Savunma Sistemi Hücrelerinin Evrimi

Evrimin izlerini sadece canlıların genel vücut yapılarında, davranışlarında veya belli başlı fiziksel özelliklerinde görmüyoruz. Evrimin izlerini en basit hücrelerimizden, dokularımıza, organlarımızın yerine ve biçimine kadar birçok farklı seviyede görüyoruz. Bunların üzerinde durulmaması, insanların evrimden bahsederken sadece yüzeysel olarak fiziksel özelliklere odaklanmasına neden oluyor. Aslında bunun tek başına çok fazla zararı yok; fakat o fiziksel özellikleri oluşturan alt birimlerin de evrim sürecine tabi olduğunu bilmemek, daha üst yapılı özelliklerin nasıl kademeli ve yumuşak geçişlerle evrimleştiğini anlamayı da güçleştiriyor. Bu nedenle, evrimsel biyolojiyle ilgilenen birinin sadece genel organ yapılarına veya fiziksel görünüme değil, onları oluşturan alt birimlere de odaklanması ve bunların evrimlerini incelemesi faydalı olacaktır.

Fotoğrafta gördüğünüz Evrim Ağacı, aslında bu hücrelerin evrimsel akrabalık ilişkisini göstermiyor. Bu hücrelerin zigottan, yani sperm ve yumurtanın birleşmesiyle oluşan ilk hücreden itibaren gelişim sürecinde hangi öncül hücrelerden üretildiklerini ve üretim bazındaki akrabalık ilişkilerini gösteriyor. Fakat aynı harita, bu hücrelerin evrimsel tarihine odaklanan evrimsel biyologların da neredeyse birebir olarak karşılaştıkları Evrim Ağacı'na dair fikirler de veriyor.

Burada bu hücrelerin tek tek işlevlerini saymayacağız; bunu herhangi bir genel biyoloji kitabından veya internetten öğrenebilirsiniz. Biz de yeri geldiğinde bu konuda kapsamlı bir yazı hazırlayabiliriz. Fakat her biri ayrı görevler için özelleşmiş olan bu hücrelerin henüz tamamlanmamış olsa bile evrim tarihini incelemek, çok ilginç bilgileri de edinebilmemizi sağlıyor. Biraz buna bakalım:

Canlılığın tarihine, en basit yapılı varlıklardan en karmaşıklara doğru ilerleyerek baktığımızda, savunma sisteminin kalbinde yer alan "Doğuştan Gelen Savunma Sistemi"nin (DGSS) de kademeli olarak evrimleştiğini görüyoruz. Yani "Sonradan Kazanılan Savunma Sistemi" (SKSS), doğuştan gelenin evrimleşmesi üzerine ortaya çıkan bir özellik. Cooper ve Herrin tarafından yapılan araştırmalar, DGSS'nin en erken kökenlerinin oksijenli solunumun başlamasıyla evrimi mümkün olan ilk çok hücreli canlılara kadar gittiğini gösteriyor. Yani DGSS'nin evrimi, günümüzden 1 milyar yıl kadar önceye kadar takip edilebiliyor. Bu çok hücreli canlılar, en basit yapılı ve ilk savunma sistemlerini, yapısal olarak farklı olan tek hücreli canlılara karşı kendilerini savunmak için kullanıyorlardı. Günümüzde de bunu halen sürdüren basit çok hücreli canlılar bulunuyor.

Bundan 500 milyon yıl kadar sonra, yani günümüzden 500 milyon yıl kadar önce, Adaptif Savunma Sistemi olarak da bilinen SKSS'nin ilk defa evrimleşmeye başladığını görüyoruz. Elbette bunun hangi süreçlerden geçerek, hangi seçilim baskıları altında kalarak evrimleştiğini doğrudan bilmenin herhangi bir yolu bulunmuyor. Ne yazık ki hücreler, arkalarında hiçbir fosil bırakmıyorlar. Fakat bu hücreleri kodlayan ve onlarla ilişkili olan özelliklerimizi belirleyen genleri ve bu genlerin evrimini takip ederek, en azından hangi özelliklerin yaklaşık olarak ne zaman ve hangi sırayla evrimleştiklerine dair temel düzeyde bilgiler edinebiliyoruz. Sonrasında bu bilgileri, birbirinden farklı uzaklıkta akrabalık ilişkileri olan modern canlıların hücresel özellikleriyle kıyaslayarak, genlerden elde ettiğimiz bilgilerin güvenilirliklerini test edebiliyoruz. Yani moleküler genetik araştırmalarının vardığı sonuçlar tamamen dayanaksız değil; tam tersine, oldukça güvenilir sayılabilecek bilgilere erişmemizi mümkün kılıyor. Fakat elbette bu alanda elde edilen veriler, morfolojik evrim analizlerinin verdiği sonuçların yanına bile yaklaşamıyor.

Savunma sistemi hücrelerinin evrimsel tarihini çıkarmamızı güçleştiren nedenlerden bir diğeri, ana görselde verdiğimiz bazı kritik önemdeki hücrelerin ilk defa ne zaman evrimleştiklerine dair henüz elimizde güvenli veriler bulunmuyor oluşu. Bu kritik hücreler arasında özellikle Doğal Katil Hücreler ve Dendritik Hücreler yer alıyor. Eğer ki bunların ne zaman evrimleştiklerini biraz daha net olarak öğrenebilirsek, savunma sistemi hücrelerinin evrimsel tarihini çok daha net olarak aydınlatmamız mümkün olacak. Evrim Ağacı'nı üretmenin bir diğer zorluğu, az önce sözünü ettiğimiz akraba türlerde (örneğin insanlar ve farelerde) evrimsel süreçte birbirinden farklı yapılı Doğal Katil Hücreler evrimleşmiş olması. Bu farklı hücreler her ne kadar ortak bir atayı paylaşıyor olsa da, bu ata oldukça eski zamanlarda yaşadı ve bu nedenle ona dair bilgiler elde etmekte güçlük çekiyoruz (yine sözünü ettiğimiz nedenler dolayısıyla).

Fakat savunma sistemlerinin evrimi, canlılığın genel evrimini takip ediyor demiştik. Buna dair en ilginç örneklerden biri, canlılık tarihinin en önemli ayrım noktalarından biri olan çeneli balıklar ile çenesiz balıkların birbirinden ayrımında görülüyor. Bu iki canlı grubunda, birbirinden farklı SKSS evrimleşti. Buna rağmen, iki ayrı sistem de birbirine son derece benzer temel mekanizmaları paylaşıyor. Sadece moleküler ve genetik temelde birbirlerinden ayırt edebileceğimiz özelliklere sahipler.

Ana görseldeki ilişkilere bakarak, bu hücrelerin evrimine dair bazı rasyonel akıl yürütmeleri yapmamız da mümkün. Örneğin, doğuştan gelen savunma hücrelerimizin Doğal Katil Hücreler (DKH) haricindeki istisnasız hepsi Miyeloid Ön Hücreler'den üretiliyor. Yani grafiğin sağ tarafındaki tüm hücreler ile DKH'nin toplamı, bizim doğuştan sahip olduğumuz savunma sistemini oluşturuyor. Diğerleri (yani grafiğin sol tarafında kalanlar) ise ortak bir Lenfoid Ön Hücre'den oluşuyor. İşte buna bakarak, tıpkı Krebs Döngüsü gibi biyolojik döngülerin evrimini incelerken kullandığımız yönteme başvurabiliriz: bu parçalardan hangilerini çıkarmak, evrimsel süreçte ciddi kayıplara engel olacaktır? En az varsayımla, tüm hücrelerin akrabalık ilişkisini nasıl oluşturabiliriz? Eldeki veriler, bu ilişkileri nasıl destekler?

Farklı hücrelerin farklı ön hücrelerden üretiliyor olması, bize ilk ipucunu vermektedir. DKH'in doğuştan geliyor olması ama miyeloid değil de lenfoid hücrelerden üretiliyor olması, muhtemelen bunların evrim tarihinde ilk olarak evrimleştiğini gösteriyor. Yani DKH'nin ilk lenfoid hücre olması çok muhtemel. Ona en yakın olan hücreler ise Sitotoksik T Hücreleri (Tc Hücreler). Bunlar, perforin, granzimler ve Fas ligandlarını kullanmaları bakımından DKH ile birebir aynı savunma/saldırı mekanizmasına başvurmaktadır. Ayrıca yabancı hücrelere bağlanma biçimleri (bağışıklık sinapsları), DKH ile neredeyse birebir aynıdır. Dahası, bunlar da tıpkı DKH gibi bağımsızdır ve yabancı antijeni tanıdığı müddetçe hiçbir diğer hücreye muhtaç olmaksızın düşmanı yok edebilir. İşte tüm bunlar, Tc Hücreleri'nin evrimsel süreçte DKH'den evrimleşen bir sonraki basamak olduğunu düşündüren unsurlardır.

Tc Hücreleri bir kere evrimleştikten sonra, diğer T Hücreleri'nin (CD4+ veya Th) evrimleşmesi işten bile değildir. Çünkü bunların mekanizmaları da özünde aynıdır; ancak bir antijeni etkisiz hale getirebilmek için yardımcı hücrelere ihtiyaç duyarlar. Yani bu hücreler, "aktif katillik" yapmaktan ziyade "kenarda durup bekleme"yi tercih etmektedir. Bu bekleme sırasında, kendileri aktif olarak antijenlere saldırmaz; ancak diğer savunma hücrelerini bu antijenlere yönlendirir. Bu durum, Tc Hücreleri'nin üzerine, sadece diğer savunma hücrelerini yabancı maddelerin bulunduğu bölgeye çağıran antikorların evrimiyle mümkün olabilecektir. Yani buraya kadar olan basit basamakların üzerine, bir basit basamak daha... B Hücreleri de, Th Hücreleri ile neredeyse aynı yapıdadır. Onlar da benzer şekilde antikorları üretip diğer hücreleri ortama çağırma görevine sahiptir.

Peki ya bu antikorlar nasıl evrimleşti? Bu basit bir basamak mı? Evet, aynen öyle. Antikor dediğimiz kimyasallar, T Hücreleri'nin halihazırda üzerlerinde bulunan reseptörler ile çok büyük benzerliklere sahiptir. Aslında fiziksel olarak benzerlik daha düşüktür; ancak gerek kodlandıkları genler, gerekse de bu genlerden üretilen proteinlerin işlenmesi bakımından neredeyse farksızdırlar. Bu durum, T Hücreleri'nin reseptörlerinin evrimsel süreçte antikorlara da dönüşebileceğini düşündürmektedir. Bir diğer deyişle, hücre gövdesine bağlı reseptörler, "ayrılabilir" özellik kazanarak antikorlara evrimleşmiş olabilirler. Genler üzerinde böyle bir evrim, birkaç basit değişimle mümkündür. Üstelik bu evrim, T Hücreleri'nin farklılaşmasına sebep olarak, neden T Hücreleri'ne çok benzer ancak ayrı kategorilerde değerlendirebileceğimiz kadar farklı B Hücreleri'nin evrimleşmiş olabileceğine de cevap vermektedir.

Tüm bu temel hücreler, seçilim baskılarının altında bir kere evrimleştikten sonra, şu veya bu görevleri üstlenerek özelleşmeleri son derece anlaşılır olacaktır. Zaten özellikler, genellikle görevler ile birlikte evrimleşir. Daha doğrusu "görevlerin" varlığı, canlılar üzerinde seçilim baskısı yaratarak o görevleri en çok tatmin edebilecek özellikte olan bireylerin hayatta kalmasını, diğerlerinin ise elenmesini sağlar. Böylece nesiller içerisinde o görevleri yapabilecek hücreler evrimleşir.

Evrimsel biyolojinin bu iç tutarlılığı, onu bilim tarihinin gördüğü en güçlü bilim dallarından biri yapan binlerce özellikten sadece bir tanesidir. Benzer değişim mekanizmalarını, benzer basit basamakları, benzer evrimsel değişimleri elimizi attığımız her türde ve her özellikte görüyor olmak, doğru iz üzerinde olduğumuzu bize tekrar tekrar gösteren bir hatırlatıcı gibidir. Bu izlerin üzerinden gittikçe, insanlık tarihinde yaratılmış en muhteşem olgu olan Evrim Ağacı'nın karanlıkta kalan dallarını çok daha parlak bir şekilde aydınlatabilir, canlılığın nasıl bugünlere kadar doğal süreçlerden geçerek, yani evrimleşerek geldiklerini anlayabiliriz.