Değişme
Buraya kadar anlattığım yaşamın temel prensiplerinin anlaşıldığı parlak buluşlar dönemi boyunca, Sovyetler Birliğinde genetik ve evrim araştırma ve uygulaması bir şarlatan tarafından denetleniyordu, işe yaramaz bir bilim adamı ama ateşli bir polemikçi olan T.D. Lysenko, önce Stalin’i sonra Kruşçev’i canlılarda kazanılan karakteristiklerin kalıtımla sonraki kuşaklara geçirilebileceğine inandırdı. Bunun aksini savunan bilim adamları, 1930’ların ortalarından 1960’lann ortalarına kadar susturuldular. Bu dönem boyunca hükümet, Lysenko’nun teorilerini izleyerek tropik bitkileri Arktik bölgelere uydurmaya, kış buğdayını bahar buğdayı bölgelerine zorlamaya çalıştı, bu da Rusya’nın tarım verimini altüst etti. Lysenko’nun, kavranılan, daha başından DNA’nın kalıtımın temel maddesi olma rolünü tümüyle reddediyordu.
Bir gün basketbol maçı seyrederken bağımlı düşüncenin bu gülünç örneği geldi aklıma. Lysenko, bize basketbol oyuncularının oynadıkça boylarının uzadığını ve oyuncuların çocuklarının sonuç olarak daha uzun boylu olacaklarını söylese inanabilir miydik? Her yeni nesil basketbol oynadıkça potanın tavana doğru yükselmesi mi gerekecekti?
Sovyet hükümetince; bu sonradan elde edilmiş karakteristiklerin, katılımıyla sonraki nesillere geçirileceği düşüncesinin desteklenmesi anlaşılabilir, çünkü bu; tohumlara belli şartlar uygulamakla ürünün iyileştirilebileceği demek oluyordu, insana da kendi gelişmesini etkilemek ve sonuçlarını çocuklarına aktarmak umudunu veriyordu.
Ama gerçek acımasızdır. Profesyonel basketbol oyuncularının boy uzunlukları bazı insanların diğerlerinden uzun olmasını sağlayan rastlantısal sürece bağlıdır. Kimi insanlar uzun boyludur ve uzunlar basketbol oynamak üzere seçilirler.
Bu ve bundan sonraki bölümde değişme ve doğal seçme üzerinde yoğunlaşacağız; değişimin kaynağı, canlıların çeşitliliği ve çevrenin yaşamını sürdürmesine olanak verdiği canlı biçimlerini seçmesi üzerinde duracağız.
Canlıların uzun tarihi boyunca, esneklik ve uyum yeteneği (değişebilirlik) çok değerli özelliklerdir. Çoğunlukla sert ve durmadan değişen yeryüzünün çevre koşullarında, değişme ve yaşamı sürdürebilme eşanlamlı şeylerdi.
Sizi, beni, tavuğu, yumurtayı, basketbol oyuncusu ve yeryüzünün bütün diğer yaratıklarını o tek hücreden başlayarak bugüne getiren olaydan evrimden söz ediyoruz.
Evrimde canlılar iki yolla değişime uğrarlar; DNA’da mutasyon ve DNA’ların Cinsel Karışımıyla.
Bir organizmanın DNA’sının değişmesi, şimdi biliyoruz ki organizmanın kendisinde de değişmeye neden olur. Değişen organizmanın kaderi, değişmiş haliyle çevreye uyum gösterebilmesine bağlıdır. Bu seçme olayı bundan sonraki bölümde incelenecektir.
Mutasyonlar
Mutasyon, DNA içindeki dört tür nükleotid halkasından bir veya daha fazlasında değişmedir.
Bir tek halkada bile değişiklik, hatırlayacağınız gibi DNA mesajında bir harfin değişmesi demektir. DNA’dan kopya alan mesajcı RNA değişikliği içerecektir ve protein yapmakta olan makine tarafından farklı okunacaktır. Ortaya değişmiş bir protein çıkacak ve amino asit zincirinde bir halka farklı olacak, sonuç olarak da proteinin işlevi değişecektir.
Mutasyonların en önemli özelliklerinden biri, DNA kopya edildiği zaman onların da kopya edilmeleridir. Daha önce açıkladığımız gibi, hücre bölünmesine hazırlık olarak bir enzim yeni bir dizi gen üretilene kadar, DNA’daki nükleotidleri teker teker aynen kopya eder. DNA’daki bir mutasyon, genellikle, değişimi o DNA’yı içeren hücrelerin bütün gelecek kuşaklarına geçirmek amacı ile kopya edilir. Böylece ufak bir mutasyon DNA diline sonsuza kadar yerleşir.
Mutasyon Nedenleri
Mutasyonlara, doğal reaksiyonlar (örneğin X-ışınları ve ültraviyole ışınlan) ve insan yapısı kimyasal maddelerin DNA’nın nükleotidleri halkalarına çarparak bozmaları neden olur. Nükleotidler böylece başka nükleotidlere dönüşebilirler.
Kimyasal olarak dört standart nükleotid dışında bir biçim alabilirler, veya tümüyle zincirden kopabilirler.
Bütün bu değişmeler doğal olarak zincirin anlamını değiştirebilir; dil bundan sonra artık biraz değişmiştir.
Mutasyonlar tümüyle rastlantısal olaylardır. Kesinlikle DNA’nın hangi halkasına çarpacağını bilmenin olanağı yoktur. Biz dahil her hangi bir canlı yaratığın DNA’sının herhangi bir nükleotidinde her an mutasyon görülebilir. (Buna karşılık bazı ilginç titizlikte davranan enzimler de DNA’yı sürekli gözler ve bir değişiklik bulurlarsa onarırlar. Ama her şeyi de yakalayamazlar.)
Mutasyon Beden Hücrelerini ve Cinsel Hücrelerini Farklı Şekilde Etkiler
Bütün beden hücrelerimiz, DNA’yı oluşturan, annemizden ve babamızdan aldığımız iki birbirini tamamlayıcı bölüm içerirler. Ana babanın çocuk yapabilmeleri için, DNA’larını, yalnızca birleşmeye elverişli olan tek hücrelere yerleştirmeleri gerekir; bu, karşı cinsin bir hücresiyle DNA’larını paylaşmak içindir. Bu özel hücreler, erkeğin testislerinde yapılan spermlerle kadının yumurtalıklarında yapılan yumurtalardır.
Bedenimizin hücrelerinden birinde DNA’da bir mutasyon oluştuğu zaman çoğunlukla bunun hiç farkına varmayız. Bedenimizdeki milyarlarca hücreden birinin bozulmasını hissetmek çok zordur. Bir tek önemli istisna var: Hücrenin kanser olmasına neden olan mutasyon. Bu değişmeyi bundan sonraki bölümde inceleyeceğiz. Oysa yeni bireyleri yapmak için kullanılan sperm ve yumurtaları üreten testis ve yumurtalıklar içindeki hücrelerde mutasyon olduğu zaman durum oldukça değişiktir. Çünkü eğer yumurta veya sperm mutasyon içeriyorsa, bu mutasyon doğal olarak döllenmiş yumurtaya geçecektir. Döllenmiş yumurta bölündüğünde de mutasyon bütün yeni hücrelere kopya edilecektir. Böylece sonuçta ortaya çıkan yetişkinin bedeninin her bir hücresinde mutasyonun bir kopyası bulunacaktır. Ve bu yetişkinin testis veya yumurtalıklarında oluşan, sperm veya yumurta, her seks hücresi de bu mutasyonu taşıyacaktır.
Buna göre, evrimde önemli olacak mutasyon bir organizmanın cinsel hücrelerinde olup kalıtımla geçirilebilen mutasyon çeşididir.
“İyi” Mutasyonlar ve “Kötü” Mutasyonlar
Mutasyonlar enderdir ama yine de evrimsel değişmenin temel araçları olmuşlardır. Bir organizmanın proteinlerinde, çevreye uyum sağlamasında avantajlı değişmelere yol açabilirler. Bu anlamda mutasyonlar yararımızadırlar. Ve bu işlemin böylece sürdüğünü, başka bir deyişle, biz dahil bugün yaşayan bütün canlı varlıkların bedenlerinin işlevini daha iyi görebilmesi için DNA’nın daha iyi proteinler yapacak şekilde sürekli olarak değiştiğini düşünmemek için hiçbir nedenimiz yok. Kuşkusuz yararlı mutasyonların ortaya çıkması kolay değildir. DNA’da proteinin içindeki amino asidi değiştirip proteinin daha iyi çalışmasını sağlayacak bir mutasyonu fark etmemiz pek olası değil. Kısacası ufak ilerlemeleri ölçecek kolay bir yöntemimiz yok.
Ama mutasyonların çoğuna bakılırsa, en azından bizim izleyebildiklerimiz zararlıdır. Yararlı mutasyonların tersine kötü sonuçlar doğuran mutasyonları saptamak kolaydır; çünkü bir bozukluk, zayıflık, hastalık olarak açığa çıkarlar. Hemen hemen her gün insanlarda mutasyonların neden olduğu yeni hastalıklar öğreniyoruz. Her biri çok ender olan bu hastalık türlerinin sayısı epeyce fazla. Her olayda da, bir sonraki kuşağa sperm veya yumurta olarak, geçirilen cinsel hücrelerdeki DNA’nın mutasyonu yatıyor. İkinci kuşakta bedeninin bütün hücrelerinde mutasyonun bir kopyası var. Çok incelenmiş bir örnek, orak gözeli kansızlık (sickle celle anemia: kalıtımla geçen çoğunlukla zencilerde görülen kronik kansızlık); bu hastalıkla kandaki alyuvarlar orak biçimini alıyorlar. Burada DNA’daki mutasyon hemoglobin denilen, protein hücrelerini belirleyen gende görülür. Bunlar, ciğerlerimizden bedenimizin hücrelerine oksijen taşıyan kanımızdaki alyuvar hücrelerinin proteinleridir. DNA’daki mutasyon, mesajcı RNA’da değişme olarak kopya edilince, kırmızı kan hücrelerinin bozuk hemoglobin molekülleri yapmalarına neden olur. Her zincirin içinde yalnızca bir amino asidin değiştiği moleküller yapılır böylece. Bu tek değişme hemoglobin moleküllerinin biçimlerinin değişmesine yol açar. Biçimi bozuk moleküller kan hücrelerinin zarım gererler, böylece hücrenin kendisinin biçimi de bazen orağı andıracak şekilde bozulur. Yamulmuş kan hücreleri patlarlar, damarlara yapışarak ciddi bir hastalığa neden olabilirler.
Mutasyonların çoğunun zararlı oluşu şaşırtıcı olabilir. Buna bir de şu yönden bakalım. Bugün canlı organizmalarda birikmiş bilgi (üç milyar yıllık evrimin birikmiş sonucu) bütün dünya şairlerinin şiirlerinin toplamından daha çok işlenmiş, daha incedir. Bir harfte, bir kelimede, bir deyimde rastlantıya bağlı değişmenin parçayı daha iyi yapması uzak bir olasılık; böyle rastlantısal bir çarpmanın zararlı olması daha akla yakın. Birçok biyo, nükleer silahların, nükleer reaktörlerin ve endüstride üretilen mutasyona neden olabilecek türden kimyasal maddelerin artmasından, bu nedenle korkmaktadırlar. Dünyadaki DNA stoku ölçülemeyecek kadar değerlidir. Evrim hiçbir zaman tekrarlanmayacağı için de yok olursa bir daha yerine konulamaz. Üç milyar yıllık evrimin eserine zarar vermek canavarca bir kötülük olur; dünyanın bütün sanatçılarının eserlerini yok etmekten çok daha büyük bir kötülük!
DNA’nın Cinsel Karışımı
DNA’daki değişmelerin evrime yeterince değerli katkıları olsa bile, mutasyonlar çoğunlukla zararlı, rastlantısal olaylardır. DNA’ yi bozma riski olmadan değiştirecek daha iyi bir şeye gereksinim var. DNA’yı başka bir DNA’ya karıştırarak değiştirmek bu amacı sağlayabilir. İki değişik hücre bir araya gelseler, birinin DNA’sından bir parçanın doğrudan doğruya diğerinin DNA’ sına eklenmesi üzerine anlaşsalar, böylece ikisinden de gen alan bir yavru üretseler, dev bir adım atılmış olur.
Bu DNA alışverişi yönteminin büyük avantajı, değişimin daha önce sağlamlığını kanıtlamış bir DNA parçasıyla (genle) sağlanmasıdır. Sonuç çoğunlukla “iyi” bir değişme olacaktır, çünkü her iki DNA bileşeni de evrimsel basan, yani yaşamı sürdürebilme testinden geçmişlerdir. Halbuki, DNA’daki mutasyonel değişme yukarda öğrendiğimiz, yararlı olmak yerine daha çok bozukluğa yol açıyor.
Hücre Karışımı
Çok uzak geçmişte bir zamanda, iki hücrenin DNA’larının rastlantısal olarak bir araya gelmesinin gerçekleşmiş olması gerek. Sanırız, o eski çorbanın içindeki hücrelerin sık sık çarpışarak birbirine karışmak, birleşmek için yeterince uzun bir süre yapışık kaldıkları rastlantısal durumlar olabilirdi. Başka bir deyişle, birbirlerine değdikleri noktada iki hücrenin koruyucu zarlarının yırtılıp içindekilerin birbirine karışması mümkündü. Sonuçta ortaya çıkan daha büyük bir tek hücrenin davranışı, iki hücrenin de proteinleri tarafından belirlenecektir. Böylece iki hücrenin DNA’ sı da bir tek hücrenin içine yerleşmiş olur.
Buna çok benzer bir şey, bundan sonraki resimde gösterildiği gibi bugün gerçekten olmaktadır. Bedenin değişik kısımlarından veya değişik hayvanlardan, örneğin insandan ve tavuktan alman hücreler laboratuvarda bir araya getirilip birleştirilebiliyorlar. Ortaya çıkan hücre bildiğimizin iki katı kadar DNA içeriyor ve bölündüğü zaman çoğunlukla yeni hücrelerin de iki misli DNA’ sı bulunuyor.
Seksin Doğuşu
Hücre birleştirmesinin yapılabilmesi gerçeği, bir hücrenin DNA’larını başka bir hücrenin DNA’larıyla birleştirmenin eski bir yöntem olabileceğini akla getiriyor. DNA’ları karıştırmak için ilk yöntem ne olursa olsun, buna seksin başlangıcı olarak bakılabilir. Bu kuşkusuz evrimde en önemli adımlardan biri; güneş enerjisini yakalayabilen klorofilin ortaya çıkışıyla karşılaştırılabilecek önemde bir adım; canlıların değişime, uyum sağlama ve çeşitlemesinin olasılığını genişleten büyük bir aşamadır.
Bundan sonraki aşama, belki de hücreler hâlâ çorba içinde ve hâlâ tek iken gelişmeyi gerçekleştirmekti; yani hücreler arasındaki temasın daha özel ve güvenilir amaçlan olmasını sağlamak. Hücrenin hücreye temasının hâlâ rastlantısal bir niteliği olabileceği halde; bazı hücrelerin “derilerinin” birbirini tamamlayıcı bir biçim özelliği nedeniyle başka hücrelere sıkıca yaslanıp birbirlerine yapışması çok olasıdır. Hücre hücreye temasta tamamlayıcı özelliğin doğması, iki açık seçik farklı hücre nüfusunun ortaya çıkması anlamındaydı; sanki biri erkekliğin, diğeri dişiliğin temel özelliğini taşıyan iki hücre türü.
Bakteri Çiftleşmesi
Anlattığımız olayın benzeri, bugün laboratuvarda gözlemlediğimiz bakterilerin cinsel birleşmesidir. Belki de evrimin erken aşamalarında olanların çok benzeri. Belirli bakteri hücreleri erkeklik yani verici özellik, diğerleri dişilik yani alıcı özellikle taşıyorlar, iki cinsin zar yüzeylerinin yapısı birbirini tamamlıyor ve bu yüzden karşılıklı çekiciliği var (örneğin biraz aşağıdaki şekilde görüleceği gibi birinin çıkıntıları varken diğerinin girintileri var). Karşı cinslerden hücreler bir araya geldikleri zaman, birbirine dokunan zarlarda bir tünel açılır, böylece hücrelerin içindekiler arasında ilişki sağlanır. Erkek veya verici bakteri, bundan sonra kendi DNA’sını tünelden dişi veya alıcı bakteriye aktarır. Bu işlem düzenli bir hızla gerçekleşir ve tamamlanması, yani bütün erkek DNA’nın dişi DNA’ya taşınması iki saat kadar zaman alır.
Çoğunlukla birleşme erkek DNA’nın yalnızca bir kısmı dişiye girdikten sonra kendiliğinden kopar. Kalan parça dişinin DNA’sını zedelemeden içinde durmaya devam eder. Laboratuvarda birleşmekte olan eşleri, içine yüzdükleri solüsyonu hızla karıştırarak ayırabiliriz. Böylece insan kaç erkek genin dişiye gireceğini tam olarak denetleyebilir. Belirlenmesi gereken önemli nokta, dişiye aktarılan genlerin onun kendi bilgi deposunun bir parçası haline gelmesidir. Erkek genler eşit koşullarla dişi genlerle birleşirler, daha sonra dişi hücre bölündüğü zaman, yeni hücreler hem erkek hem dişi genlerini içerirler. Sonraki bütün kuşaklarda da bu böylece sürer.
İki cinsin başlangıcı da böyleydi. Bakterilerin çiftleşmesi, seksin amacını açıkça gösteriyor. Değişik iki kaynaktan gelen farklı DNA’ları birleştirebilmektir bu amaç.
Tek Hücrenin Ötesinde Seks
Tek hücre aşamasının ötesinde organizmaların karmaşıklığı arttıkça, DNA’nın iki hücrenin birbirine yapışmasıyla karıştırılması olanaksız hale geldi. DNA’ları birleştirmek için özel araçlar geliştirmek gerekti.
Amaç yine aynı kaldı: Organizmanın DNA’sını içeren bir tek hücreyi, başka bir organizmanın DNA içeren tek hücresiyle yan yana getirmek. Özel organlar gelişti bunun için; dişide yumurtalıklar, erkekte testisler oluştu. Bu organların her biri tek hücreler üretmeye başladılar. Bu tek hücreler bakteriye benzer bir yapıya sahiptirler; karşılaştıkları zaman karışabilirler. Böylece DNA’ları da bir tek hücre içinde döllenmiş yumurtada yeni bir karışım yaparlar.
Yaşamın bu temel işlemini anlamak kolay değil. Şekil yardımıyla üzerinden yeniden geçelim, yumurta ve spermin birleşmesinden (döllenmeden) başlayarak:
1. Sperm ve yumurtanın her biri tam bir gen dizisini içerir.
2. Sperm ve yumurta, içinde anneden tam bir gen dizisi, babadan tam bir gen dizisi bulunan bir döllenmiş yumurtayı oluşturmak için birleşiyorlar.
4. Yetişkinin testis veya yumurtalıklarındaki cinsel hücrelerde; a) annenin gen dizisi babanın gen dizisiyle karıştırılır, b) cinsel hücreler, her hücrede bir karışık (ana-baba) gen dizisi olmasını sağlayan özel bir biçimde bölünürler. Bu hücreler gelişerek döngüyü yeniden başlatmaya hazır sperm ve yumurtayı oluştururlar.
Bana öyle geliyor ki yukarda anlattıklarımızı açıklamanın başka bir yolu daha var:
1. Sperm ve yumurtanın iyi karıştırılmış birer deste iskambil kağıdı olsun. Desteler görünüşte kağıtların biçimi ve sayısı olarak aynı ama kağıtların sırası her birinde baştan sona farklı olsun, kağıtların sırası DNA’daki basamakların (nükleotidlerin) eşdeğeridir.
2. Sperm ve yumurta iki tam ve ayrı desteden oluşan döllenmiş yumurtayı oluşturmak üzere birleşsinler.
3. Tekrarlayan hücre bölünmesi her biri döllenmiş yumurtadaki iki destenin kopyası ikişer deste kart içeren milyarlarca hücreye yol açar.
4. Yetişkinin cinsel hücrelerinde:
a) Desteler bir tek 104 iskambil kağıtlık deste yapmak için karıştırılırlar.
b) Bu deste kesilerek tam ikiye ayrılır; cinsel hücreler bölününce her yeni hücrede bir 52’lik deste bulunur.
DNA’yı Karıştırmanın Diğer Yolları
Evrimin DNA karıştırma yöntemlerinden sonra, biz bilim adamlarının DNA birleştirmek amacıyla bulduğumuz teknikler hakkında da bir şeyler söylemek uygun görünüyor. Yeniden birleştirilen (rekombinant) DNA’lar araştırması, üzerinde çalışma yapmak için büyük miktarlarda gen elde etmek amacıyla değişik organizmaların canlı hücrelerinden DNA’ları birleştirmek konusunda yapılır. Bu konu kamunun ilgisini gittikçe daha çok çekmektedir.
Bakteriler, ana DNA parçalarına (kromozomlara) ek olarak plasmid denilen daha küçük bir başka DNA molekülünü de içerirler. Plasmid DNA, düz değil daha çok yuvarlak biçimlidir. Bakteriden içeri veya dışarı oldukça kolay girip çıkabilir. Plasmidlerin bu iki özelliği DNA birleştirme araştırmalarında kullanılmalarına yol açmıştır.
Plasmid belirli bir enzimle karşılaştığı zaman yuvarlağı açılıp düzelir. Aşağıdaki resimde plasmid esas ölçüsünden çok fazla abartılarak gösterilmiştir. Sonra herhangi bir kaynaktan bir parça bildiğimiz düz DNA, açılmış plasmid DNA’yla karıştırılır, iki DNA birleşir. Gerçekte plasmid DNA ve diğer DNA dan oluşan daha büyük bir yuvarlak oluşur. Eğer diğer DNA parçası diyelim insandan alınmış olsaydı, bir parça olacaktı. DNA’sı içeren bir bakteri plasmidimiz olacaktı. Yeniden birleştirilmiş DNA’yla anlatılmak istenen budur. Böyle üretilmiş bakteri plasmidleri, bakteri hücrelerine tekrar girebilirler ve bu bakteri hücreleri bölünmeyi sürdürür, yeni hücreler arttıkça, “yabancı” genleri olan plasmid de artacaktır.
Bu tekniği kullanan bilim adamanın amacı, aslında herhangi bir kimyasal çoğaltma sağlamaya benzer. Çalışmak için belirli genlerden bol miktarda elde etmek gerektir. Birçok biyolog bu yönteme biyoloji araştırmaları için bulunmuş en değerli araçlardan biri gözüyle bakar. Kuşkusuz bu yöntem, embryogenetikteki gen kontrolünde ve kanser araştırmalarındaki sapmış gen kontrolünde, rakipsiz bir anahtar rolü oynayacaktır. Diğer yandan ileride, tıpta kullanılan insülin gibi önemli proteinleri, genler aracılığıyla büyük miktarlarda yaptırabilmemizi de mümkün kılacaktır.
Daha uzak bir olasılık da; bakterilerde üretilmiş insan genlerinin, belirli bazı genlerinde kalıtımsal bozukluk bulunan kişilerde gen-değiştirme tedavisinde kullanılabileceğidir.
Evrim, sonsuz genişleyen “çeşitliliğin” tarihidir. DNA’da sürekli mutasyonlar, DNA’nın sürekli cinsel karışımı bireyler arasında bir sürü farklılık yarattı. Bireysel farklar birikmeye devam ederken karışım artık yalnızca benzer organizmalar arasında gerçekleşebildi. Böylece, yeni türler ayrı ayrı evrimleşmeye başladılar. Bundan sonra DNA’nın cinsel karışımı yalnızca o türün üyeleri arasında oldu. Bu yolla, her tür kendisi için yararlı olan bir dizi geni koruyabildi ve gittikçe genişleyen fazla genler koleksiyonunun getireceği gereksiz yükü önledi. Ama şunu da unutmayalım ki aynı türün bireyleri arasındaki farklılıklar ve türler arasındaki farklılıklar da aynı temele, DNA değişimine dayanır.
Şimdi, değişimin önemli bir şartım vurgulamalıyız. Boşlukta değişmenin anlamı yoktur. Değişen bir organizmanın başarısı ve başarısızlığı, çevrenin değişmeyi nasıl karşıladığına göre ölçülebilir. Çevre biyolojik değişimin sonucunu yargılar. Bundan sonraki bölümde; mutasyonu, seksi ve doğal seçmeyi, evrim resmim tamamlamak için bir araya toplayacağız.
Kaynak: Hayatın kökleri
belgesi-603
