Modern İnsanlar, Diğer Türlerle Ne Zaman Çiftleşti? Bu Çiftleşmeler Türümüze Neler Kattı?

Tarih öncesi insan türlerinin çiftleşmeleri konusu, gün geçtikçe daha ilginç bir hal almaya devam ediyor. Yakın zamanda bulunan 1. nesil Neandertal-Denisovan melezi, bize bu alanın ne kadar yeni olduğunu ve antik DNA çalışmalarıyla öğrenebileceğimiz daha birçok şeyin bizi beklediğini gösterdi.

İnsan evrimi sürecinde yaşanan, doğada örneklerine sıklıkla rastladığımız birçok durum, diğer canlılardan örnekler verilerek açıklanmadığı sürece, insanın hayatta kalması için gerçekleşen "mistik" veya oldukça özel olaylarmış gibi algılanabiliyor. İnsanın evrim sürecinin kendine özgü ve bir bakıma eşsiz olduğunu kabul ederken, aslında her canlının evrim sürecinin eşsiz olduğunu ve evrimsel mekanizmaların her canlı için neredeyse aynı şekilde işlediğini göz önüne almamız gerekiyor. Bu yüzden insanlardaki adaptif introgresyon (ya da gen sızması: bir türden diğer bir türün gen havuzuna gen aktarımı) örneklerinden bahsetmeden önce, yazıya benzer bir durumun yaşandığı büyük kedilerden bir örnekle başlamakta yarar var.

2017 yılında Henrique Figueiró önderliğinde yayınlanan çalışma bize büyük kedilerin evrim sürecindeki birbirleri arasında yaşanan introgresyon sinyallerini gösterdi. Aşağıdaki görselleştirildiği üzere, genomları incelenen 5 büyük kedinin ortak atadan ayrıldıktan sonra birbirleriyle birçok kez çiftleştiklerine dair genetik kanıtlara rastlandı.

(Figueiró et al. 2017)

Daha önceki çalışmaların da gösterdiği gibi, bu tür çiftleşmeler sonrası bir türün gen havuzuna aktarılan genler, negatif veya pozitif seçilim baskısı altında kalabilir veya nötral evrim mekanizmalarının etkisi altında kalabilir. Figueiró'nun çalışması ise bize aslanlar ve jaguarlar arasında yaşanan çiftleşme sonrasında, göz sinirlerinin gelişimini kontrol eden iki aslan geninin jaguar popülasyonunda pozitif seçilime uğradığını gösterdi. Jaguarların evrim sürecinde aslana ait olan bu genler, jaguar genlerinin yerini almış görünüyor.

(Figueiró et al. 2017)

Bu tür yoğun bir pozitif seçilim baskısı, aslan genlerinin, jaguarın çevrelerine adaptasyonunda oldukça önemli bir role sahip olduğunu gösteriyor.

Büyük kediler örneğinde olduğu gibi modern insanların da hem Neandertallerle, hem de Denisovanlarla çiftleşmiş olduklarını, bu türlere ait genleri hala taşıyor olduklarını biliyoruz. 2017 yılında yapılan bir çalışma Sahra altı Afrikalılarının da henüz belirlenemeyen bir insan türüyle çiftleşmiş olduğuna dair kanıtlar sunuyor (en yakın aday ise Homo naledi).

Tarihöncesi çiftleşmelerin karmaşık tarihi

Her ne kadar, bu çiftleşmelerin gerçekleştiğini bilsek de, ne zaman ve nerede oldukları soruları üzerinde bilim insanları önemli miktarda çaba harcamaktalar.

Karmaşık tarihten bahsetmeye Rogers ve arkadaşlarının 2019 yılında yayınladıkları, daha önce yayınlanmış genomları bilgisayar ortamında analiz ederek, tarih öncesi çiftleşmelere dair sinyaller aradıkları çalışmalarının önemli sonuçlarına değinerek başlayabiliriz. Bunlar:

• Neanderthal ve Denisovanların ortak ataları, diğer insan türlerinden yaklaşık 2 milyon yıl önce ayrılmış olan (olası adaylar: Homo erectus veya Homo habilis) uzak bir akraba insan türüyle çiftleştiler.
• Denisovanlar, Neandertallerden ayrıldıktan sonra uzak akraba bir türle çiftleştiler ve mitokondriyal DNA'larını onlardan miras aldılar.
• Neandertaller ve Denisovanlar, Orta Pleistosen Dönem'de ayrıldılar. Ataları önemli bir darboğaz dönemini atlattılar.
• Neandertal popülasyonu önce oldukça genişken, daha sonra küçülmeye başladı.
• Neandertaller, ayrıca modern insanların atalarıyla da çiftleştiler.

Posth ve arkadaşlarının 2017 yılında yayınladıkları çalışma, Neandertaller ve modern insanlar arasında yaşanan çiftleşmelerin geçmişine dair ipuçları sunuyor. Almanya'daki Hohlenstein–Stadel Mağarası'nda bulunan bir Neandertal femuru üzerinde yapılan anallizler, femurun ait olduğu Neandertal'in mtDNA'sının diğer Neandertallerden 270 bin yıl önce ayrıldığını ve Afrika'daki modern insan (ya da ataları) popülasyonlarından gen akışı kanıtları taşıdığını ortaya koydu. Bu da bu iki tür arasındaki çiftleşmelerin 270 bin yıldan daha önce bir dönemde başlamış olabileceğini gösterdi.

Peki bu genlerin bizlere yararı oldu mu?

Son çalışmalar gösteriyor ki, türler arası çiftleşme evrim için çok önemli bir rol oynuyor ve biyolojik evrimin en önemli gerekliliklerinden biri olan çeşitliliği artırması açısından avantaj sağlıyor. Daha fazla çeşitliliğe sahip popülasyonların çevreye adapte olma olasılıkları da artmış oluyor. Tarihöncesi Avrasyalılar (daha sonra dünyanın kalan bölgelerine yayılan insanların ataları) için yaşanan aslında tam olarak bu.

Neandertallerden ve Denisovanlardan miras aldığımız birçok genin aslında, Afrika'dan çıkış sonrası tamamiyle yabancı olduğumuz yeni çevreye adaptasyonda yararlı olduğunu keşfediyoruz -ve aynı zamanda zararlı olanların da elendiğini.

2016 yılında yapılan bir çalışma arkaik insan türlerinden bize kalan genler üzerinde negatif ve pozitif seçilim izlerine rastlandığını, bazı genlerin ise lokal adaptasyonlarla ilgili olduğunu gösterdi.

Denisovanlardan bize geçen genler, henüz Neandertallerden geçenler kadar iyi araştırılmamış olsa da, 2014 yılında Huerta-Sánchez önderliğinde yapılan bir çalışma Tibetlilerin deniz seviyesinden oldukça yüksek olan bölgelerde yaşamaya ilişkin adaptasyonlarının, Denisovanlardan miras kalan genlerin de yardımıyla olduğunu gösteriyor. Ayrıca 2015 yılında yapılan bir diğer araştırma, Denisovan genlerinin patojenlere karşı savunmaya yardımcı olduğunu gösteriyor.

Denisovanlar hakkında hala çok kapsamlı bilgiye sahip değiliz. Ama bu tarihöncesi insan türüne/grubuna dair bilgilerimiz hızla artıyor!

Neandertallere gelirsek, bu tarih öncesi insan türünden miras kalan genlerin, modern insan genomlarında rastgele bir şekilde dağılmadığını, bazı bölgelerde sık, bazı bölgelerde daha az olduğunu görüyoruz. Sriram Sankararaman (2014) önderliğinde yapılan çalışma, Neandertal genlerinin de negatif ve pozitif seçilim baskısı altında olduğunu gösteriyor. Pozitif seçilim baskısına uğrayan genler ise Afrika dışındaki ortama adaptasyon açısından atalarımıza yarar sağlamış gibi görünüyor.

Hélène Quach (2016) ve Matthieu Deschamps (2016) önderliğindeki ekiplerce yapılan çalışmalar, modern insanlardaki Neandertal gen varyantlarının hem patojenlere karşı savunma hem de immün cevap (ya da bağışıklık yanıtı) ile ilgili olduğunu ortaya koydu.

Arizona Üniversitesinden David Enard ve Stanford Üniversitesinden Dmitri Petrov, 2018 yılında yayınlanan çalışmalarında modern insanların genomlarındaki virüslerle etkileşim içerisinde olan bölgeleri incelediler ve virüslerle savaşan bölgelerde, diğer bölgelere göre daha fazla Neandertal DNA'sının bulunduğunu gösterdiler.

David Enard ve ark., 2018

Peki hem Denisovan, hem de Neandertal gen varyantlarından, patojenlere karşı savunma ve bağışıklık sistemiyle ilgili olanların yoğun seçilimi ne anlama geliyor?

Kısaca, yeni ortam, yeni bir çevre; yepyeni ve daha önce hiç karşılaşılmamış birçok hastalık da demek. Belki modern insanların genetik çeşitliliği de bu tür adaptasyonların gerçekleşmesini sağlayabilirdi, fakat yine de oldukça büyük kayıplara, ve bu adaptasyonların gerçekleşmemesi durumunda ise Afrika dışına çıkan insanların tamamen soylarının tükenmesine bile yol açabilirdi. Fakat antik insan türleriyle, daha önceden bu hastalıkları görmüş, yaşamış ve adapte olmuş popülasyonların bireyleriyle çiftleşerek bu genleri elde etmek, belki de modern insanın tarihindeki en önemli olaylardan sayılabilir.

Bağışıklık sistemi dışında da birçok işlevi bilinen Neandertal gen varyantlarına sahibiz, bunlardan bazıları lipit katabolizması, saç ve deri rengi, boy uzunluğu, uyuma düzeni gibi özelliklerle ilgili. Bunun yanında işlevini bilmediğimiz de birçok gene sahibiz.

Bilim insanları henüz işlevlerini bilmediğimiz genler üzerindeki seçilim baskılarını da genomlara bakarak tespit edebiliyorlar. Ivan Juric (2016) önderliğinde yapılan çalışma, özellikle bazı Neandertal genlerinin oldukça güçlü negatif seçilim baskısı altında olduklarını ve modern insan genomlarından bir nevi atılma eğiliminde olduklarını gösteriyor. Bu da aslında negatif seçilimle miktarda azalma olmasa daha fazla Neandertal genine sahip olabileceğimizi düşündürüyor.

Sonuç olarak, atalarımızın tarih öncesi insan türleriyle çiftleşmiş olması, bizi şekillendirmiş ve yeni çevrelere adapte olmamızı sağlamıştır.

Antik DNA çalışmalarının belki de en önemli zamanlarını yaşıyoruz ve ileride bu konuda öğrenecek çok fazla şeyimiz var. Oldukça heyecan verici!