C-Değeri Paradoksu: Genom Büyüklüğü, Neden Her Zaman Evrimsel Akrabalığı Yansıtmıyor?

Lisedeki biyoloji derslerinde kısmen doğru bir şekilde öğretilen konulardan birisi, genom büyüklüğünün "gelişmişlik ölçüsü" olmadığıdır. Genellikle bu şekilde söylenir, çünkü "evrimsel akrabalık" demek "tehlikelidir". Aslında bundan bahseden hocanızın söylemek istediği (veya söylemesinin tam doğru olacağı) şey, canlıların genetik kompozisyonlarının, yani genomlarının büyüklüğünün, evrimsel süreç ile doğrudan bilgi vermediğidir. Yani bir canlının genom büyüklüğü (hücrelerinde DNA içerisinde barındırdığı nükleotitlerin sayısı), o canlının ne kadar evrimleşmiş olduğu, diğer canlılarla akrabalığı, ne kadar karmaşık ya da basit yapılı olduğu, vb. durumlar hakkında doğrudan bilgi veremez. Hatta tam tersine, yanıltıcı bile olabilir! 

Bu konuyu daha iyi anlayabilmek için, öncelikle canlıları "gelişmiş" veya "gelişmemiş" olarak gruplandıramayacağımız gerçeğini anlamak gerekmektedir. Bir insan, bir bakteriden daha gelişmiş değildir. Bir kakao ağacı, bir balinadan daha az gelişmiş değildir. Bir at, bir amipten daha gelişmiş olmadığı gibi; bir sıçan bir yılandan daha az gelişmiş değildir. İnsan-merkezci ve egoist bakış açımız her ne kadar kendimizin en tepede olduğu bir "gelişmişlik merdiveni" hayalinde olsa da, aslında her canlı devasa bir Evrim Ağacı'nın dallarından ibarettir. Her bir canlı, o bütünleştirici ağacın dallarının en ucundaki tomurcuklardır. Zaman geçtikçe o tomurcuklar büyür (evrimleşir), çatallanır (türleşir) ve nihayetinde bazı çatallar -ve hatta kimi zaman koskoca dallar- kuruyarak ölür (yok oluş). Bu dalların hiçbirinin bir diğerinden "gelişmişlik" açısından farkı yoktur; zira eğer ki bir bakteri türü bugün halen varlığını sürdürebiliyorsa, bir at, bir insan ya da bir zürafa kadar başarılı demektir.

Aslında "gelişmiş" derken kastedilmeye çalışılan şey "karmaşıklıktır"; ancak bu da, eğer ki net bir şekilde sınırları çizilmezse, bilimsel açıdan doğru bir kıyaslama değildir. Çünkü bir canlının daha "karmaşık" olması, daha başarılı veya uyumlu olduğu anlamına gelmez. Fakat tabii ki karmaşık bir yapıda olup da, evrimsel açıdan basit yapılılar kadar uyumlu olmak bir miktar fark olarak görülebilir. Ancak bu farkın anlamını abartmak hatalı olacaktır.

Genom büyüklüklerinde de benzer bir durum vardır. Genellikle bir canlının genom büyüklüğünü iki şekilde ölçebiliriz: ilki genomun kütlesine bakarak; ikincisi ise genom içerisindeki nükleotit sayısına bakarak yapılır. Kütle cinsinden yapılan ölçümlerde, temel birim olarak pikogram kullanılır. 1 pikogram, 1 kilogramın trilyonda biri demektir! Bir gramın ise milyarda biridir. Bunu nükleotit sayısına çevirmek de mümkündür: Tam olarak doğru olmasa da, 1 pikogramlık DNA içerisinde yaklaşık 1 milyar baz çifti (nükleotit) bulunur. Bu miktardaki baz çiftine aynı zamanda 1 Gigabaz (Gb) adı verilir (tıpkı 1 milyar baytlık veriye 1 Gigabayt dememiz gibi).

Bilim insanları da, ilk başta canlılar karmaşıklaştıkça genomlarının da irileşip karmaşıklaşacağını düşünmüşlerdi. Ancak genom projeleri birbiri arkasına onlarca canlının tam genom haritalarını bizlere sundukça, şaşırtıcı bir gerçekle karşılaşıldı: genleri dizilenen bir balon balığının genom büyüklüğü 0.5 Gb kadarken, insanınki 3 Gb kadardı. Buraya kadar bir sıkıntı yok; ancak sonradan dizilenen bir semenderin genomunun 50 Gb olduğu fark edildi. İnsanınkinin yaklaşık 17 katı! Bitkilerin genomlarına geçildiğinde bu sayı bir anda 100 Gb dolaylarına kadar ulaştı. Örneğin Paris japonica isimli bitkinin genomunda 150 milyar baz çifti bulunmaktadır. İnsandaki 3.2 milyar baz çiftine göre bu muazzam bir sayıdır!

Bilim insanları bu tuhaf duruma C-Değeri Paradoksu adını verdiler. C-Değeri, bir canlının genomundaki DNA miktarını (kısaca genom büyüklüğünü) gösteren bir değerdir. Ancak paradoksun çözülmesi de çok uzun sürmedi: 1960'lı yıllarda Roy Britten, Mary Lou Pardue ve diğer araştırmacıların çalışmaları sayesinde genomun çok büyük bir kısmının işe yarar bilgiler taşımayan, "hurda DNA" olduğu ortaya kondu.

Aslına bakacak olursanız, 3.2 milyar baz çiftinden oluşan insan genomunun sadece %2'lik bir kısmının protein kodlayan, işlevsel DNA olduğu bilinmektedir. Geri kalan kısmın tamamı "işe yaramaz ve çöp" değildir. Az bir miktarı düzenleyici görev oynamaktadır. Fakat bu hurdalık olan %98'lik DNA'nın büyük bir kısmı, kendini tekrar eden, evrimsel süreçte hatayla fazladan kodlanan veya yine evrimsel süreçte eskiden anlamlı olup da artık işe yaramadığı için körelen genlerden oluşmaktadır. Yani her birimizin hücreleri içerisinde yatan DNA, evrim tarihimizin en net kanıtlarını içerisinde taşımaktadır.

Yapılan incelemeler, özellikle daha basit yapılı canlılarda ve bitkilerde müthiş bir gen çoklanması tipi mutasyon birikimi olduğunu göstermiştir. Bu canlıların bırakın spesifik genlerinin mutasyona uğrayarak fazladan kopyalanmasını, evrim tarihinin çeşitli noktalarında tüm genomlarının, toptan bir şekilde fazladan kopyalandığı ama canlının içerisinde barınmayı sürdürdüğü görülmektedir. Bu, 46 kromozoma sahip insanın evrimsel süreçte kromozom sayısının 92'ye fırlaması, ondan sonra 184'e çıkması gibidir. Hayvanlar Alemi içerisinde bu duruma daha az raslanır; ancak özellikle Kambriyen Dönemi zamanında Hayvanlar Alemi'nde bile bu şekilde en az 4 defa gen çoklanması olduğu bilinmektedir. Özellikle bitkilerde, mantarlarda ve prokaryotlarda ise bu çok daha sık gerçekleşir.

Bu şekilde tüm genomun katlanarak çoğalmasına poliploidi adı verilir. Bu katlanan genomun fazladan olan kısmı kimi zaman işlevseldir, kimi zaman kısmen işlevseldir, kimi zamansa işlevsizdir. Fazladan kopyalanan kısım içerisindeki genler evrimsel süreçte bambaşka görevler edinebilirler veya körelerek yok olabilirler. Dolayısıyla bu genom çoklanmaları, evrime üzerinde çalışabileceği yepyeni malzemeler sunmaktadır.