Evrim ve rastlantı-1/Ergi Deniz Özsoy

Evrimsel biyologlar herhangi bir biyolojik özelliğin evrimleşmesinde rastlantının çok önemli bir rolü olduğunu gayet iyi bilirler ancak evrimin rastlantısıyla gündelik hayattaki ve elbette evrim karşıtlığındaki tesadüf-rastlantı algısı arasında dağlar kadar fark vardır. Aslında evrim karşıtlığı, tarihsel bulanıklığı içinde rastlantı kavramını bilimsel içeriğinden tamamen soyutlanmış bir şekilde sunmak için özel bir gayret gösterdiği bir “geleneğe” de sahiptir.

Bu ve sonraki üç yazımızda evrimsel biyoloji açısından rastlantının ne olduğunu ele alacağız. İlk olarak, rastlantının öncelikli ve ilk evrimsel tanımından, genetik sürüklenmeyle evrimleşmeden kısaca söz edeceğiz. İzleyen iki yazımız da ise önce mutasyonların rastlantısallığından ardından doğal seçilimle rastlantısallık arasındaki ilişkiden bahsedeceğiz. Yazı dizimizin sonunda ise, canlılığın kökenindeki rastlantısallığı ele alarak tarihsellik bahsine de bir parça gireceğiz.

Önce genetik sürüklenme demiştik: bu hayli enterasan matematiksel sonuçları olan evrimleştirme sürecini öncelikle bir varsayımsal örnek üzerinden anlamaya çalışalım.Bir kap içinde 1000 tane misket olduğunu varsayalım. Bu misketlerden 600 tanesi mavi, 300 tanesi beyaz ve 100 tanesi kırmızı olsun. Bu kaptaki renk kategorilerinin sıklıkları ise sırasıyla 0.6, 0.3 ve 0.1 olacaktır. Şimdi bu kabı karıştırıp içinden 10 tane misketi renk ayrımı yapmadan (rastgele) seçelim.Kritik soru şöyle olacaktır: seçilen 10 misket içinde mavilerin sıklığı kaçtır? Hemen söyleyelim: çok büyük ihtimalle 0.6’dan oldukça farklı olacaktır. Hatta bu yeni kümede kırmızı misket hiç olmayabilir de. Peki neden böyle bir sonuca varıyoruz? Çünkü: temel istatistiğin bize gösterdiği üzere, bir büyük gruptan küçük gruplar oluşturduğumuzda küçük grupların büyük grubun özelliklerini temsil etme ihtimali çok düşer. Bu deneyi 1000’er misket içeren 10 kapta tekrarlayalım. Her defasında 10 tane misket aldığımızda iki temel sonuçla karşılaşırız: birincisi, her kaptan türetilen küçük (10’luk) grubun renk kategori sıklıkları örneklemin yapıldığı büyük gruptakilerden son derece farklıdır. İkincisi, her bir 1000 gruptan alınan her bir grubun renk kategori sıklıkları diğer 1000 lik gruplardan oluşturulan küçük gruplardan farklıdır. Bir başka deyişle, her bir küçük grubun özellikleri kendine has bir yaygınlık gösterir.

Şimdi ise, bu on tane 1000’lik gruptan çekilen küçük grupları bir türün bir popülasyonundaki ardışık kuşaklar olarak kabul edelim. Gözlediğimiz tür Kaliforniya çöl çiçeği olsun. Mavi, kırmızı ve beyaz renkler de çiçek renkleri. Mavi çiçekli olmak daha fazla böcekle tozlaşmak olsun. Sonra beyaz, ardından da kırmızı çiçekli gelsin tozlaşma yoğunluk derecesinde. En çok tozlaşan en çok yavru verendir değil mi? Ancak her kuşakta çiçek rengi sıklığı, o kuşaktaki bireylerin azlığına bağlı olarak (aslında biyolojik açıdan az sayıda bireyin eşleşerek yavru döl bırakmasından ötürü), bir büyük bir küçük sıklıklara dalgalandığı için ve böyle bir süreç de çiçek rengi değişkenliği kolaylıkla yitirebileceğinden, sonuç itibarıyla mavi çiçeklerin geçen zamanla popülasyonda artmasından bahsedilemez.Bir başka deyişle, çiçek rengi sıklıkları önceki kuşaklardan tahmin edilemez. Yani, çiçek renklerinden birinin sonuç itibarıyla yaygınlaşacağı, yönü belli bir evrim süreci gözlenemez. Çiçek rengi kaltımsal olduğuna göre, her kuşakta farklı sıklıklara sürüklenen renk değişkenliği önceki kuşaklardan yönü kestirilemediği için tamamen rastlantısal olan bir genetik evrimleşme süreci söz konusudur.Genetik sürüklenme teriminin sebebi budur.

Peki Neanderthal akrabamız biz Homo sapiens’lere bir bahar akşamı mı rastlamıştır? Genetik sürüklenmeyle Afrika’dan çıkışımıza da değinerek haftaya devam edeceğiz.

Evrim ve rastlantı-3


Ergi Deniz Özsoy

Evrimsel biyolojinin mihenktaşı sayabileceğimiz rastlantısallık bakımından geçtiğimiz hafta doğal seçilimin rastlantısallığına değinmiştik. Seçilimin özüne aykırı gibi gözüken rastlantısallığı ifade eden ikinci durumda, her bir genetik kombinasyonun belli bir çevresel etkene verdiği yanıt şeklinde sabit olarak tanımlanan uyum başarısının değişimine vurgu yapmamız gerekir.

Bir biyolojik özellikteki değişkenliğin altını çizen farklı genetik yapılar çerçevesinde tanımlanan doğal seçilim süreci, seçilimsel avantajı yüksek genetik yapının (örneğin A1A1 kombinasyonunun) her kuşakta böyle bir yüksek avantaja sahip olduğu üzerine inşa edilir. Bu durum,avantajın gözlendiği çevresel koşulun devamlılığının bir ifadesidir aslında. Geçen haftaki kolera örneğine dönersek, kolera salgını devam ettiği ya da tarihsel açıdan kısmi süreklilik gösterdiğinde direci sağlayan A1 formunu hem anne hem de babadan alan A1A1 bireylerinin hayatta kalma ihtimalleri diğer form kombinasyonlarından yüksek olacaktır. Süreç olarak bakıldığında ise, A1 formunun sıklığı kuşaklar boyu artmaktadır ve teori kolarak popülasyonun tamamen A1 formunu taşıyan bireylerden oluşması da mümkündür. Konumuz açısından evrimsel genetiğin sorduğu temel soru bu noktada şudur: Peki kolera salgını ortadan kalktığında ya da şiddetini iyice yitirdiğinde süreç nasıl işleyecektir? Ya da,kolera salgını şiddetini yitirmese bile, A1 formunun sıklığını azaltacak başka bir çevresel koşul baskın hale geldiğinde - örneğin şiddeti giderek artan ve yaygınlaşan bir açlık söz konusu olduğunda- süreç nasıl olur?

Bu soruların yanıtını evrimsel biyolojinin tarihsel ve güncel bakımlardan önemini yitirmeyen doğal laboratuvarından, meşhur Galapagos adalarındaki ispinozların evriminden verelim. Bu ispinozların Darwin ve evrimsel biyolji açısından önemini tekrarlamamız gerekmiyor. Galapagos ispinoz türlerini modern evrimsel perspektifle çalışan ilk kişi 1947'de, artık klasikleşmiş eserini, Darwin'in spinozlarını yayınlayan David Lack idi. David Lack'ın açtığı evrimsel ve ekolojik bakışı taçlandıran bilim insanları ise,1970'den günümüze dek Galapagos ispinozlarını ayrıntılı irdeleyen ve evrimsel biyolojinin doğadaki en meşhur çalışmasını böylece bize sağlayan Peter ve Rosemary Grant'dir. Grant'lerin 40 yılı aşan çalışmalarında ortaya çıkan manzara ise rastlantısallık bahsi açısından hayli çarpıcıdır.



Grant'ler Galapagos adalarındaki türlerin gagabiçimlerini, büyüklüklerini ve derinliklerini, vücut büyüklüklerini uzun bir süre takip etmişlerdir. Doğal seçilim açısından bu özelliklerin önemi büyüktür zira Galapagos'u oluşturan farklı adalardaki besin tiplerine olan ispinozların türsel özgüllüğünün bir ifadesidirler; kimi türler kaktüslerle, kimileri sert tohumlarla ve kimileri de böceklerle beslenmektedir. Sıcaklık ve yağış dalgalanmalarına göre adaların bitki çeşidi ve bollukları görece kısa dönemlerde gözlenebilen değişimler sergilemektedir. Grant'lerin ortaya koyduğu çarpıcı sonuç şöyledir: bu özelliklerin kabaca 5'er yıllık yönlü bir değişimi söz konusudur ve bu yön doğal seçilimle doğrudan ilişkilidir zira doğal seçilim katsayılarının büyüklüğü bu çıkarımı yapmaya uygundur. Örneğin, gaga büyüklüğünün 5 yıl boyunca düzenli artış gösterdiği türler söz konusudur. Ancak bu özellik daha geniş bir zaman diliminden bakıldığında, örneğin 30 yıl izlendiğinde, gaga büyüklüğünün artışını kimi zaman net azalışlar ya da değişimin olmadığı dönemlerin izlediği görülmektedir. Kimi zaman yeni ancak eskisinden farklı artış dönemleri de olabilmektedir. Bu durum seçilimsel önemi olan hemen her özellik için böyledir. Bir başka deyişle,kısa vadede yönü belli olan seçilim, uzun vadede bu özelliğini yitirmektedir; uzun vadede seçilimin yönünü kestirmek mümkün değildir zira geniş manasıyla çevresel koşullar uzun vadede değişmektedir. Çevresel koşulların değişimi ise besinlerin dönemsel dağılımını değiştirir. Ya da, örneğin, ağaç yarıklarına gizlenmiş böcekleri daha etkin biçimde avlayan görece küçük vücutlu ve sivri gagalı ispinozların direncini düşüren sert bir iklimsel dalgalanma söz konusu olmuştur. Sonuç itibarıyla doğal seçilim de uzun vadede rastlantısal bir sürecin ifadesi olmaktadır.

Rastlantısallık bahsininin mutasyon ayağını ve canlılığın kökenindeki rastlantısallığı ise haftaya ele alacağız.

Bu yazı soL gazetesinin bilimsoL sayfasında 12 Nisan 2014 tarihinde yayınlanmıştır.

Evrim ve rastlantı-4/Ergi Deniz Özsoy




Rastlantısallığı evrimsel biyoloji çerçevesinde ele aldığımız önceki yazılarımızda genetik sürüklenme ve doğal seçilimin rastlantısallığından bahsetmiştik. Evrimsel açıdan rastlantısallığın önemli bir diğer ayağı ise mutasyonun tesadüfiliği üzerine kuruludur.

Mutasyon bir gendeki yada Mendel kalıtımıyla aktarılan herhangi bir genetik birimdeki değişimi ifade eder. Tarihsel olarak mutasyonun anlamı kalıtımsal “bozunma” olmakla birlikte, modern genetiğin bağlamında kalıtımsal birimlerdeki değişebilirlik şeklinde ifade edilir. Bir türün kromozomundaki belli bir bölgedeki, örneğin kopma o bölge açısından bir mutasyondur. Bölgeye yapılan, örneğin hareketli genetik sebebiyle yapılan bir ekleme de mutasyondur. Ya da, belli bir kromozom bölgesinin kopup aynı yere ama öncekine göre ters bir oryantasyonda yapışması da bir mutasyondur zira böyle bir değişim o bölgedeki gen sırasını değiştirip üreme ile belirli bir genetik dizilimin korunarak aktarılmasını sağlayabilir. Hatta bir canlı kromozomlardan birini ya da daha fazlasını tamemen yitirir ya da iki farklı türün kormozomlarının birleşmesiyle daha başarılı ve yeni türler ortaya çıkabilir.Bu son durum bitkilerde sıkça görülür. DNA ölçeğinde ise pek çok mutasyon türü vardır ve bunların bir kısmı kromozon düzeyinde açısından anlattıklarımızın minyatür şekilleridir adeta. Özellikle DNA hücre bölünmesi sürecinde çoğaltılırken ortaya çıkan hatalar sonucu pek çok mutasyon ortaya çıkar. Oluşan mutasyonlar genlerin ürünlerini değiştirirler ve çoğunlukla etkileri zararlıdır denilebilir. Ancak belirli oranlarda “avantajlı” mutasyonlarda ortaya çıkar ve bunlar da evrimsel zaman içinde, diğer evrimsel kuvvetlerin etkisiyle evrimsel dönüşümü ve yeniliği sağlarlar. Aslında herhangi bir türün genomu çevresiyle dinamik etkileşim içinde bulunduğundan, zararlı ve yararlı mutasyon tanımları tarihsel bir bağlam içinde anlam kazanırlar.Örneğin AIDS’e direnç sağlayan mutasyon ilgili gendeki bir kopukluktan kaynaklanan bir “bozukluktur” ve pek çok salgın hastalığa direnç sağladığından ötürü de insanlık tarihinde çok uzun süredir bazı toplumlarda yaygın olarak bulunduğu bilinmektedir.

Peki mutasyonu tesadüfiliği ne demektir? Evrimsel biyoloji açısından bu rastlantısallık mutasyon ile onun meydana getireceği nihai ürün ilişkisi ile tanımlanır: Hiç bir mutasyon belirli bir işlevsel avantaj sağlamak üzere özellikle meydana gelmez. Bir başka deyişle, mutasyonla yaratacağı etki arasında bir bilinç ve dolayısıyla da öncelik ilişkisi bulunmaz. Evrimcilerin mutasyonun rastlantısallığından kastettiği de budur. Örneğin böceklerin böcek öldürücülere karşı direnç olsun diye özellikle genomum bir bölgesinde mutasyon oluşturmalarından bahsedilemez.

Canlıların genomunda diğer bölgelere nazaran daha yüksek sıklıkla mutasyona uğrayabilen “sıcak noktalar” vardır. Hatta “mutasyon artırıcı genlerin” varlığı bile söz konusu olabilmektedir. Ancak bu bölgelerin mutasyonla daha sık değişebişlmesi buralardan belirli bir ürünün daha öncelikli olarak ve belirli koşullarda üretildiği anlamına gelmez. Sadece, ürünleri yine de çok kolaylıkla kestirilemeyen bir hammadenin daha kolay “işlenebileceği” anlamına gelir. Mutasyonların sıklığını ölçmek için kullanılan geleneksel istatistiki metodların aynı zamanda rastlantısallığı ölçen yaklaşımlar olması (örneğin: Poisson dağılımı temelli istatistiksel argümanlar) tesadüfi de değildir.

Böylece temel evrimsel rastlantısallık konusunu ana hatlarıyla sonlandırmış bulunuyoruz. Canlılığın kökenine ilişkin temel rastlantısallık bahsini ise enformasyon teorisindeki temel rastlantısallık çerçevesini de ele alacak şekilde ayrı bir konu şeklinde haftaya bırakalım.


Bu yazı soL gazetesinin bilimsoL sayfasında 3 Mayıs 2014 tarihinde yayınlanmıştır.