Protein elektroforezi adı verilen işlem çok sayıdaki farklı protein üzerinden gerçekleştirildiğinde, farklı genler üzerinden genetik çeşitlilik bilgisi elde etmek mümkün oluyor ve dolayısıyla bir türün sahip olduğu genetik varyasyon düzeyi görülmemiş bir büyüklükle ortaya konabiliyordu.
Charles Darwin’in kısa adıyla Türlerin Kökeni ile hafızalarımıza çakılmış büyük eserinin, geniş manasıyla biyolojik çeşitliliği anlama bakımından yarattığı temel dönüşümün tarihsel izlerini takip eden tartışmamızın bu bölümünde, temeli genetik olan biyolojik özellik varyasyonunun evrimsel biyolojinin ulaştığı noktalar üzerinden nasıl göründüğünü tarihsel izleri üzerinden takip etmeye devam edeceğiz. Yazımızın önümüzdeki ayki son bölümünde ise, son 15 yıldır yaygın biçimde başvurulan ve ileri düzeyli dizileme teknolojileri sayesinde gün geçtikçe daha ucuz ve kolaylıkla manzarasına vakıf olduğumuz genom çaplı genetik varyasyona bakarak, türleşme ve türleşmenin altında yatan olası genetik ve ekolojik nedenlere göz atma imkanımız da olacak.
Genom bilgisi genetik varyasyonun tanımsal düzeyi bakımından nihai bir bilgi olsa da, genom çalışmaları öncesi, genellikle bir avuç gene ya da istatistiki temsil açısından bir avuç sayılabilecek yüzlerce dolaylı genetik ürüne yapılan başvurunun yarattığı paradigma dönüşümünün genom çalışmalarına giden yolu döşediğini düşünecek olursak, Modern Sentez sonrası genetik varyasyon saptama çabalarının sonuçları hakkında özet bir bilgi vermemiz yerinde olacaktır.
Kelebeğin vücut rengi ve bitkinin çiçek rengi gibi klasik-morfolojik özellikle ilişkili genler ve kromozomdaki onlarca hatta yüzlerce geni kapsayan ve tipik Mendel genleri gibi davranabilen inversiyonlar üzerine temellenmek durumunda olan bir genetik varyasyon bilgisi, Dobzhansky ve Mayr’in türlerin zaman ve mekandaki oluşumlarına ilişkin çizdikleri çerçevenin içini doldurmaktaydı. Ancak Modern Sentez sonrasındaki evrimsel biyolojinin ilk esaslı krizini bu elverişli ancak yetersiz olduğu anlaşılan genetik varyasyon temsili oluşturmuştur: Bir türün sahip olduğu genetik varyasyon miktarını yeterli oranda bilmek ve bu miktarı türleşmeyle ilgili bir şekilde yorumlamak mümkün olabilecek midir?
Bu sorunun yanıtını vermek bahsindeki çok önemli bir kavşak 1950’lerin ortasında, biyokimyacıların kullanmaya başladığı bir protein ayırma yöntemine evrimsel biyolojik araştırmalara dahil edilecek şekilde başvurulmasıyla dönülmüştür. Bu yöntem, herhangi bir canlı dokusundan ya da canlının tamamının kullanılmasıyla elde edilen proteinlerin (enzimlerin ve çözünebilir diğer proteinlerin), elektrik alanın oluşmasının sağlandığı gözenekli bir kimyasal madde ortamında yürütülmesi esasına dayanır ve proteinlerin elektriksel yük, büyüklük ve şekil bakımından ayrışmalarını sağlar. Proteinler genlerin ürünleri oldukları için de, aynı bir proteinin yük ve şekil değişimleri içeren farklı formları ait oldukları genin farklı formlarını yani alellerini yansıtırlar. Dolayısıyla aynı bir genin farklı formlarını farklı protein formları olarak başka bir ölçek seviyesinde görmek mümkün olacaktır. Protein elektroforezi adı verilen bu işlem çok sayıdaki farklı protein üzerinden gerçekleştirildiğinde, farklı genler üzerinden genetik çeşitlilik bilgisi elde etmek mümkün olacak ve dolayısıyla bir türün sahip olduğu genetik varyasyon düzeyi görülmemiş bir büyüklükle ortaya konabilecektir.
Bu yalın ve bir o kadar da heyecan verici çıkarsama ile 1960’ların ortasında, o dönem Chicago Üniversitesinde bir avuç meslektaşı ile birlikte popülasyon biyolojisi bölümünü kurmuş olan Richard Lewontin, Drosophila’nın kıta Amerika’sı türlerinden, Dobzhansky’nin ve kendisinin de temel model türü olan Drosophila pseudobscura’nın doğal popülasyonlarındaki pek çok proteini taramıştır. Lewontin’in moleküler evrimi (popülasyon genetiğini) başlattığı kabul edilen ve 1966 yılında yayınlanan bu protein çeşitliliği çalışmaları (1, 2) evrimsel biyoloji açısından tam manasıyla devrimci bir değişimdir ve alanın sonraki on yıllarını büyük oranda belirlemiş ve doğal olarak da tür ve türleşme gibi temel başlıkların bu moleküler veriler çerçevesinde ele alınmasına doğal olarak yol açmıştır. (3)
Bir türün sahip olduğu genetik çeşitlilik miktarının tahmin edilebildiği düzeyi öncesine göre oldukça yükselten bu teknik yenilik sayesinde, mütevazı bir laboratuvar köşesinde, yaygın bulunan kimyasalları kullanarak, bitki ya da hayvan olsun, alan çalışması iyi yapılan ve örnekleri istatistiksel uygunlukta toplanan bütün türler için genetik varyasyon miktarını ortaya koyabilmek mümkün gözükmekteydi. Dahası, nadir bulunan ve yayılımı az olan türler için bile, birey başına taranacak gen (protein) sayısını artırdığınızda, görece düşük sayıda örnek ile sağlıklı sonuçların elde edilmesi mümkün olabilmekteydi.
Bununla birlikte, protein üzerinden genetik çeşitliliği anlamaya imkan veren bu yöntemin daha o günlerden bilinen önemli bir kısıtlaması da vardı: teknik sadece elektriksel yük ve büyüklük ve şekil farkı yaratan amino asit değişimlerine sahip protein formlarını görünür kılabileceğinden, bu tür değişimler yaratmayan amino asit değişimlerine sahip farklı proteinlerin yani alellerin saptanmasını mümkün kılmıyordu.
Dolayısıyla, yapılan hesap çerçevesinde, türün sahip olduğu genetik varyasyonun en fazla üçte biri bu yöntemle ortaya konabilecekti. Dahası, yük ve yapısal değişim yaratmayan farklı aminoasitlere sahip proteinlerin aynı alel sınıfına dahil edilmesi (aynı genetik varyant kabul edilmesi) gibi bir risk de söz konusuydu. Ancak, eğer gen yani incelenecek protein sayısı artırılır ve hatalı alel tasnifi teknik düzenlemelerle düşük tutulursa, bu metodun önceki dönem klasik genetik belirteçlerine üstünlüğü tartışılmaz idi.
Proteinlere odaklanmayı öngören bu metodun bir diğer üstünlüğü ise, seçilen proteinlerin, türün sahip olduğu genlerin rasgele bir örneğini verecek olmasıydı: bu genlerin (proteinlerin) çeşitlilik seviyesinin doğal seçilimle ilgi derecesini ancak gendeki çeşitlilik uygun popülasyon genetik araçlarla sınandığında görmek mümkündü. Onlarca geni bu şekilde örneklemek, her bir gendeki farklı formları tayin etmek, genlerdeki farklı formların sayısı ve her bir formun sıklığı üzerinden popülasyonların ve türlerin zaman ve mekandaki değişimlerini görebilmek; aynı bir gendeki formların varlığı ve yokluğu ile, aralarında coğrafi ya da ekolojik ayrımlaşma bulunan yakın akraba canlı formlarının birbirileriyle üreme düzeyleri arasındaki ilişkilerle türleşmenin seyri hakkında fikir sahibi olmak mümkün gözükmekteydi.
Evrimsel biyolojinin tarihinde öylesine büyük bir değişim yaratan bir yöntem, başvurulmaya başlandığı 1960’ların ortalarından sonraki 40 yıl kadar süre boyunca, evrimsel genetik çalışmalardaki egemenliğini, azalarak da olsa sürdürmüştür. Örneğin, Cavalli-Sforza ve meslektaşlarının, türümüzün tarihi ve coğrafyasını özetlediği anıtsal eserindeki temel genetik varyasyon başvurusu, 100 kadar protein geninin ele alındığı bu “klasik polimorfizm” setidir. (4)
Ancak her yeni ve çığır açıcı yöntem gibi, protein elektroforezine dayalı genetik çeşitlilik saptama biçimi de, metodolojik yeniliği birikimli bilginin kaçınılmaz sonucu ortaya çıkan ve ince ayarlı, eksiksiz ve “eskiyi” tamamen bir kenara bırakan bir merhale gören hayali bir “bilimsel gelişim” dünyasına ait olmadığından, bünyesindeki paradigma üstünlüğünün üzerini kapattığı gerilimlere bir şekilde yol vermek durumunda kalmış ve evrimsel biyolojideki fikri ve fiili babasının deyimiyle 20. yüzyılın son on yılında mihenk taşından aynı şeyleri öğütüp duran bir değirmen taşına dönüşmüştür. (5)
Bununla birlikte, görece kaba olmakla birlikte (DNA seviyesi çalışmalarına göre) hâlâ hızlı ve ön bir genetik çeşitlilik tarama imkanı oluşturan bu metodun binlerce tür açısından sağladığı muazzam bilgi birikiminin, DNA ve nihayet genom düzeyi varyasyonu evrimsel biyolojinin can alıcı sorularını yanıtlamaya giden yolu döşediği de hiç kuşkusuzdur.
Önümüzdeki ay DNA seviyesindeki evrimsel genetik çalışmaların önemine hızla değinip genom düzeyindeki, ilgili tüm genlerden gelen çeşitlilik bilgisiyle türleşme sorununa nasıl bakıldığını görmeye çalışacağız.
Kaynaklar
1) Hubby, J. L., R. C. Lewontin, R.C.,1966, A molecular approach to the study of genic heterozygosity in natural populations. I. The number of alleles at different loci in Drosophila pseudoobscura, Genetics 54: 577-594.
2) Lewontin R. C., Hubby, J. L., 1966, A molecular approach to the study of genic heterozygosity in natural populations. II. Amount of variation and degree of heterozygosity in natural populations of Drosophila pseudoobscura, Genetics 54: 595-609.
3) Manwell, C., Baker, C. M. A. 1970. Molecular Biology and the Origin of Species, University of Washington Press, 1970.
4) Cavalli-Sforza L. L, Menozzi P., Piazza A. 1994The History and Geography of Human Genes, Princeton.
5) Lewontin, R. C.,1991, Twenty-five years ago in Genetics: electrophoresis in the development of evolutionary genetics: milestone or millstone? Genetics 128: 657-662.
