Evrim'i Destekleyen/Kullanan Bilimler - 1: Embriyoloji

Embriyoloji, kelime anlamıyla canlıların yavrularını yumurta evresinden doğum evresine kadar inceleyen bilim dalıdır. Kısaca, embriyolarla ilgilenen bilimdir. Bu konuya devam etmeden önce, konuyla ilgili olduğu için aşağıdaki yazımızı okumanızı tavsiye ediyoruz:

https://www.facebook.com/note.php?note_id=180946128630137

Çok hücrelilerde çiftleşmeden sonra embriyonun geçirdiği evrensel temel birkaç basamak vardır. Bunlar kısaca:

1. Bölünüm (Cleavage): Döllenme gerçekleştikten sonra meydana gelen, fazla hücresel büyüme olmamasına rağmen seri bölünme dönemi.
2. Morulla: 5 bölünme sonucu meydana gelen 32 hücreli haldeki embriyo dönemi. 
3. Blastula: Hücresel farklılaşmanın başladığı ve hücrelerin birbiri üzerine çökerek vücut boşluğunu oluşturmaya başladıkları dönem.
4. Gastrula: Blastula'nın son evresinde üç temel katmanın (endoderm, mezoderm ve ektoderm) oluşmaya başladığı evre.
5. Organogenez: Üç tabakanın oluşmasından sonra buradaki hücrelerin farklılaşıp gruplanarak organları oluşturduğu evre.

Bu evreler genel olarak tüm eşeyli üreyen ökaryotik çokhücrelilerde görülen embriyolojik basamaklardır. Ayrıca daha spesifik düzeylere inildiğinde, başka evrelere de rastlanabilir. Örneğin omurgalılarda organogenezin ilk basamağında nörula denen bir evreye girilir ve sinir kordonu üretilir.

Embriyolojinin kökenleri günümüzden 2000 sene önceye, Aristo'ya kadar gider. Aristo, çiftleşmeden sonra ana karnında, gelecekte oluşacak canlının bir minyatürünün (buna homunculus denmiştir) bulunduğunu ve bunun büyüyerek canlıyı oluşturduğunu ileri sürmüştür. Epigenez denen bu iddia, mikroskobun keşfedilmesi ve embriyonun asla son haline benzer bir şekilde var olmadığı, zaman içerisinde değişerek son haline ulaştığının keşfedilmesiyle birlikte çökmüştür.

Embriyoloji konusunda çalışmış onlarca bilim insanı saymak mümkündür: Karl Ernst von Baer, Charles Robert Darwin, Ernst Haeckel, JBS Haldane bunların başında gelen isimlerdir. Ayrıca önemli İtalyan anatomistlerin de embriyoloji alanında çok önemli çalışmaları olmuştur: Leonardo da Vinci, Marcello Malpighi, Enrico Sertoli bunlardan sadece birkaçıdır. 

1859 yılında Evrim Kuramı'nın düzenli bir şekilde sunulup bilim dünyasına girmesi, 17. yüzyılda mikroskobun keşfedilmesi, 19. yüzyılda mikroskobun ana karnındaki ve yumurta içerisindeki canlılara çevrilmesi ve 1950'lerde DNA'nın yapısının keşfiyle Biyoloji'de "Gelişim Biyolojisi" ve "Moleküler Biyoloji" dallarının ortaya çıkmasına sebep olmuştur. Sonrasında ise Evrim'in bu alanlardaki yoğun açıklayıcı gücünden ötürü "Evrimsel Gelişim Biyolojisi" (Evolutionary Developmental Biology - Evo-Devo) isimli yeni bir alan ortaya çıkmıştır. Günümüzde bu alan, oldukça yaygın bir şekilde araştırılmaktadır ve Biyoloji'nin en popüler dallarından biridir.

Bir canlının embriyolojik dönemde geçirdiği değişimlerin tamamına ontogeni denmektedir. Bu değişimler, canlının evrimsel geçmişinde atalarından edindiği genetik bilgilerin, canlı oluşumu sırasında sırayla okunması sonucunda üretilen farklı enzimler ve proteinlerin etkisinden kaynaklanmaktadır. Yani döllenme gerçekleştikten sonra, hücreler en yukarıda verdiğimiz bağlantıdaki yazımızda anlattığımız gibi farklılaşmaya başlar. Bu farklılaşma, hücre içeriğini de etkiler. Hücrenin içerisindeki biyokimyanın değişimi, DNA'nın farklı kısımlarının okunabilmesini sağlar. Bu sebeple bütün organlar ve yapılar yerli yerinde ve düzgün bir şekilde oluşabilir. Ancak kimi zaman bu okunmada hatalar oluşabilmekte ya da mutasyonlar gibi dış faktörlerin etkisinde canlı DNA'sında değişimler olabilmektedir. Bu durumda anormal doğumlar ve bazı hastalıklar ortaya çıkmaktadır. Öte yandan çoğu zamansa bu değişimler bir soruna değil, nötral bir değişime sebep olur, yani canlıyı etkilemez ve sıradan bir varyasyonun ortaya çıkmasına sebep olur. Ancak değişen doğa koşulları, bu varyasyon içerisinden zoraki seçimlerin yapılmasına sebep olur ve Evrim bu şekilde ilerler.

1790'lı yıllarda embriyo ile ilgilenen bazı bilim insanları, özellikle de 1824 ile 26 yılları arasında araştırmalarının doruğunda olan Fransız fizisyen ve embriyolog Étienne Serres, çevre koşullarının canlı özellikleri üzerinde etkisi olduğunu ve bu etkiden dolayı canlıların farklılaşabileceğini ileri sürmüştür. Yani kendisinden çok sonra düşüncelerini ilan edecek olan Lamarck'tan önce, Lamarck'ın hipotezlerini embriyolojik döneme çekerek izah etmeye çalışmıştır. 

Daha sonraları 1834-1919 yılları arasında yaşayan büyük bilim insanı Ernst Haeckel, bu kuramdan yola çıkarak embriyoları incelemeye başlamış ve farklı canlıların embriyoları arasındaki benzerlik ve farklılıkları ele almaya başlamıştır. Haeckel, Lamarck'ın görüşlerini kabul etmiş; ancak Darwin gibi tüm türlerin tek bir atadan farklılaşma sonucunda ortaya çıktığını fark etmiştir. Embriyoları izlediğinde, çok ilginç bazı gerçeklerle karşılaşmıştır:

• Birbirinden neredeyse tamamen alakasız türlerin embriyoları, embriyolojik dönemde geriye gittikçe birbirlerine tamamen benzer hale gelmektedir. Yani zigot sırasında -doğal olarak- farklı türler arasında herhangi bir ayrım yapılamaz. Herhangi bir genetik veri olmadan, elimizdeki iki zigotun hangi iki canlıya ait olduğunu söylemek imkansızdır. Zigotun gelişmesiyle birlikte canlılarda farklılaşmalar başlar, ancak bu farklılaşmalar da hızlı ve ani değildir. İlk birkaç hafta, tüm canlıların embriyoları halen birbiriyle benzerdir. Sonradan, zamanın ilerlemesi ile farklılaşmalar meydana gelir ve canlıları ayırt etmek kolaylaşır. Sonunda ise, doğumdan ya da yumurtadan çıkmadan kısa süre önce farklı canlı embriyoları kolayca ayırt edilebilirdir. 
• Bazı canlıların embriyolarında, kendileriyle alakasız gibi gözüken canlıların embriyolarında meydana gelen değişimler gözlenir, ancak bu değişimler daha sonradan kaybolur ve doğum sonrasına yansımaz. 

İşte Haeckel bu gözlemlerini "Rekapütilasyon Kuramı" adı altında topladı ve günümüzde bu teori, şu cümleyle özetlenmektedir: Ontogeni, filogeniyi takip eder. Bunun anlamı şudur: Canlı, embriyolojik oluşum sırasında, evrimsel geçmişindeki değişimleri takip eder ve tekrarlar. Bununla ilgili örneklere az sonra geleceğiz. Ancak şimdi, farklı canlı türlerinin anne karnındaki veya yumurta içerisindeki embriyolojik gelişimlerini ve aradaki müthiş benzerlikleri görelim:

Görüldüğü üzere haftalar boyunca türleri birbirinden ayırmak mümkün değildir; çünkü hepsi benzer anatomiye sahip olarak gelişmektedir. Sonrasında ise, genetik materyal üzerindeki türe has kodlara gelindiğinde farklılaşma başlamaktadır. Bu da, bütün türlerin (en azından memelilerin, kuşların, sürüngenlerin, vs.) ortak bir atadan geldiğini göstermektedir. Genetik analizler ise bunu tamamlamakta ve istisnasız her türün ortak bir atadan geldiğini göstermektedir.

Haeckel'in ileri sürdüğü "ontogeni filogeniyi takip eder" kuramı, Evrim Kuramı'nın aksine, henüz tüm bilim dünyasınca kabul edilmiş bir kuram değildir. Çünkü halen pek çok bilim insanı, kuramın içerisindeki bilgilerin doğruluğundan şüphe etmeseler de (çünkü Haeckel'ın gözlemleri yüzlerce farklı kişi tarafından yapılıp onaylanmıştır), bu bilgilerin Haeckel'ın işaret ettiği yeri gösterdiğinden emin değillerdir. Bilim insanlarının özverili çabaları sonucunda Haeckel'ın pek çok hatası düzeltilip geliştirilmiş ve modernize edilmiştir. Bu düzeltme ve geliştirme süreç, halen devam etmektedir; ancak şu da bir gerçektir ki embriyolar, farklı dönemlerden geçerek son hale ulaşmaktadır ve bu süreç içerisinde genetik sebeplerle ataların özelliklerinin belirip yok olması son derece muhtemeldir. Açıklayalım:

Evrimsel Biyoloji'de varyasyonların (her ne sebeple var olmuş olurlarsa olsunlar) popülasyon içerisindeki sabitlenme sebepleri evrimsel başarı sonucu genetik frekansların sabitlenmesidir. Yani, başarılı olan bireyler daha fazla üreyerek kendilerindeki genetik bilgilerin nesiller sonunda popülasyon içerisinde artıp sonunda baskın bir şekilde sabitlenmesini sağlayabilirler. İşte bu sırada olan "bikimli seçilim" sonucunda Evrim meydana gelir.

Bir özellik, bir diğerine; bir yapı, bir diğerine dönüşürken, bu değişim kademeli olmaktadır ve birbirini takip eden iki nesil arasındaki fark neredeyse ayırt edilmeyecek kadar az olmaktadır. Ancak birikimi, uzun zaman diliminde ele aldığımızda, yani arasında pek çok nesil bulunan iki nesli ele alıp incelediğimizde görmek çok daha kolaydır. İşte bu yüzden fosiller inanılmaz yumuşak bir geçiş göstermezler, çünkü fosiller rastlantısal olarak, canlının öldüğü yer ve koşullara göre oluşmaktadır ve çoğunluklar Evrimsel sürecin içerisinden bizlere kesintili ama isabetli bilgiler vermektedir.

Şimdi, bir özelliğin bir diğerine dönüşümünde genetiğin etkisini inceleyecek olursak: Özelliğin değişimi, biyokimyasal pek çok değişimi gerektirir. Genellikle Evrim, genetik kökenlerden kaynaklanıp, fenotipik etkiler yaratıp, bu etkilerin seçilimi sonucunda yine genetik farklılık sonuçlarına sebep olmasıyla gerçekleşmektedir; yani döngüsel bir değişim vardır ve bu yüzden canlılar olduğu sürece asla sona ermeyecektir. İşte bu süreçte, bir özelliğin değişimi, genetik bir farklılığın da birikimi anlamına gelmektedir; çünkü o genetik bilginin, çevre koşulları dahilinde belli bir yönde birikimi, canlının özelliklerini belirlemekte ve değiştirmektedir. 

Şimdi, embriyolojinin Evrim Kuramı'na katkı sağlayan bulgularından ilkiyle, yukarıdaki anlatılanları örnekleyelim:

1) Kuyruk Oluşumu:

İnsan, daha doğrusu insanın ataları, aşağıdaki yazımızda açıkladığımız zaman ve yöntemlerle kuyruğunu kaybetmiş bir maymun türüdür:

https://www.facebook.com/note.php?note_id=192785900779493

Ancak insan embriyosunun 4. haftasında (embriyogenezin 14-22. evreleri arasında), kuyruk oluşmaya başlar, sonrasında ise kısalarak yok olur. Kuyruğu, embriyonun 31-35. gününde net bir şekilde görmek mümkündür. Bunun nasıl olduğunu izah edelim:

Kuyruğu oluşturan genler, DNA'nın belli bir bölgesinde bulunmaktadır. Bu kuyruğun kaybolması, kademeli olarak olmuştur ve sonunda, adım adım kuyruğumuzu şekillendiren genlerin baskılanması ile sona ermiştir. Bu baskılanmayı sağlayan biyokimyasal faktörler de, DNA'nın farklı bölgelerinden okunan genlerle sentezlenmektedir. Kuyruğa sahip olanların dezavantajlı konuma geçmesi sonucunda, kuyruk oluşumunu baskılayabilecek ya da uzunluğunu kısaltabilecek biyokimyasal faktörlere sahip olan bireyler seçilip sayıca çoğalmaya başlamışlardır. Bu sebeple, zaman içerisinde DNA'sında meydana gelen çeşitli varyasyonlardan ötürü kuyruğun her seferinde bir miktar daha kısa olmasını sağlayacak genetik materyala sahip olan bireyler hayatta kalıp üreyebilmiştir. Sonunda ise, kuyruk tamamen ortadan kalkmıştır.

Çoğunlukla eğer evrim sonucunda bir organ ortadan kaldırılacaksa, bu apoptosis denen bir "programlı hücre ölümü" mekanizmasıyla gerçekleşir. Temel olarak arkasındaki mantık, zamanı geldiğinde (bu zaman saat/ay cinsinden değil, DNA'daki bilgilerin diziliminde sıranın gelmesiyle ilgilidir) salgılanan kimyasallarla organın yapısını bozarak hücrelerinin dağılmasını ve yok olmasını sağlamaktır. İşte günümüzde kuyruğumuz, embriyolojik dönemde oluşup, apoptosis ile yok edilmektedir. Bunun sebebi şudur: Kuyruğu oluşturacak genlerin bir kısmı halen aktiftir ve DNA'da bunlar okunduğu sırada, mecburen salgılanan enzimler sayesinde özelleşen hücreler kuyruğu oluşturmaya başlarlar. Ancak sonrasında, DNA'nın evrimsel süreçte sonradan kazanılan kısmında ya da diziliminde bulunan kimyasal enzimlerin salgılanması sebebiyle kuyruğu üreten hücreler ölmeye başlarlar. Böylece kuyruk, ortadan kaybolmuş olur. Ancak her insan türünde, henüz bu evrim tam olarak sona ermediği, yani kuyruk tam olarak yok edilmediği için kuyruksokumu kemiği (coccyx) denen kemikler halen şekil ve sayıca kuyruğun oluşumunu işaret etmektedir.

Hatta kimi zaman DNA'da meydana gelen mutasyonlar sonucu apoptosisi sağlayacak olan enzimler üretilemez ve gelişmemiş de olsa kuyruklu doğumlar meydana gelebilir. Aşağıda, bununla ilgili bir fotoğraf görmek mümkündür.

Şimdi, Embriyoloji'nin Evrim Kuramı'na kattığı diğer bulgularla devam edelim:

2) Serebrum

Serebrum, pek çok canlının beyninde belirli büyüklüklerde bulunan ve temel olarak hareketi, duyusal işlemleri, koku almayı, dil ve iletişimi, öğrenme ve hafızayı kontrol eden çok önemli bir bölümdür. Tahmin edilebileceği üzere, insan türünde bu bölge en fazla gelişmiş şekilde bulunmaktadır. Ayrıca bu beş temel görevini üstlenen özel bölgeleri vardır ve bu bölgeler farklı hayvanlarda farklı miktarlarda gelişmiştir. Örneğin köpekbalıklarında koku almayla ilgili kısım daha büyükken, insanda dil ve iletişim ile ilgili kısımları daha gelişmiştir. 

İnsanın evrim sürecinde serebrum, zekanın gelişimi ile paralel olarak evrimleşmiş ve gelişmiştir. Bu sebeple, filogenetik olarak kendisinden önceki hiçbir türde bu kadar büyük bir serebrum yapısına rastlanmaz. Haeckel'ın kuramını doğrular bir şekilde beynin bu kısmı, beynin geri kalan tüm kısımlarından sonra oluşmaktadır. Yani öncelikle eski atalarımıza ait beyin yapıları oluşturulmakta, sonrasında ise serebrum üretilmektedir. Bu da embriyonun üretim sırasında kademeli ve filogeniyi takip eder bir yol izlediğini düşündürmektedir (çünkü DNA bunu dikte eder).

3) Balinaların Bacakları

Balinalar, bildiğimiz gibi karasal memelilerden evrimleşmiş denizel memelilerdir. Dolayısıyla karasal hayvanların özelliklerinin en azından bir kısmını taşımalarını beklememiz normaldir. Balinalar, bilim insanlarının bu düşüncelerini yanlışlamayacak şekilde, bacak kalıntılarına sahiplerdir, ancak kullanılmadığı için Evrim ekonomisi dahilinde küçülmüşler ve minik, işe yaramaz birer kemik haline gelmişlerdir. MTA'nın Tabiat Tarihi Müzesi'ndeki dev balinada bu kemikler kolayca görülebilir:

Balina embriyosu incelendiğinde, yine Haeckel'ın düşüncelerinde pek de yanılmadığı görülür. Balina embriyolarında bacak öncelikle oluşur, sonrasında ise kısalarak yok olur; ancak kemikleri oluşturacak hücreler yok edilemediğinden (henüz) bacak kalıntıları öylece kalır:

Benzer bir durum, yunuslar ve yılanlar için de geçerlidir. Örneğin aşağıdaki fotoğrafta bir yılan embriyosu ve bacak gelişimi görülmektedir. Ancak yılanlardaki bacak kaybı çok daha eskilere dayandığından, çok daha kısa sürede bacak gelişemeden yok edilmektedir:

4) Balıkların Hava Kesesi

Balıkların hava kesesi, evrimsel süreçte sonradan evrimleşmiş bir özelliktir. Hava kesesi, temel olarak balığın su içerisindeki yüksekliğini ayarlamasını sağlayan kesedir. Hava kesesinin sindirim yolundaki bir kısmın keseleşmesi ve sonunda tamamen ayrı bir organ olarak görev yapması ile evrimleştiği bilinmektedir. Bu evrim sırasında, kese tamamen ayrılana kadar keseyi sindirim kanalına bağlayan kanal yavaş yavaş kısalarak yok olmuştur.

Gerçekten de modern balıkların hemen hemen tamamında, embriyolojik gelişim sırasında hava kesesini sindirim yoluna bağlayan bir kanal oluşur ve sonrasında apoptosis ile ortadan kaldırılır. 

5) Parmak Arası Perdeler

Karada yaşayan bütün türler, denizel çok hücreli ve balıklarla ortak atamız olan türlerin torunlarıdır. Dolayısıyla onlardan pek çok geni halen taşırız, pek çok inaktif durumda olsa da. Bunlardan biri, parmaklarımız, daha doğrusu uzuvlarımız arasındaki dokunun kaybolmamasıdır. Balıkların embriyolojik döneminde yüzgeçlerdeki kemik ya da kıkırdak dokusunun arasını dolduracak dokunun üretimine dair genetik bilgi bulunmaktadır. Bu, insanlarda da (pek çok diğer canlıyla birlikte) embriyolojik dönemde parmaklar arasında perdenin oluşmasına sebep olmaktadır. Ancak sonradan edindiğimiz genler sayesinde bu yapılar yok edilebilmektedir.

Her insan embriyonunun 6-7. haftalarında parmaklar arasında perdeler bulunur, sonrasında ise apoptosis ile yok edilir:

6) İnsanda Solungaç Yarıkları

Bu, oldukça uzun tartışmalara sebep olmuş, önemli bir konudur. Bilim düşmanlarının tartışması bu olayın "gerçekliği" ile ilgiliyken, bilim insanları bunun gerçekliğini tartışmayı bırakalı on yıllar olmuştur. Embriyolojik dönemde insan embriyosunda (yine pek çok diğer omurgalı embriyosunda olduğu gibi) boyun bölgesinde balıkların solungaç yarıklarıyla özdeş yarıklar açılmaktadır. Aşağıdaki fotoğrafta embriyonun aydınlık olarak gösterilen kısmındaki yarıklar net olarak görülebilmektedir:

Bilim insanlarının tartıştığı ise şudur: Bir kısım bilim insanı, "Ontogeni filogeniyi takip eder." cümlesinin doğru olabilmesi için ontogenik yapıların gerçek işlevlerinin olması gerektiğini savunmaktadırlar. Bir kısım diğer bilim insanı ise bunun bir gereklilik olmadığını ileri sürerler. Biz, ikinci gruptan yanayız. Elbette ki, Evrimsel süreçte yitirilmiş bir organın işlevinin aranması beklenmez. Yani elbette ki, insandaki yarıklar "solunum" işlevi görmemiştir ve görmeyecektir. Ancak bu, üretilme "sebeplerinin" solunum olmadığı anlamına gelmez. Balıkların genlerinin bir kısmında, bu yapıların "üretimi" ile ilgili bilgiler yer alır. Diğer bir kısmında ise yapı oluşturulduktan sonra diğer organlar ve dokularla nasıl ilişkiler kuracağına dair bilgiler bulunur ve organ buna göre işlevini sürdürür, enzimlerini üretir ve gerekli biyokimyasal tepkimeleri sürdürür. İnsanda (ya da bir diğer hayvanda) bunun yapılması beklenemez, çünkü filogenetik olarak bu yapılar milyonlarca yıl önce yitirilmiştir.

Bu sebeple, bu yarıklar belki talihsiz bir şekilde "solungaç yarıkları" olarak anılsa da (ki "solungaç" yarıkları değillerdir), gerçekten de balıklardaki gibi bir "yarık" olarak yola çıktığı, ancak daha sonradan farklılaşarak başka organların görevlerini üstlendiği görülmektedir.

7) Kuşlardaki Parmaklar

Belki de embriyolojik bulguların en güzeli, kuşlardan edinilmektedir. Bilindiği gibi kuşlar, dinozorlardan evrimleşen bir sınıftır. Dolayısıyla eskiden parmakları olan yerde, şimdi kanatlar çıkmaktadır. Peki embriyolojik dönemde, kuşlara ait parmaklar görmek mümkün müdür?

Kuşlarda, embriyo gelişiminde ilk dönemlerde parmak oluşumu gözlenir, daha sonra kısa bir süre içerisinde bu parmaklar kısmen kaybolur, geri kalan kısa parçalarsa kaynaşarak carpometacampus denen bileşik kemik yapısını oluştururlar. Daha sonra ise bu yapı kanatlara doğru gelişir:

Örnekleri bu şekilde arttırmak mümkündür, ancak temel olarak verilmek istenen fikrin verildiğini düşünüyoruz.

Evrim Kuramı, bir "kuram" olmasından dolayı bilimsel değer açısından en yüksek noktadadır ve yüzlerce farklı bilim dalı tarafından desteklenmekte ve kullanılmaktadır. Evrim, bir doğa gerçeğidir ve bir bilimsel gerçektir. Bunun aksini iddia etmek, elimizden bıraktığımız cisimlerin Dünya üzerinde yere değil, göğe doğru gittiğini iddia etmek kadar saçmadır. 

Bu yazımızda, Embriyoloji biliminin Evrimsel Biyoloji'ye olan katkılarının milyarda birine, azıcık da olsa değinmeye çalıştık. Unutmayınız ki embriyoloji, çok geniş bir bilim dalıdır ve hepsini burada anlatmamız imkansızdır, konunun uzmanlığını üniversitelerde uzun süren eğitimle almak gerekir.