Evrimde Genlere Yeni Bilgi Nasıl Eklenir?

Moleküler evrimsel biyoloji biyolojinin en ilginç çalışma alanlarından birisi, genlerin nasıl evrimleştiğidir. Çünkü bir canlının özelliklerini belirleyen şeyler genlerdir ve genlerde meydana gelen değişimler çeşitliliği yaratır. Sonrasında, bu çeşitlilik içerisinden en uyumlular hayatta kalır, diğerleri ise elenir. Hayatta kalanlar üredikçe, kendilerini farklı ve diğerlerinden avantajlı kılan o "değişmiş" genleri de gelecek nesillere aktarırlar. Böylece her yeni nesilde etrafa uyum sağlama şansını arttıran genlerin miktarı popülasyon içerisinde artar. 

Fakat halihazırda elimizde bulunan bir genetik koda yepyeni bir bilginin nasıl eklenebileceği, evrimsel biyolojiye ve moleküler biyolojiye çok hakim olmayan kişiler için ilk etapta kafa karıştırıcı bir soru gibi gelebilir. Aslında konunun özü oldukça basittir ve günümüzde detayları son derece iyi bilinmektedir. Fakat bu konuyu daha iyi anlayabilmek için, bir uyarıda bulunmamız gerekiyor: Genlerimiz içerisindeki bilgileri LEGO parçaları gibi (veya görseldeki gösterilene benzer bir yapboz gibi) düşünmek pek doğru değildir. Çoğu insan böyle düşündüğü için hata yapar.

Yepyeni bir LEGO parçasının, diğer LEGO parçalarından oluşması mümkün değildir. Çünkü LEGO'nun parçaları inorganik malzemelerden yapılır ve kimyasal özellikleri farklıdır. Genlerimiz ise organik yapılıdır ve dolayısıyla özellikleri, davranışları, kapasitesi bambaşkadır. Her ne kadar bir LEGO parçası, bir diğer LEGO parçasına asla dönüşemese de; bir gen parçası, yepyeni bir gen parçasına dönüşebilir. Hatta bununla da kalmaz, o gen parçası aslında bir proteini kodluyor olabileceği için, genleri barındıran canlıya bambaşka bir özellik de kazandırabilir! Tabii evrimsel süreçte genellikle bu değişimler küçük adımlarla olur; birden ve büyük sıçramalarla olmaz. Fakat genleri düşünürken, katı ve iyi tanımlanmış LEGO parçaları yerine, esnek, değişken ve parçacıklı (modüler) yapıda olduklarını düşünmek faydalı olabilecektir. 

Bu şekilde düşünecek olduğumuzda, genlere "bilgi ekleme" işinin her zaman "daha fazla gen eklenmesi" anlamına gelmediği hemen fark edilecektir. Bir genin değişmesi, o genin başka genlerle birlikte ürettiği proteinlerin yapısını değiştirebilir. O proteinin değişimi ise, canlının davranışlarını, özelliklerini, genel görünümünü değiştirebilir. Genin yeri veya içerisindeki nükleotit sayısı değişmemiştir; fakat içerisindeki nükleotitlerden birinin mutasyona uğrayıp bir diğer nükleotide dönüşmesi, yepyeni bir özelliği doğurabilmektedir. Bu nedenle genlerimize bilgi akışı, illa fazladan gen ekleme ile olmak zorunda değildir, bu önemli bir noktadır. Hatta aslına bakacak olursanız, kimi zaman meydana gelen silinme tipi mutasyonlar bile DNA'mıza bilgi ekleyebilir!

Örneğin CCR5 geni üzerinde meydana gelen ve 32 nükleotitin silinmesine neden olan bir mutasyon, o geni taşıyan bireylere AIDS hastalığının mikrobu olan HIV'ye direnç kazanmalarını sağlar. Yani genin bir parçasının silinmesi, o canlıya daha önceden sahip olmadığı bir özelliği (bir bakıma "bilgiyi") ekler. Bu konuyu, buradaki soru-cevap yazımızda da kısaca işlemiştik, daha fazla bilgi almak için göz atabilirsiniz.

Çoğu zaman mutasyonlar değişme tipi ya da silinme tipi olduğu için, genomlarımızın sürekli kısalması gerektiği düşünülmüştür. Ancak sonradan yapılan araştırmalar, daha nadir olsa da, çoklanma tipi mutasyonların meydana geldiklerinde, büyük gen gruplarını hep birlikte çoğaltarak genlerimizin miktarının azalışını dengelediğini göstermektedir. Buradaki yazımızda da ele aldığımız gibi, hem Hayvanlar Alemi'nde, hem de diğer canlı gruplarında sadece genler değil, bütün genomların kopyalanıp çoğalabildiği görülmüştür. Evrim tarihinin çeşitli noktalarında canlıların genomları, katlanarak çoğalmıştır. 

Bu çoğalmanın önemi, evrimsel sürece üzerine etki edebileceği malzeme sunuyor olmasıdır. Her ne kadar LEGO gibi düşünmeyin demiş olsak da, eğer o analojiye sadık kalınacak olursa, bunu şöyle düşünebilirsiniz: Elinizde 1 adet LEGO seti varsa yapabilecekleriniz kısıtlıyken, 2 adet LEGO seti varken yapabilecekleriniz çok daha sınırsızdır. Evrimde de böyledir. Genom içerisinde ne kadar çok malzeme varsa, evrimsel süreçte o canlının edinebileceği özellikler o kadar çeşitli olabilir. Buna rağmen bitkilerin ve basit yapılı mikroskobik canlıların, örneğin insan gibi daha "karmaşık" yapılı canlılardan daha büyük genomlara sahip olması ilk etapta şaşırtıcı gelebilir. Fakat yapılan incelemeler, bitkilerin de, mikroskobik canlıların da, hayvanlara kıyasla çok daha zor ve çetin ortamlara, çok daha uzun zamandır (milyarlarca yıldır) adapte olmak zorunda kaldığını göstermektedir. Bu nedenle genomlarının daha iri olması mantıklıdır. Dahası, bu canlılar daha basit yapılı oldukları için, genom çoklanmasının neden olduğu sorunlarla daha kolay baş edebilirler.

Moleküler evrim tarihinin bu açıdan bakıldığında ilginç örneklerinden biri, dolaşım sistemlerimiz içerisinde dokularımıza oksijen taşıyan hemoglobin molekülünün evrimidir. Hemoglobin, günümüzden 450 milyon yıl kadar önce, omurgalı hayvanların ilk atalarında evrimleşmiştir. Omurgasız hayvanlarda ise daha basit yapılı olan miyoglobin bulunur. Hemoglobin ve miyoglobinin ortak atası, ikisinden de daha basit yapılı bir diğer globin molekülüdür.

Douglas Futuyma

Dikkat edilecek olursa, hemoglobin 2 farklı gruptan oluşur: α zinciri ve β zinciri. Bu iki zincir, iki ayrı gene sahiptir. Evrim tarihini genetik yöntemler kullanarak incelediğimizde, bu iki zincirin genlerinin ortak atada meydana gelen bir çoklanma sonucunda ortaya çıktığı görülmektedir. Bu çoklanma, çeneye sahip erken bir omurgalı hayvanda meydana gelmiştir. Sonrasında bu canlıdan evrimleşen tüm omurgalılarda, bu çift gen yapısı korunmuştur. Çoklanma sonrasında oluşan gen kopyalarından birisi farklılaşarak α zincirini, diğeri farklı bir yönde evrimleşerek β zincirini oluşturmuştur. Bu zincirler ortak bir atanın torunlarıdır ve günümüzdeki birçok canlıda bir arada bulunurlar.

Hatta evrim sadece bu iki zinciri oluşturma noktasında da durmamıştır. Görseldeki evrim ağacını daha detaylı incelediğimizde, günümüze yaklaştıkça (ağacın kökünden, dallarına doğru ilerledikçe) daha da fazla çatallanma görmekteyiz. Dikkat edilecek olursa, hem α geni hem de β geni kendi içerisinde en az 5'er dala ayrılmıştır. Bunların her biri çoklanma tipi mutasyonlarla olmuştur. Bu kopyalardan her biri farklılaştığı için, farklı yapılı hemoglobinler evrimleşmiştir. Hatta bu kopyalar kimi zaman işlevsiz hale gelerek körelmiş ve sahte genlere dönüşmüştür. Bugün bilim insanları, bu farklı moleküllere ve onları üreten genlere bakarak, evrim tarihini aydınlatabilmektedirler.