Evrim Teorisi: Mutasyonlar zararlı mıdır?

Soru : Evrim mutasyonlara bağlı ve çoğu mutasyon zararlı değil midir?
Cevap: Hayır, mutasyonların çoğu ne zararlı ne de faydalıdır.
Bu kısa cevaptı. Uzun cevap şudur; mutasyonlar nötr (ne zararlı ne de yararlı) olabilirler, çok zararlı ya da çok yararlı olabilirler ve en önemlisi mutasyonların zararlı ya da yararlı olmaları çevreye bağlıdır. Çoğu mutasyon ya nötrdür ya da etkileri çevreye bağlıdır. Gelin bir mutasyonun şartlara bağlı olarak nasıl yararlı ya da zararlı olabileceğini açıklayan bir örneği inceleyelim.
İngiliz biberli kelebekleri* iki farklı türdür, açık ve koyu. Sanayi devriminden önce, koyu renkli kelebeklere nadir rastlanıyordu. Sanayi devriminin en kötü yıllarında hava çok isliyken koyu renkli kelebekler daha sık görülmeye başlandı. Geçtiğimiz yıllarda, havanın temizlenmesi için büyük çabalar gösterildiğinden beri, açık renkli kelebekler, koyu renklilerin yerini almaktadır. Bu fenomen ile ilgili olarak H B. D. Kettlewell ünlü makalesinde aşağıdaki açıklamayı önermiştir:

Kuşlar en iyi görebildikleri tür kelebekleri yer.

Sanayi devriminden önce İngiltere’de, ağaçlar açık renkli likenlerle kaplıydı. Bu durum açık renkli kelebeklerin yararına olmuştu, çünkü ağaçların kabuklarında görülmeleri çok zordu, koyu renkli kelebekler ise kolay görülebiliyordu, kuşlar koyu renklileri yiyorlardı. Sanayi devriminin en yoğun olduğu yıllarda, hava isliydi, bu sebeple ağaç kabukları da is yüzünden koyu idi. Bu sefer koyu kelebekleri görmek zorlaşmıştı, açık renkli kelebekler kolay görünür olmuştu ve kuşlar açık renkli kelebekleri yediler. Netice olarak koyu renkli kelebekler artarken açık renkli kelebekler azalmıştı.

Yaratılışçıların eleştirilerine rağmen bu açıklama zamanın sınamasına ayak diredi. Sanayi devriminden önce, açık renkli kelebekleri koyu renkli kelebeklere çeviren mutasyon elverişsiz (zararlı) iken, daha sonraki yıllarda elverişli bir mutasyon haline gelmiştir.
Mutasyonların neden yararlı ya da zararlı olmadıklarını anlamak için, mutasyonların ne olduğunu biraz bilmek yararlı olur. Mutasyon, kalıtımı kontrol eden genetik maddedeki bir değişikliktir. Genetik madde kromozomlarda bulunur. Bitkiler ve hayvanlarda her kromozomdan bir çift mevcutken, bakterilerde sadece tek kromozom vardır. Bütün kromozomlardan bir çift ihtiva eden organizmalara diploid, tek kromozom ihtiva edenlere ise haploid denir.
Kromozomlar genlere ayrılır, gen bir sıra DNA uzantısıdır, diğer bir deyişle nükleotidler (kısaca A,G,C,T) dizisidir. Genin bulunduğu yere lokus denir (Gen içindeki nükleotidin pozisyonu ile karıştırmayın). Bir yaratıktan diğerine belirli bir lokusta bulunan DNA diziliminin küçük bir biçimde farklı bulabilirsiniz. Bunlar, bazen karıştırılarak farklı genler olarak nitelense de, çoğunlukla farklı aleller olarak bilinir. Gelin karıştırmamak için farklı aleller diyelim, zaten bu standart terimdir.
Eğer hayvan ve bitki popülasyonlarına bakarsak, genlerin %10 ile %20’si arasında birden fazla alel buluruz. Diğer bir deyişle bir popülasyonun tüm üyelerine baktığımızda, belirli bir lokusta %10 ile %20 arası, birden fazla çeşit DNA dizisi görürüz. Bir popülasyonda belirli bir gen için ikiden fazla alel olabilir.
Biberli kelebeklerimizin, kelebeğin açık ya da koyu renkli olduğunu belirleyen bir geni vardır. Kelebekler diploid olduklarından tüm genlerden iki tane vardır. Eğer belirli bir genin alelleri aynıysa, kelebek bu gen için homozigot’dur, eğer aleleler farklı ise kelebek bu gen için heterozigot’dur. Eğer her iki alel de aynı ise, hangi alelin olduğuna bağlı olarak kelebek açık veya koyu renkli olacaktır. Bazen “hangi gen” deniyor ama bu, gen ve alel karıştırıldığı için şaşırtıcı olur. Eğer bir kelebek iki farklı alele sahipse, diğer bir deyişle heterozigot ise, kelebeğin rengi hangi alelin baskın olduğuna bağlıdır. Biberli kelebeklerde koyu renk baskındır, yani heterozigot açıktan ziyade koyu olacaktır.
Şimdi bir genin nasıl değişebileceğini, yani bir alelin nasıl başka bir alele dönüştüğünü tartışalım. Bu dönüşüme yol açabilecek birkaç yol vardır. Bir nükleotidin yerini başka bir nükleotidin alması halinde nokta mutasyonu elde ederiz. Bir bölüm uç uca takas edilebilir. Bir bölüm kesilip atılabilir. Bir bölüm eklenebilir. Veya tüm gen kopyalanmış olabilir. (Daha fazla bilgi için “Mutasyonun farklı türleri ve etkileri” bölümüne bakınız.)
Bunlardan biri olunca sonuç nedir? Çoğunlukla bu değişimin ya herhangi görünür bir etkisi olmaz ya da ölümcül olur. Protein kodlayan genler uzerinde protein dizisi genetik kod halinde yazilidir. Genetik kod gerekenden fazladır (teknik olarak dejenere denir) yani farklı nükleotid üçlüleri aynı aminoasiti kodlarlar. Bu gerekenden fazlalık dolayısıyla nokta mutasyonunun kodlanan protein üstünde hiç etkisi olmayabilir; bu mutasyonlar sessiz mutasyon olarak bilinir. Eğer dizin atılma veya takas sebebi ile değiştirilmişse kodlama dizini (üçlü okuntu) bozulduğundan sonuç olasılıkla ölümcüldür. Bununla beraber bu her zaman geçerli değildir. Çünkü bir şekilde DNA bölümlerini genlerden atan veya genlere ekleyen ve kodlamayı bozmayan süreçler vardır.
Diyelim ki bu ne sessiz ne ölümcül olmayan mutasyonlardan biri söz konusu. Sonuç olarak biraz değişik bir protein elde ederiz. Genelde bu yeni proteinin çalışma şekli eskisine çok yakın olur ve tepkimeleri katalize eder. Bazen bu değişimin işlevsel yeteneği değişir ve farklı bir tepkimeyi katalize eder. Bu olduğunda, özgün görevi yerine getiren başka bir protein de olabilir ve bu durumda yeni bir yetenek katmış oluruz. Eğer başka protein olmasaydı, özgün yeteneği kaybetmiş ve yenisi ile yer değiştirmiş olurduk. Enzimlerdeki değişiklikler (tepkimeleri katalize eden proteinler) nadiren ya-hep-ya-hiç önermelerdir.
Gen ikileşmesi yeni genler elde etmenin bir yolu olduğu için önemlidir. Gen ikileştiğinde kopyalardan biri değişirken diğeri aynı kalır.
Genler, organizmaya zarar vermeden ne kadar değiştirilebileceklerine göre çok fazla değişirler. Temel metabolizmaları ve ikileşme (replikasyon), yazılma (transkripsiyon), ve (çeviri) translasyon mekanizmaları gibi bileşenleri kodlayan bazı genleri zarar görmeksizin değiştirmek zordur. Bir organizmadan diğerine bunlarda çok az değişiklik görürüz. Bu çeşit genlere korunmuş genler denir.
Net sonuç nedir diye sorabilirsiniz. Bazı mutasyonlar ölümcül ya da çok zararlıdır. Bu mutasyonlar anında elenir. Bazıları sessiz ve önemsizdirler. Bazen bir mutasyon kesinlikle avantajlıdır, bu nadirdir ama olabilir. Sessiz olmayan ve elenmemiş mutasyonların hemen hepsi, ne tamamen avantajlı ne de yıkıcıdır. Mutasyon biraz farklı bir protein üretir, ve hücre ve canlı organizma biraz farklı çalışır. Bir mutasyonun zararlı veya faydalı olması çevreye bağlıdır, ikisi de olabilir.
Eğer bunun hakkında düşünürseniz, hayatın şu şekilde işlemesi gereklidir, mutasyonlar (genetik maddedeki değişimler) her zaman oluyor. Ortalama bir insanın 50 ila 100 arası mutasyonu vardır ama yaklaşık 3 tanesi kayda değerdir, fiilen bir proteini değiştirirler. Eğer bu mutasyonlar zararlı olsalardı, yaşam kısa sürede sona ererdi.
Çoğu mutasyon düzenli olarak ne zararlı ne de yararlı olmasına rağmen, belirli bir çevre içinde zararlı ya da yararlı olabilir. Çevreler sürekli değişim halindedir ve bir popülasyonun her üyesi, diğerlerinden biraz daha farklı bir çevrede yaşar. Bazı organizmalar yaşar, bazıları yaşamaz. Bazıları ürer, bazıları üremez. Hem yaşayıp, hem üremeyi başaran canlıların genleri aktarılır. Organizmada çevreye göre elverişli olan her farklılık gelişir.
Mutasyonların çevreye bir tepki olarak ortaya çıkmadığını anlamak önemlidir, sadece meydana gelirler. Gayet sıklıkla bir mutasyon bir popülasyonda meydana geldikten sonra kaybolur, çünkü organizmanın dölü yoktur veya mutasyonu dölüne aktarması vuku bulmamıştır; mutasyonun yararlı olsa bile bu olabilir. Bazen bir mutasyon popülasyon içinde, herhangi bir avantaj sağlamadığı halde şans eseri yerleşebilir; bu genetik sürüklenme olarak bilinir.
Mutasyonların bir kerelik ortaya çıkmadığının bilinmesi de önemlidir. Nadiren oluşurlar ama bir tür içinde tekrar tekrar olmayı sürdürürler. Mutasyon etki olarak elmadan bir lokma almaktan daha fazlasını ifade eder; eğer ilk görüldüğü zaman ortaya çıkmasa bile başka bir şansı olur.
———————————
*Biberli kelebek : Biston betularia, çeşitli gri tonlarda bulunur. 150 Yıl önce hemen tamamıyla açık gri pullar serpiştirilmiş siyah benekler görünümünde olduğu için biber ekilmiş anlamında biberli kelebek olarak adlandırıldı.
[Bu yazı Are Mutations Harmful? adresindeki yazının bir bölümünün çevirisidir.]

Soru: Yararlı mutasyonlar var mıdır?
Cevap: Vardır, ama açıklaması zor olabilir.
Birkaç nedenden dolayı uygun mutasyon örnekleri vermek kolay değildir. Öncelikle, özellikler çevreye göre elverişli ya da elverişsiz olabilir. İkinci olarak bir özelliğin genetik olarak ne kadar sabit olduğu ve çevreye ne ölçüde reaksiyon yansıttığı genellikle bilinmez. Üçüncüsü, ekseriya hangi genlerin hangi özellikleri etkilediğini bilmiyoruz. Bundan başka bir mutasyon, uygun olmayan bir ortamda yaşamı sürdürmeye izin verme bazında elverişli olabilir ama daha iyi bir çevrede elverişsiz olabilir.
Bununla beraber birkaç iyi örnek vardır:
1- Bakterilerdeki antibiyotik direnci
Yakın çağda antibiyotikler, yani bakterilerin belli karakteristiklerini hedef alan ilaçlar, çok popüler oldular. Bakteriler hızla evrildikleri için antibiyotiklere karşı direnç geliştirmiş olmaları şaşırtıcı değil. Genel olarak bu durum antibiyotiklerin hedeflediği karakteristikleri değiştirmeyi kapsıyor.

Her zaman değil ama çoğunlukla bu mutasyonlar bakterilerin uygunluğunu azaltırlar, yani antibiyotiklerin bulunmadığı ortamlarda mutasyonsuz bakteriler kadar hızlı üremezler. Bu her zaman doğru değildir; bu mutasyonlardan bazıları herhangi uygunluk kaybı içermezler. Bunun da ötesinde, ekseriya uygunluğu sağlayıcı ikincil mutasyonlar vardır.
Bakterileri incelemek kolaydır. Evrimin oluşumunu laboratuarda gözlemleyebildiğimiz için evrimsel çalışmalarda bu bir avantajdır. Araştırmacının bir tane bakteri ile başladığı ve onu kontrollü bir ortamda çoğalmaya bıraktığı standart bir deney vardır. Bakteriler eşeysiz çoğaldığından bütün dölleri klondur. Üreme tam olmadığından mutasyonlar oluşur. Araştırıcı, belirli nitelikler için mutasyonlar seçilebilecek şekilde ortamı hazırlayabilir. Araştırıcı başlangıçta mutasyonun mevcut olmadığını, dolayısıyla sonra da oluştuğunu, her iki durumu da ayırt edebilir.
Yabani yaşamda genellikle bir mutasyonun ne zaman meydana geldiğini kesinlemek olanaksızdır. Çoğunlukla bütün bildiğimiz (bazen de hiç bilmediğimiz) özelliklerin hali hazır dağılımıdır.
Böcekler ve böcek ilaçları arasındaki durum bakterilerle antibiyotikler arasındaki duruma benzer. Böcek ilaçları, böcekleri öldürmek için yaygınlıkla kullanılır. Buna karşılık, böcekler de böcek ilacına karşı bağışıklık kazanmak için hızla evrilirler.
2- Naylon yiyen bakteriler
Aslında onlar gerçekten naylon yemiyorlar, naylon üreten fabrikaların atık suyundaki kısa molekülleri (naylon oligomerleri) yiyorlar. Bir kaç ilgili enzimle naylon linklerini kopartarak kısa naylon oligomerleri metabolize ediyorlar. İçerilen bağlar doğal ürünlerde bulunmadığından enzimler naylonun (1940’larda) bulunmasından bu yana ortaya çıkmış olmalılar. Bunun o zaman zarfında yeni mutasyonlarla meydana geldiği açıktır.
Naylon oligomerleri parçalayan bu enzimlerin, işlevsel olarak ilgisiz bir enzimi kodlayan başka bir gen tarafından çerçeve kayması (frameshift) mutasyonu ile ortaya çıktığı bellidir. Bu uyarlama deneysel olarak kopyalanmıştır. Deneylerde naylon olmayan metabolize edici Pseudomona’lar ana besin kaynağı olarak naylon oligomerlerin bulunduğu bir ortamda yetiştirildi. Göreceli olarak az sayıdaki nesiller içinde bu enzim etkinliklerini geliştirdiler. Bu da açıkça laboratuarlarda yararlı mutasyonların meydana gelmesinin belgeli bir örneğidir.
3- Orak hücresinin sıtmaya direnci
Orak hücre aleli normal yuvarlak kan hücresinin orak şekline sahip olmasına sebep oluyor. Bu alelin etkisi. bir kişide alelin bir veya iki kopyası olmasına bağlıdır. Eğer kişide iki kopya varsa bu genelde ölümcül olabiliyor. Ama bir tane varsa, kan hücreleri orak şeklindedir.
Orak hücresi normal hücrelerden daha az verimli olduğundan genellikle bu sakıncalı bir mutasyondur. Oysa sıtmanin yaygın olduğu bölgelerde yararlı bir mutasyona dönüşüyor çünkü orak biçiminde hücreleri olan insanlara sivrisineklerden sıtma bulaşma şansı daha düşüktür. Bu bir mutasyonun vücudun normal işleyişini (bir anlamda uygunluğunu) azalttığına ama göreceli olarak avantaj sağladığına örnektir.
4- Laktoz toleransı
Yetişkin memelilerde laktoz toleranssızlığının net bir evrimsel açıklaması var;laktoz toleranssızlığının saldırısı, yavruları sütten kesmeyi kolaylaştırıyor. Bununla beraber insanlar süt ürünlerini yeme alışkanlığını elde etmişlerdir. Bu evrensel değil, keçi ve sığır beslemiş kültürlerde başlamış bir şey. Bu kültürlerde laktoz toleransının güçlü, bir seçici değeri vardı. Modern dünyada laktoz toleransı ve sütü besin olarak tüketen kültürlerde yaşamış atalara sahip olma arasında güçlü bir bağıntı var. Laktoz toleransı mutasyonunun, avantajlı olduğu bir grupta ortaya çıkmasının bir şans nedeni olduğu anlaşılmalıdır. Sütü kullanabileceklerini sonradan keşfeden bir grup içinde genetik sürüklenme ile ilk kez tesis edilmiş olabilir.
5- Damar sertliğine direnç
Damar tıkanıklığı, modern besinler ve yaşam biçimleri tarafından üretilmiş yakın çağın başlıca hastalıklarından birisidir. İtalya’da Milano yakınlarında, atalarından birinin talihli bir mutasyon mirası sayesinde damar sertliğine yakalanmayan bireyleri olan bir topluluk vardır. Orijinal mutasyona sahip olan kişi belirlendiğinden bu mutasyon, özellikle ilginçtir. Bu modern zamanlar için elverişli bir mutasyondur çünkü (a) insanlar daha uzun yaşarlar ve (b) insanların atalarımıza benzemeyen besinleri ve yaşam biçimleri var. Tarih öncesi zamanlarda bu, uygun bir mutasyon olmazdı.
6- HIV Bağışıklığı
HIV*, T-Lenfositleri, makrofagositler, dendritik hücre ve nöronlar da dahil olmak üzere çok sayıda hücre tiplerine bulaşır. AIDS** lenfositler, bilhassa CD4 + T hücrelerinin öldürülmesiyle, hastayı fırsatçı enfeksiyonlara karşı savaşmayı olanaksız kılınca meydana gelir. “HIV virüsü, T-hücrelerinin yüzeyinde bulunan moleküllere bağlanmalıdır. Bu moleküllerden birisi CD4 (veya CD4 reseptörü) olarak adlandırılır; bir diğeri C-C kemokin*** reseptör 5 olup, çeşitli şekillerde CCR5, CCCKR5 ve CKR5 olarak bilinir. Bazı insanlar CCR5 geninin mutasyona uğramış alelini taşırlar, ki bu durum T-hücrelerinin yüzeyinde bu proteinin eksikliğiyle sonuçlanır.” Homozigot bireyler HIV enfeksiyonu ve AIDS’e karşı dirençlidirler. Mutasyona uğramış alelin frekansı öyle yüksektir ki, AIDS’e hiç maruz kalmamış bazı popülasyonlarda bu alel için daha önceden seçilim olması muhtemeldir.
—————————————-
*HIV = Human Immunodeficiency Virus – AIDS’e neden olur
**AIDS = Acquired Immune Deficiency Syndrome
***Kemokin = Yardımcı T - hücrelerini harekete geçiren ve biyolojik olarak etkin türevlerine dönüştüren; bağışıklıkla, iltihaplanma ve bulaşıcı hastalıklarla ilgili olan küçük sitokinler (hücrelerce salgılanan - haberci - proteinler)
[Bu yazı Are Mutations Harmful? adresindeki yazının bir bölümünün çevirisidir.]

bunlar güzel ve doğru yazılar bir yorum yapmaya bile gerek yok(bunun dışında tabii ) ama keşke böye bir anda değilde zaman içinde yavaş yavaş gönderseydin daha bir sindirirdik