Karşılıklı Evrim (Koevolüsyon) Nedir? Vücudumuzdan Karşılıklı Evrim Örnekleri...

Evrimsel süreçleri anlamaya başlayan bir kişinin karşılaşacağı soru işaretlerinden en yaygın olanı, yapı ve organların birbirleriyle nasıl uyum içerisinde evrimleştiği sorusudur. Bu özünde çok basit bir cevabı barındıran bir sorudur; ancak evrimsel biyolojinin detayları tam olarak anlaşılamadıysa, kafa karıştırıcı olabilir.

Örneğin bir birey, gözün daha basit yapılardan kademeli evrimini gayet iyi anlayabilir; ancak göz evrimleşirken beynin de gözden gelen verileri değerlendirebilecek şekilde nasıl evrimleştiğine anlam veremeyebilir. Benzer şekilde, derimizdeki sinir uçlarının evrimine bağlı olarak dokunma duyumuzun oluşumunu anlayabilir; ancak bunun beyinde değerlendirilecek şekilde bir evrimsel değişimin nasıl olduğunu ilk etapta anlayamayabilir.

Bu konuyu netleştirebilmek için ilk olarak "karşılıklı evrim" (İng: "co-evolution") isimli bir kavramı anlamamız gerekiyor.

Karşılıklı Evrim Nedir?

Karşılıklı evrim, evrimsel biyoloji içerisinde farklı düzeydeki birimlerin evrimine işaret edebilir. Örneğin karşılıklı evrimden söz ederken, iki organizmanın birbiriyle karşılıklı olarak evrimleşmesinden söz edebileceğimiz gibi, bu yazımızda daha çok üzerinde duracağımız türü olan, aynı organizma üzerindeki farklı yapı ve organların da bir arada evrimleşmesi anlamına gelebilir. Örneğin sinekkuşlarının özelleşmiş gagaları ile orkide bitkilerinin özelleşmiş çiçek yapısı karşılıklı evrimin organizma bazındaki bir örneğidir. Ancak burada sözünü edeceğimiz örneklerden biri olarak gözün evrimsel süreçteki değişimi ile beynin buna uygun olarak özelleşmesi, aynı organizma içerisindeki yapı ve organların birlikte değişmesine işaret ettiği için organ/yapı bazında bir karşılık evrim örneğidir. 

Anlaşılabileceği gibi karşılıklı evrim, bir canlının farklı parçalarının (veya birbirinden farklı organizmaların) birbiriyle birlikte evrimleşmesi anlamına gelmektedir. Bunu hayvanların çoğunda görüyoruz. Canlılar arası karşılıklı evrimi anlamak insanlara daha kolay geliyor; ancak aynı canlı üzerindeki yapıların karşılıklı ve ortaklaşa evrimini anlamak biraz daha zorlayıcı. Bu sebeple, anlamayı kolaylaştırmak açısından öncelikle hipotetik (hayali ama olası) bir örnek verelim:

Bir ayının pençelerinin daha güçlü olacak şekilde evrimleşmesi, sadece pençe kaslarını daha güçlü kılan genlerin binlerce nesil boyunca birikerek, sadece o kasların daha gelişmiş hale getirilmesi, evrimleşmesi ile olamaz. Çünkü pençelerin gelişimi, ayının anatomisinde ve fizyolojisinde pek çok şeyi etkileyecektir. Örneğin ayının pençeleri evrimleşirken, bir yandan o pençeyi tutacak kaslar, kemikler, tendonlar da gelişmeli; ayının ağırlık dengesi değilşeceği için beynin dengeyle ilgili bölümü buna tepki verebilmeli ve evrimleşebilmeli, hatta bazı organların yeri birikimli olarak değişebilmelidir. Tabii bunlar sadece yüzeysel tespitlerdir; buna bağlı olarak ayının genlerinden tutun da hücrelerinde üretilen proteinlerin yapısına kadar belli başlı değişimler yaşanması gerekebilir.

Ancak burada görülmesi gereken önemli bir nokta vardır: Bir pençenin irileşmesi, pençenin kendisinden kaynaklanan bir evrim değildir. Bu yanlış algı, evrimi Lamarckçı temellerde düşünmekten kaynaklanmaktadır. Pençe "zorlandığı" ya da "ayı istediği" için evrimleşmeyecektir. Her ayı, ebeveyninden edindiği genler sayesinde belli bir pençe yapısına sahip olacaktır. Ancak popülasyon içerisinde pençe yapısının dağılımında büyük bir varyasyon görülecektir. Bu varyasyon (çeşitlilik) içerisinde bazı ayılar çevrelerine daha uyumlu olacak, daha kolay hayatta kalacak, daha kolay üreyecek ve gelecek nesillere kendilerindeki uyumlu özellikleri daha fazla aktaracaktırlar. Diğerleri ise elenecektir. Bu sebeple her nesilde, "uyumlu" olan ayıların sayısı giderek artacaktır.

Dolayısıyla evrimsel süreçte değişimi yaratan ana etmen genlerdir. Hayatta kalabilen bireylerin aktaracakları genler gelecek nesilleri belirleyecektir. Genler seçilip belli özellikte olanlar, belli yönlere doğru  (giderek daha uyumlu olacak şekilde) biriktikçe, pençeler de farklılaşacaktır. Pençeyi evrimleştiren şey, genlerin nesiller içerisindeki değişimidir. Hiçbir ayı bireyinin kendi ömrü içerisinde pençeleri değişip evrim geçirmeyecektir. Popülasyon genelindeki iri pençelilerin sayısı giderek artacaktır. Bunun olmasının sebebi, iri pençeleri kodlayan genlerin daha fazla hayatta kalması ve gelecek nesillere daha fazla aktarılmasıdır. Dolayısıyla bu iri pençeleri sağlayan bütün genetik kombinasyon gelecek nesillere aktarılır.

Burada anlamamız gereken şudur: Organizmaların parçalarını birbirinden her zaman bağımsız olarak düşünemeyiz. Evet, bazı zamanlar birbiriyle doğrudan bağlantılı olmayan yapı ve organları bir organizma içerisinde tespit edebiliriz; ancak genellikle bir canlının organları birbiriyle ilişkilidir. Dolayısıyla tek bir organın tek bir özelliğinin seçilmesi mümkün değildir.

Kimi zaman da evrimi basit bir dille anlatmaya çalışırken bu yanlış anlaşılma körüklenmektedir: Örneğin yukarıda "ayı pençesinin seçilmesinden" söz ettik durduk. Ancak hiçbir zaman ayılar sadece ve sadece iri pençelere göre seçilemezler. Her canlı popülasyonu binlerce seçilim baskısı altındadır ve bunların etkisi altında farklı yönlere doğru her nesilde değişir. Ancak her bir nesilde kimlerin hayatta kalıp eleneceği, özellik kombinasyonlarının bütününe göre seçilir. Yani bir ayı sadece pençesine göre değil, o pençeyle ilişkili olan diğer organların da başarısına göre seçilecektir.

Göz ile Beyin Nasıl Karşılıklı Evrimleşti?

Şimdi ana konumuza, göz ile beynin evrimine dönelim: Yukarıdaki anlatımlardan görülebileceği gibi, göz-beyin evrimi sırasında teknik olarak ne göz önce evrimleşmiştir ne de beyin...

Bilindiği gibi, hiçbir canlının gözleri son haliyle var olmamıştır. Her organımız, çok daha basit yapılı, atasal yapıların değişimiyle var olmuştur. Dolayısıyla nihayetinde göz olacak hücresel organellerin ve çok hücrelilerdeki özelleşmiş hücre kolonilerinin evrimi ile, beyin olacak olanların evrimi farklı zamanlarda başlamış olabilir. Ancak belli bir karmaşıklık düzeyine ulaştıktan sonra bu iki yapının evrimi birbiriyle ilişkili hale gelmiştir ve o noktadan sonra ayrılamaz bir hal almıştır. Örneğin gözün evrimiyle ilgili makalemizi buraya tıklayarak okuyacak olursanız, göze gidecek yapının soy hattının temellerinin gözden tamamen alakasız, ışığa duyarlı kimyasallar olduğu anlaşılacaktır. Bu evrede elbette beyin ile bu yapının hiçbir bağlantısı bulunmamaktadır. Kimyasallar ışığa doğrudan tepki göstererek canlıda değişime neden olmaktadır. Dolayısıyla bu ilkin canlılardaki ışığa duyarlı yapılarda üretilen tepkiler bir sinir sisteminde değerlendirilmemektedir.

Aynı şekilde, buraya tıklayarak okuyabileceğiniz gibi, beynin evrimi de bir anda oluvermemiştir. Hücrelerin birbirleri arasındaki iletişimini sağlayan çok basit moleküllerle başlayıp, sinir sisteminin oluşumu sonrasında giderek özelleşmiştir. Bu erken evrelerinde bu sinir sistemi benzeri yapıların da diğer organlar ve onların evrimiyle doğrudan bir alakası yoktur. Sadece temel iletişim işlevlerini görmek üzere özelleşmiştir. Ancak organizmanın bünyesi içerisinde yapıların iletişimini ve denetimini sağlayacak olan sinir sisteminin evrimi sırasında, her yapı ve organ bu sistem ile karşılıklı bir evrimsel değişim sürecine girmiştir.

Elbette bunu organlar veya sinir sistemi "bilerek" yapmaz. Az önce ayı örneğinde sözünü ettiğimiz gibi, her nesilde bir bütün olarak en uyumlu olanlar seçilmişlerdir. Evrimsel sürecin erken evrelerine doğru yolculuğa çıkacak olursak, çok basit yapılı olan ama günümüze yaklaştıkça karmaşıklaşan atalarımızda, bu ilkin duyu organları ile sinir sistemi arasındaki bağın güçlü ve zayıf olduğu geniş bir varyasyon görürüz. Bu çeşitlilik içerisinden en uyumlu olan soy hatları seçilmektedir ve dolayısıyla yapılar karşılıklı olarak evrimsel değişim geçirmektedirler.

Aslında bu çeşitlilik fark etmesek de günümüzde de devam etmektedir. Her canlının duyu organları ile beyni arasındaki iletişim birebir aynı değildir. Her insanda ufak tefek farklılıklar vardır. Eğer ki vahşi doğada yaşıyor olsaydık, bu farklılıklar çok büyük önem arz eder hale gelecek ve evrimsel değişime katkı sağlayacaktır. Değişen çevre koşullarına en uyumlu olanlarımız daha kolay hayatta kalacak, diğerleri elenecektir. Böylece binlerce nesil içerisinde farklı yapıları arasındaki iletişim en uyumlu olanlar (eğer ki avantajı sağlayan buysa) sayıca artacaktır. İşte evrim de tam olarak budur.

Göz, sözünü ettiğimiz makalemizde de anlatıldığı gibi önce ışığın varlığına/yokluğuna, daha sonra ışığın şiddetine, daha sonra yönüne ve en sonunda modern gözlerde olduğu gibi ışığın pek çok özelliğine tepki verebilecek şekilde evrimleşmiştir. Bunlar elbette ki tek bir canlıda olmamış, milyonlarca yıl sürmüştür. Bu süreçte, göz evrimleştikçe vücut ışığa daha fazla tepki verebilmeye ve buna uygun bazı diğer adaptasyonlar geçirmeye başlamıştır. Örneğin ışığı daha kolay fark edebilen bakteri türleri, daha hızlı yönelim için bazı hareket organelleri evrimleştirmiştir. Daha sonra bu tek hücreli canlılar, çok hücreli yaşayabilecek şekilde evrimleşerek, daha karmaşık yapılı türleri doğurmuşlardır. Detaylarını ilgili yazımızda anlattığımız gibi, bu süreçte ışığa duyarlı yapılar da giderek karmaşıklaşarak nihayetinde günümüzdeki gözleri ve atalarını oluşturmuşlardır.

Canlılar karmaşıklaştıkça ve bu sırada doğal olarak göz de geliştikçe, sinir sisteminin bazı bölgeleri gözden gelen sinyalleri algılayacak şekilde özelleşmiştir. Daha önce sözünü ettiğimiz "ilişkilenme" dönemi başlamıştır ki "karşılıklı evrimin" özünde yatan da budur. Yani koloniler halindeki yaşamda görme konusunda uzmanlaşan hücreler topluluğu (bu evrede henüz bir "organ" demek güçtür), biyokimyasal salgılarla diğer hücreleri yönlendirmektedirler. Işığın miktarına ve yönüne göre bu organlar farklı kimyasal değişimler geçirmekte ve diğer hücreleri çeşitli yönlere doğru harekete geçirmektedirler. Bu evrede henüz sinir sisteminin etkisi yok gibidir. Ancak merkezi sinir sisteminin evrimleşmeye başladığı canlılarda, ışığa duyarlı bu yapılar ile sinirler ilişkilenmeye başlarlar. Görsel algılayıcı yapılarda yine aynı şekilde biyokimyasal değişimler yaşanır, ancak artık bu değişimler öyle rastgele tüm hücreleri etkilemez, doğrudan özelleşmiş sinirleri uyarır ve onların belli tepkiler vermesine neden olur. Sinir sistemi karmaşıklaşıp, diğer yapılarla iletişim haline geçtikçe, artık bir organ demeye başlayabileceğimiz kadar karmaşıklaşmış gözlerden gelen sinyaller gerekli işlemlerden geçirilip vücudun diğer bölgelerinde değişimlere neden olacak şekilde sinyallere çevrilir. Bu sinyal iletimini artık sağlayan sinir sistemidir.

CGTrader

Hatta gözün evrimini incelediğimizde, özellikle bazı soy hatlarında beyin ile birebir ilişki halinde olduğunu görürüz. Omurgalıların bir kısmında göz, beynin bir "uzantısı" olarak özelleşmiştir ve bildiğimiz organ halini almıştır. Var olan türlerde, birbirinden bağımsız olarak onlarca defa gözün evrimleştiği düşünülürse, ne kadar önemli bir organ olduğu anlaşılabilir. Her bir bağımsız evrimin süreci birbirinden farklıdır; ancak özü aynıdır. Burada anlatıldığı gibi organlar arası ilişkiler kurulabilir. Bu bağları en güçlü şekilde kurabilen bireyler hayatta kalır ve ürerler. Bu sayede duyu organları ile beyin karşılıklı olarak evrim geçirmiş olur.

Uzun lafın kısası, göz ile beyindeki görmeyle ilgili frontal bölge karşılıklı olarak, adım adım evrimleşmiştir. Başlangıçta biyokimyasal uyartı şeklinde başlayan göz-diğer hücreler ilişkisi, daha ilerleyen safhalarda elektrokimyasal olan göz-sinir-diğer hücreler ilişkisine evrimleşmiştir. Bu süreçte beyin de gözün gelişimine tamamen paralel olarak evrimleşmiştir; daha doğrusu gözün evrimine adapte olacak beyinlere sahip olan bireyler hayatta kalabilmiş ve popülasyon içerisinde sabitlenmiştir.

Dokunma, Deri ve Beyin

Şimdi de bir diğer örnek üzerinden bu öğrendiklerimizi pekiştirelim:

Volvox kolonisi, tek hücrelilikten çok hücreliliğe geçişteki önemli model türlerden biri olarak kabul edilmektedir. Volvox kolonisi, basit yeşil alg hücrelerinin bir araya gelmesi ve o şekilde kalmalarıyla oluşur. Ancak bu hücrelerin hepsi atasal konumda bildiğimiz, aynı özelliklere sahip alg hücreleriyken, Volvox haline geçtiklerinde, koloni içerisinde farklı davranmaya başlarlar. Volvox bir küre biçimindedir ve kürenin dış yüzeyinde kalan yeşil alg hücreleri, kamçılarını kullanarak koloninin hareketini sağlarlar. Ancak örneğin kürenin iç kısmında kalan hücreler, üremeden sorumlu olacak hale gelmiştir. Atasal konumda birbirinin tamamen aynı olan hücreler, koloni haline geçtiklerinde, binlerce nesil sonrasında elbette, özelleşmiş farklı hücreler haline gelmişlerdir.

Benzer şekilde derinin evriminde rol alacak hücreler ile gözün evriminde rol alacak hücreler, birbirinden farklı yönlerde evrim geçirmişlerdir. Bu yine temel olarak hücrelerin konum ve kompozisyonları gereği bu şekilde olmaktadır. Göz noktası dediğimiz ışığa duyarlı organellere sahip ilkin hücreler bir araya geldiklerinde, kendilerindeki bu organelin daha çok kullanılması, daha doğrusu kullanabilenlerin hayatta kalmasından ötürü gelecekte "göz" olacak organa doğru evrimleşmeye başlamışlardır. Ancak çok hücreliliğin "dış yüzeyinde" yani ortam ile temas eden hücreler, göz noktası denilen organeli kaybetmiş ve fiziksel temas konusunda özelleşmeye başlamışlardır. Bu özelleşme, biyokimyasal yapının farklılaşmasından, hücresel fizyolojinin değişmesine kadar çeşitli spektrumlarda olabilmektedir.

Deri hücreleri olacak hücreler, bu yöne doğru evrimleşirken, dışarıdan aldıkları fiziksel etkileri (kızılötesi ışınların sebep olduğu ısı da buna dahildir) algılayacak beyin hücreleri, sinir sistemi dahilinde özelleşmeye başlamıştır. Bir süre sonra, zaten deri hücreleri, göz hücrelerinden çok daha fazla fiziksel etmene maruz kaldıkları için (ve deri hücreleri de göz hücreleri gibi ışığa duyarlı olmalarını gerektirecek bir durumda olmadıkları için), gelen fiziksel tepkinin (kızılötesi ışınlar) ısı olarak algılanmasına, daha doğrusu ilettikleri elektrokimyasal dalgaların beynin deri hücrelerinden gelen bilgileri değerlendiren kısmında ısı olarak algılanmasına sebep olmaktadır.

İşte bu noktada, çok güzel bir yere geliriz, konu ile tam ilgili olmasa bile söylemekte fayda görüyoruz: İnsan, algılarının sanki bedeninden farklı, üstün bir varlık tarafından (çoğu buna "ruh" der) algılandığını sanmaktadır. Halbuki biyolojik olarak biliyoruz ki, hiçbir algının esasında birbirinden farkı yoktur (bazı elektrokimyasal eşik farklılıkları haricinde). Hepsi beyne benzer şekillerde iletilir; ancak beynin özelleşmiş kısımları, milyonlarca yıldır geçirdiği karşılıklı evrime uygun olarak değerlendirir ve buna göre biyokimyasal tepkimelerle etkilere cevap verir. Bu sayede farklı ürünler üretilir ve hücreler, bu ürünlere farklı tepkiler verir. İşte beynimizin bu tepkilerinin her biri, beynimizin ayrı bir bölgesi olan ilişkilendirme alanlarında "algı" olarak algılanır.

Gelin tüm bunları insan-harici bir örnek üzerinden ele alalım. Bu defa, organ/yapı bazında değil de, organizma bazında bir örneğe bakalım:

Neden Hemen Hemen Tüm İncirlerin İçinde Arı Yumurtaları Bulunur?

İncirleri hepimiz biliriz, bir meyve olarak da görevini çok iyi bir şekilde yerine getirir kendisi bir çok yönden. İncirler aslen tropik bitkilere girerler ve yaklaşık 850 tür ile temsil edilirler dünyamızda. Moraceae familyasında Ficus cinsi olarak yer almışlardır sistematik düzeyde...

Biz tabii insanoğlu olarak tarımda kendimizi geliştirirken çoğu zaman farkında olmadan biyolojiden sıklıkla da faydalanıyoruz, bu sayede de kendi kendini dölleyebilen kültüre edilmiş yenilebilir incirler söz konusudur ama doğada incirler insan eli değmeden önce çoğu zaman bir değil, birden çok tozlaştırıcı rolde canlının devreye girdiği karmaşık ve zorunlu bir mutualistik ilişki içindedirler. Mutualistik (karşılıklı faydacı) ilişkilerin tamamı karşılıklı evrimin harika birer örneğidir. İşte bu ortak yaşam formunda da karşımıza incir arıları çıkar:

Bu sempatik arılar, diğer arılarla beraber Hymenoptera takımında yer alırlar. Bir sürü arı familyası söz konusudur. Bizim en çok bildikleriniz genelde bal arılarıdır, onların da arasında değişik ve ilginç türler vardır.

İncir arıları da hepsi birden bu takım içinde Agaonidae familyası altında birleşmişlerdir ve 20 adet cinse ayrılmışlardır evrimsel süreçte. Olayın gidişatına geçmeden önce bereketli incir ağacımıza geri dönüş yapmam gerekiyor. Bu ağaçlar genellikle yılda iki defa olmak üzere 500 - 1.000.000 meyveden oluşan ürün verebilir. Çiçeklerine sikonyum denilen bu ağaçlar tohum oluşturmak için en az bir arı türünün tozlaştırmasına ihtiyaç duyarlar. 

Dişi arı incirin çiçek pulcuğundan sikonyuma giriş yapar, onun amacı aslında yavrularının güven içinde dünyaya gelebilmesini sağlamaktır ve meyvenin içinde boynu kısa olan dişi çiçeklerin içine yumurtalarını bırakır. Kendisi orada ölür, ama kendisinden sonra neslini devam ettirmeyi de garantilemiş olur. Dişi arı meyveye girdiği anda yumurtanın konmadığı diğer çiçeklerin de döllenmesine vesile olur, çünkü kendisi meyvenin içerisine girerek tozlaşma sürecinde rol oynar farkına bile varmadan. Yavru arılar ise incririn ovaryumu haline gelen bölgesinde gelişirler. Arıların yumurta bırakmadığı çiçekler de tohum oluştururlar. Kanatsız formda olan erkek arılar tohumlarından çıktıktan bir süre sonra incirin ovaryumunda dişi partnerlerini bulurlar ve orada çiftleşirler. Kısa bir süre sonra da dişi arılarımız incirden çıkıp diğer incirleri dolaşır ve polen toplar. Yeterince polen topladıktan sonra da başka bir incir ağacını bulur ve oraya yumurtalarını yerleştirdikten sonra ölür. Döngümüz bu şekilde yoluna devam eder. 

Burada ilginç noktalardan biri incir ağaçları ya dişidir ya da erkektir. Yani dişi arılar taşıdıkları polenler erkek ve dişi incirleri bir araya getirmektedirler. Dişi arıların nereden cinsiyet ayrımı yaptıklarına gelirsek de incirler tarafından üretilen belli kimyasallar vasıtasıyla arıların döllenmesine yardımcı olacağı incir ağacını bulabilir. Buraya kadar okumuşsanız anlamışsınızdır, o inciri yiyerek hem arıların aşk yuvalarını heba ediyorsanız bir de kendileri içindeyken hem de iki incir ağacının arasına girerek izdivaçlarına engel oluyorsunuz. Tabii bizim genelde yediğimiz incirlerin çoğu başta da belirttiğim gibi kültüre edilmiş vaziyettedirler, yani arılara ihtiyaç olmadan kendi kendilerini dölleyebilirler. 

Doğada bir sürü arı türü mevcuttur, ama yalnızca incir arıları incir meyvesinin deliğinden girebilecek kadar küçüktür ve ikinci olarak yalnızca onun duyargaları incir meyvesinin salgıladığı kimyasalları fark edebilecek kapasitededir. Ama incir ağaçları tozlaşmak için yalnızca bu arılara muhtaç değillerdir, arılar ama spesifik olarak bu incir ağacına muhtaç olmuşlardır doğada nesillerini devam ettirebilmek adına. Bu ortak evrim neticesinde de bir üreme izolasyonu sağlanmıştır yani arıların uçabildiği yerlerde sonuçta incirler yayılım gösterebilmiştir. Başka böceklerin tozlaştırmasını beklemelerine gerek kalmadan bu arılarla aralarında gelişen bu ortaklık iki türü de, karşılıklı evrimin en iyi örneklerinden biri haline getirmiştir. Bu ilişkinin ilk kökenlerinin 70-90 milyon yıl önce ortaya çıktığı bilinmektedir.