- Konbuyu başlatan
- #1
F
faust
Ziyaretçi
DNA dizilerindeki farklılıklardan genler üzerindeki seçilimi tanımlayabilmemiz artık mümkün ve kolaylaşmış durumdadır diyebiliriz. Ancak temel sorun, çözüme doğru çok önemli bir adım atılmış da olsa, hâlâ karşımızdadır; bir başka deyişle, biyolojik değişkenliği doğal seçilim olarak anlamamızı sağlayan biyolojik süreçlerin gen ve gen etkileşim durumları açısından tam olarak tanınması ve genden fenotipe uzanan karmaşık yolun evrimsel bakışla aydınlatılması sorunu. Bu iki bileşenli sorunun çözümüne ilişkin yollar ise on yıldır parlak sonuçlar veren evrimsel genomiks ve evrimsel gelişim biyolojisinin bulguları arasında uzanmaktadır.
Yazımızın önceki bölümlerinde, doğal seçilimi, belirli ölçüde deterministik olan evrimsel bir değişimi bulguladığımız istatistiksel bir tanımlama şeklinde kavramlaştırmıştık. Bu kavramlaştırmanın can alıcı noktası, böyle bir kesintili deterministik değişimin (çevre koşulları değiştiğinde doğal seçilimin yönü kestirilemez hale geliyordu; bkz. "Seçilim Algısının Doğal Karmaşıklığı", Bilim ve Gelecek, Kasım 2007) aralarında uyumsal farklar olan ve organizmanın biyolojik özelliklerini net biçimde etkileyen alternatif alellerin frekans değişimini (artışı ya da azalışı) temel alan mekanistik bir çerçeve önermesidir.
Alternatif allelerin, yani genlerin alternatif biçimlerinin, alternatif (işlevsel açıdan farklı) proteinler kodladığını düşündüğümüzde, doğal seçilimin mekanistik-biyolojik çerçevesinin tamamlandığı düşünülür. İşlevsel farklılığı olan proteinlerin, bu farklılıklarının seçilimle ilişkilendirilebildiği sağlam bilimsel senaryolar vardır ve böyle senaryoların öngörüleri laboratuvarda ayrıntılı çalışılmış biyokimyasal sınamalara dayanır ve genellikle proteinin iş gördüğü birincil moleküler işlev üzerine temellendirilir.
Alkolü parçalayan enzimi kodlayan gen örneği
Bu durumu, son 35 yılda evrimsel genetik açıdan yoğun araştırma konusu olan alkol dehidrogenaz enzimini (ADH) kodlayan gen örneğiyle açıklayabiliriz. Bu gen, sirke sineğinde -ki genin en çok çalışıldığı model canlı budur- 255 aminoasitten oluşan bir proteini kodlamaktadır. ADH enziminin en önemli birincil işlevinin sirke sineğinin bulunduğu ortamda maruz kaldığı alkolu parçalamak olduğu deneylerle sabittir. Dişi sinekler yumurtalarını çürümekte olan meyvelere bırakırlar ve yumurtadan çıkan kurtçuklar çürümekte olan meyvede yerleşmiş bulunan maya kolonilerini yiyerek beslenirler ve belirli bir ağırlığa ulaşan bir kurtçuk uygun bir yerde başkalaşıma girer ve ardından ergin sinek haline geçer ve yaşamına devam eder. Çürüyen meyveye yerleşik olan maya hücreleri ise yaşama etkinliklerinin bir parçası olarak fermantasyon ile alkol üretirler. Bir başka deyişle, hareketleri sınırlı olan kurtçuklar kendileri için zehirli olabilecek düzeylere yükselebilen alkol derişimi ile beslendikleri ortamda hep karşı karşıyadır.
Sahip olunan alkol dehidrogenaz enziminin yapısal özelliği işte tam bu noktada önemini göstermektedir; alkolü en hızlı ve etkin biçimde parçalayabilen, hatta alkolden enerji olarak da en verimli biçimde yararlanabilen enzimi (ADH enzimi) olan kurtçukların yaşamda kalma olasılıkları daha yüksektir. Alkol yaşama ortamında öldürücü miktarda bulunmasa da, alkolü hızlı parçalayıp etkisiz hale getirenler onu etkin biçimde enerji kaynağına da dönüştüreceklerinden, böyle sineklerin daha hızlı biçimde uygun ağırlığa ulaşarak başkalaşıma görece erken girmeleri ve daha erken erginleşmeleri söz konusudur. Alkolün zaralı etkisinden kurtulup hayatta kalma ya da erken erginleşip daha önce üreme sonucunda, alkolü hızlı parçalayan sineklerin bu "alkol avantajı" sağlayan genleri, sonraki kuşaklara daha sık aktarılacak ve böylece doğal seçilimin düşük avantajlı alternatifi (burada alkolü daha düşük verimle parçalayan ADH enziminin aleli) aleli elediği bir süreçlerle ADH gen frekansları belirlenmiş olacaktır.
Yukarda ana hatlarını verdiğimiz bu senaryo uydurma değildir ve onu destekleyecek bir moleküler yapı ve biyokimyasal etkinlik gerçekliği ile örtüşür görünmektedir. Öncelikle, sirke sineğinin dünyadaki hemen tüm populasyonlarında enzimin iki ayrı alel tarafından kodlanan yalnızca iki formu bulunmaktadır: ADH-F ve ADH-S olarak adlandırılan bu formlar, bir jel ortamında yaratılan elektrik alanındaki göreli hareket hızlarını ifade edecek şekilde F (İngilizce Fast=hızlı sözcüğünün ilk harfi) ve S (Slow=yavaş sözcüğünün ilk harfi) biçiminde birbirinden ayırılır ve ADH enzimini kodlayan genin (Adh) iki farklı alelinden üretilen enzimleri ifade ederler. Bu iki farklı enzim, 255 aminoasit uzunluğundaki temel protein yapısı açısından bakıldığında, yalnızca 1 aminoasit açısından farklıdır; S alelinin kodladığı enzimin 192'nci aminoasidi bir (...)
Yazımızın önceki bölümlerinde, doğal seçilimi, belirli ölçüde deterministik olan evrimsel bir değişimi bulguladığımız istatistiksel bir tanımlama şeklinde kavramlaştırmıştık. Bu kavramlaştırmanın can alıcı noktası, böyle bir kesintili deterministik değişimin (çevre koşulları değiştiğinde doğal seçilimin yönü kestirilemez hale geliyordu; bkz. "Seçilim Algısının Doğal Karmaşıklığı", Bilim ve Gelecek, Kasım 2007) aralarında uyumsal farklar olan ve organizmanın biyolojik özelliklerini net biçimde etkileyen alternatif alellerin frekans değişimini (artışı ya da azalışı) temel alan mekanistik bir çerçeve önermesidir.
Alternatif allelerin, yani genlerin alternatif biçimlerinin, alternatif (işlevsel açıdan farklı) proteinler kodladığını düşündüğümüzde, doğal seçilimin mekanistik-biyolojik çerçevesinin tamamlandığı düşünülür. İşlevsel farklılığı olan proteinlerin, bu farklılıklarının seçilimle ilişkilendirilebildiği sağlam bilimsel senaryolar vardır ve böyle senaryoların öngörüleri laboratuvarda ayrıntılı çalışılmış biyokimyasal sınamalara dayanır ve genellikle proteinin iş gördüğü birincil moleküler işlev üzerine temellendirilir.
Alkolü parçalayan enzimi kodlayan gen örneği
Bu durumu, son 35 yılda evrimsel genetik açıdan yoğun araştırma konusu olan alkol dehidrogenaz enzimini (ADH) kodlayan gen örneğiyle açıklayabiliriz. Bu gen, sirke sineğinde -ki genin en çok çalışıldığı model canlı budur- 255 aminoasitten oluşan bir proteini kodlamaktadır. ADH enziminin en önemli birincil işlevinin sirke sineğinin bulunduğu ortamda maruz kaldığı alkolu parçalamak olduğu deneylerle sabittir. Dişi sinekler yumurtalarını çürümekte olan meyvelere bırakırlar ve yumurtadan çıkan kurtçuklar çürümekte olan meyvede yerleşmiş bulunan maya kolonilerini yiyerek beslenirler ve belirli bir ağırlığa ulaşan bir kurtçuk uygun bir yerde başkalaşıma girer ve ardından ergin sinek haline geçer ve yaşamına devam eder. Çürüyen meyveye yerleşik olan maya hücreleri ise yaşama etkinliklerinin bir parçası olarak fermantasyon ile alkol üretirler. Bir başka deyişle, hareketleri sınırlı olan kurtçuklar kendileri için zehirli olabilecek düzeylere yükselebilen alkol derişimi ile beslendikleri ortamda hep karşı karşıyadır.
Sahip olunan alkol dehidrogenaz enziminin yapısal özelliği işte tam bu noktada önemini göstermektedir; alkolü en hızlı ve etkin biçimde parçalayabilen, hatta alkolden enerji olarak da en verimli biçimde yararlanabilen enzimi (ADH enzimi) olan kurtçukların yaşamda kalma olasılıkları daha yüksektir. Alkol yaşama ortamında öldürücü miktarda bulunmasa da, alkolü hızlı parçalayıp etkisiz hale getirenler onu etkin biçimde enerji kaynağına da dönüştüreceklerinden, böyle sineklerin daha hızlı biçimde uygun ağırlığa ulaşarak başkalaşıma görece erken girmeleri ve daha erken erginleşmeleri söz konusudur. Alkolün zaralı etkisinden kurtulup hayatta kalma ya da erken erginleşip daha önce üreme sonucunda, alkolü hızlı parçalayan sineklerin bu "alkol avantajı" sağlayan genleri, sonraki kuşaklara daha sık aktarılacak ve böylece doğal seçilimin düşük avantajlı alternatifi (burada alkolü daha düşük verimle parçalayan ADH enziminin aleli) aleli elediği bir süreçlerle ADH gen frekansları belirlenmiş olacaktır.
Yukarda ana hatlarını verdiğimiz bu senaryo uydurma değildir ve onu destekleyecek bir moleküler yapı ve biyokimyasal etkinlik gerçekliği ile örtüşür görünmektedir. Öncelikle, sirke sineğinin dünyadaki hemen tüm populasyonlarında enzimin iki ayrı alel tarafından kodlanan yalnızca iki formu bulunmaktadır: ADH-F ve ADH-S olarak adlandırılan bu formlar, bir jel ortamında yaratılan elektrik alanındaki göreli hareket hızlarını ifade edecek şekilde F (İngilizce Fast=hızlı sözcüğünün ilk harfi) ve S (Slow=yavaş sözcüğünün ilk harfi) biçiminde birbirinden ayırılır ve ADH enzimini kodlayan genin (Adh) iki farklı alelinden üretilen enzimleri ifade ederler. Bu iki farklı enzim, 255 aminoasit uzunluğundaki temel protein yapısı açısından bakıldığında, yalnızca 1 aminoasit açısından farklıdır; S alelinin kodladığı enzimin 192'nci aminoasidi bir (...)