Hepimizin bildiği gibi Evrim, canlılar dünyasının, tarihini ve başlangıcını açıkladığını iddia eden teorinin ana yapısıdır. Biz de bu ana yapının genetiksel olarak nasıl geliştiğini ve moleküler düzeyde canlılar arasındaki farklılaşmanın neden kaynaklandığını moleküler saat hipotezi ile açıklıyoruz.
Moleküler Saat Hipotezi Nedir?
1960’larda önerilmesinden bu yana, moleküler saat sistematik, moleküler ekoloji ve koruma genetiği dahil olmak üzere birçok evrimsel biyoloji alanında önemli bir araç haline gelmiştir. Moleküler saat hipotezi, DNA ve protein sekanslarının zaman içinde ve farklı organizmalar arasında nispeten sabit bir hızda geliştiğini belirtir. Bu sabitliğin doğrudan bir sonucu, iki tür arasındaki genetik farkın olmasıdır. Bu türün en son ortak bir ata paylaştığı için zamanla orantılıdır. Bu nedenle, eğer moleküler saat hipotezi doğruysa, bu hipotez evrimsel zaman çizelgelerini tahmin etmek için son derece yararlı bir yöntem olarak hizmet eder. Bu fosil kayıtlarında, yassı solucanlar ve virüsler gibi biyolojik geçmişinin birkaç izini bırakmış olan organizmaları inceleyen özel bir hipotezdir.
Hemoglobin, korunmuş bir gen ürünü olması ve kırmızı kan hücrelerinde oksijen taşınımı gibi hayati fonksiyonu nedeniyle moleküler uyumun evrimsel incelemesi için avantajlıdır. Bir kaç memeli hayvanın hemoglobin ve sitokrom c proteinlerinin aminoasit dizisi kıyaslandığında, iki proteinde farklılık gösteren aminoasit sayısı ve fosil kaynaklarda belirtilen bu hayvanların birbirlerinden ayrılma zamanlarının birbirleriyle orantılı olduğu bulunmuştur. Bu sonuçlar “moleküler saat hipotezi”nin kurulmasını sağlamıştır. Bu hipoteze göre; belirlenen herhangi bir proteinin evrimsel değişim hızının zaman içinde ve farklı soylar üzerinde yaklaşık olarak sabit olabileceği düşüncesi ile mutasyon oranlarının her protein için sabit olduğu varsayılmıştır.
Moleküler Saat Hipotezinin Tarihi
Kimyager Linus Pauling ve biyolog Emile Zuckerkandl ilk olarak 1962’de ampirik gözlemlere dayanarak moleküler saat hipotezini önerdi. 1968’de, evrimsel biyolog Motoo Kimura, tarafsız moleküler evrim teorisini geliştirdi.
Bu teoriye göre:
- Yeni mutasyonların büyük bir kısmının evrimsel form üzerinde etkisi yoktur, bu nedenle doğal seleksiyon açısından nötrdür.
- “Genetik sürüklenme” olarak bilinen stokastik süreç, bu tür nötr mutasyonların bir popülasyon boyunca yayılmasına veya bunların tamamen genetik sürüklenme olarak adlandırılan bir stokastik süreçte kaybedilmelerine yol açacaktır.
- Nötr mutasyonlar için, bir popülasyonda sabitlenme oranları popülasyonun her üyesinde yeni mutasyonların ortaya çıkma oranına eşittir (mutasyon hızı).
- Mutasyon oranının, belirli bir yaşam grubuna ait türler arasında tutarlı olduğu ölçüde, sabitlenme oranları, bu gruplama boyunca sabit kalacaktır.
Daha sonra yapılan araştırmalar, organizmalar arasında moleküler evrim oranlarında önemli farklılıklar olduğunu göstermiştir. Bu nedenle, moleküler saatlerin türlerin evrimi analizine fiili olarak uygulanması, oran değişiminin hesaba katılmasını gerektirir.
Şu anda iki ana “rahat saat” modeli vardır.
- Moleküler saatin oranı zaman içinde ve organizmalar arasında değişir, ancak ortalama bir değer etrafında ortaya çıkma eğilimindedir.
- Evrim hızı, zaman içinde gelişir ve aynı zamanda evrime giren diğer biyolojik özelliklere (örneğin organizmanın metabolik hızı gibi) bağlıdır.
Geçtiğimiz kırk yılda evrimsel biyologlar, bazı evrimsel olayların saatin işleyişine benzer bir mantıkla gerçekleşip gerçekleşmediği üzerine çeşitli çalışmalar yürüttüler. Mutasyonlar bir DNA parçasında belirli bir hızla birikebilirler, üstelik bu birikme milyonlarca yıl gibi uzun bir süre devam edebilir.
DNA Değişiklikleri Nasıl Biriktirir?
Moleküler saatler, tüm kalıtsal varyasyonların kaynağı olan iki temel biyolojik işleme dayanır; mutasyon ve rekombinasyon. Mutasyonlar, DNA‘nın genetik kodunun harflerinde yapılan değişikliklerdir. Örneğin, bir nükleotid Guanin (G) bir Timin (T) olur. Bu değişiklikler yumurtalarda, spermlerde veya hücresel öncüllerinde meydana gelirse gelecek nesiller tarafından miras alınacaktır. Çoğunlukla, DNA hücre bölünmesi sırasında kendini kopyaladığında yapılan hatalardan kaynaklanır ancak diğer mutasyon türleri kendiliğinden ortaya çıkar veya radyasyon ve kimyasallar gibi tehlikelere maruz kalır.
Tek bir insan genomunda nesil başına yaklaşık 70 nükleotid değişikliği vardır. Ancak toplamda birçok nesiller boyunca bu değişiklikler büyük ölçüde evrimsel çeşitliliğe yol açmaktadır. Bilim insanları, evrim ağacımızdaki dalların zamanlamasını tahmin etmek için mutasyonları kullanabilirler. Öncelikle iki kişinin veya türün DNA sekanslarını karşılaştırarak, hayatta kalma ve üreme şanslarını değiştirmeyen nötr farkları sayarlar. Daha sonra bu değişikliklerin oranını bilerek bu kadar fazla farkın birikmesi için gereken zamanı hesaplayabilirler. Bu onlara bireylerin ataları paylaştığından beri ne kadar zaman geçtiğini söyler.
Siz ve kardeşiniz arasındaki DNA‘nın karşılaştırılması nispeten az mutasyonel farklılık gösterecektir, çünkü ataları paylaşıyorsunuz (anne ve baba) sadece bir nesil önce. Bununla birlikte, insanlar ve şempanzeler arasında milyonlarca fark vardır son ortak atamız altı milyon yıl önce yaşadı. Çapraz geçiş olarak da bilinen rekombinasyon DNA‘nın zaman içinde değişiklikleri biriktirmesinin diğer ana yoludur. Kromozomlara paketlenmiş genomun iki kopyasının (her bir ebeveynden bir tanesi) karıştırılmasına yol açar. Rekombinasyon sırasında, karşılık gelen (homolog) kromozomlar dizilir ve segmentleri değiştirir, böylece çocuklarınıza aktardığınız genom ebeveynlerinizin DNA‘sının bir mozaiğidir.
İnsanlarda kromozom başına bir veya iki, nesil başına yaklaşık 36 rekombinasyon olayı meydana gelir. Bu her nesilde olduğu gibi, belli bir bireyden miras kalan segmentler daha küçük ve daha küçük parçalara bölünür. Genetikçiler bu parçaların boyutuna ve geçit sıklığına bağlı olarak, o kişinin ne kadar zaman önce atalarınız olduğunu tahmin edebilirler.
Soyların Ayrılması
Moleküler saat hesaplandığı durumlarda DNA‘nın bir parçası, soyların birbirinden ayrıldıkları zamanı tahmin etmek için çok güçlü bir araç haline gelir.
Örneğin, iki türün DNA‘sına baktığımızda bu DNA iplerinin sadece bir bölgede birbirlerinden farklı olduğunu ve bu farkın (şekilde görüldüğü gibi) 4 baz olduğunu varsayalım. Yine bu varsayıma göre bu DNA’nın tamamı yaklaşık olarak her 25 milyon yılda 1 baz değişme hızına sahip olsun. Buradan bu iki DNA diziliminin birbirlerinden 100 milyon senelik evrimle ayrılmış olduğunu ve ortak atanın da bundan 50 milyon yıl önce yaşamış olduğunu hesaplayabiliriz. Her iki tür de kendi evrimlerini geçirdikleri için bu iki türün 50 milyon yıl önce yaşamış olan ortak bir atadan türemiş olmaları gerekir.
Bu yöntem, modern insanın ortaya çıkışı, insanlarla şempanzelerin birbirinden ayrılması ve “Kambriyan Patlaması” olayları da dahil olmak üzere birçok önemli evrimsel olayın tarihini araştırmakta kullanılmıştır.
