Neden 5 Parmağımız Var?

Evrimsel biyoloji dahilinde homoloji, atasal bir türün özelliklerinin torun türlerde de bulunması anlamına gelir. Aslında daha teknik tanımı, bunun tersinden yapılır: türlerdeki benzer karakterlerin, ortak atalardan miras alınması durumudur. Fakat atadan toruna doğru düşünmek daha kolaydır. Örneğin yarasalar ile kuşlar kanatlarını ortak bir atadan almamışlardır. Yarasalar ile kuşların ortak atası kabaca 296 milyon yıl önce yaşamıştır ve bu ortak ata, dinozorlardan bile önce yaşamış, kanatları olmayan, uçamayan bir ortak atadır. Dolayısıyla bu iki grubun kanat yapısı homolog değildir. Öte yandan kargalar ile serçelerin ortak atası 44.1 milyon yıl önce yaşamış bir başka atasal kuş türüdür. Onun da kanatları vardır; dolayısıyla torunlarına kendisininkine benzer (ancak tabii ki evrimsel süreçte farklılaşmış) kanatlar bırakmıştır. Dolayısıyla bu iki kanat yapısı, homolog organlardır.

Peki ya parmak sayısı? Neden çok sayıda canlıda 5 parmak bulunur? Neden 4 ya da 6 değil? Aslında ilk olarak şu "çok sayıda canlı" tanımlanmalıdır. Çok sayıda canlıda 5 parmak bulunuyor gibi gelmesi, canlılığa dair halk olarak çok az bilgiye sahip olmamızdır. Aslında 5-parmaklı uzuv yapısı çeneli omurgalı hayvanların sadece belirli bir alt grubunda görülür. Bu alt-grupta amfibiler (kurbalağalar, semenderler, vb.) ile amniyotlar (kuşlar, memeliler ve sürüngenler) bulunur. Bu alt-grupta toplamda 27400 civarında tür bulunmaktadır.. Bu, tüm ökaryotik (gelişmiş hücre yapısına sahip) türlerin %0.3 civarına eşittir. Tüm Hayvanlar Alemi'nin ise %0.4 civarına eşittir. Dolayısıyla "canlılığın çoğu" derken ne kast ettiğimiz iyi anlaşılmalıdır.

Homoloji, parmak sayısının nedenini büyük oranda vermektedir. Yapılan araştırmalar, bu çeneli omurgalıların 5-parmak taşıyan alt grubunun yaklaşık 340 milyon yıl kadar önce, Alt Karbonifer Periyodu denen jeolojik zamanda yaşamış bir ortak atayı paylaştıklarını göstermektedir. Ancak bundan gerisine gittiğimizde, yine 4 uzuvlu (2 kol benzeri, 2 bacak benzeri üye) hayvanlarda 6, 7 ve hatta 8 parmak yapısına rastlanmaktadır! Dolayısıyla 360 milyon yıl kadar önce, parmak yapıları ilk evrimleşirken, geniş bir çeşitlilik söz konusudur. Bunlardan 5 parmaklılar seçilerek günümüze kadar ulaşmayı başarmıştır. Yukarıda saydığımız tüm hayvan grupları (ki insan da buna dahildir), bu evrimsel avantaja sahip 5 parmaklı ortak atanın soyundan geldiği için, 5-parmak yapısını miras almıştır. İşte bu, homolojidir.

Peki neden 5 parmak? Buna dair de evrimsel ve paleontolojik analizler bazı bilgiler vermektedir. Fosil tarihinde ne zaman 5 parmak sayısından sapma görülse, bu canlılar neredeyse istisnasız olarak her zaman sucul (sularda yaşayan) hayvanlar olmaktadır. Ancak karasal hayvanlarda neredeyse her zaman 5-parmak yapısı görülmektedir. Şu anda baskın olan hipotez, 5 parmağın vücudu yerden kaldırmak ve ileriye ittirmek için fiziksel kuvvetler açısından oldukça verimli olduğu yönündedir. Dolayısıyla bu düzen, kendisinden önce gelen çok daha geniş bir çeşitlilik arasından seçilerek günümüze kadar ulaşmıştır. Ancak bazı soyu tükenmiş denizel sürüngenlerde (ichtyosaurlar), pentadaktili (5-parmaklılık) durumundan sapılarak hekzadaktili (6-parmaklılık) veya oktodaktili (8-parmaklılık) evrimleşmiştir. Bu canlıların soyu, 65 milyon yıl önce dinozorlarla birlikte tükenmiştir.

Peki 5 parmaklı olmanın gerçekten avantajlı olduğu, doğrudan canlılar üzerinde yapılan biyomekanik analizlerle doğrulanmış mıdır? Henüz değil. Ne yazık ki günümüzde 6, 7 ya da 8 parmaklı canlılar bulmak imkansıza yakındır, dolayısıyla incelemek de mümkün olmamaktadır. Her ne kadar çoğu zaman bir uzvu yitirmek, yeni bir uzvu kazanmaya göre evrimsel açıdan çok daha kolay olsa da, günümüzde 6. parmak benzeri yapıların evrimleşme sürecinde olduğu canlılar görmek mümkündür: pandaların başparmakları ve köstebeklerin pençeleri, 6. parmak gibi görev alabilen, özelleşme/evrimleşme sürecinde olan parmak-benzeri yapılara sahiptirler. Bunlar üzerinde ilerleyen dönemde araştırmalar yapmak ve cevaplara ulaşmak mümkün olabilecektir.

Peki ya bilgisayar modelleri? Simülasyonlar? Robotik? Evet, bu alanlarda araştırmalar yapılmıştır. Robotlar üzerinde yapılan çalışmalar, 3 boyutlu ve kütleçekimsiz uzayda cisimleri manipüle etmek (değiştirmek, hareket ettirmek, vs.) için sadece 4 parmağın yeterli olduğunu göstermektedir. Ancak kütleçekimin de etkisi devreye girince, 5. bir parmağın dengeleyici görev görebileceği de gösterilmiştir. Bu nedenle biyomekanik olarak 5-parmak düzeninin avantajlı olduğu düşünülmektedir. Bu konuda araştırmalar devam ediyor olsa da, geometrik ve robotik analizler umut vaadetmektedir.

Son olarak, genetik ve evrim ne diyor? Parmaklarımızın sayısını belirleyen HOX genlerinin çok yüksek "pleyotropi" değerlerine sahip olduğu düşünülmektedir. Pleyotropi (pleiotropy), bir genin birden fazla özelliği etkilemesi durumudur. Dolayısıyla, evrimsel süreçte çeşitli mutasyonlar nedeniyle atasal karakter olan 5 parmaklılıktan sapılırsa, bu gendeki değişim diğer birçok sorunu da tetiklemektedir. Bu nedenle evrimsel süreçte bir defa 5 parmaklılık sabitlendikten sonra, tüm torunlarda evrimsel süreç tarafından sıkıca korunmuştur. 

2016'nın Ağustos ayında Dr. Neil Shubin ve ekibi, yüzgeçlerin ve parmakların oluşumunda iki genin, hoxa13 ve hoxd13, etkili olduğunu bulmuştur. Institut de Recherches Cliniques de Montréal Genetik ve Gelişim Araştırma Ünitesi direktörü ve Montreal Üniversitesi Tıp Fakültesi’nde doçant olan Dr. Marie Kmita şöyle söylüyor: 

Gelişim sırasında, farelerde ve insanlarda, hoxa11 ve hoxa13 genleri farklı eklem tomurcuklarında aktive edilirken, balıklarda bu genler gelişen yüzgecin örtüşen bölgelerinde aktive ediliyorlar.

Unutmamak gerekiyor ki, genetik mutasyonlar nedeniyle 6 parmaklı insanlar da sıklıkla görülmektedir; hatta bunlar arasından işlevsel özelliklere sahip 6-parmaklılık bile görülmektedir! Dolayısıyla gelecekte 5-parmak düzeninden evrimsel olarak sapma ihtimali bulunmaktadır; ancak bu olasılık düşüktür ve bu nedenle seçilim süreci, 5-parmak düzenini korumaya meyillidir. Ancak çok güçlü bir seçilimsel baskının doğması, 6-parmak düzenini avantajlı konuma geçirebilir ve hızlı bir değişim görülebilir. Pandalarda ve köstebeklerde gördüğümüz budur.