Moleküler Evrim, Sanılandan Çok Daha Hızlı Yaşanıyor. Bu, Evrimi Öngörmemizi Sağlayabilir!

Eğer yakın gelecekte, şu anda olandan çok daha iyi bir grip aşısı üretilebilirse, bunun için uyum başarısı yüksek bir maya mantarına teşekkür edebilirsiniz. Ve tabii bu mantarları gözleyen 8 bilim insanına...

Nature dergisinde yayımlanan yeni bir araştırmada, Harvard Üniversitesi'nden araştırmacılar hem organizmik ve evrimsel biyoloji sahasında yeni atılımlar yaptılar, hem de gerçek dünyada uygulaması olan bir keşfe kapı araladılar. Sözünü ettiğimiz grip aşısı, sorunu göstermek için güzel bir örnek. Hem Organizmik ve Evrimsel Biyoloji Bölümü'nde, hem de Fizik Bölümü'nde profesör olan Michael Desai, şöyle anlatıyor:

Söz konusu grip olduğunda, bir sonraki sene hangi soy hatlarının var olacağını öngörmeniz gerekir. Yoksa ürettiğiniz grip aşısı işlevsiz olacaktır. Elimizde bütün grip virüsü (influenza) soy hatlarının gen dizileri var ve evrimlerini izliyoruz. Bu durumda, geçmişte nasıl evrimleştiklerine bakarak gelecekte hangi soyun üstün geleceğini ve hangi soyun kaybedeceğini öngörebilmeniz gerekir. Sorun şu: Bu tahmini nasıl yapacağımızı bilmiyoruz.

Nature

Araştırmanın yürütüldüğü Desai Laboratuvarı için elde olan soru basitti:

Durmaksızın süregelen bir dizi mutasyon var. Peki bunlardan hangisi üstün gelecek ve kimin kazanacağına ne karar veriyor?

Desai'nin laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı olan ve Ivana Cvijović ve José I. Rojas Echenique ile birlikte araştırmanın 3 baş yazarından biri olan Alex N. Nguyen Ba şöyle anlatıyor:

Bize hep evrimin "yavaş" olduğu ve "en uyumlunun hayatta kaldığı" öğretildi. Ama görünen o ki söz konusu moleküler evrim olunca işler böyle olmuyor. Bize öğretilenden çok daha hızlı olduğunu gördük. Bu da evrimin, sanılandan çok daha karmaşık olduğunu gösteriyor.

Bu tarz bir evrimin yaşanabileceği matematiksel olarak on yıllardır öngörülüyordu. Ancak Desai'nin anlattığına göre, daha önceden yapılan laboratuvar deneyleri bu teoriyi ispatlamayı veya çürütmeyi başaramamıştı. Çünkü o deneylerde, ya çok kısa bir zaman dilimi içindeki evrimi çok yüksek çözünürlükte inceliyorlardı, ya da çok uzun sürede olan evrimi çok düşük çözünürlükte inceliyorlardı.

Nature

Desai ve ekip arkadaşları (ki içlerinde MIT'den Katherine R. Lawrence, Harvard Üniversitesi'nden Artur Rego-Costa, Stanford Üniversitesi'nden Xianan Liu ve SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'ndan Sasha F. Levy bulunuyor), bu iki farklı araştırma türünün her ikisini de hayata geçirdiler. Nguyen Ba şöyle diyor:

Biz çalışmamızda her iki tip deneyi de yaptık. Bu sayede, incelediğimiz özellikle ilgili her bir faydalı mutasyonu tek tek ayırt edebiliyoruz. Bizden önce gelenlerin aksine bizim bunu yapabilmemizin nedeni yeni geliştirilen teknolojiler. Bu sayede spesifik genomları (veya soy hatlarını) yaklaşık 1000 nesil boyunca takip edebildik.

Nature

Desai'nin laboratuvarında lisansüstü öğrencisi olan, şimdiyse Princeton Üniverstiesi'nde araştırmalarını sürdüren Cvijović ise şöyle diyor:

Teknik olarak araştırmamızı sonsuza kadar devam ettirmemiz mümkün. 1000 nesil, bizim şartlarımız altında yaklaşık 3 aylık bir süreye denk geliyor. Bu, büyük çapta değişimler görmek için yeterlidir.

Derinlemesine ve uzun dönem olan bu araştırma, "DNA'nın yeniden barkodlanması" adı verilen bir teknolojinin metodolojisindeki gelişmeler sayesinde mümkün oldu. Bu yöntemde, "barkod" adı verilen bir enzim kullanarak, spesifik bir DNA bölgesine özel bir işaretleme yapılmaktadır. Bu sayede araştırmacılar, maya mantarı DNA'sını nesiller boyunca takip edebildiler. Sonrasında araştırmacılar, yeni nesillerin soy hattını "yeniden etiketleyerek" ve "yeniden barkodlayarak", işaretlenmiş DNA'nın nasıl aktarıldığını gözlemeyi başardılar. Bu sayede nesiller geçtikçe neyin hayatta kaldığını, neyin diğerlerine üstün geldiğini görebildiler.

Nature

Bulguları arasında birkaç sürpriz var. Var olan teoriye göre "en uyumlu" olan DNA hayatta kalmalıdır; yani sonraki nesillerde en çok bu DNA formu görülmelidir. Ancak Desai'nin söylediğine göre, hayatta kalan DNA'lar konusunda "dalgalanmalar" görülmüştür. Var olan teoriler bu dalgalanmaları açıklayamamaktadır. Cvijović şöyle diyor:

Diğerlerine göre geride kalmış olan mutasyonlar ve genotipler birden ileri sıçrayarak baskın hale gelebilmektedir. İşte bu konu, gelecekteki araştırmaların konusu olacaktır. Ama söyleyebiliriz ki evrim, daha önceden düşündüğümüze göre daha karmaşıktır. Bizim deneyimizin gösterdiği şu: Sandığımızdan çok daha fazla sayıda, çok daha güçlü faydalı mutasyonlar yaşanıyor olabilir. Bu mutasyonların sağladığı fayda hem çok güçlüdür, hem de her bir mutasyon birbirinden farklı faydalar sağlamaktadır.