Renkli Görüşün Evrimi: Evrimde Türler Nasıl Yeni Özellikler Kazanır?

Seslendiren Johnson Hazan Bayrak Evrime dair halk arasına bilerek yayılmış yalanlardan birisi, evrimin sadece veya çoğu zaman fonksiyon kaybettirici yönde işlediğine

dair bir argümandır. Bu görüşe göre evrim, en başından kusursuz bir şekilde yaratılmış olan türleri bozacak ve daha kusurlu hale getirecek biçimde işlemektedir.

Elbette bu argümanın bilimsel olarak desteklenen herhangi bir tarafı yoktur ve bu argüman evrimsel sürece dair bilgisizliği yansıtmaktadır.

Ancak şu soru samimiyetle sorulabilir.

Evrimde yeni bir fonksiyon nasıl kazanılır?

Yani yeni bir fiziksel özellik veya yeni bir davranış yani yeni bir bilgi genlere nasıl işlenir?

Bu sorunun evrimle ilgili temel varsayımlar açısından hatasını cep fareleri ve evrim, mutasyonlar genoma bilgi ekler mi, mutasyonlar evrimi nasıl etkiler başlıklı yazımızda izah etmiş ve

evrimde genlere yeni bilgi nasıl eklenir başlıklı yazımızda da fonksiyon kazandırıcı özelliklere bir örnek vermiştik.

Bu yazıda ise bir diğer örnek vererek evrimde yeni özelliklerin nasıl kazanıldığına bir bakış atacağız.

Renkli görüşün evrimi Gözün evrimi, evrimsel biyolojinin en iyi çalışılmış ve detayları ile ara basamakları en net biçimde ortaya konmuş evrimsel süreçlerden birisidir.

Bu basamakların genel özellikleriyle gösterildiği görsele yazının kendisinden ulaşabilirsiniz.

Bu yazımızda gözün bir organ olarak evriminden ziyade nasıl renkli görebildiğimizle ilgili ilginç bir evrimsel süreçten bahsedeceğiz.

Çünkü bu, bir canlının yeni fonksiyonları nasıl kazandığına ve evrimin yepyeni fonksiyonlar kazandırabileceğine dair en harika örneklerden birisidir.

Bu yazıda başrol oyuncumuz Opsin adı verilen bir gen ve protein grubu olacak.

Makalenin bu noktasında bu genlerin farelerdeki dizilimi bir görselle örnek olarak gösterilmiş.

Bu görsele yazının kendisinden ulaşabilirsiniz.

Evrimsel süreçte canlıların ışığı ve renkleri algılayabilmesi için evrimleşmiş çok sayıda obsin molekülü bulunmaktadır.

Bunlar tip 1 ve tip 2 şeklinde iki büyük kategori altında toplanıyorlar.

Tip 1 bildiğimiz bütün canlılarda bulunsa da tip 2 sadece bazı canlı gruplarında bulunur.

Bunların da birçok alt grubu bulunmaktadır.

Bizi ilgilendiren tip 2 obsinlerinden olan C obsinleri olarak bilinen bir gruptur.

Silli obsinler olarak da bilinen C-obsinleri omurgalılarda da bulunan çok önemli bir gruptur.

Bu moleküller ışık sinyallerini sinir tücrelerindeki elektrik sinyallerine dönüştürürler.

Omurgalılarda iki tip C-obsini bulunur.

Lise biyolojisinden hatırlayacağınız üzere koni ve çubuk obsinleri.

Rodopsin olarak da bilinen çubuk obsinleri düşük ışık koşullarında görmeye yarar ve renkleri kısıtlı miktarda ayırt edebilir.

Koni obsinleri ise renkli görüşü mümkün kılan obsin molekülleridir.

Omurgalılarda bulunan obsinler 5 ana gruba ayrılır.

Bunlardan ilk 4'ü konidir, sonuncusu ise çubuk hücresidir.

Uzun dalga boyuna duyarlı yani LWS.

500-570 nanometre dalga boyu aralığındaki yeşil, sarı ve kırmızı renklere duyarlıdır.

Kısa dalga boyuna duyarlı 1.

SWS1. 355-445 nanometre dalga boyu aralığındaki mor renkleri ve mor ötesine duyarlıdır.

Kısa dalga boyuna duyarlı 2 yani SWS2.

400-470 nanometre dalga boyu aralığındaki mor ve mavi renkleri duyarlıdır.

Sadece bazı memellerde bulunur.

Rodopsin benzeri 2 yani RH2.

480-530 nanometre dalga boyu aralığındaki yeşil renge duyarlıdır.

Memellerde bulunmaz.

Rodopsin benzeri bir, yani RH1.

500 nanometre dalga boyu aralığındaki mavi ve yeşil renkleri duyarlıdır.

Bizi bu yazı için ilgilendiren ise bunlardan LWS olanıdır.

Kimi zaman orta uzunluktaki dalga boyu da dahil edilerek LWS-MWS olarak da adlandırılabilmektedir.

Farelerde, sıçanlarda, sincaplarda, tavşanlarda, keçilerde yani kısaca memelilerin çoğunda bu LWS-MWS opsini kodlayan tek bir adet opsingeni bulunur.

Bu gen yukarıdakine benzer şekilde 510-550 nanometre dalga boyunu algılayacak biçimde özelleşmiş proteinler üretmektedir.

Bu saydığımız canlılar dikromatik görüşe sahip canlılardır.

Yani dikromat canlılar.

Yani sadece iki rengi görebilmektedirler.

Opsinlerinin durumuna göre o iki rengin hangileri olduğu değişebilmektedir.

Yakın kuzenlerimizin birçoğu gibi biz insanlar trikromatik görüşe sahip canlılarız.

Yani kırmızı, yeşil ve mavi renkleri ve bunların kombinasyonlarından oluşan 1 ila 2.3 milyon farklı rengi algılayabilmekteyiz.

Dikromatlarda ise bu sayı sadece 10 bin renk civarındadır.

Neden onlar iki rengi görecek şekilde kalmışlar ki diye sorabilirsiniz.

Aslında iki rengi görebilmenin de çevreye bağlı olarak bazı avantajları vardır.

Örneğin dikromat canlıların karanlıkta daha iyi görebildiğini gösteren çalışmalar var.

Gerçekten de canlılara baktığımızda nokturnal olan yani gece yaşayan canlılarda dikromatik görüşün daha yaygın olduğunu görmekteyiz.

Ancak evrimsel sürecin genel tarihine baktığımızda dikromat atalardan trikromat torunların evrimleştiği görülmektedir.

Bu basitten gelişmişe olan bir yolculuktan ziyade ortam şartlarının değişmesine bağlı olarak maymunlarda ve bazı diğer hayvanlarda daha fazla rengi ayırt etmenin öneminin artmasındandır.

Dikromatik canlılardan trikromatik canlılar nasıl evrimleşir?

Dolayısıyla burada sorulması gereken asıl soru şudur.

İyi de atası dikromat olan bir hayvan türü nasıl olur da trikromat olacak biçimde evrimleşebilir?

İşte bu sorunun cevabını evrimsel biyoloji ve popülasyon genetiği harika bir şekilde verebilmektedir.

Genlerimize bakan araştırmacılar bizde ve yakın kuzenlerimizde dikromat memelilerdeki MWS-LWS opsizin geninin iki kopyası olduğunu buldular.

Bunlardan daha orta uzunluktaki dalga boylarına duyarlı olana MWS deniyor.

Daha uzun dalga boylarına hassas olana ise LWS.

Aşağıda bu iki proteinin neye benzediğini görebilirsiniz.

Burada bahsi geçen görsele yazının kendisinden ulaşabilirsiniz.

MWS olanı 527 nanometre yani yeşil olanı algılıyor.

LWS ise 557 nanometre yani kırmızı rengi.

Bu bizi trikromatik yapan en önemli iki molekül.

Yalnız ilginç olan durum şu.

Bu iki proteini kodlayan DNA dizisine baktığımızda birbirinin %98 oranında birebir aynısı olduğu görülüyor.

Üstelik biri genomumuz içinde diğerinin hemen yanında yer alıyor.

Dahası her ikisinin bulunduğu pozisyon da dikromat olan atalarımızdaki LWS'yi kodlayan genlerin pozisyonuna çok yakınlar.

Yani o atasal gen bir şekilde iki kopyaya kavuşmuş ve bunlardan biri ana görevini korurken, diğeri mutasyonlar ve seçilim yoluyla kademeli olarak değişmiş olmalı.

Böylece dikromatik bir atadan trikromatik bir torun evrimleşebilir.

Bu nasıl oluyor?

Gen çoklanması denen mutasyon tipiyle.

Bu tip mutasyonda genlerin okunması sırasında kimi zaman yanlışlıkla fazladan bir kopya üretiliyor ve genelde bu ekstra kopya diğerinin hemen yanına yapıştırılıyor.

Böylece aynı işlevi gören iki gen oluşuyor.

Buna kopya sayı varyantı da denebiliyor ve popülasyon genetiği çerçevesinde türlerin evrimini incelemek için kullanılan ana yöntemlerden birisi bu kopyalanma olaylarına bakmak.

Aşağıda bu durum gösteriliyor.

Burada karşımıza çıkan görsele yazının kendisinden ulaşabilirsiniz.

Bu eğer ki o genin ürettiği proteinin fazla üretilmesi sıkıntıysa doğal seçilim tarafından elenip gidiyor.

Zararlı mutasyonların genellikle popülasyondan hızla elendiğini, dolayısıyla eğrime doğrudan etki etmeye fırsat bulamadıklarını hatırlayınız.

Ancak çoğu zaman bir genin birden fazla kopyasının oluşması pek bir etkiye neden olmuyor.

Çünkü bir gen genellikle sadece bir proteini kodluyor ve eğer ki o genin sayısı artacak olursa genellikle olan tek şey o proteinin hücre içindeki miktarının artması oluyor.

Eğer ki bu protein zararlı değilse canlı hiçbir sorun yaşamadan hayatına o genin iki veya daha fazla kopyası ile devam ediyor.

Ta ki bir mutasyon o ekstra gen veya genleri susturana veya değiştirene kadar.

Bu ikinci ve sonraki kopyalar mutasyona çok daha açıktır.

Çünkü hali hazırda işlevsel olan bir kopya varken ekstra kopyaların mutasyona uğramasında çoğu zaman sakınca yoktur.

Doğal seçilim bu etkisiz mutasyonları elemediği için o gen de kısmen daha hızlı bir şekilde değişme fırsatı bulur.

Kimi zaman bu mutasyon o ek genleri tamamen susturur.

Susturulan kopya kimi zaman sahte gen veya çöp DNA'ya dönüşür.

Kimi diğer zaman ise mutasyonların yarattığı değişim proteinin işlevini kademeli olarak farklılaştırmaktadır.

İşte bizim Opsin genimizde olan tam da budur.

İkinci kopyada meydana gelen mutasyon yepyeni bir rengi algılamamızı mümkün kıldı.

Opsin'deki rastgele mutasyonların evrime etkisi.

Bu öylesine uydurulan bir hikaye değildir.

Bu genin evrimi öylesine iyi çalışılmıştır ki hangi mutasyonların dalga boyu hassaslığını ne düzeyde değiştirdiği son derece net bir şekilde bilinmektedir.

Yani hangi mutasyonlar meydana gelip de 527 nanometreye duyarlı bir protein 557 nanometreye duyarlı olacak şekilde evrimleşti bunu çok iyi biliyoruz.

Şöyle ki OPSİ'nin 180.

pozisyonunda alanin serine, 277.

pozisyonunda fenilalanin tirosine, 285.

pozisyonunda alanin tireonine dönüştü.

Bunlardan ilki, proteinin hassas olduğu dalga boyunu 7 nanometre, ikincisi 8 nanometre, üçüncüsü ise 15 nanometre maviye kaydırdı.

Her bir mutasyonun protein üzerindeki etkisini bu kadar net biliyoruz.

Bu hassasiyet noktasının kayması, ikinci kopyadan üretilen optinin yepyeni bir rengi algılayabilmesini mümkün kıldı.

Bu mutasyonun günümüzden 35 milyon yıl kadar önce eski dünya maymunları ile yeni dünya maymunlarının ayrılmasından sonra yaşandığı düşünülüyor.

Biz kuyruksuz maymunlar da eski dünya maymunlarından Trichroma C miras aldık.

Yani şanslıyız diyebiliriz.

Sonuç Mutasyonlar, seçilim veya genel olarak evrim illa fonksiyon yitirici olmak zorunda değildir.

Faydalı mutasyonların uzun vadede seçilimi pek tabii yeni fonksiyonlar kazandırabilir.

Üstelik bu yeni bir fonksiyon kazanmanın sadece bir yoludur.

Unutmayınız. Eğer fonksiyon kazandırıcı evrim örneği görmek istiyorsanız vücudunuza bakmanız yeterlidir.

Sahip olduğunuz istisnasız her özellik bir zamanlar atalarımızdan birine fayda sağladığı için evrimleşmiş olan özelliklerdir.

Saç renkleri, parmak sayısı, organ biçimleri ve görevleri, davranışlar, üreme yöntemi, burun yapısı ve daha nicesi.