0
  • Grrr... *@$# 0
  • İğrenç! 0
  • Korkutucu! 0
Kaynaklar ve İleri Okuma

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?

Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 06/12/2019 15:01:11 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/8029

İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.

Soru Sorun!

Evrim Teorisi'nin Tahmin ve Öngörü Gücü: Evrimsel Biyoloji Neden Güçlü Bir Bilim Dalıdır?

Evrim Ne Kadar Deterministtir? Evrimin Sonuçları Öngörülebilir mi?

Öğrenmeye Devam Edin!
Evrim Ağacı %100 okur destekli bir bilim platformudur. Maddi destekte bulunarak Türkiye'de modern bilimin gelişmesine güç katmak ister misiniz?
Destek Ol
Gizle
Türkiye'deki bilimseverlerin buluşma noktasına hoşgeldiniz!

Göster

Şifremi unuttum Üyelik Aktivasyonu

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close
“Düşünmeyen tutucudur. Düşünemeyen aptal... Düşünmediğine aldırmayan ise köle...”
William Drummond
Geri Bildirim Gönder