08 Kasım 2009 00:00

Deney tüpünde evrim

Hep canlılardaki değişimin, onların evriminin milyonlarca yıllık fiziksel, kimyasal ve biyolojik süreçlerin ürünü olduğunu söyleriz. Dolayısıyla da onların evrimini birebir doğrudan görüntülemek...

Paylaş
Hep canlılardaki değişimin, onların evriminin milyonlarca yıllık fiziksel, kimyasal ve biyolojik süreçlerin ürünü olduğunu söyleriz. Dolayısıyla da onların evrimini birebir doğrudan görüntülemek, gözlemlemek elimizde bir zaman makinemiz olmadığı için(!) zordur. Ömrümüz büyük bir canlı türünün evrimini yüzlerce, binlerce kuşak boyunca gözlemeye yetmez. Bizler çoğunlukla, dolaylı bazı yöntemleri kullanarak onların evrimini izleriz. Örneğin yeryüzünde bulunan fosilleri, canlıların anatomik benzerliklerini araştırırız. Genetik bilimini kullanarak canlıların genlerinin milyonlarca yıldır nasıl değiştiğini, bu değişimin canlıların evriminde nasıl bir rol oynadığını, ortak atadan günümüze akrabalık ilişkilerini ortaya çıkarmaya çalışırız. Oysa nadir de olsa elimize bazı canlı türlerinin evrimini incelemek için fırsatlar geçer. Bu canlı türlerinden biri de bakterilerdir.Moleküler biyoloji ve genetiğin laboratuvarda en çok kullanılan bakterilerinden biri de Escherichia coli tür adıyla bilinen bakteri türüdür. Koli basili olarak da bilinen bir türdür bu. E. coli bilim insanlarının en çok kullandığı model organizmadır. Üretilmesi diğer organizmalara göre daha kolay ve hızlıdır. Ortalama yirmi dakikada bir bölünür ve kendisine eş bir yavru hücre oluşturarak kendisini çoğaltır. Tek hücreli bir organizma olduğu için genetik olarak manipülasyonu da kolaydır. Genomu insan genomu vb. ile karşılaştırıldığında oldukça küçüktür. İnsan genomu yaklaşık 6 milyar bazdan (harften) oluşurken, E. coli genomu 4.5 milyon bazdan oluşmaktadır. İnsan genomu yaklaşık 23 bin geni kodlarken, E. colide bu sayı 5 bin civarındadır. Yani insan vb. canlılarla karşılaştırıldığında E. coli daha az karmaşık bir organizmadır. Bunun yanında bu bakteriye gen aktarımı yapmak da daha kolaydır. Örneğin şeker hastalarının kullandığı insülin, böyle bir bakteride üretilmektedir. İnsan insülin geni bakteriye aktarılarak bakterinin insan insülinini üretmesi sağlanmıştır.E. coli 29 Ekim tarihinde Nature dergisinde yayımlanan tarihi bir evrim deneyinin de başrol oyuncusu oldu. Bakterinin test tüpünde evrimini kare kare gösteren bir deneydi bu. Bu deney, tam 21 yıldır sürdürülmekteydi. Her şey 1988 yılında Michigan Devlet Üniversitesi’nden Richard Lenski ve çalışma arkadaşlarının E. coli hücrelerini laboratuvarda çoğaltmasıyla başladı. Tam yirmi bir yıl boyunca üreyen bakteri kuşaklarından örnekler alındı ve bunların genlerinin zamanla nasıl değiştiği, bu bakteri popülasyonunun nasıl bir adaptasyon (uyum) ve evrim sürecinden geçtiği incelendi. Böylece Darwin’in doğal seçilim ilkesinin laboratuvarda E. coli üzerinde nasıl işlediği test edilmiş ve gösterilmiş oldu. Darwin’in doğal seçilim sürecini inceleyen, test eden birçok çalışma daha önce de yapılmıştı, ancak hiçbirinde bu kadar fazla kuşak bu kadar detaylı incelenmemişti. Çalışma bu açıdan bir ilktir. E. coli 21 yılda tam 40 bin kuşak oluşturmuş ve Lenski ile arkadaşları 2 bin, 5 bin, 10 bin, 15 bin, 20 bin ve 40 bininci kuşaklardan örnekler alarak bunların gen dizilerini ve dizideki farklılıkları belirlemiş. Lenski, bakteride oluşabilecek bir mutasyonun, eğer besin için mücadelede bakteriye avantaj sağlıyorsa, tüm bir popülasyonda yayılacağını; yani o mutasyona sahip bakterinin, doğal seçilim sürecinden zaferle çıkacağını düşündü. Lenski ve arkadaşları, 20 bininci kuşakta tam 45 tane mutasyon tespit etti. Bu mutasyonlar, Darwin’in doğal seçilim teorisine göre bu organizmalara seçilimsel olarak bazı avantajlar sunmuş olmalıydı ki, bunun böyle olduğu deneyler sonucunda anlaşıldı. Çalışmalar sonunda mutasyonların oldukça sabit bir oranda ilerlediği ve bakterinin çevreye uyum hızının yavaşladığı, ancak daha sonra birden mutasyon hızının arttığı, yeni dinamik bir ilişkinin kurulduğu bulundu. Bu artışa 26 bininci kuşakta oluşan bir mutasyonun sebep olduğu anlaşıldı. DNA metabolizmasında görevli bir bölgede oluşan bu mutasyon genomdaki mutasyon hızında bir sıçramaya neden olmaktadır. 40 bininci kuşakta mutasyon sayısı 653’e çıktı. Ancak bu mutasyonların çoğunun bakteriye yararlı olmadığı ortaya çıktı. Çalışmada genomdaki değişimle ortama uyumun gelişmesi arasında bir uyumsuzluk olduğu iki açıdan gözlemlendi. İlk 20 bin kuşakta mutasyon hızı sabitken, ortama uyum hızının azaldığı, ancak mutasyon hızını artırıcı bir mutasyon oluştuktan sonra genom evriminin hızlandığı bulundu. Bu çalışma evrimsel dinamiklerin anlaşılmasında genom diziliminin önemini bir kez daha ortaya koymuş oldu. Çalışma, evrimsel dinamiklerin daha az karmaşık türlerde bile moleküler ve popülasyona ait genetik süreçlerden etkilendiğini, genom evrimi ile uyum hızı arasında daha az karmaşık bir sistem olan E. colide bile akışkan ve karmaşık bir ilişkinin olduğunu ortaya koydu. Bu açıdan çalışma, diğer canlılarda ve genel olarak doğada evrim ve uyum hızı ilişkisinin nasıl olduğuna dair pek çok yeni bilimsel soruyu da ortaya çıkarmış oldu.
Günseli Bayram
ÖNCEKİ HABER

Odisseus’un barış yolculuğu

SONRAKİ HABER

Barışa renk kat: Elazığ'da mahalleli duvarlara barışı çizdi

Sefer Selvi Karikatürleri
Evrensel Gazetesi Birinci Sayfa