Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER

Transkript

1 *

2 *1.GİRİŞ 1 *Londra Linne Topluluğunun 1 Temmuz 1858 de toplantısında, Charles Darwin doğal seçilim ile anlattığı evrim teorisini sundu. *Türlerin Kökeni basılalı bir yıl olmuştu. Darwin in teorisi sadece biyolojik düşünce için değil, aynı zamanda politik, sosyolojik ve dini bilimler içinde bir devrim niteliğindeydi. *Darwin in teorisinin en zayıf noktası biyolojik türler arasında genetik bilginin dölden döle aktarılma şekliydi. *O zamanda doğal seçilimi gayet net bir şekilde anlaşılıyordu. *Ortak özelliklerin olması ve bunların aktarımını açıklamakta ise çok zayıf kalmıştı.

3 *1.GİRİŞ 1(Devam) *Türlerin Kökeni kitabının basımından yedi yıl sonra Çekoslavakya nın Brünn şehrinde yer alan St. Thomas Augustin manastırı rahibi Gregor Johann Mendel Bitkilerde Melezleme Deneyleri adlı yayınında, karakter dediği özelliklerin kalıtıldığını ve bu dölden döle aktarımların belli istatiksel kuralları olduğunu bildirdi. * Karakter dediği yapıların aktarıldığından şüphesi yoktu, ama bu aktarılan karakter dediği yapıların ne kadar hayati bileşenler olduğu konusunda şüpheleri vardı.

4 *1869 da Johann Friedrich Miescher, İsviçreli bir kimya öğrencisiydi, Tübingen de hücre yapısı üzerine çalışıyordu ve hücrede fosfor içeren bileşenleri buldu ve bunlara Nuklein adını verdi. *Bu yapının kalıtımda rolü olabileceğini düşündü (1889 da biyokimyacı Richard Altmann bu terimi Nukleik asit haline dönüştürdü) ve derhal bu mantıksız olduğunu düşündüğü fikrinden uzaklaşarak, hayatının 30 senesini sperm hücrelerinde yer alan son derece basit bir protein grubu olan protaminleri çalışmaya adadı. *Kalıtımda, Darwin in, Mendel ve Miescher in çok azını bildiği bu ilişki yaklaşık yüz yıl sonra keşfedildi.

5 *Oysa sonunda, DNA molekülünün sadece kalıtımda değil, aynı zamanda moleküler evriminde öncü moleküllerinden biri olduğu Emile Zuckerkandl tarafından Evrim Tarihinin Dökümanları çalışmasında açıklandı. *Gerçekte DNA yaşayan her organizmada tarihsel kayıtları toplayan, bu bilgileri düzensiz, çok tabakalı, dağınık ve zamanla bölünmüş şekilde depolayan bir yapıdadır. *Bu verilerden bazıları geleceğe ait bilgilerin izini süremeye izin vermeyecek şekilde onları saklar veya kamufule edebilir. *Moleküler evrimin amacı bu tarihsel kayıtları ortaya çıkartmak, kayıp boşlukları oraya ait bilgiler ile doldurmak ve bunların anlamını çözmektir.

6 *Evrim çalışmalarına eklenen her bir yeni veri genetik materyalin anlaşılmasında özgün bir işaret, belirteç görevi gördü. *Aynı zaman da bu moleküler veriler bize, evrim kronolojisinin yeniden düzenlenmesini sağlayan mekanizmayı anlamamıza da olanak sağlayabilir. *Moleküler biyolojik teknikler yardımıyla bu çok sayıda bilgi kazanımları, gen klonlaması, DNA dizilenmesi, polimeraz zincir reaksiyonu (PCR) yardımıyla DNA çoğaltılması, restrüksiyon endonükleazlar yardımıyla kesilen DNA da parça (fragment) analizleri yapılması sayesinde araştırıcılara hassas, yeni ve ayrıcalıklı bölgeleri belirlemesinde yardımcı oldu.

7 *Böylece önceden göremediğimiz ama içinde gen eşleşmesi, DNA karıştırması, nukleotid eklenmeleri, transpozisyonları ve gen değişimlerini içeren yapıyı çalışmamızı sağlıyor. *Kısaca dünyada, genom yapısı statik ve akıcı özelliği ile bazen uzun zamanın dilimleri içerisinde değişirken, bazen de göz açıp kapama süresinde oluşan bir jeolojik değişim yardımıyla bir anda değişebiliyor. *Genetik materyal ile yapılan çalışmalar vasıtasıyla canlılar dünyasının sınıflandırılması taksonomik (sınıflandırma) olarak olmasa da, filogenetik (akrabalık bağları) yeni gerçekler ile yeniden oluşturulabiliyor.

8 *Karşılaştırmalı anatomi, morfoloji ve paleontoloji gibi bilimlere dayalı klasik, geleneksel evrim anlayışının tersine, akrabalık ilişkilerini çalışmayı sınırlayan gerekliliklerden uzak olarak, organizmalar arasındaki akrabalık ilişkileri incelenebiliyor. *Hatta bu çalışmaları vertebratlar, böcekler, bitkiler, mantarlar ve bakteriler gibi büyük, devasa aile ağaçları için bile yapabiliyor. *Böylece bu ailelere ait bireylerin atalarının artık kaybolmuş veya hatırlanamayan zamanlarda ki akrabalık-benzerlik izlerini sürmek mümkün olabiliyor.

9 *Geçmişte evrim çalışmalarında kullanılan yöntemler yeteri kadar doğru ve güvenilir bulunmazken, günümüzde kullanılan moleküler metotlar şüphesiz çok daha sağlam dayanakları olan, değişken parametreleri ölçülebilen, sayılabilen veya gözlemsel sonuçları bilgisayarlarda değerlendirilebilen, teorilerin objektif testler ile doğrulanabilen bir özelliğe sahiptir. *Evrim çalışmalarına dair varsayımlar günümüzde fiziksel veriler ile birlikte sunulmaktadır. *Konuya yönelik yapılmış çok sayıda hipotezler, deneyler vasıtasıyla kabul görmekte, yenilenmekte ve reddedilebilmektedir.

10 *Moleküler evrimsel prensipler günümüzde pestisitlere ve patojenlere direncin, enfeksiyon hastalıklarının rutin etkilerinin, doğrudan yapılan ekzon karıştırma (Exon Shuffling) çalışmaları ile invitro yöntemlerle yeni ilaç geliştirme ve seçiliminin, toksik atıkların organizmalar yardımıyla tanınması-temizlenmesi ile rekabet eden ve hatta önüne geçmiş bir konudur. *Gerçekte, filogenetik ağaçlar günümüzde suç mahkemelerinde bile delillerin değerlendirilmesinde kullanılmaktadır.

11 *Moleküler evrim günümüzde iki konuyu yönelik çalışma alanlarıyla ilgilidir. *Bunlardan ilki makromoleküllerin evrimi, diğeride genlerin ve organizmaların evrimsel tarihinin yeniden yapılandırılmasıdır. * Makromoleküllerin evrimi vasıtasıyla kastedilen genetik materyallerdeki (DNA ve RNA) değişikliklerin karakterizasyonu, onların ürünlerinin (proteinlerin veya RNA moleküllerinin) evrim süresi boyunca gösterdiği değişikliklerin oranları ve izlerinin belirlenmesidir.

12 * Moleküler Filogenetik ile kastedilen ise evrim tarihi boyunca organizmalarda ve makromoleküller de dikkate alınan moleküler verilerin ve metodolojinin filogenetik ağaçların yeniden yapılandırılmasındaki rolü ve etkisidir. *Görülüyor ki bu iki çalışma alanı da, öncelikle moleküllerin evrim boyunca oluşum ve değişim sebeplerini, sonrasında da moleküllerin nasıl sadece organizmaların biyolojik tarihlerinin ve genetik bileşenlerinin yeniden yapılandırılmasında kullanılan araçlar olduğunun anlaşılmasına dair bağımsız soruların sorulabileceği çalışmaları içerir.

13 *Pratikte, bu iki alan çok yakın görünse de, birinin ilerlemesi ve gelişmesi diğerinin, ilerlemesi ve gelişmesi ile bağlı düşünülse de, farklıdırlar. *Örneğin filogenetik bilgi, moleküler karakter değişikliklerinin sıralarının belirlenmesi çalışmaları içerirken; aksine molekülerden elde edilen değişim modeli ve oranına yönelik bilgiler organizmanın evrim tarihinin yeniden yapılandırılmasında hayati oluşumları izlediği yolu gösterir.

14 *Moleküler evrim yeni bilimsel bir disiplindir. *Burada temel verilerin çoğu eksiktir, çoğunlukla her bulunan yeni sonuç bambaşka birçok soruları da beraberinde getirmektedir. *Yapılan çalışmaların en popüler olan konuları arasında 1960 larda akla bile gelmeyen moduler evrim, hareketli elementler (transpozonlar), intron kayıpları ve kaymaları, genlerin yeniden ortaya çıkarılması ve bunların işlevselliği konularıdır. *Gerçekte moleküler biyolojide görülen bu büyük ve ani değişiklikler hayatımıza yeni kelimeler kattı. * Hipertext, DNA syntax, Genomics, Post-Genomics, Biyocomputing, Bioinformatics ve Molecular data mining bunlar arasında sayılabilir.

15 *Genlerde küçük değişiklikler olduğu ispatlanmıştır. *Bazen bu değişiklikler çok daha büyük miktarda veya filogenetik olarak kullanılan sınırların bile aşan miktarlarda olabilir. *Bu durumda aslında genetik materyalin düşünülenin çok dışında, hareketli, kararsız bir yapıda olduğunu bize gösterir. *Bu sonuç Filogenetik konuları aydınlatmayı zorlaştırır.

16 *2. EVRİM NEDİR? 2 *Giriş bölümünde belirtildiği gibi evrim biyolojisini anlamak önemlidir. *Bunun nedeni biyolojinin, yaşam demek olması ve yaşayan canlının geçirdiği değişimlerin önemidir. *Bu değişikler temelde hayatta kalmak için geçirilmiştir. *Charles Darwin in kitabı Türlerin Kökeni yoluyla aslında Doğal Seleksiyon 1859 yılında ortaya çıkmış ve kabul görmüştür.

17 *2. EVRİM NEDİR? 2(Devam) *Genellikle genetik ders kitaplarında en sık karşılaşılan evrim tanımı "Bir popülasyonda yer alan genlerde değişim olmasıdır". *Bu doğru sayılan bir tanım olsa da burada bir gende gözlenen varyasyon aslında anlaşılmaktadır. *"Nesiller boyunca bir popülasyonda görülen kalıtsal değişiklikler" daha uygun bir tanım olarak düşünülebilir. *Aslında evrim tanımında iki temel faktör yer alır: (i) hata eğilimli kendini çoğaltma; (ii) kendi kendini çoğaltmada varyasyon başarısıdır.

18 *(i) Hata Eğilimli Kendini Çoğaltma *Kendi kendini kopyalama aracılığıyla canlının aslında kendisinin gelişen kopyalarını yapmaya yeteneği olması gerekir. *Evrim sadece bir değişim değildir. *Örneğin; bir organizmanın ömrü boyunca yaşlanması ile meydana gelen değişikliği, yada bir embriyo hücresindeki gelişme, büyüme ve yaşlanma değişikliklerini veya üreme yeteneğini kaybetmiş bir hücredeki mutasyonu evrim olarak sayamayız.

19 *Dawkins (1976) evrim terimini "çoğaltıcı" bir şeyi tanımlamak için kullanmıştır ki bu da içinde değişimi içermeyen ve sadece çoğaltma kelimesiyle tanımlanamayan bir durumdur. *Buna kendini çoğaltma dersek bu durumda bakteri gibi aseksüel organizmalarda kendi kendini çoğaltma (selfreplicate) olabilir. *Bir bakteri hücresi bölünürken, iki hücre oluşturur ve bunların her ikisi de aynı temel bileşenlere sahiptir.

20 *Kabaca aynı miktarda orijinal hücredir. İnsanlar gibi cinsiyet sahibi organizmalarda kendini çoğaltır. *Bir anlamda iki kişinin yavrusu olarak tanımlanabilir. *Ancak ana-babadan farklı bir kişidir. Burada durum biraz daha karmaşık hale gelir. *Her iki ebeveynin genleri bir yavru içinde karıştırılmıştır. *Bu nedenle, Dawkins (1976) in açıklaması yine yeterli kalmamıştır. *Eğer DNA replikasyonu mükemmel olsaydı, doğal seleksiyona da gerek olmaz, canlı mükemmel ve uyumlu olduğu için başka hiçbir evrim olmazdı.

21 *Bu durumda Hata eğilimi aslında önemli bir özelliktir. *Ayrıca, günümüz genlerde meydana gelen kademeli değişimlerle bu genlerin önceki durumlarında ortaya çıkmış küçük yanlışlıkların varlığıyla kazanılmış özelliklerdir. *Hatalar evrim için bu nedenle önemlidir. *Genetik bilginin kalıtımında ortaya pek çok hata çıkar ama bunların hepsi aktarılmaz yada hemen düzeltilir.

22 (ii) Kendi Kendini Çoğaltma Yeteneği *Kendi kendini çoğaltma yeteneği önemli ve gerekli bir başarıdır. *Organizmalar çoğu yaşamaya devam etseydi, sayıları katlanarak artacak ve bu da dünya kaynaklarını kullanmada sorunlara yol açacaktı. *Örneğin geçmişten günümüze tüm canlılar yaşasa yırtıcılıklarına ve yiyecek kaynaklarına bağlı olarak yine bir av-avcı ilişkisi ile sınırlama olacaktı.

23 (ii) Kendi Kendini Çoğaltma Yeteneği(Devam) *Tüm canlılar mükemmel olduğu için evrim olmayacaktı ve hayatta kalma sadece canlıların çoğalma hızı ve besin bulma yeteneğine bağlı olacaktı. *Bazı varyantları, diğerlerine göre daha büyük bir olasılıkla hayatta kalacak ve başarılı tekrar kopyalarıyla türlerini hakim bir şekilde sürdüreceklerdi.

24 *Evrim tanımında bahsedilen bu iki özelliğinin dışında bir özelliği daha var. *Buna kısaca "Şans" diyebiliriz. *Bir çeşit başarılı olasılık hesabı olan bu şans etkileri varyantların hayatta kalmalarında önemlidir. *Bir popülasyonda oluşan canlı cinsiyetlerinin sayılarının yaklaşık eşit olmasıdır. *Buna göre var olan canlı özelliklerinin çevre şartlarına ve populasyon şartlarına uygunluğu o özelliklerin diğerlerinde daha şanslı olmasına ve populasyonda daha sık bulunmasına yol açar.

25 *Çünkü o özelliklerden daha düşük uygunluktaki özelliklere sahip birayler ortama uyum göstermekte diğerleri kadar başarılı olamayacaklardır. *Rastgele gen geçişi-sürüklenme olarak bilinen bu durum nedeniyle er ya da geç bir varyant, bütün nüfusu-populasyonu devralacak ve türünü sürdürecektir. *Bu nedenle şans, başarılı varyasyon anlamına gelir. *Bu durumda evrim aslında doğal seçilim olmadan da meydana gelebilir. Bu şekilde gerçekleşen evrime nötr evrim adı verilir. *Bir kez olduğunda evrim yolunun önemli bir parçası oluşur.

26 *Evrim mekanizması, şaşırtıcı derecede basit neredeyse kaçınılmaz görünen bir ölçüde, tam da ihtiyacımız olduğu gibi gerçekleşir. *Hiçbir bilimsel sistem bu çeşit uygun ve gerekli bir değişimi, bu kadar az yanılma payı ile gerçekleştiremez. *Hiçbir şey mükemmel değildir. *Hayatta kalabilmek bile aslında çoğalma aşamasında ortaya çıkan bazı hatalara bağlanmıştır. * Dolayısıyla diğer bir değişle çoğalma başarı ister. *Adına şans veya doğal için seçimler dediğimiz bu durum da, aslında esas başarı çoğalıcıda ki gelişmelere bağlıdır.

27 *İlginçtir, bu biyolojik çoğalıcılar sadece kendini çoğaltmaz aynı zamanda da geliştirir, tekamül ettirir. *Buradan yola çıkarak Dawkins (1976) bir fikir ve moda başlatmış ve Mem terimini tanımlamıştır. *Bu terim kendini çoğaltma ve geliştirme anlamında kullanılır ve insan toplumunda gelişmektedir. *Blackmore (1999) bu konuda çarpıcı bir tartışma başlatmış ve evrimin güzelliğinin, basitliğinde ve kaçınılmazlığında olduğunu ortaya atmıştır. *Bu evrimin hep daha gelişmişe doğru olduğunu düşünen pek çok kişi için hala reddedilen bir görüştür.

28 *Günümüzde yapılan çalışmalarda benzer bir gene ait dizileri farklı organizmalarda bulunabiliriz. *Bu organizmalar birinden bakteri, mantar, ve insan gibi çok farklı olabilir. *Aslında bu sonuç bizim için onların ortak bir atadan evrimleşmiş olabileceğinin çarpıcı bir kanıtıdır. *Burada dizileri karşılaştırmanın güzelliği bize canlılığın benzerliklerini görmek için olanak sağlamasıdır. *Bu noktada karşılaştıran bir şekilde evrim mekanizmasında görülen ortak morfolojik özellikler değildir.

29 *Onlarla aramızda oldukça benzer niteliksel yapılara ek olarak, sahip olduğumuz bazı değişiklikleri ve bize bunların kattıklarını görmemizdir. *Bilmek ve kabul etmek zor olmasına rağmen, değişiklikler olmuştur. *Tam olarak ne olduğunu bilemiyoruz. *Bildiğimiz bir şempanze, bir at ve bir insan geni dizileri karşılaştırıldığında farklı görünse de, farklı olduğumuzu söyleyebilsek de, amino asit yapıları ve sayılarımız tamamen aynıdır. *Bu noktada ve bu noktadan sonra gen dizilerinde ki gelişmelere nasıl bakmak uygun olur? *Bu soru ilerleyen yıllarda yeni tekniklerin ve çalışmaların gelişmesiyle umarız cevaplanabilir.

30 *KULLANILAN KAYNAKLAR * 1 Fundamentals of Molecular Evolution (2000) Dan Graur and Wen-Hsiung Li Sinauer Associates, Inc.,Publishers. Sunderland, MA, USA. * 2 Bioinformatics and Molecular Evolution (2005) Paul G. Higgs and Teresa K. Attwood Blackweel Publishing Ltd. Malden, MA, USA.