Ana sayfa 88. Sayı Evrimsel adaptasyonlar tersine çevrilebilir ancak nadiren

Evrimsel adaptasyonlar tersine çevrilebilir ancak nadiren

Bilim Gündemi

162
PAYLAŞ

Çeviren: Naz Kanıt

Renklendirilmiş taramalı elekton mikroskobundan (SEM) alınan görüntüde gram-negatif Escherichia coli bakterileri görülmektedir. Araştırmacılar deneysel model sistem kullanarak bakterilerde cefotaxime antibiyotiğine dayanıklılık genini incelemişlerdir.

Fizikçiler tarafından bakterilerde yürütülen evrim çalışmaları, evrimsel adaptasyonların nadiren de olsa geri çevrilebildiğini göstermiştir. 1859’da Charles Darwin’in evrim teorisini ortaya atmasından itibaren bilim insanları bu adaptasyonların tersinirliğini araştırmaktadır. Ancak bu soruya cevap vermek düşünülenden daha zor olmuştur, zira bulunan sonuçlar birbiriyle çatışmaktadır. 2003 yılında yapılan çalışmalarda elde edilen verilere göre bazı böcek tipleri milyonlarca yıl içersinde kanat yapılarını kazanmış, kaybetmiş ve yeniden kazanmıştır. Ancak birkaç yıl sonra yapılan araştırmalarda, hücrelerin stres yanıtlarını kontrol eden bir proteinin orijinal formuna geri-evriminin gerçekleşmediği bulunmuştur.

MIT bünyesindeki asistan profesörlerden Jeff Gore, bu durumda asıl sorgulanması gerekenin evrimin tersinirliği değil, hangi koşullarda gerçekleşebildiği olduğunu belirtmektedir. Jeff Gore’un söylediğine göre, evrimin tersinir olmadığı bilinmektedir ve bazı durumlarda evrimi tersine çevirmek mümkündür; dolayısıyla burada sorulması gereken asıl soru hangi zaman diliminde evrimin tersinir olduğudur. Gore ve öğrenciler tarafından hesaplanabilir modeller ve bakterilerdeki evrimsel ilaca dayanıklılık deneylerinin kombinasyonuyla, ilk defa bir evrimsel adaptasyonun tersine çevrilebilme olasılığı hesaplanmıştır. Bulgulara göre, ilaçlara dayanıklılık genlerinin evrimsel adaptasyonlarının yalnızca çok küçük bir yüzdesi, ancak bu adaptasyonlar dörtten az farklı genetik mutasyon içeriyorsa tersine çevrilebilmektedir. Gore ve öğrencileri, Harvard Üniversitesi araştırmacıları tarafından geliştirilen deneysel bir model sistemi kullanarak bakterilerde cefotaxime antibiyotiğine dayanıklılığı sağlayan genin evrimini kullanmışlardır. Harvard Üniversitesi’ndeki araştırma takımı, ilaca dayanıklılığı kazanmak için gerekli olan beş mutasyonu tespit etmiştir. Beş mutasyonun tümüne sahip olan bakteriler ilaca karşı en dayanıklılar olarak görülmekteyken, hiçbirine sahip olmayanların ilaca karşı fazla dayanıklı olmadığı görülmüştür. Dayanıksız bakteriler bu beş mutasyonun her birini gerçekleştirerek dayanıklılığa karşı evrilebilirler, ancak bu mutasyonlar eski düzende gerçekleşemezler. Bu yüzden evrim yalnızca tek bir yolda ilerleyebilir, eğer ki yol üzerindeki her bir mutasyon hayatta kalma avantajı oluşturuyorsa.

Bilim insanları bu evrimsel yolu “uyumluluk bölgesi” (fitness landscape) adını verdikleri, her bir gen için mümkün olan her bir genetik durumun ve her durumun belli çevrelerdeki bağıl düzenliliğini içeren diyagramları oluşturarak çalışmaktadır. Hiç mutasyona uğramamış bir bakterinin beş mutasyona da uğrayabilmesi için 120 farklı yol belirlenmiştir, ancak Harvard Üniversitesi’nde yapılan araştırmalar sonucu bunların yalnızca 18 tanesinin gerçekten meydana gelebildiği görülmüştür.

MIT’den bir takım tarafından yapılan ve bu araştırmayı geliştirmeye dönük çalışmalarda sorulan esas soru cefotaxime antibiyotiğine geliştirilen direncin, bu dirence sahip olanların hayatta kalma oranlarının daha az olacağı bir çevrede dayanıklılık adaptasyonlarının tersine çevrilip çevrilemeyeceği olmuştur.

Tek bir mutasyonla değişen genetik durumlar çevreye uygunluk durumuna göre her zaman tersinirdir. MIT araştırmacıları, mutasyon sayısının artmasıyla adaptasyonlarına tersine çevrilebilme olasılığının azalmasını çalışabilmişlerdir. Gore tarafından yapılan açıklamaya göre bu, tersine çevrilebilirliğin uzaklığın bir fonksiyonu olarak görülebildiği ilk çalışma olmuştur ve elde edilen verilere göre sistemde dört mutasyon gerçekleştikten sonra geriye dönmek mümkün değildir.

Brown Üniversitesi’nden Asistan Profesör Biyolog Daniel Weinreich tarafından, çalışmanın en önemli katkısının düzenlilik bölgesindeki her ara durumun tersinirliğinin analizi olduğu belirtilmiştir. Weinreich’e göre Gore tarafından yürütülen çalışmaların bir diğer göstergesi, evrimsel basıncın tersine çevrilmesiyle birçok matematiksel karışıklığın ortaya çıkacağıdır.

  1. yüzyılın sonlarına doğru, Paleontolog Louis Dollo tarafından, evrimin adımlarını geriye doğru atamayacağı, kompleks adaptasyonların tersine çevrilemeyeceğini açıklayan “Dollo’nun Tersinemezlik Yasası” (Dollo’s law of irreversibility) hipotezi ortaya atılmıştır. Gore’un açıklamalarına göre yaptıkları çalışma Dollo’nun bu yasasını desteklemektedir, ancak bazı farklı nitelikleriyle. Gore’a göre kompleks adaptasyonlar tersinemez değildir, yalnızca tersine çevrilebilmesi oldukça zordur.

Araştırmanın sonucu aynı zamanda insanlardaki apandist gibi ihtiyaç duyulmayan ancak yine de vücutta bulunan organların neden hâlâ orada bulunduğunu da açıklıyor. Gore’a göre, evrimin tersine çevrilebilmesi zor olduğundan ve çevre tarafından apandistin varlığının bir sorun teşkil etmemesinden ötürü, apandist oluşumu gerçekleşmektedir. Yani çevre organın oluşmaması konusunda bir baskı yaratmadığından, evrimde geri dönülmemekte ve organ oluşmaktadır.

Devam eden çalışmalarda araştırmacılar, çevresel değişikliklerin evrimin tersinirliğini ne derece etkilediğini araştırmaktadırlar. Yapılan varsayımlara göre iki farklı çevre arasında orta bir geçiş olduğu düşünülse de, daha büyük değişikliklerin tersinirlik oranını değiştireceği düşünülmektedir.

Kaynak: http://www.sciencedaily.com/releases/2011/05/110511162538.htm