Atavizm ve Geri Evrim: Türler Atasal Özelliklerini Nasıl Yeniden Kazanıyor?

İnsanların kuyrukları yoktur. Ciddiyiz! Ancak "kuyruk yapmak için gereken" nedir, hiç düşündünüz mü? Bir takım genler! Eğer insanlarda fiziksel olarak bir kuyruk yoksa, neden "kuyruk yapmak için gereken" genetik araçların neredeyse tümüne sahiptirler? Bir diğer örnek kanatlı dostlarımızdan gelir: Tavukların dişleri yoktur ama dişlere ait genleri vardır! İyi ama neden? Tüm bunların sebebi ne?

Elbette ki yanıtı sadece evrimsel biyoloji verebiliyor. Evrimsel biyoloji dahilinde kullanılan terimlerden biri olan atavizm (ataya geri dönüş) sayesinde, tüm bunları açıklayabiliyoruz. Üstelik genomlarımız, evrimsel tarihimize ait birer arşiv kaydı görevi görüyorlar ve bize geçmişin sırlarını aralıyorlar. Bu makalemizde sizlerle bu tür atavist özelliklerin sadece 2 tanesine bakacağız ve evrime dair genlerimizde neler bulabileceğimizi göreceğiz.

Bahsedildiği gibi tavukların dişleri, insanların kuyrukları yoktur. Araştırmacılar bizlerin bir kuyruğu üretmek için gerekenlere sahip olduğumuzu, tavukların da bir diş serisi üretebilmek için gereken genlere sahip olduğunu ortaya koyuyorlar. Ancak yalnızca çok nadir durumlarda bu özellikler kendilerini fenotipte (fiziksel özelliklerde) gösteriyorlar. Bu fenomene "atavizm" adı veriliyor; yani evrimsel süreçte yitirilen özelliklerin yeniden ortaya çıkması... Genlerimiz bizim kim olduğumuzu belirleyen yegane unsurlar değiller, ama atavizm sayesinde evrimsel geçmişimizi bizlere hatırlatabilecek ve hatta öğretebilecek araçlar haline gelirler.

Burada sözü ettiğimiz değişimler, yeni mutasyonların seçilim baskısı altında seçilmesiyle ortaya çıkmazlar; yani birer evrimsel adaptasyon değildirler. Benzer şekilde, atavistik özellikler herhangi, rastgele bir gende meydana gelen bir mutasyon sonucu oluşan mutant proteinler nedeniyle ortaya çıkan özellikler de değildir. Bir diğer deyişle atavistik özellikler, varyasyon olarak ortaya çıkan yeni özellikler değildir! Atavistik özellikler, türün evrimsel geçmişinde belli bir zaman diliminde var olan; ancak sonradan körelerek yok olmuş özelliklerin yeniden ortaya çıkmasıdır. Giderek artan deneysel veriler gösteriyor ki atavistik özellikler belirli bazı genlerin nasıl, nerede ve ne zaman ifade edildiğine bağlı olarak ortaya çıkmaktadır. Yani atavistik bir özelliğin ortaya çıkışı yeni genlerin belirmesi ve var olanların yok olmasıyla doğrudan ilgili değil; daha ziyade genlerin okunmalarıyla ve onlardan üretilen proteinlerle ilgilidir.

Tavuklarda Diş Örnekleri

Her ne kadar kuşlar dişlerini 80-60 milyon yıl önce arasında tamamen yitirmiş olsalar da, birçok araştırma kuşlarda bulunan ve normalde dişlerin üretilmesini sağlayacak olan dokuların halen bu potansiyele sahip olduklarını gösteriyor. Örneğin 1821 yılında bu konudaki araştırmalarını yürütmüş olan Geoffrey St. Hilaire, bazı kuş embriyolarında diş gelişimi olduğunu raporlayan ilk bilim insanlarındandır; ancak çağdaşları araştırmalarını hatalı bularak reddetmişlerdir. O zamandan bugüne birçok araştırmacı, tavuklarda halen odontogeneze (diş oluşumuna) neden olan genlerin varlığına yönelik çok sayıda moleküler kanıta ulaşmışlardır.

Bu sonuca ulaşmaya yönelik en önemli adımlardan biri, araştırmacıların tavuk çenelerini, diş gelişimini tetikleyen bazı proteinlere maruz bırakmasıyla atılmış oldu. Sonuç olarak, 2000 senesinde yapılan bir araştırmada diş benzeri yapılar oluştu ve dişlere özgü diğer işaretleyiciler de tavuklarda tespit edilebildi. Bu araştırmalar, dişin oluşmasını sağlayacak sinyalin deneysel olarak verilmiş olmasından ötürü "yapay" olarak görülmektedir; buna rağmen, belirli şartlar sağlandığında tavukların çenelerinin gerçekten de dişler üretebildiğini göstermesi açısından önemlidir.

Bu keşfe rağmen, 2006 yılına gelene kadar halen dış tetikleyiciler olmadan tavukların diş üretebileceğini kimse gösterememişti. Bu durum 2006 senesinde, o zamanlar bir lisansüstü öğrencisi olan Matthew Harris ve akademik danışmanı Dr. John Fallon tarafından yapılan bir araştırmayla kökünden değişti. Bu iki araştırmacı, belli tür otozomal (vücut hücrelerine ait) çekinik mutasyona sahip tavukları içeren bir çalışma yürüttüler. Bu tavuklar, "ta2" kısaltmasıyla bilinen erken diş gelişimine ait izler gösteriyorlardı. Bu yüzden bu tür tavukları tanımlamak için onlara ta2 diyeceğiz.

Araştırmacılar bunu doğrulamak için pozitif bir kontrol grubuna ihtiyaç duyuyorlardı, böylece tavukların dişlerini, ona yakın akraba olan ve normal şekilde diş üretebilen bir diğer hayvanınkilerle kıyaslayabileceklerdi. Tipik olarak mutant olmayan veya "vahşi tip" olarak bilinen fenotipler, bu tür gen mutasyonu deneylerinde iyi birer kontrol grubudurlar. Vahşi tipleri, basit olarak, hiçbir müdahaleye maruz bırakılmayan, bu durumda "normal tavuk" olarak düşünebilirsiniz. Ancak hemen dikkatinizi çekebileceği gibi, sorun hiçbir vahşi tavuk popülasyonunda dişlerin üretilmiyor oluşudur; zaten araştırılan da budur.

Dolayısıyla Harris ve Fallon, dişler olduğuna inandıkları yapıları üreten ta2 tavuklarını, vahşi tipten sonra olabilecek en iyi adayla kıyaslamak zorundaydılar: tavukların en yakın akrabası olup da halen dişleri olan bir hayvanla... Dişlerin en yakın akrabaları arkozorlar grubundan olmalıdır; ki günümüzde bu en yakın akraba, timsahlardır. Evet, bildiğimiz timsahlar!

Unutmamak gerekir ki kuşlar, doğrudan doğruya dinozorlardan evrimleşmiştir; bir diğer deyişle hayatta kalabilmiş nadir "dinozor akrabası" soy hatlarından biridir. Bir diğeri ise timsahlardır. Kuşlar da, timsahlar da muhtemelen dinozorların evriminin çok erken basamaklarında onlardan ayrılarak var oldular ve bugünlere kadar ulaşabildiler; ancak soyu tükenmiş akrabalarıyla olan genetik ve fenotipik benzerlikleri halen sürmektedir.

İşte bu sebeple araştırmacılar bazı biyoişaretleyiciler kullanarak vahşi tip tavukların, ta2 mutantı olan tavukların ve timsahların embriyolarını işaretlediler. Araştırmanın sonucunda ta2 mutantlarının ağız boşluğunun gelişimsel oluşumu, daha yakın akrabaları olması beklenen, neredeyse kardeşleri konumunda olan vahşi tip tavuklara kıyasla timsahlara çok daha yakındı!

Dolayısıyla bu sonuçlar, bir tavukların ağızlarının içerisinde dişlerini oluşturmayı sağlayacak yapbozun tüm genetik parçalarının orada olduğunu göstermiş oldu. Fakat evrimsel süreç içerisinde, son 80 milyon yılda bu parçalar başka yönlere doğru değişmişlerdi.

Atavizm ve İnsan Kuyrukları

ta2 tavuklarında gördüğümüz gibi atavizmin gerçek örnekleri türler arasındaki ortak ataya işaret eden delillerdir. Söz konusu insanlar olduğunda, böylesi bir atalık ilişkisini gösteren en çarpıcı örnek kuyruklarımızdır. İnsanların kuyruklarla doğduğu birçok örnek tıp literatüründe bulunmaktadır ve "İnsan Kuyruğu: Kuyruklarımızı Ne Zaman, Ne İçin, Nasıl Kaybettik?" başlıklı makalemizde detaylarını işlemiştik. Ancak orada da belirttiğimiz gibi sorun, bu oluşumların gerçekten birer kuyruk olup olmadığıdır ve bu sıklıkla tartışmaların gündeminde yer alır. Bazı durumlarda bu oluşumlar "sahte kuyruk" olarak bilinirler. Bir diğer deyişle şans eseri bireylerin kuyruk kemiği etrafında yer alan hatalı oluşumlardır. Gerçek kuyruklarsa, embriyonun ana karnındaki gelişimi sırasında meydana gelen spesifik tip hataların sonucudur.

Bu hatayı anlayabilmek için, öncelikle insanların ana rahmi içerisinde kısa bir süreliğine aslında kuyruklara sahip olduğu gerçeğini tekrardan vurgulamamız ve anlamamız gerekmektedir. Daha belirgin olarak, normal gelişim içerisinde bazı embriyo hücreleri bir kuyruğu oluşturmak üzere değişirler; ancak sonrasında apoptosis adı verilen programlı hücre ölümüyle yok edilirler.

1994 yılında yürütülen bir araştırmada bilim insanları Wnt-3a adı verilen bir genin, kuyruk oluşumu ve yok edilişi sürecini kontrol eden ana gen olduğunu tespit ettiler (en azından farelerde). Araştırmacılar aynı zamanda insanlarda da gerçekten Wnt-3a geninin eksiksiz bir halde bulunduğunu doğruladılar. Sonrasında ise bazı diğer genlerin de kuyruk oluşumunda görev aldığı tespit edildi. Gen kontrolü (regülasyonu) denen bir süreç sayesinde bu genler gelişimin farklı yerlerinde ve farklı zamanlarında kuyruğun oluşumu sürecinde görev almaktadır. Eğer ki normalde kuyruklu olan bir canlıdan söz ediyorsak, bu kontrol işlemi sayesinde yavrular normal şekilde kuyruklarla doğmaktadır. Fakat normalde kuyruğu olmayan, ancak kuyruklu canlılarla yakın ortak ataları paylaşan türlerde eğer ki bu genetik kontrol işlemi ters giderse, her ne kadar nadir olsa da bireyler gerçek bir kuyrukla doğabilmektedirler.

Gen Kontrolündeki Hatalar "Kaybedilmiş" Özellikleri Ortaya Çıkarabilir!

Tavuklarda da, tıpkı insanlarda olduğu gibi, neredeyse asla ortaya çıkmayan özelliklere ait genlere sahiptirler ve bu genlerin kontrolünde meydana gelen hatalar, bizlerin "anormal" olarak tabir edeceği bireyleri yaratabilirler. Bilim insanları gen ifadesinde meydana gelen sıradışı hataları bir dizi yöntem kullanarak gözlemleyebilirler. Örneğin bu yöntemlerden biri in situ melezleme olarak bilinen yöntemdir. Bu yöntemi kullanan bilim insanları yaşayan organizmaların içerisinde bulunan belirli mRNA değerlerini takip ederler. Her ne kadar ta2 mutantı tavuklarda diş üretimini sağlayan spesifik genler henüz bilinmiyor olsa da, bilim insanları bir dizi başka düzenleyici gen yolaklarının (belli genlerin birbirisıra çalışmasıyla işleyen süreçler), normal tavuklarda işlevsizken, diş üretebilen mutant tavuklarda gerçekten de aktif hale geldiği bilinmektedir. Bu yolaklardan bir tanesi Shh yolağı olarak bilinen bir süreçtir. Bu süreç, omurgalılar da dahil olmak üzere diğer hayvanlarda dişlerin üretimini sağlamaktadır. Fallon tarafından yürütülen önceki araştırmalar ta2 tavuklarında bu Shh sinyal yolağının aktive olması sonucunda dişlerin oluştuğunu göstermişti. Bu yolağın aktif hale gelmesi, ondan sonra gelen genlerin ifadesini de etkilemekte ve tavuklar için alışagelmediğimiz atasal özelliklerin ortaya çıkmasına neden olmaktadır.

Current Biology

Diş gelişimi açısından gen kontrolünün evrimine bir örnek olmanın yanısıra, tavukların dişleri üzerinde yapılan araştırmalar bilimin gelişimi açısından da çok kritik öneme sahiptir. ABD'nin Ulusal Halk Radyosu'nda bir bilim yorumcusu olan Joe Palca, bize bu araştırmaların evrim ve modern bilim açısından önemini şu şekilde hatırlatmaktadır:

St. Hilaire'i eleştirerek, o zamanlar bilinmiyor olsa da, evrimsel süreçte atasal özelliklerin torun türlerde yeniden ortaya çıkabileceğini ortaya koyan araştırmalarının hatalı olduğunu söyleyen o diğer bilim insanlarını hatırlıyor musunuz? Bu kritiklerden bir tanesi, özellikle ilgi çekicidir: çünkü o, Dr. John Fallon'u eğiten bilim insanını eğiten bilim insanını eğiten bilim insanını eğiten bilim insanını eğiten bilim insanını eğitmişti. Biliyorsunuz, Dr. Fallon ise bugün bunu bize gösteren ana araştırmacılardan bir tanesidir.

Bu anekdotun da gösterdiği gibi, sadece canlılar değil, aynı zamanda bilimsel düşünceler de nesiller boyunca değişmekte ve evrim geçirmektedir.