Sıçrayan genler ve evrim

Sanayi Devrimi dönemi İngiltere’si ve evrim denildiğinde akla ilk olarak tür ismi Biston betularia olan biberli güveler gelir. Bu, mikroevrim-adaptasyon konusunda klasik bir ders kitabı örneğidir. Bu örneğin hikayesi ise özetle şöyle:
Sanayi Devrimi öncesinde İngiltere’de siyah renkli biberli güveler sayıca azdı. Daha açık renkli biberli güveler ise sayıca daha fazla idi. Daha açık renkli olan güveler, ağaç kabuklarının ve açık renkli yosunların üzerinde koyu renkli olanlara göre daha rahat kamufle olabilmekteydi. Bu da onların avcı canlılar tarafından kolaylıkla farkedilememesine neden olmakta ve koyu renkli olanlara göre avlanılma olasılıklarını düşürmekte idi. Sanayi Devrimi’nin ilk yıllarında, Londra’dan Manchester’a kadar olan kırsal alan, kömür kullanan fabrikaların sayısındaki artışla birlikte bir is tabakası ile kaplandı. Kirlilik nedeniyle açık renkli yosunların büyük çoğunluğu öldü ve ağaçların rengi kirliliğe bağlı olarak koyulaştı.
Bu süreçte açık renkli olan güveler, koyu renkli ağaç gövdeleri üzerinde avcı canlılara daha kolay yem olmaya başladı. Öte yandan, sayıları daha az olan siyah renkli güveler, koyu renkli ağaç kabukları üzerinde daha kolay kamufle olabilmekte ve bu da onları avlanılmaktan kurtarmakta idi. Böylece biberli güve popülasyonunda zamanla açık renkli güvelerin sayısı azalırken siyah renkli olanların sayısı zamanla arttı1. Sanayi Devrimi öncesinde açık renkli güvelerin oranı neredeyse yüzde 100 iken 1895 yılına gelindiğinde, bu oran yüzde 2’ye düştü. Yani her 100 güveden 98’inin rengi koyu idi. Aşağı yukarı yüz yıllık bir süreçte durum tersine dönmüştü.
Biberli güvelerin moleküler seviyede hangi mekanizmalarla uyum sağladığı, popülasyonda görülen bu adaptasyonun moleküler mekanizmaları şimdiye kadar tam olarak bilinmiyordu. Liverpool Üniversitesinden araştırmacıların Nature dergisinin 2 Haziran 2016 tarihli sayısında yayınladıkları araştırma2,3 ortaya çıkan koyu rengin “sıçrayan gen” mutasyonu nedeni ile olduğunu ortaya çıkardı.
Sıçrayan genler, ya da daha bilimsel isimleri ile transpozonlar, hareketli DNA parçacıklarıdır. Bunlar DNA üzerinde yer değiştirerek genlerin ifade seviyelerini değiştirebilir. Ilik Saccheri liderliğindeki ekip, yeni nesil dizileme yöntemleri ile gen haritalama yöntemlerini birlikte kullanarak, renk değişiminden sorumlu korteks geninin içinde büyük bir sıçrayan geni tespit etti. Çeşitli matematiksel yöntemler kullanılarak bu genin bu bölgeye giriş tarihi 1819 yılına tarihlendirildi ki bu da tarihi veriler ile son derece uyumlu idi. Tarihi kayıtlara ilk siyah güve örneği 1811 yılında girmişti4 .
Sıçrayan genler, güvelere değişen çevre şartlarına (çevre kirliliğine) uyum sağlama olanağını sundu. Böylece biberli güve hikayesi ile karakterize olan hızlı uyum süreci de bir mekanizmaya kavuştu. İlk olarak 1940 ların ortasında Barbara McClintock tarafından mısır bitkisinde keşfedilen hareketli DNA parçacıklarının, DNA içinde çoğu zaman çevresel koşullardan etkilenen epigenetik mekanizmalarla sessizleştirildikleri bugün bilinmektedir5.
Canlıların evriminde sıçrayan genlerin, çevrenin ve epigenetik mekanizmaların nasıl işlev gördüğü sorusu ise bugünün en önemli sorularından biridir.

1 Majerus, Michael E. N. (2008). “Industrial Melanism in the Peppered Moth, Biston betularia: An Excellent Teaching Example of Darwinian Evolution in Action”. Evolution: Education and Outreach 2 (1): 63–74. doi:10.1007/s12052-008- 0107-y.

2 Arjen E. van’t Hof, Pascal Campagne, Daniel J. Rigden, Carl J. Yung, Jessica Lingley, Michael A. Quail, Neil Hall,
Alistair C. Darby, Ilik J. Saccheri. The industrial melanism mutation in British peppered moths is a transposable element. Nature, 2016; 534 (7605): 102 DOI: 10.1038/nature17951

3 University of Liverpool. “Jumping gene” took peppered moths to the dark side in Industrial Revolution. ScienceDaily. ScienceDaily, 1 June 2016. www.sciencedaily.com/releases/2016/06/160601141528.html.

4 Berry, R. J. (1990). “Industrial melanism and peppered moths (Biston betularia (L.))”. Biological Journal of the Linnean Society 39 (4): 301–322. doi:10.1111/j.1095-8312.1990.tb00518.x.

5 http://science.sciencemag.org/content/338/6108/758