evrim - Tıpacı

26. Ağustos 201625. Şubat 2024

Görsel ve Dokunsal Hafızamız, İşitsel Hafızamızdan Daha Güçlü

Bir Çin atasözü der ki; “Duyarım ve unuturum; görürüm ve hatırlarım.”

Bu sabah işe giderken radyoda duyduğunuz konuşmayı hatırlıyor musunuz? Ya da eşinizin söylediği ve akşam eve dönerken manavdan almanız gereken şeyleri hatırlıyor musunuz? Muhtemelen hatırlamıyorsunuz.

University of Iowa’dan araştırmacıların yürüttüğü bir çalışmada, söz konusu hafıza olduğunda, duyduğumuz şeyleri gördüğümüz ya da dokunduğumuz şeyler kadar iyi hatırlamadığımız bulgusuna ulaşıldı.

Hafıza için beynimizin parçalarının birbirine entegre bir biçimde bağlı olduğunu düşünme eğilimindeyizdir. Fakat, PloS One ‘da yayımlanan araştırmanın bulgularına göre, beynimiz bilgiyi işlemek için ayrı örgüler kullanabilir. Dahası, bu çalışmaya göre, beyin işitsel bilgiyi, görsel ve dokunsal bilgiden farklı bir şekilde işleyebilir ve hafızayı güçlendirmek için alternatif stratejilerin (mental tekrarlama gibi) geliştirilmesi gerekebilir.

100’den fazla katılımcının yer aldığı çalışmada, katılımcıların görsel, işitsel ve dokunsal duyulardan en az hatırlama eğilimi gösterdiklerinin işittikleri sesler olduğu bulgusuna erişildi.

Çalışma kapsamında yürütülen deneylerin birinde araştırmacılar, kısa süreli hafızayı test ederek, katılımcılara çeşitli kırmızı karelere bakarken ve avuçlarındaki alüminyum çubukla oluşturulan düşük titreşimleri hissederken kulaklıktan gelen kusursuz sesleri dinlemelerini istediler. Her ses, kare ve titreşim arasında 1 ila 32 saniyelik zaman boşlukları bırakıldı.

Ayrıca, zaman boşlukları arttıkça hafızanın zayıfladığı, bu zayıflamanın sesler söz konusu olduğunda en yüksek değeri aldığı ve zayıflamanın işitilen sesten 4 ila 8 saniye gibi kısa bir sürede başladığı görüldü.

Bu kısa süre, not alınmayan bir telefon numarasının unutulmasına benzer bir zaman olarak ifade edilebilir. Eğer birisi size numarasını verirse, numarayı hemen aramayı denerseniz genellikle unutmadan arama yapabilirsiniz. Ancak numaranın size söylendiği andan sonra araya başka bir iş sıkıştırdığınızda, muhtemelen bu numarayı unutursunuz.

İkinci deneyde ise araştırmacılar katılımcıların hafızalarını her gün karşılaşabilecekleri şeyler kullanarak test ettiler. Bunun için de katılımcılara; köpek havlaması sesi dinletildi, bir basketbol maçının sessiz videoları izletildi ve katılımcıların gözleri kapatılarak bazı bilindik nesnelere (örneğin kahve kupası gibi) dokunmaları istendi. Deney sonucunda, bir saat ve bir hafta arasında, katılımcıların duydukları sesleri hatırlamakta oldukça kötü oldukları, fakat görsel sahneler ve dokunsal nesnelerde neredeyse aynı hatırlama yüzdesini gösterdikleri bulgusuna ulaşıldı.

Her iki deney de beynimizin sesi işleme ve kaydetme biçiminin diğer hafıza türlerini işleme ve kaydetme biçimlerinden farklılık gösterebileceğini ortaya koyuyor.

Deneyler, özellikle eğitim alanında farklı öğretim zenginleştirme tekniklerinin kullanılması gerektiğinin önemine vurgu yapıyor. Geçmişte yapılan çalışmalar, insanların duydukları sesleri o seslerle ilişkili kelimeleri gördüğünde hatırlama yetilerinin yalnızca sesleri işittiklerindeki hafızalarından daha güçlü olduğunu ortaya koyarak üstün görsel bellek sahibi olabileceklerine işaret etmişti. Yapılan bu çalışma da geçmişte elde edilen bulgularla uyumluluk gösteriyor.

Öte yandan, araştırma, dokunduğumuz ya da gördüğümüz şeyleri hatırlamamızın hemen hemen aynı hatırlama kapasitesini ortaya koyduğunu gösteren ilk çalışma olma özelliğinde. Peki bu oldukça tahmin edilebilir bulgular neden önem arz ediyor? Çünkü yapılan deneyler, örneğin maymunlar ve şempanzeler gibi insan olmayan primatların da görsel ve dokunsal hafıza görevlerinde benzer başarıyı gösterdiklerini, ancak işitsel görevleri hatırlamada güçlük çektiklerini ortaya koyuyor. Bu gözlemlere dayanarak, insanlardaki sesleri hatırlama güçlüklerinin evrimsel bir kökenden kaynaklanmış olabileceğini ve bu durumun primat beyninin evriminin bir parçası olabileceğini söyleyebiliriz.

Araştırma Referansı:

– Bigelow, James, and Amy Poremba. “Achilles’ ear? Inferior human short-term and recognition memory in the auditory modality.” PloS one 9, no. 2 (2014): e89914.

Orjinal yazı: Bilimfili

27. Temmuz 2016

Dünyadaki Yaşamın Son Evrensel Atası; Yarı Canlıydı

Hücrelerimizdeki genlerin birçoğu milyarlarca yıl önce evrimleşti ve bunlardan birkaçına dair izler dünyadaki bütün yaşamın son ortak atasına kadar takip edilebiliyor.

355 adet gen tanımlaması yapan ve Nature‘da yayımlanan yeni bir araştırma sayesinde artık bu atamızın neye benzediğine ve nerede yaşadığına dair bugüne kadarki en net resmi elde ettik.

Elde edilen bulgular; yaşamın son evrensel ortak atasının (SEOA); hidrojen, karbondioksit ve mineralce zengin sıcak suyun deniz tabanından çıktığı hidrotermel yarıklarda gizli olduğu fikrine destek sunuyor.

Araştırmacılardan William Martin –University of Dusseldorf–; bu durumun hidrotermal yarık teorisine parmak bastığını söylüyor ve ihtiyacı olan kimyasalların çoğunu üretebilmesi için yarıklardaki abiyotik (biyolojik olmayan) tepkimelere bağımlı olma ihtimalinden kaynaklı SEOA’yı; yarı canlı olarak tanımlıyor.

SEOA yaklaşık 3.8 milyar yıl önce ortaya çıktı ve iki tür basit hücrenin oluşmasına sebep oldu:Bakteriler ve Arkeler. Geçmişte yapılan çalışmalar; bugün hayatta olan neredeyse bütün hücrelerde ortak olan genlere odaklanarak, SEOA’da neredeyse aynısı bulunan yaklaşık 100 gen belirlemişlerdi.

Bu da bize SEOA’nın modern hücrelerle benzer olduğunu gösteriyor. Fakat araştırmacılar asıl olarak SEOA’nın nasıl farklı olduğunu öğrenmek istiyorlar. Dolayısıyla, ekip en eski ve ortak olmayan geni bulmak için 1800 bakteri genomunu ve 130 arke genomunu analiz etti. Ve, örneğin birkaçının genetik kodu okumaktan sorumlu olan 355 genin evrensel genler olduğu bulgusuna ulaştı. Fakat diğerleri ise tamamen farklı bir yaşam biçimine işaret ediyor.

Neredeyse bütün canlı hücrelerin bir karakteristiği; hücrelerin elektrokimyasal gradyan oluşturmak için iyonları bir zardan geçirmesi ve sonrasında enerji bakımından zengin ATP molekülünü üretmek için bu düşümü kullanıyor olması. Martin’e göre; SEOA bu tarz bir gradyan oluşturamadı fakat var olan bir şeyi ATP yapımı için kullandı.

Bu durum; ilk yaşamın ihtiyacı olan enerjiyi yarık suyu ve deniz suyu arasındaki doğal gradyandan elde ettiği dolayısıyla da bu yarıklara bağlı olduğu fikriyle oldukça uyum gösteriyor. Ancak sonradan gradyan oluşturma yetisini elde etti ve bu durum da yarıklardan çıkan en az iki yaşama fırsat sundu: İlk olarak arkeler, diğeri ise bakteriler.

“Döner Kapı”

Görünüşe göre SEOA aynı zamanda da bu gradyandan hidrojen ve sodyum iyonlarını takas etmeye yarayan bir “döner kapı”proteini genine sahipti. Geçmiş çalışmalar; böyle bir proteinin yarıklardaki doğal gradyanın patlamasında tamamen etkili olduğunu ortaya koyuyor.

Martin’in bulamadığı bir şey ise; proteinlerin yapı taşı olan aminoasitlerin yapımından sorumlu genler. Buna dair de SEOA’nın yarıklarda kendiliğinden oluşmuş aminoasitlere bağlı olabileceğini ileri sürüyor.

University of Connecticut’dan yaşamın evrimi üzerine çalışmalar yürüten Peter Gogarten; Martin’in bu yaklaşımının ses getirdiğini, tanımlı genlerin büyük çoğunluğunun SEOA’da var olan genlere dair sağlam adaylar olduğunu söylüyor.

Ancak; hangi genlerin tamamen antik ve hangilerinin ise antik olabileceği ayrımını yapmak şuan oldukça güç, çünkü bakteri ve arkeler bunları değiş-tokuş ettiler. Araştırma ekibi bu değiş-tokuş edilen genleri ihmal ediyor ve belki de bu süreçte SEOA’nın amino asit sentezinden sorumlu genlerini de göz ardı ediyor olabilir.

İlk yaşamın nasıl ortaya çıktığına dair hala çok fazla iddia var, ancak hidrotermal yarık teorisi yeni delillerle destek bulan oldukça iddialı bir teori gibi gözüküyor, çünkü teori yaşamın kilit önemdeki birçok özelliğine dair detaylı bir senaryo açıklaması sağlıyor.

Kaynak ve İleri Okuma:

Madeline C. Weiss, Filipa L. Sousa, Natalia Mrnjavac, Sinje Neukirchen, Mayo Roettger, Shijulal Nelson-Sathi & William F. Martin. The physiology and habitat of the last universal common ancestor. Nature Microbiology, DOI: 10.1038/nmicrobiol.2016.116
Le Page, M. “Universal ancestor of all life on Earth was only half alive.” NewScientist. https://www.newscientist.com/article/2098564-universal-ancestor-of-all-life-on-earth-was-only-half-alive (Accessed on 2016, July 26)
Bilimfili

23. Temmuz 2016

Sinir Sistemimiz Davranışlarımızı Kontrol Ederken; Diktatörlüğü mü, Oligarşiyi mi, Yoksa Demokrasiyi mi İşletiyor?

Beynimizin ve nöronlarımızın mimarisi bireysel davranış seçimlerimizi belirlerken nasıl bir sistem işletiyor? Bilim insanları uzun bir süredir sinir sistemimizin karar verme sürecimizi nasıl organize ettiğini açıklamak için devlet metaforunu kullanıyorlar. Peki bu süreçte demokrasiyi mi işletiyoruz, yoksa diktatörlüğü mü? Ya da ülkemizde olduğu gibi oligarşik güçlerin çoğunlukla uyum içerisinde olduğu ancak zaman zaman çelişkiye düşüp kontrolü kendi lehine çevirmek için birbiriyle savaşa girdiği oligarşik bir yönetimi mi?

1890 yılında psikolog William James; hepimizin içinde “bilincimizin bağlı olduğu bir merkez ya da –tek güç– bir sinir hücresi var” olduğunu ileri sürdü. Fakat 1941 yılında Nobel ödüllü fizyolog Sir Charles Sherrington; bu tek gücün [sinir hücresinin] hüküm sürdüğü fikrine karşı çıkarak; sinir sisteminin içerisinde milyonlarca hücrenin katılımını içeren bir demokrasi olduğunu ileri sürdü.

Peki Kim Haklı?

Etik sebeplerden kaynaklı, sağlıklı insanların beyinlerindeki tek hücre gözlemlerini nadiren doğru buluyoruz. Fakat, insan dışındaki diğer birçok hayvanın beynindeki hücresel mekanizmayı ortaya çıkarmak mümkün. University of Oklahoma’dan nörobiyolog Ari Berkowitz; “Governing Behavior” (Hükmeden Davranış) isimli kitabında, sinir sistemimizdeki karar verme sürecinin diktatörlükten, oligarşiye, demokrasiye kadar çeşitli yapıları işlettiğini ortaya koyan deneylerden bashediyor.

Nöral Diktatörlük

Society for Neuroscience: Herberholz, J., Antonsen, B. L., and Edwards, D. H., Journal of Neuroscience 22: 9078–9085, copyright, 2002

Lateral dev nöron (kırmızı), duyu nöronları (yeşil)/Society for Neuroscience: Herberholz, J., Antonsen, B. L., and Edwards, D. H., Journal of Neuroscience 22: 9078–9085, copyright, 2002

Bazı davranışlar için, tek bir sinir hücresi, mesaj göndermek için kullandığı elektriksel sinyaller aracılığıyla bütün bir hareket setini tetikleyerek bir diktatör gibi davranır. Nörobiyologlar bu sinyalleri; aksiyon potansiyelleri ya da elektrostimülüs olarak isimlendirir. Tatlı su ıstakozunun (kerevit) kuyruğuna dokunma örneğini ele alalım;lateral dev nöronda bulunan tek bir elektrotimülüs, hayvanı tehlikeden uzaklaştıran yukarıya doğru bir sıçrama hareketini ortaya çıkarır. Bu hareketler dokunma saniyesinin yaklaşık yüzde birlik bir zamanında gerçekleşir.

Benzer şekilde, balık beyninde bulunan büyük Mauthner nöronundaki tek bir elektrotimülüs balığın tehlikeden kaçmasına sebep olan hızlı bir dönüş hareketini ortaya çıkarır. (Bu durum bir omurgalıda doğrulanan tek “komuta nöronu” örneğidir.)

Bu diktatör nöronlarının her biri genellikle büyüktür, özellikle de elektrotimülüsleri uzak mesafelere taşıyan uzun aksonları vardır. Her diktatör nöronu hiyerarşinin tepesinde bulunur ve birçok duyu nöronundan gelen sinyalleri birleştirerek emirleri kas kasılmalarına da sebep olan bir dizi “itaatkâr” nörona iletir.

Bu tarz bir hücresel diktatörlük özellikle de omurgalılarda genellikle kaçma hareketlerinden sorumludur. Bunun yanısıra cırcır böceğinin cıvıldamasını da içeren diğer birçok hareketin de kontrolünden sorumludur.

tatli-su-istakozu-kuyruk-sicramasi-bilimfilicom

Tatlı su ıstakozu diktatör nöronu sayesinde kaçabiliyor. Her fotoğraf saniyenin onda birinde çekildi. / Jens Herberholz and Abigail Schadegg, University of Maryland, College Park

Nöronal Oligarşi

Fakat ne var ki; bu diktatör hücreler hikâyenin tamamı değildir. Tatlı su ıstakozu kuyruk sıçramasını bir başka şekilde daha gerçekleştirebilir. Bunu da bir dizi küçük nöronun bir oligarşi gibi birlikte çalışmasıyla yapar.

Bu “devasa olmayan” kaçışlar, büyük nöronlar tarafından tetiklenen kaçışlara çok benzerdir, fakat görece biraz daha geç ve ayrıntılı gerçekleşir. Böylece, bir tatlı su ıstakozu tehlikede olduğunu fark ettiğinde, cevap için biraz daha uzun süre geçer ve diktatörlük yerine oligarşiyi kullanır.

Benzer şekilde, balığın Mauthner nöronu zarar görse bile, hayvan tehlikeli durumlardan kaçabiliyor. Balık aynı kaçış hareketini; görece daha geç tepkiye sebep olsa da bir dizi küçük nöronu kullanarak da gerçekleştirir.

Bu dolambaçlılık mantıklı olabilir, çünkü tek bir nöronun desteksiz bir kararına güvenerek avcıdan kaçmak oldukça risklidir. Şöyle ki; bu nörondaki bir fonksiyon kaybı ya da yaralanma daha sonrası için yaşamsal bir tehlikeye sebep olabilir. İşte tam bu noktada da evrime bir kez daha “teşekkür” etmek gerekiyor, çünkü evrim kaçış için birden fazla yol sağlamıştır.

Nöronal oligarşiler aynı zamanda da; örneğin insan yüzünü tanırken olduğunda gibi üst-seviye algılarımıza aracılık edebilir.

Demokrasi

Diğer birçok davranış için, sinir sistemimiz, Sherrington’ın söylediği “milyonlarca hücrenin katılımının olduğu bir demokrasi”aracılığıyla kararlar alır.

Örneğin, bir maymun kolunu uzattığında, beyninin motor korteksindeki birçok nöron elektrotimülüs oluşturur. Her nöron birçok doğrultuda hareket için elektrotimülüs oluşturur, fakat her birinin de belirli bir yönü vardır. Araştırmacılar, her nöronun bütün ulaşma hareketlerine bazı açılardan katkıda bulunduğunu, fakat çoğunluğun elektrotimülüsünün daha fazla katkıda bulunduğunu ileri sürüyorlar. Bu durumu ortaya çıkarmak için de birçok nöronu gözlemlediler ve biraz matematiksel işlem uyguladılar.

Maymun bir şeye ulaşmaya çalıştığında nöron elektrotimülüsünü gösteren vektör diagramı. / American Association for the Advancement of Science: Georgopoulos, A. P., Schwartz, A. B., and Kettner, R. E., Science 233: 1416-1419, copyright, 1986

Ekip, maymun çeşitli hedeflere uzanmaya çalıştığında çeşitli nöronlardakielektrotimülüs hızını hesapladılar. Sonrasında, tek bir hedef için, her nöronu bir vektör olarak gösterimlediler. Vektörün açısı, nöronun ulaşım yönünü temsil ederken,uzunluğu ise bu belirli hedef için elektrotimülüsün bağıl hızını temsil ediyor. Matematiksel hesaplamalar ile bu etkileri topladılar (ağırlıklı vektör ortalaması) ve nöronun gönderdiği bütün mesajlardan hatasız bir hareket çıktısını tahmin ettiler.

Bu durum, bazı nöronların diğerlerinden daha baskın çıktığı nöronal bir seçime benziyor. Görselde bir öneğini görebilirsiniz. Soluk mavi çizgiler tekil nöronların oylarının hareketini temsil ediyor. Turuncu çizgi (populasyon vektörü) vektörlerin toplam yönünü temsil ediyor. Sarı çizgi ise gerçek hareket yönünü temsil ediyor ve populasyon vektörüyle hemen hemen aynı yönde. Araştırmacılar buna populasyon kodlaması ismini veriyorlar.

Bazı hayvanlar ve davranışlar için, sinir sisteminin demokrasi versiyonunu test etmek mümkündür. Örneğin, maymunlar (ve insanlar) göz seğirmesi hareketi yaparlar. Göz seğirmesi hareketleri, beyinde üst kolikulus isimli bir bölgede bulunan nöronlar tarafından tetiklenir.

Tıpkı yukarıdaki maymunun ulaşma örneğindeki gibi, bu nöronların hepsi elektrotimülüs ile çok geniş bir yelpazede göz seğirmesine sebep olur ancak çoğunluğun yönü ve mesafesi geçerli olur. Eğer üst kolikulusun bir parçası anestezilenirse –bazı nöronların “oy pusulalarını” yakmak ya da çalmak gibi— bütün göz seğirmelerinin yönü ve mesafesi değiştirilebilir, işte bu noktada da azınlığın tercihi ön plana çıkabilir. Buna da birçok “demokrasi” de olduğu gibi seçime hile karışması diyebiliriz.

Tek-hücre manipülasyonu, sülüklerin seçimlerinde de geçerlidir. Sülükler, vücutlarını derilerine yapılan bir dokunuştan uzaklaştırmak için başka yöne çevirirler. Bu hareket küçük sayıdaki nöronun kolektif etkisinden kaynaklanır. Bazı nöronlar ortaya çıkan davranışa oy verirler, bazıları da aksi bir davranışa oy verirler, fakat oy üstünlüğü olan taraf kazanır.

Sülük “seçim” hareketi. Soldaki: Araştırmacılar hayvanın derisine ok işaretinin gösterdiği yerden dokundular. Her düz çizgi bir denemede sülüğün bu dokunuşta ne tarafa yöneldiğini gösteriyor. Ortadaki: Farklı bir duyu nöronuna elektriksel uyarım verilmesi sülüğün farklı bir yöne yöneldiğini gösteriyor. Sağdaki: Sülük hem dokunuşla hem de elektriksel uyarımla eş zamanlı uyarılıyor ve sülüğün orta yöne yöneldiğini gösteriyor. / Reprinted by permission from Macmillan Publishers Ltd: J. E. Lewis and W. B. Kristan, Nature 391: 76-79, copyright 1998

Eğer sülüğün baş kısmına dokunulursa, sülük bu dokunuştan uzaklaşma eğilimi gösterir. Eğer normalde alt kısımlara yapılan bir dokunuşa cevap veren nöron elektriksel olarak uyarılırsa, sülük zıt yönde bir yönelim gösterme eğilimindedir. Eğer bu dokunuşve elektriksel uyarım eş zamanlı yapılırsa, sülük orta yola doğru eğilim gösterir.

Bu çıktı her tekil dokunuş için optimal değildir, fakat yine de seçim sonucu iki uç arasındaki bir uzlaşma türüdür. Tıpkı bir partinin bir başka parti ile koalisyon kurarak, asgari müştereklerde bir araya gelmesi gibi.
Nöronal demokrasinin sayısız örneği gösterilebilir. Demokrasiler, cırcır böceklerinden, meyve sineklerinden insanlara kadar ne gördüğümüzü, duyduğumuzu ve kokladığımızı belirler.Örneğin, fizikçi Tomas Young’ın 1802 yılında ileri sürdüğü gibi; renkleri, ışığın farklı dalga boylarına tepki veren üç çeşit fotoreseptörün orantılı oylaması sonucu algılamamız gibi. Nöronal demokrasilerin bir avantajı; tek bir nöron elektrotimülüsüne bağlamak yerine, birden fazla nörona bağlanan algılar ve hareketler aslında kesinlik kazanırlar. Öte yandan, eğer bazı nöronlar zarar görürse, geride açığı kapatacak birçok nöron vardır.

Sonuç olarak, ülkelerin aksine, sinir sistemimiz birden fazla yönetim biçimini eş zamanlı olarak işletebilir. Nöral bir diktatörlük, bir oligarşiyle ya da demokrasiyle birlikte çalışabilir. Öte yandan biyolojik temelde, hayatta kalabilme ve üreme olasılığını artıran davranışsal sonuçlar için tek bir yönetime ihtiyaç olmayabilir.

Kaynaklar:

Bilimfili

– The Editors of Encyclopædia Britannica, “Action Potential.” https://global.britannica.com/science/action-potential (Reached on 2016, July 22)
– Berkowitz, A. “Is your nervous system a democracy or a dictatorship when controlling your behavior?” https://theconversation.com/is-your-nervous-system-a-democracy-or-a-dictatorship-when-controlling-your-behavior-61888 (Access on 2016, July 22)
– Schrameck, Joan E. “Crayfish swimming: alternating motor output and giant fiber activity.” Science 169, no. 3946 (1970): 698-700.
– Eaton, Robert C., William A. Lavender, and Chris M. Wieland. “Alternative neural pathways initiate fast-start responses following lesions of the Mauthner neuron in goldfish.” Journal of comparative physiology 145, no. 4 (1982): 485-496.
– Quiroga, R. Quian, Leila Reddy, Gabriel Kreiman, Christof Koch, and Itzhak Fried. “Invariant visual representation by single neurons in the human brain.”Nature 435, no. 7045 (2005): 1102-1107.
– Georgopoulos, Apostolos P., Andrew B. Schwartz, and Ronald E. Kettner. “Neuronal population coding of movement direction.”Science 233, no. 4771 (1986): 1416-1419.
– Sparks, David L., Richard Holland, and Barton L. Guthrie. “Size and distribution of movement fields in the monkey superior colliculus.” Brain research 113, no. 1 (1976): 21-34.
– Sparks, D. “Population coding of saccadic eye movements by neurons in the superior colliculus.” Nature 332 (1988): 357-360.
– Young, Thomas. “The Bakerian lecture: On the theory of light and colours.”Philosophical transactions of the Royal Society of London 92 (1802): 12-48.

6. Temmuz 2016

El Kemiği Fosili, ‘Modern’ Elin En Az 2 Milyon Yıl Önce Var Olduğunu Gösterdi!

Bilim insanları, modern insan elini andıran, şu ana kadar ki bilinen en eski el kemiği fosilini keşfettiler. Önermelere göre, bu el kemiği fosili çağdaşlarından daha uzun boylu ve büyük olan, şu ana kadar bilinmeyen bir insan akrabasına ait.

Yeni bulgular ayrıca modern insan-benzeri ellerin fosil kayıtlarında ne zaman belirginleşmeye başladığıyla ilgili ip uçları da veriyor. Araştırmacılara göre, bu bulgular antik akrabalarımız düşünülenden daha uzun olabileceklerine işaret ediyor. İnsanları bugün yaşayan bütün diğer türlerden ayıran en önemli özellik karmaşık aletler yapabilme ve kullanabilme yeteneğidir. Bu kabiliyet, yalnızca harikulade insan beyninden değil aynı zamanda insan elinin maharetinden de kaynaklanır. Complutense University of Madrid’den paleantolojist ve araştırmanın baş yazarı Manuel Domínguez-Rodrigo’ya göre el, insanları tanımlayan en önemli anatomik özelliktir. Elimiz çeşitli şekilde tutma fonksiyonlarına sahip olmamızı sağlayacak şekilde evrimleşti ve yeterli tutuş gücü de herhangi bir primatta görülmemiş en geniş kullanım aralığını sundu. Beynimizle etkileşim halinde olan bu kullanım yeteneğimiz de zekamızın geliştirdi.

El Nasıl Evrimleşti?

İnsanımsıların (insanları ve şempanze soyundan ayrıldıktan sonraki insan akrabalarını içerir) fosillerinin daha öncelerde yapılmış analizlerine göre, antik insanımsılar hayatlarını ağaçlarda geçirmeye adapte olmuşlardı. Örneğin, antik insanımsıların elleri genellikle eğimli parmak kemiklerine sahipti. Bu eğimli parmak kemikleri ağaç dallarından sallanmak için oldukça uygundu. Modern insanlar ise düz parmak kemiklerine sahip şayan en gelişmiş primat.

Bilim insanlarının önermelerine göre modern insan eli, taş aletleri kullanmak üzere evrimleşti. Fakat; son insanımsı fosilin keşfi, elin evrimleşmesinin arkasında daha karmaşık bir hikaye olduğunu gösteriyor. Örneğin, antik insanımsı soyların bazı el kemiği fosilleri, daha çok modern insan eline benziyor.

Domínguez-Rodrigo: ’’ Geçmişteki modern-benzeri el bizlere insanların tamamen toprakla ilgilendiklerini ve aletleri ne kadar verimli kullandıklarını gösterdi. ‘’

Modern elin evriminin daha iyi anlaşılabilmesi için bilim insanları Tanzanya Olduvai Gorge’de keşfedilmiş 1.84 milyon yıldan daha öncesine ait olduğu belirlenen el kemiğini incelediler. Olduvai’de daha önce yapılmış kazılar da Afrika’nın insanlığın anavatanı olduğunun doğrulanmasına yardımcı olmuştu.

Bulunan el kemiği fosili büyük ihtimalle düzenli şekilde yaptıkları araçları tutabilen Homo erektus’a benzeyen tanımlanamamış insanımsı soydan bir yetişkinin sol elinin serçe parmağına ait. Kemik yaklaşık olarak 3.6 santimetre uzunluğunda- bu uzunluk modern insanın sol el serçe parmağının uzunluğu ile aynı.

Bu kemiğin düzlüğü ve diğer özellikleri, yaşam adaptasyonlarının ağaçlardan çok yerde olduğu önermesinin yapılmasını sağlıyor. Ayrıca bu yeni kemiğin özelikleri eski bulgulara ‘’modern insan vücudunun şeklinin, insanımsı evriminin oldukça erken aşamalarında belirdiği’’ önermesini de ekliyor.

Daha öncelerde yapılan araştırmalar insanımsıların iki ayaklarının üzerinde yaklaşık 6 milyon yıl önce durmaya başladıkları fikrini öne sürüyordu. İki ayak üzerinde durmak aynı zamanda ellerin de araç-gerek kullanımı için serbest kalması anlamına geliyor. 2 milyon yıl öncesine kadar da, bilinen büyün insanımsıların elleri iki fonksiyonu aynı anda gerçekleştiriyor- hem ağaçlara tırmanmak için hem de iki ayak üzerinde yürürken denge sağlamak için. ( İnsan soyu Homo’nun 2 milyon yıl ila 3 milyon yıl önce evrimleştiği düşünülüyor; bilinen en eski soyu tükenmiş insan türü Homo Habilis de en az 1.8 milyon yıl önce yaşadığı belirtiliyor. )

En eski tarihli el kemiği fosili keşfedilmeden önce, bilim insanları insanımsıların ellerinin kullanım açısından, modern insan elleri gibi göründüğü konusunda emin değildiler. Domínguez-Rodrigo’nun belirttiğine göre. ‘’ Keşfimiz bir boşluğu dolduruyor- modern insan eline benzeyen el, en az 1.85 milyon yıl öncesine ait. ‘’

Büyük İnsanımsı

Bulgular ayrıca gösteriyor ki, ne olduğu bilinmeyen bu insanımsı aynı dönemde ya da daha öncesinde yaşayanlardan daha büyük. Eğer bulunan bu el kemiği moder bir insana ait olsaydı, 1.75 boyunda olacaktı.

Domínguez-Rodrigo: ’’Peki bu neden önemli? Arkeolaglar Olduvai benzeri bölgelerden yeterli bilgiyi topladılar ve bulgularına göre bu bölgelerde yaşayan insanımsılar avladıkları hayvanların 350 kilogramdan fazla olan ölülerini defalarca taşıdılar. Bu alanın bir uzmanı olarak ben, Homo habilis’lerin yaklaşık 1 boylarıyla bu kadar büyük hayvanları verimli bir şekilde nasıl avladıklarını anlamakta hep güçlük çekmişimdir.’’ diyor ve ekliyor, ‘’ Artık, yeni keşifler gösteriyorki daha büyük ve daha modern görünüşlü insanımsılar bu bölgelerin biçimlendiği zamanlarda varlardı.’’ Domínguez-Rodrigo’ya göre, bulunan fosillerin tarif ettiği insanımsı tipi, bu arkolojik kazı yerlerinin oluşumunun açıklanmasında daha iyi bir aday.

Kaynak: Bilimfili,

İlgili Makale: Manuel Domínguez-Rodrigo, Travis Rayne Pickering, Sergio Almécija, Jason L. Heaton, Enrique Baquedano, Audax Mabulla & David Uribelarrea, Earliest modern human-like hand bone from a new >1.84-million-year-old site at Olduvai in Tanzania Nature Communications 6, Article number: 7987 doi:10.1038/ncomms8987 Received 20 April 2015 Accepted 03 July 2015 Published 18 August 2015

2. Temmuz 2016

En Temel Ölçekte Evrim: Amino Asit Sıra Değişimleri

Grip virüsü, gösterilerinde bir anda kılık değiştirme numarası yapan sihirbazlar gibidir. Genomu 20-30 yıl içinde, hayvan genomlarının milyonlarca yılda geçireceği değişimleri geçirebilir. Dolayısıyla bedenlerimizi enfeksiyona karşı uyaranlar da dahil olmak üzere, viral proteinler kendilerini sürekli yeniler. Bağışıklık sistemimizi tehdit ederken, aşı üreticilerinin de işini zorlaştırırlar.

Evrimin proteinler üzerindeki etkisini inceleyen biyolog Jesse Bloom, aralıksız değişimin bir fırsat olduğunu düşünüyor. Geçmiş grip mevsimlerinde toplanan verilerden, Bloom bugünkü grip virüslerinin atalarından bazılarının genetik yapısını bütünüyle biliyor. Seattle’da bulunan Fred Hutchinson Kanser Araştırma Merkezi’ndeki laboratuvarında bu bilgiyi kullanarak, virüslerin bağışıklık sistemini atlatacak dönüşümleri nasıl geçirdiklerini anlamaya çalışıyor.

Bloom ve ekibi, “evrimsel biyokimya” alanında çalışan ve giderek büyüyen bir grubun parçası. Yaşamın muazzam çeşitliliğini açıklamak ve bu çeşitliliğin tam olarak nasıl belirdiğini belirlemek istiyorlar. Bitkilerin ve hayvanların farklı ortamlara nasıl uyum sağladığına odaklanmak yerine, bu araştırmacılar çeşitliliği çok daha küçük ölçekte ele alıyor: Yaptıkları çalışma, ilkel yaşam biçimlerine olanak tanıyan az sayıdaki proteinin, nasıl olup da şu anki biyolojik süreçleri yöneten milyonlarca özelleşmiş proteine evrildiğini açıklamayı amaçlıyor.

Bloom genetik kayıtlardan yararlanarak, geçmiş zamanlarda varolmuş virüs proteinlerini düzenleyebiliyor ve ardından her seferinde bir amino asit olacak şekilde nasıl evrim geçirdiklerini yeniden gözlemliyor. Diğer araştırmacılar, biyolojik moleküllerin milyonlarca yıl içinde evrilen atalardan kalma biçimlerini diriltmek için modern türleri çözümlüyor.

Ellerinde geçmişe ait bir protein olan araştırmacılar, tek bir amino asiti değiştirmenin (muhtemelen evrim sürecinde böyle olmuştur) proteinin esneyişini, katlanışını ve diğer moleküllerle bağlanışını (ya da bağlanmayışını) nasıl değiştirdiğini sınayabiliyorlar. Adım adım amino asit değişiklikleri yaparak proteinin alternatif tarih versiyonlarını deneyen bilimciler, bir proteinin fiziksel biçiminin nasıl hem evrilmesini sağladığını, hem de evrimini sınırladığını öğrenebiliyor.

Bu çalışma uzun zamandır yanıtlanmayı bekleyen bazı soruları nihayet yanıtlayabilir: Evrim ne dereceye kadar şans eseri olaylara bağlı? Evrim farklı yollar izleyerek aynı noktaya varabilir mi? Biyolojik karmaşıklık nasıl evrilir? Bu tür deneyler, bir yandan da modern proteinler üzerinde çalışan ve amino asit sıralamasının biyolojik işlevlerle nasıl bağlantılı olduğunu inceleyen araştırmacılara da yardımcı oluyor.

Biçim Eşittir İşlev

Amino asitlerin bu sıralı dizisi, bir proteine karşılık gelen gen haritasını tutan gen tarafından okunur. Uygun asitler bir kez dizildikten sonra, origami kağıtlarına benzer şekilde, proteinin hücre içinde ne yapacağını belirleyen köşeli ve çıkıntılı minik yapılar biçimine katlanır. Bir proteinin katlanış şekli, onun belli DNA parçalarını yakalamasını veya bazı kimyasal tepkimeleri hızlandırmasını sağlar. Bir gendeki mutasyonlar, ortaya çıkan proteinin biçimini değiştirebilir ya da davranışında farkedilmesi güç değişiklikler yaratabilir. Böylece zaman içinde bir proteinin işlevi değişebilir. Fakat olasılıklar sonsuz değildir. Parçalanan, katlanmakta başarısız olan veya gereken performansı göstermeyen yeni proteinler, doğal seçilimin sınavlarından sağ çıkamaz.

“Katlanmanın, durağanlığın (stabilliğin), çözünürlüğün, işlevin ve özgünlüğün (spesifikliğin) fiziksel belirleyicileri, evrimsel sürecin özünde yer alan etkenlerdir,” diyor Şikago Üniversitesi’nden biyolog Joe Thornton. “Yakın zamana kadar bu durum pek kabul görmüyor ve açıkça belirtilmiyordu.” Şimdi ise moleküler evrimi anlamak için proteinlerin işlevleri olan, fiziksel nesneler olarak incelenmelerinin öneminin anlaşıldığını ekliyor Thornton.

Araştırmacılar proteinlerin geçmişlerini yeniden yapılandırırken, bazen genetik mutasyonların bir molekülü, daha önce başarılı olamayacak başka mutasyonlara bir şans verecek denli değiştirdiğini fark etti. Bu da yeni özelliklerin ve işlevlerin evrilmesi için fırsat yaratıyor. Bu biyologların onlarca yıldır aklından geçen bir düşünce olmasına karşın, laboratuvarda araştırılmaya yeni başlanıyor.

Yüksek boyutta görmek için görselin üzerine tıklayın.

Örneğin Bloom ve meslektaşları, grip virüsünün evriminin mutasyonlar arası etkileşimden nasıl etkilendiğini araştırmak içinnükleoprotein denilen bir grip virüsü proteini kullandı. Çeşitli mutasyonların toplamda yarattığı etkiyi anlamak, araştırmacıların yeni genetik varyasyonların kısa vadeli etkilerini öngörmelerini sağlayabilir. Bu bilgi, önümüzdeki grip mevsimlerinde hangi viral dizilerin etrafta olabileceğinin tahmin edilmesine ve etkili aşıların geliştirilmesine yardımcı olabilir.

Nükleoprotein genlerini, 1968 ve 2007’de yalıtılan virüs dizileri ile karşılaştıran ekip, 1968 proteinin yeni biçimine dönüşmesini sağlayan olası adımları haritaladı. Nükleoprotein 1968’de oynadığı rolün aynısını (viral RNA’nın düzenlenmesine yardımcı olmayı) sürdürse de, bu kırk yıllık süreç içinde 498 amino asitinden 33 tanesi değişmiş. Amino asitlerinin küçük bir kısmı da birden fazla kez değişim geçirmiş. Ekip bu bulguları 2013 yılında eLife dergisinde yayımlanan makalelerinde açıklamıştı¹.

Bloom ve çalışma arkadaşları, 1968 nükleoproteinini yapılandırdı ve ardından son kırk yılda gerçekleşmiş mutasyonların her birinin gerçekleşmesinin yarattığı etkileri sınadı. Mutasyonlardan bazıları, bir işgalci olduğunda kişinin bağışıklık hücrelerini uyaran protein kısımlarını etkiledi. Bu da muhtemelen grip virüsünün yakalanmaktan kaçabilmesine yardım ediyor. Fakat gerçekleşen değişimlerin bir bölümü de kendi başlarına, virüs için kötü sonuçlar doğurdu: Nükleoprotein, göevini yapmasına yetecek süre boyunca uygun şekilde katlanmış kalamadı.

Nükleoproteinin evrimi sırasında, mutasyonların bazıları proteinin durağanlığını yükseltti. Daha sonraki mutasyonlar gerçekleştiğinde, muhtemelen daha önce gerçekleşmiş bu tür değişimler sayesinde proteinin yapısı bozulmadan kalabildi ve işlevlerini sürdürmeye devam edebildi.

Bir mutasyonun yarattığı etki öteki mutasyonlara bağlı olduğunda, bu karşılıklı etkileşime “epistasis” (iki değişkenin birbirini etkilemesi durumu) denir. Oregon Üniversitesi’nden biyofizikçi Michael Harms, tekil moleküller arasındaki bu etkileşimlerin, evrimin izleyeceği yolu belirlemede büyük önem taşıdığını söylüyor. Kendisi, s100 olarak adlandırılan bir grup proteindeki işlev çeşitliliğinin nasıl evrildiğini inceliyor. Harms, epistasisin evrimin tümünde görülen yaygın bir özellik olduğunu ekliyor.

Birbirine bağlı etkileşimler sadece mutasyon çiftleri arasında olmakla kalmıyor. Bundan çok daha karmaşık olabiliyorlar. Diğer laboratuvarlardan gelen verileri inceleyen Harms, epistatik etkileşimlerin 6 farklı mutasyona birden bağlı bile olabildiğini buldu. Böylesi bir karşılıklı etkileşimin varlığı, genler kendilerini azıcık dönüştürdüğü takdirde, evrimin çoğu zaman rotayı çok farklı yönlere çevireceği anlamına geliyor.

İzin Veren Mutasyonlar

Araştırmacılar, ileride gerçekleşecek değişimler için zemin hazırlayan mutasyonlara “izin veren” mutasyonlar adını veriyor. Bazı protein işlevlerinin ortaya çıkışı, ancak bu tür izin veren mutasyonların, evrilen bir molekülü pek de olası olmayan biçimde değiştirmelerinden sonra gerçekleşebiliyor.

Thornton, omurgalılarda stres tepkilerini, büyümeyi ve cinsel gelişimi yöneten steroid hormonlarının, kendi reseptörleri ile nasıl ortaklık geliştirdiklerini incelemek için atadan kalma proteinlerin yeniden yapılandırılmasından yararlanıyor. Reseptörler, hücre içi yanıtı tetiklemek için belirli partnerlere bağlanan proteinlerdir. Farklı türlerdeki steroid reseptörlerini karşılaştıran Thornton, moleküller arasındaki evrimsel ilişkilerin haritasını ve ortak atalarının olası amino asit dizilimini çıkarabilmiş. Ardından laboratuvar ortamında yetiştirilen hücrelere, uzun zamandır soyu tükenmiş durumda olan proteini kodlayan bir DNA molekülü eklemiş. Böylece bu hücreler, ellerine geçen genetik yönergeleri kullanarak, maziden kalma bir küçük parça üretmiş.

Thornton’un çalışmalarının çoğu, ekibi ile birlikte 2006 yılında yeniden yapılandırmış oldukları 450 milyon yıllık bir reseptör protein ile başlıyor. Bu protein, farklı hormonlar tarafından etkinleştirilen modern reseptör molekülleri ortaya çıkarıyor. Reseptörlerden biri olan glukokortisoid reseptörü, stres hormonu olan kortizole yanıt veriyor. Bir başka reseptör olanmineralokortisoid reseptörü, aldosteron hormonuna cevaben tuzun ve diğer elektrolitlerin düzeyini kontrol ediyor. Thornton’un ekibi, bu reseptörlerin yeniden yapılandırılan atasının, hem kortizol ile hem de aldosteron ile etkinleştirilebildiğini keşfetti.

Thornton, sadece kortizole yanıt veren bir reseptörün, seçici olmayan reseptörden 40 milyon yıl sonra belirdiğini gösterdi. Genel ata reseptörü, kortizole özel bir reseptöre dönüştüren amino asit değişiklikleri dizisi, ekip tarafından ortaya kondu. Ancak deneylerden anlaşıldığı üzere, antik reseptörün tercihlerini değiştiren mutasyonlar kendi başlarına işlevsel bir reseptör üretemiyorlar. “İşlev değiştiren mutasyonlar kendi başlarına tolere edilemiyorlar,” diyor Thornton. Reseptörün çeşitli bölgelerinin durağanlığını bozuyorlar. Tıpkı grip virüsünün evrilen nükleoproteinide olduğu gibi, öncelikle ata reseptörün yapısının sıradaki mutasyona dayanabilecek duruma gelmesi gerekiyor.

Yüksek boyutta görmek için görselin üzerine tıklayın.

Thornton ve çalışma arkadaşları 2009 yılında Nature dergisinde yayımladıkları bir makalede, iki amino asit değişiminin, antik reseptörü dönüşüm için usulca hazır duruma getirdiğini açıkladı². Bunlar olmadan, işlev değişimi sağlayan mutasyona ulaşma olasılığı olamazdı. “Zamanı geri sarabilsek ve tarihin yeniden akmasını sağlayabilsek, bu izin verici mutasyonların yinelenme olasılığı pek az olurdu. Muhtemelen çok farklı bir glukokortisoid reseptörü ve çok farklı bir endokrin sistemi elde ederdik,” diyor Thornton.

Thornton ve o sıralarda Thornton’un Oregon Üniversitesi’ndeki laboratuvarında doktora sonrası araştırmacısı olan Harms, evrimin başka bir yol izleyerek aynı sonuca ulaşıp ulaşamayacağını araştırıyordu³. Harms, antik proteinin binlerce değişik çeşidini yaratıp inceleyerek, onun aynı işlev değişimine uğramasıyla sonuçlanacak alternatif mutasyon zincirlerini tarıyordu. Nature dergisinde 2014 yılında yayımladıkları makalede, başka alternatif bulamadıklarını açıkladılar. Görünüşe göre evrim, nadir rastlanan bir fırsattan yararlanabilmişti.

Reseptör proteinin değişik çeşitlerinin biyofiziksel analizi, kortizole özgü bağlanmanın evrilmesine neden bu kadar az mutasyonun olanak tanıdığının anlaşılmasını sağladı. Bazı bölgelerin fazladan desteğe gereksinimi olmakla birlikte, reseptörün de ayrıca iki biçim arasında geçiş yapabiliyor olması gerekiyordu: Kortizol yokken inaktif bir yapı ve hormon bağlandığında gen aktifleştirici bir yapı. Mutasyonların bazıları reseptörün aktif biçimini fazlasıyla durağanlaştırıyordu ve “daima açık” konfigürasyonuna sabitliyordu. Mutasyonların ayrıca, işlev değiştirici mutasyonlar işe karışmadan önce, kendi başlarına ata proteine uyumlu olması gerekiyordu. “Bir mutasyonun tüm bu koşulları sağlaması gerekir ve bu da pek kolay bir şey değil. Izin veren mutasyonların (bu işlevsel değişim için) neden bu denli nadir olduklarının açıklaması böyle olsa gerek,” diyor Thornton.

Fakat her yeni işlevin, karmaşık epistatik etkileşimlerin sonucu olduğu da söylenemez. Geçtğimiz Ocak ayında eLife dergisinde yayımladıkları makalede Thornton ve Oregon Üniversitesi’nden Ken Prehoda, tek bir amino asit değişimi sonucunda yepyeni bir işlev kazanan antik bir protein tanımladı⁴. Ekip, hücrelerin bölünmeden önce uzayda yönelimlerini ayarlamalarına yardım eden bir hayvan proteinin kökenini araştırdı. Gelişen bir bedende yeni hücrelerin doğru yerlerde konumlamları açısından bu çok önemlidir. Çok hücreli organizmaların ortaya çıkmasından önce tek hücreli yaşam formlarının bunu doğru yapıyor olmaları gerekiyordu.

Thornton, Prehoda ve ekip arkadaşları, proteinin GK_PID (PID: protein etkileşim alanı. [İng. protein-interaction domain]) adı verilen ve bölünme sırasında iskele görevi görerek hücrelerin yönelimlerini düzenleyen bir parçasına odaklandı. GK_PID‘nin milyar yıllık atası buna benzer hiçbir şey yapmıyordu. Modern guanilat kinaz enziminin atası olan bir enzim öncülüydü ve hücrelerin DNA’nın yapıtaşlarından bazılarını yaparken kullandığı bir kimyasal tepkimeyi katalizliyordu. Şaşırtıcı ama tek bir mutasyon, bu atalardan kalma proteini enzimden iskeleye dönüştürmeye yetmişti.

Evrimi şekillendiren fiziksel ilkeler hakkında genel kuramlar geliştirmek için neden daha fazla proteinin evrimsel tarihlerinin anlaşılması gerektiğini, bu örnekten anlayabiliriz. İnsanlar ne zaman bir proteini ayırsalar, yeni bir özellik görüyorlar. Neyse ki hızlanan bilgisayarlar, gelişen yazılımlar ve referans genomların artan sayısı sayesinde, atalardan kalma proteinlerin yeniden yapılandırılmasına ilişkin araştırmalar ilerliyor.

Farklı Adımlarla Aynı Noktaya Varılabilir

Şansa bağlı olaylar evrimin önüne serilecek olasılıkları değiştirebilirken, evrilen proteinlerin keşfe çıkabilecekleri bir özgürlük alanları da mevcut. Bazı işlevlere ulaşmak için seçebilecekleri birden fazla yol olabiliyor. Brandeis Üniversitesi’nden biyokimyacı Douglas Theobald, pek çok hücrenin oksijensiz enerji üretmek için kullandığı bir enzim üzerinde yaptığı araştırmada bunu görmüş. Laktat dehidrojenaz enzimi, yapısal olarak benzer enzimlerden sadece bir kez evrilmemiş; farklı organizma gruplarında en az dört kez evrilmiş⁵.

Benzer bir enzim olan malat dehidrojenaz enzimini, laktat dehidrojenaz enzimine dönüştüren evrimsel olayları yeniden yapılandırarak, Theobald ve ekibi şunu buldu: İki adet tek hücreli parazit grubu, aynı enzim tarafından farklı yollarla ortaya çıkmıştı. Bu bulgular eLife dergisinin 2014 sayısında ve Protein Science dergisinin geçen Şubat sayısında yayımlandı. Yapılan çalışma, farklı genetik alt yapıların evrimin rotasını farklı organizmalarda farklı yollara kırabildiğini, fakat yine de benzer sonuçlara ulaşılabildiğini gösteriyor. “Çok miktarda epistasis olsa bile, aynı işleve götürebilecek yine de bir çok yol olabilir,” diyor Theobald.

California Üniversitesi Berkeley Kampüsü’nden Susan Marqusee, bir proteinin yeni bir şeyler yapmaya başlaması için birden fazla yol olduğunu gören bir başka araştırmacı. Marqusee, Thornton’un ekibiyle ortak çalışma yaparak, iki farklı bakterinin (Escherichia coli ve sıcağı seven Thermus thermophilus) çok farklı sıcaklıklarda aynı işi yapacak enzimleri nasıl geliştirdiklerini incelemiş.

T. thermophilus çoğu proteinin parçalanmasına neden olacak yüksek sıcaklıktaki su kaynaklarına bayılıyor. Biyokimyacılar, doğanın bu bakteride uyguladığı stratejilerden yararlanarak ısıya dayanıklı proteinlerin mühendisliğini yapmaya karar verdi. Dolayısıyla bu özellikten sorumlu olan genel ilkeleri bulmaları gerekiyordu. E. coli ve T. thermophilus’taki H1 enzimlerinin ortak atasını yeniden yapılandırarak, Marqusee’nin ekibi bakteriyel proteinin ısıyla nasıl başa çıktığını anlamayı başardı.

Ekibin 2014 yılında PLOS Biology’de yayımladığı makaleye göre, 3 milyar yıl öncesinden kalma ortak ata, T. thermophilus’un bugün kullandığı enzimden daha az durağandı⁶. Isıya dayanaklı protein evrilirken, durağanlığı giderek artmıştı; tek bir yenilikten ötürü değil, farklı zamanlarda ayrı biyofiziksel stratejilerden dolayı. “Fiziksel kimya, sonuçta doğru fenotipe götürdüğü sürece pek sorun değildir,” diyor Marqusee. Evrim, durağanlığı desteklemek için farklı amino asitlerden farklı yollarla yararlanabildiği için enzimin artmakta olan ısıya dayanıklılığı, belli mutasyon dizilerinin şans eseri varolmasına bağlı değildi.

Evrimin İzleyeceği Yol Tahmin Edilebilir mi?

Proteinlerin geçmişte nasıl evrildiklerinin incelenmesi sayesinde, evrimin gelecekte nasıl ilerleyeceğine ilişkin bir fikir edinmek pek mümkün değil. “Ortaya çıkan tabloya bakılırsa, şansın rolü o denli büyük ki, gelecekte evrimin nasıl ilerleyeceğine ilişkin uzun vadeli öngörü yapmak riskli olur,” diyor Thornton. Yapılan çalışmalar, bugünkü proteinlerin neden yapmakta oldukları şeyi yaptıklarına ilişkin yanıtlar sunmaları açısından yine de çok önemli.

Yüksek boyutta görmek için görselin üzerine tıklayın.

Thornton’un çalışmasından bir örnek vermek gerekirse, steroid reseptörlerindeki DNA bağlanma bölgelerinin, DNA hedefleri ile birlikte nasıl evrildiğinden söz edebiliriz. Hormon aktiveli reseptörler, belli genleri açmak için DNA’nın özel kısımlarına bağlanan transkripsiyon faktörü görevi görüyor. 2014 yılında Thornton’un ekibi Cell dergisinde yayımladıkları yazıda, atalardan kalma proteinlerden birindeki büyükçe bir amino asitin, bugünkü steroid reseptörlerinin çoğu tarafından beğenilen DNA bölümüne proteinin bağlanmasını engellediği açıklandı⁷. Antik protein tuhaf bir şekilde DNA’dan geri sıçrıyordu ve tutunmasına yetecek teması sağlayamıyordu. Reseptörün yeni özelliğini kazanması, mutasyonların bu engellere son vermesi ile oldu.

Araştırmacılar çoğu zaman birbirleri ile ilişkili iki protein arasındaki hangi farkların onları farklı davranmaya ittiğini söyleyemez. Ama evrimsel yollarını yeniden yapılandırmak, onları doğru yöne sevk edebilir. Theobald ile Brandeis Üniversitesi’nden meslektaşı Dorothee Kern, kronik miyeloid lösemi ile ilgili büyümeyi sağlayan bir protein olan Abl’nin, ilişkili olduğu Src proteininden nasıl farklılaştığını inceledi. Araştırmacılar, kansere karşı geliştirilen Gleevec ilacının neden Abl’ye bağlanıp kapatırken, benzer yapıdaki Src’yi engellemediğini bilmek istiyordu. Theobald, Kern ve çalışma arkadaşları, Abl’de Gleevec’in bağlanması konusunda önem taşıyan 15 amino asit belirledi. Bu amino asiter, iki farklı konfigürasyon arasında protein geçişlerinin nasıl olacağını etkiliyordu. Elde edilen bulgular geçtiğimiz yıl Science dergisinde yayımlanan bir makale ile paylaşıldı⁸.

Bazı proteinler veya protein kısımları, içsel olarak evrime diğerlerinden daha açık olabilir. Çok hızlı evrilen bir viral protein olanhemagglutinin’in belli kısımları değişime karşı alışılmadık derecede dayanıklıdır. Konu üzerinde çalışan Bloom ve Bargavi Thyagarajan’ın 2014’te eLife dergisinde yayımladıkları makaleye göre, hemagglutinine karşı geliştirilen antibiyotikler bağışıklık sisteminin gribe karşı en iyi savunması olmakla birlikte, protein de yakalanmadan sızmakta ustaydı⁹.

Yüksek boyutta görmek için görselin üzerine tıklayın.

Araştırmacılar nispeten yeni bir yöntem kullandı: Derin Mutasyonel Tarama. Bu sayede laboratuvarda yetiştirilen virüslerdeki hemagglutinin proteinlerini, mümkün olan neredeyse tüm amino asit değişiklikleri ile yapılandırıp sınadılar. Bir ev sahibinde, hemagglutinini bağışıklık sisteminden saklayacak değişimler avantajlı oluyordu. Laboratuvar ortamında saklancak bir bağışıklık sistemi olmasa da, virüsler yine de proteinin başka yerlerindeki değişikliklerden çok, hemagglutinin parçalarındaki değişikliklerde hayatta kalabildi. Bloom ve lisansüstü öğrencisi Michael Doud, proteinin daha detaylı bir görüntüsünü ve mutasyona dayanabilen bölgelerini, Nisan ayındabioRxiv.org sitesinde yayımladıkları makale ile paylaştı.

Bu virüs için iyi ama insanlar için kötü. Görünüşe bakılırsa hemagglutinin, tam da aşı üreticilerinin aynı kalmasını isteyecekleri bölgelerinde fazlasıyla değişiklik yapabiliyor. Araştırmacılar aşı hazırlayanların hemagglutinin’in mutasyona daha dayanıksız olan bölgelerini hedef almalarını öneriyor. Bu stratejiyi uygulamaya koyan laboratuvarlar oldu bile. Henüz neden hemagglutinin belli parçalarının değişimleri daha iyi karşıladığı açık değil. Bloom ileride bunu da anlamayı umuyor.

“Evrimi hiçbir zaman tam olarak öngöremeyeceğiz, çünkü son derece stokastik bir süreç,” diyor Bloom. “Ama sanıyorum bizi etkileyen evrimsel süreçlerin çoğu hakkında daha iyi tahminler yapabiliriz. Bunlar gerçekten zorlayıcı problemler, ama galiba deneylerden yararlanabileceğimiz bir noktaya varıyoruz ve moleküler düzeyde olanları anlamak, süreç hakkında düşünmemize yardımcı oluyor.”

Kaynak:

Bilimfili,
Science News, “Scientists dig up proteins from the past”
< https://www.sciencenews.org/article/scientists-dig-proteins-past >

Notlar:
[1] Lizhi Ian Gong Marc A Suchard Jesse D Bloom Stability-mediated epistasis constrains the evolution of an influenza proteine eLİFE DOI: http://dx.doi.org/10.7554/eLife.00631 Published May 14, 2013 Cite as eLife 2013;2:e00631
[2] Jamie T. Bridgham, Eric A. Ortlund & Joseph W. Thornton An epistatic ratchet constrains the direction of glucocorticoid receptor evolution Nature 461, 515-519 (24 September 2009) | doi:10.1038/nature08249; Received 12 May 2009; Accepted 30 June 2009
[3] Michael J. Harms & Joseph W. Thornton Historical contingency and its biophysical basis in glucocorticoid receptor evolution Nature 512, 203–207 (14 August 2014) doi:10.1038/nature13410 Received 24 January 2014 Accepted 28 April 2014 Published online 15 June 2014
[4] Douglas P Anderson Dustin S Whitney Victor Hanson-Smith Arielle Woznica William Campodonico-Burnett Brian F Volkman Nicole King Joseph W Thornton Kenneth E Prehoda Evolution of an ancient protein function involved in organized multicellularity in animals DOI: http://dx.doi.org/10.7554/eLife.10147 Published January 7, 2016 Cite as eLife 2016;5:e10147
[5] Jeffrey I Boucher Joseph R Jacobowitz Brian C Beckett Scott Classen Douglas L Theobald An atomic-resolution view of neofunctionalization in the evolution of apicomplexan lactate dehydrogenases DOI: http://dx.doi.org/10.7554/eLife.02304 Published June 25, 2014 Cite as eLife 2014;3:e02304
[6] Kathryn M. Hart, Michael J. Harms, Bryan H. Schmidt, Carolyn Elya, Joseph W. Thornton, Susan Marqusee Thermodynamic System Drift in Protein Evolution PLOS Biology Published: November 11, 2014http://dx.doi.org/10.1371/journal.pbio.1001994
[7] Alesia N. McKeown4, Jamie T. Bridgham, Dave W. Anderson, Michael N. Murphy, Eric A. Ortlund, Joseph W. Thornton Evolution of DNA Specificity in a Transcription Factor Family Produced a New Gene Regulatory Module Cell DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2014.09.003
[8] C. Wilson, R. V. Agafonov, M. Hoemberger, S. Kutter, A. Zorba, J. Halpin, V. Buosi, R. Otten1, D. Waterman, D. L. Theobald, D. Kern Using ancient protein kinases to unravel a modern cancer drug’s mechanism Science 20 Feb 2015: Vol. 347, Issue 6224, pp. 882-886 DOI: 10.1126/science.aaa1823
[9] Thyagarajan B, Bloom JD The inherent mutational tolerance and antigenic evolvability of influenza hemagglutinin. Elife. 2014 Jul 8;3. doi: 10.7554/eLife.03300.

25. Haziran 2016

Üzüntünün Faydaları Olabilir Mi?

İngiliz ressam Samuel Palmer 1861 yılında 19 yaşındaki çocuğunu kaybettikten sonra, kaybını “yaşamının dönüm noktası” olarak tanımladı. Arkadaşına yazdığı bir mektupta acısını şöyle tarif ediyordu:

“Bir gece rüyamda, sevgili More’un tekrar hayatta olduğunu gördüm, boynuna sarıldım ve bütün endişelerin uzağında oğlumu kucağıma aldım. Olayın üzerine gittik ve Abinger’deki cenaze töreninin ve ölümün bir kurmaca olduğu sonucuna ulaştık. Bir saniye sonra, beni her sabah uyandıran çan… Uyandım ve bütün sevincim kursağımda kaldı; More ölmüştü! More ölmüştü!”

Palmer’in trajedisi, üzücü kayıplar yaşayan herhangi birisinde muhtemelen bir yankı uyandırır. Üzüntü; bir ebeveynin iç ızdırabından bir çocuğun kısa süreli duygu durum haline kadar evrensel bir duygudur. Öte yandan yüzdeki ifadesiyle de yoğun bir yansıma yaratır.

Peki, bir duygu; neden insanların ağlamasına, canının sıkılmasına, iştahının kesilmesine ve dış dünyadan uzaklaşmasına neden olur ki?

Psikologlar, Freud‘dan beri bu soruların cevaplarını arıyorlar ve oldukça ikna edici cevaplara ulaşmış durumdalar. Esasında, üzüntü — en azından hafif türde olanı– hafızaları işlemede, belirsiz sosyal durumları seyretmede ve hatta renk yargılarımızı çarpıtan bilişsel ön yargılarımızı yok etmede bize yardımcı olabilir. Daha da etkileyici bir biçimde, üzüntünün faydaları major depresyon korkusunu açıklayabilir.

Üzüntünün Evrimi

Atalarımızı hayatta tutmak için duyguların nasıl evrimleştiğini hayal etmek zor değildir. Sağlıklı bir korku duygusu olmayan Paleolitik dönemdeki bir kişiyi düşünün; genetik soyunu devam ettiremeden bir uçurumdan aşağıya düşmesi ya da bir ayı tarafından parçalanması daha muhtemeldir. Aynı şekilde; zevk, bizi, başarılı bir üreme için önemli olan davranışlara sevkeder, yemek yemek ve seks yapmak gibi.

Evrimsel kuramcılar üzüntünün de hayati bir rol oynayabileceğini ileri sürüyorlar. 1940larda ve 1950lerde yapılan çalışmalarda, İngiliz psikolog John Bowlby; bağlanma teorisini geliştirdi. Bebek ve çocukların kendilerini koruma altında tutmak için bakıcısına yakın durmasını öne atan bu teori bugün hala etkinliğini koruyor. Sağlıklı bir bağlanmada, bakıcı (anne ya da baba) çocuğun ihtiyaçlarına duyarlıdır ve çocuk da güvenli bir mesafeden ayrılmayarak bakıcısının etrafında kendisini rahat hisseder, çünkü güvenliğinin bakıcısının yanında olmaya bağlı olduğunu bilir.

Buradan bakınca, üzüntü; bağlanmayı işler hale getiren bir duygudur. Üzüntü, bir kayba (örneğin; ebeveyn figürünün kaybı) eşlik eder ve üzgün kişiyi kaybına çare bulmaya (örneğin; annenin nereye gittiğini aramak) teşvik eder. Elbette ki, eğer ki ortadan kaybolan kişi ölmüşse, bunun bir çaresi yoktur.

Bowlby; 1980 yılında çıkan “Attachment and Loss, Volume III: Loss, Sadness and Depression” kitabında şöyle diyor:

“Sevilen bir kişinin kaybı herhangi bir insanın yaşayabileceği en yoğun ve acı verici deneyimlerden birisidir.”

Bu açıdan bakınca, üzüntü, birbirimizle bağlar oluşturabilme yetimiz için ödediğimiz bir bedeldir. Ve bu bedel bazen çok ağır olabilir: Bowlby, bebeğini kaybeden ve 1-2 yıl sonra tekrar bulan 56 İsveçli annenin katıldığı ve katılımcıların üçte birinin depresyon ve anksiyete gibi ağır psikiyatrik bozukluklar yaşadığını aktarıyor.

Öte yandan, üzüntü, kaybını sosyal dünyada aramanın bir yolu şeklinde olabilir. Bazı psikologlar; üzüntünün yardım istemek için ağlamaya evrildiğini ileri sürüyorlar. Ve göz yaşları; “Heyy, ben iyi değilim.”demenin bir yolu olabilir. Örneğin; 2009 yılında Evolutionary Psychology ‘de yayımlanan bir çalışmada, araştırma ekibi; göz yaşlarının bağları güçlendirmenin ve hassaslığın sinyali olduğu bulgusuna ulaştılar. Ve aynı dergide, 2013 yılında yayımlanan bir çalışmada ise; gözü yaşlı bir yüz resmi yalnızca milisaniyede ekranda gösterilip kaldırıldı, ki bu zaman göz yaşlarının bilince kaydedilmesi için oldukça küçük bir zamandır. Deney sonucunda ise; yüzdeki ifade üzgün ya da nötr olsun, göz yaşlarının, katılımcıları — fotoğraftaki kişinin ağlayıp ağlamadığını bilinçli olarak farketmeseler bile–daha sonradan aynı kişinin göz yaşı olan yüz ifadesinin göz yaşı olmayan yüz ifadesine kıyasla daha fazla sosyal desteğe ihtiyaç duyduğunu belirtmeye teşvik ettiği görüldü.

“Mavi” Hissetmenin Faydaları

Büyük bir kayıpla gelen üzüntü, oldukça derin ve genellikle yıkıcıdır. Öte yandan ise, hafif üzüntü faydalı olabilir.

University of New South Wales’ten psikolog Joe Forgas’a göre; hafif üzüntü; mevcut durumun yeni, alışılmadık ve zorlayıcı olduğunu gösteren bir alarm sinyali gibidir.

Bu sinyal beyni alarm halde tutar. Üzgün insanlar; detaylara dair daha tutarlı bir izlenim sahibidirler. Forgas ve beraberindeki araştırma ekibi, üzgün insanların kafa karıştırıcı olaylarda daha güvenilir tanıklar oldukları bulgusuna ulaştılar. Ayrıca üzgün insanların; yaygın bilişsel tuzaklara –örneğin; tıpkı yakışıklı birisinin hoş olması gerektiğine inanmak (Halo etkisi) gibi ya da ilk bilgiyi sonradan verilen bilgiden daha iyi hatırlama gibi (primacy -öncelik- etkisi)– düşmeleri daha az olasıdır.

Bazı durumlarda, üzüntü sizi daha iyi bir kişi bile yapabilir. 2010 yılındaki bir çalışmada, Forgas ve ekibi, katılımcılardan; kişiye belli bir miktar paranın verildiği ve sonrasında ne kadarını kendisine saklayıp ne kadarını partnerine vermesi gerektiğine karar vermeyi içeren bir diktatörlük oyunu oynamalarını istediler. Genel olarak, insanların bir miktar parayı partnerlerine vermeleri bizlerin tamamen açgözlü ya da bencil olmadığımızı gösterir.

Forgas’ın dizayn ettiği oyunda ise, bazı katılımcılar mutlu duygu durum halindeyken bazıları da üzüntü içerisindeydiler. Ve şaşırtıcı bir biçimde, duygusal olarak daha düşük bir modda olan insanlar mutlu insanlara kıyasla daha fazla parayı paylaştılar. Araştırmacılar üzgün insanlara dair; daha dışa açık bir halde oldukları, bununla birlikte sosyal normları daha çok göz önünde bulundurdukları ve partnerlerinin kendileri hakkında ne düşüneceğini mutlu katılımcılara kıyasla daha fazla önemsedikleri saptamasında bulundular.

Daha Derine İniyoruz: Depresyon Neden Vardır?

Üzüntünün belli bazı faydaları varsa da, söz konusu depresyon olduğunda tablo biraz daha belirsizleşiyor. 2007 yılında Emotion ‘da yayımlanan bir araştırmada; major depresyonun, insanları, diğer insanların duygularını anlama noktasında daha az tutarlı bir hale soktuğu ve işler belleğin çalışmasında zayıflamaya, bilişsel kontrolde hasara sebep olduğu bulgusuna ulaşıldı.

Major depresyon aynı zamanda ölüme de sebebiyet verebilir ve intihar için en büyük risk faktörünü oluşturur. Öyleyse akıllara şu soru geliyor: Oldukça zayıflatıcı olan bu tarz bir vaka neden bu kadar sık ortaya çıkıyor?

National Institute of Mental Health (NIMH) ‘e göre; yaşam boyu depresyon deneyimleme riski %16 civarında geziniyor. Öte yandan NIMH verilerine göre; vakanın başlama yaşı 32, ve gençlerin %3.3’ü ağır depresyon yaşıyorlar.**

Bu rakamlar da evrimsel kuramcıların bazı sorularını gündeme getiriyor.

Washington State University’den biyoantropoloji laboratuvarından Ed Hagen şöyle diyor:

“20 yaşında, herhangi bir salgın işareti göstermeyen, herhangi bir yaralanması olmayan tamamen sağlıklı görünen bir kişinin oldukça yüksek oranlarda ciddi bir beyin işlev bozukluğu göstermesi gerçekten garip bir durum. Acaba çok genç yaşlarda gerçekten de beynimiz bu derece işlevsel bozukluk gösteriyor olabilir mi?”

Hagen’in bakış açısına göre; depresyon yaşama sıklığı hastalığın bize önemli bir şey gösterdiğini ortaya koyuyor: Ayak bileğindeki bir kırık ağrısı gibi, çok daha derinden gelen ve onarılması gereken bir hasar. ”

Eğer kırık bir ayakla herhangi bir sorun yaşamadan yürürseniz, ayağınızı daha kötü bir hale sokarsınız. Eğer aptalca bir hata yaptıysanız ve ayağınızı kırdıysanız, bunun üzerinde düşünür ve bir dahaki sefere aynı hatayı yapmamaya çalışırsınız. Öte yandan zihinsel bir acı da aynı şeyi amaçlayabilir. Hatta intihar girişimleri bile birilerine derinlerde yolunda gitmeyen bir şeyler olduğunu ve derhal değişmesi gerektiği sinyalini vermenin en uç noktasıdır.

Bu demek değil ki depresyon tedavi edilmemeli ya da insanlar depresif bir vakadan kendi başlarına çıkacak bir yol bulabilmeliler.

Fakat evrimsel kuramcılarla aynı bağlamda düşünmeyen araştırmacılar da var. Bazı araştırmacılara göre; depresyon kırık bir bacak ağrısından ziyade daha çok kanser gibidir. Hoş olmayan ancak faydalı bir sinyalden ziyade, depresyon amok hali ortaya çıkaran normal bir üzüntüdür. Tıpkı kanserde normal hücrelerin kontrol dışı çoğalması gibi. Fakat depresyon biraz daha karmaşıktır ve hastalığa sebep olan birçok genetik yol vardır. Ve genetik karmaşıklaştığında, özellikler yardımcı olmaktan ziyade daha çok zararlı olmaya başlarlar.

Forgas’a göre; depresyon başa çıkmayı zorlaştıran ve intihara sürükleyen çok ciddi bir hastalıktır. Ve muhtemel faydaları da sebep olduğu zararın yanında rastlantısal ve önemsizdir.

Depresyonun fazla bir yüzdede görülmesini açıklayan üçüncü bir metafor ise Hagen’den geliyor. Hagen’e göre; depresyon diyabet ya da obezite gibidir. Yani beyinlerimiz evrimleştikçe modern çevremizin atalarımızın çevresiyle uyuşmamasıyla ortaya çıkan durumun yansımasıdır. Yağlı ve şekerli gıdalara erişimin kolaylığı ve bu gıdaları isteyen bir şekilde gerçekleşen beyin evrimimiz, yüksek obezite oranlarının da görülmesine sebep oluyor. Aynı şekilde, depresyon giderek daha da yaygın hale gelen şehir yaşamıyla bağlantılıdır. Bunun yanı sıra modern yaşam daha izoledir ve atalarımızınkinden daha az aktiftir. Bu faktörler depresyonun görece “şaha kalkmasının”nedenini açıklamamızda bize yardımcı olabilir.

Yani evrimleştiğimiz çevre ile modern çevre arasında ciddi bir uyumsuzluk var ve bu uyumsuzluk da beynimizin modern koşullara yeterince adapte olamadığının bir göstergesi olabilir.

Depresyonun görece faydalarının olması tartışmaları da beraberinde getirirken, öte yandan üzüntünün faydaları da ilgiyi hak ediyor. Evrimsel açıdan bakınca; sabit bir mutluluk arayışının “kültürel takıntısının” bir hata olduğunu söyleyebiliriz.

İnsanlar iyi bir neden için oldukça çeşitli etkin duygusal tepkiler evrimleştirmiştir ve hafif negatif etkileri (hafif üzüntü gibi) yaşamın bir parçası gibi kabul etmeliyiz. Hagen bir başka önemli noktanın da altını çiziyor ve medyadaki pozitif etkiye dair sunulan popüler eğilimin aslında daha fazla acının ortaya çıkmasına sebep olabileceğine değiniyor. Çünkü ulaşılması zor standartlar, paradoksal bir biçimde daha fazla hayal kırıklığına yol açar. Belki bu durum için mevcut ekonomik sistemin propagandif amaçlarını da göz önünde bulundurmamız gerekir. Nihayetinde, sağlıklı düşünemeyen ve depresyonla boğuşan bir beyin, makro düzeyde yolunda gitmeyen şeylere odaklanma sorunu yaşar.

**Veriler ABD’ toplumundan elde edilmiştir.

Kaynaklar ve İleri Okuma:

Bilimfili,
Hasson, Oren. “Emotional tears as biological signals.” Evolutionary Psychology 7, no. 3 (2009): 147470490900700302.
Balsters, Martijn JH, Emiel J. Krahmer, Marc GJ Swerts, and Ad JJM Vingerhoets. “Emotional tears facilitate the recognition of sadness and the perceived need for social support.” Evolutionary Psychology 11, no. 1 (2013): 147470491301100114.
Tan, Hui Bing, and Joseph P. Forgas. “When happiness makes us selfish, but sadness makes us fair: Affective influences on interpersonal strategies in the dictator game.” Journal of Experimental Social Psychology 46, no. 3 (2010): 571-576.
Pappas, S. “The Surprising Benefits of Sadness.” Braindecoder. https://www.braindecoder.com/post/is-sadness-ok-1353643208 (Reached on 2016, June 24)

21. Haziran 2016

Dünya’daki Yaşamın Gelişmesini, Manyetik Alan Sağlamış Olabilir

Yaşamın 500 milyon yıl önce tek hücrelilerden karmaşığa doğru evrimleşmesini sağlayan etmenin, Dünya’nın etrafındaki güçlü manyetik alan olduğu tespit edildi. Geoscience Frontiers‘da yayımlanan bir çalışmaya ait bu sonuç, gerçekte şu anlama geliyor: Dünya’da yaşamın başladığı 4.1 milyar yıl öncesi sıralarından çok hücreli yaşama geçiş zamanlarına – yani yaklaşık 500 milyon yıl öncesi – kadar Dünya katı bir çekirdeğe sahip olmadığından düşük şiddetli bir manyetik alana sahipti. Ne var ki, bu araştırmada; tam da 500 milyon yıl önce Dünya’nın çekirdeğinin katılaşmaya başladığı; ve çekirdek katılaştıkça da Dünya’nın çevresindeki manyetik alanın güçlenmeye veya şiddetinin artmaya başladığı keşfedildi.

Yaşam ilk kez yaklaşık 4.1 milyar yıl önce başladı ve takip eden 3.5 milyar yıl boyunca tek hücreli olarak sürdü.Bilim insanları, bu süre boyunca katı bir çekirdeğe sahip olmadığından, Dünya’nın manyetik alanının çok daha güçsüz olduğunu belirtiyor. Dünya’nın çekirdeğinin katılaşmaya başladığı 500 milyon yıl öncesinden itibaren manyetik alanın daha da güçlendi ve yaşam; karmaşık, çok hücreli canlılara doğru evrimleşmeye başladı.

Zayıf manyetik alan, Güneş’ten gelen zararlı ultraviyole ışınların ve diğer tüm radyasyon ışımalarının Dünya’ya ulaşmasına engel olamıyor, dolayısıyla yaşamın gelişip daha ileri ve karmaşık çok hücrelilerin oluşmasına köstek oluyordu. Bütüne bakıldığı zaman, radyasyonun evrimi uyarıcı bir etkisi olduğunu söylemek çok kolay görünse de, gelişmiş canlıların, büyük bitkilerin, yumuşakçaların ve diğer basit hayvanların yüksek radyasyon etkisi altında yaşaması pek de mümkün değildir.

Araştırmacılar, Dünya çekirdeğinin katılaşmaya başladığı zamanlarda, Güneş’in de radyasyon barajını aşağı indirdiği, böylelikle Dünya’nın etrafındaki güçlenmekte olan manyetik alanın daha da iyi bir koruma sağladığı bilgilerinin bir biçimde kombine edilebileceğini düşünüyor. Radyasyonun en temelde DNA hasarına yol açmasının, bilgisayar modellerinde de yaşamın gelişmesine ve ileri canlıların oluşmasına engel oluşturması bir kanıt niteliği taşırken, bahsi geçen parametrelerin ne şekilde ve hangi formülasyona göre birleştirilebileceği üzerinde daha fazla çalışmaya ihtiyaç duyulacağı kesin.

Kaynak :

Bilimfili,
Carlo Doglionia, Johannes Pignattia, Max Coleman Why did life develop on the surface of the Earth in the Cambrian? Geoscience Frontiers(2016), http://dx.doi.org/10.1016/j.gsf.2016.02.001

19. Haziran 2016

Karanlıktan Korkuyor Olmamızın Evrimsel Bir Nedeni Var

Hepimiz çocukluğumuzun bir döneminde mutlaka bir karanlık korkusu evresi geçirmişizdir. Çünkü her gece karanlığın bastırmasıyla korkutucu şeyler, canavarlar, yaratıklar hayallerimizde canlanmaya başlar.

Her ne kadar çocukça bir korku gibi gelse de, karanlık korkumuz geceleri etrafta dolaşan avcılara karşı bizi hayatta tutan evrimsel bir özelliktir. Bilim insanları, bugün en tepedeki avcı olan insanın bu doğuştan gelen korkusunun insanlık tarihinin bir noktasında kök bulduğuna dair hipotezler ileri sürüyorlar.

Teknolojinin ilerlemesiyle insan gerçek bir süper avcıya dönüşmüştür. Teknolojiden önce, atalarımız, insan avlamaktan başka bir şey istemeyen avcılara dair sürekli olarak alarm durumundaydılar. Daha da ürkütücü olanı ise bu avcıların büyük çoğunluğu geceleri avlanıyordu. Çünkü av olmaya en müsait olduğumuz an; görüşümüzün en zayıf olduğu zamanlardı.

Dolayısıyla, gecenin bir yarısı güvende olmak durumu atalarımız için çok önemli bir önlemdi. Çok basit, eğer güvende değilsen, ölürsün. Yıllar boyunca, bu gecesel korku, içgüdüsel olmaya başladı ve bugün de hala hafif bir edişe formunda deneyimlemeye devam ediyoruz.

2012 yılında Kanada’daki University of Toronto’dan araştırmacılar tarafından yürütülen bir çalışmada; bu endişenin tam anlamıyla bir panik tepkisi olmadığı ileri sürülüyor. [1] Bundan ziyade, bizi tetikte tutan bir tür bekleme, kötü bir şey olacağına dair sezi gibi yani tam da atalarımızın ihtiyacı olan şey. Bu tür bir endişe, kaslarınızı hazır tutar ve duruma göre sizi tehlikeden uzaklaştıracak “savaş ya da kaç” tepkisine hazırlıklı yapar.

Karanlık korkusu esasında bilinmeyen korkusudur. Etrafta ne olup bittiğini göremeyiz ve bu durum bizi gergin yapar, çünkü hayal gücümüz boşluğu en kötü şeyle doldurur. Antik insanlar için, bu kötü şeyler aslanlar ve diğer avcılardı, bugünün dünyasında yani bu tür avcıların olmadığı büyük şehirlerde ise bu kötü şeyler; doğaüstü kurgular ve mistik şeyler (cin, peri, ruh vs.) halini almıştır. Aslına bakarsanız; ilkel atalarımızın modern insana göre çok daha gerçekçi düşündüklerini söyleyebiliriz.

Bizler de, doğaüstü kurgular yaratırız, çünkü avcı boşluğunu bu kurgular doldurur. Bunun en güzel örneğini de korku filmleri yapar; iyi bir korku filmi, size doğrudan canavarı göstermez çünkü hayal gücünüzün en korkuncunu yaratacığını bilir.

İlkel insan toplulukları yavaş yavaş şehir-seven toplumlara dönüştükçe, karanlık korkumuz da devam etti. Ancak yalnızca küçük bir farklılıkla; çünkü birçoğumuzun artık karanlıktan korkmasına gerek kalmadı; ampuller, telefon ekranları, televizyon ışıkları iyi ya da kötü karanlığa dair çaresizlikten ziyade bizler için bir seçim oluşturabiliyorlar.

Teknik olarak artık bu korkuya ihtiyaç duymasak da, beynimizde bir yerlerde varlığını korumaya devam ediyor. Bu özellikler yüzyıllar boyunca uzak akrabalarımızdan bizlere miras kaldı. İnsanların yeryüzünde bulunduğu süreyi göz önünde bulundurduğunuzda; bu korkunun, çok yakın zamana kadar büyük şehirlerde yaşayan bizler için tamamen demode olduğunu söyleyemeyiz.

Dolayısıyla, siz ya da çocuğunuz karanlıktan korkuyorsanız, bunun bir zamanlar atalarımızı hayatta tutan çok önemli bir özellik olduğunu hatırlayın. Çünkü bu korku sizi tavuk yapmıyor, sadece tehditlere karşı vücudunuzu alarmda tutuyor ve sizi hayatta kalmaya daha uygun hale getiriyor.

Kaynaklar: Bilimfili
1- Journal of Sleep and Sleep Disorders Research, Volume 35. 2012 Link
2- Tarantola, A. Why We’re Afraid of the Dark (and Why It’s Good That We Are). Gizmodo. Link (Retrieved on: 2016, April 26)
3- Hrala, J. There’s an evolutionary reason why we’re afraid of the dark. Sciencealert. Link (Retrieved on: 2016, April 26)
3- Zielinski, S. Modern Humans Have Become Superpredators. Smithsonian. Link (Retrieved on: 2016, April 26)

Görsel: Deviantart-by Aerorwen

10. Haziran 2016

DNA’mızda Gizli Bir Bilgi Katmanı Bulundu

Kuramsal fizikçiler, kim olduğumuzu belirleyenin sadece DNA’mıza kodlanmış enformasyondan ibaret olmadığını doğruladı. DNA’nın kendi üzerine katlanma biçiminin de hangi genlerin bedenlerimizde ifadesinin (ekspresyonunun) olacağı üzerinde etki yaptığı ortaya kondu.

Bu biyologların yıllardan beri bildiği bir şeydi1. Hatta DNA’nın katlanmasından sorumlu olan proteinlerin bir kısmını belirlemeyi de başarmışlardı2. Şimdi ise bir grup fizikçi, simülasyonlar kullanarak bu gizli bilginin evrimimizi nasıl kontrol ettiğini ilk kez olarak gösterdi.

Bu gelişme pek çok bilimcinin kulağına yeni bir haber olarak gelmeyebilir ama konuya aşina olmayanlar için ikinci düzey DNA enformasyonu hakkında kısa bir özet geçelim. Muhtemelen lise yıllarında, Watson ile Crick’in 1953’te kimliğimizi belirleyen DNA kodunun G, A, S ve T harflerinin bir dizisinden oluştuğunu keşfettiklerini öğrenmişsinizdir. Guanin, adenin, sitozin ve timini simgeleyen bu harflerin sıralaması, hücrelerimizde hangiproteinlerin üretileceğini belirler. Yani eğer gözleriniz kahverengiyse, bunun nedeni DNA’nızda irisinizin içinde koyu renk pigment üretecek bir proteini kodlayan belli bir harf dizisi olmasıdır.

Ama öykü bu kadarla kalmıyor. Çünkü bedeninizdeki tüm hücreler tıpatıp aynı DNA kodu ile işe başlıyor olmasına rağmen, her organ başka bir işleve sahip oluyor. Örneğin mide hücrelerinizin kahverengi göz proteini üretmesi gerekmez, ama sindirim enzimleri yapmaları lazımdır. Peki bu nasıl oluyor?

80’li yıllardan beri bilimciler bu süreci kontrol edenin, DNA’nın hücrelerimiz içindeki katlanış biçimi olduğunu biliyor3. Çevresel etkenlerin de bu süreçte payı olabiliyor. Mesela stresin epigenetik yoluyla bazı genleri açık veya kapalı konuma getirebildiği biliniyor. Fakat asıl kontrol mekanizması DNA katlanmasının mekaniğinden kaynaklanıyor. Bedenimizdeki herbir hücre yaklaşık 2 metre uzunluğunda DNA taşıdığında, sığabilmek için DNA’nın nükleozom adı verilen bir öbek biçiminde sıkıca paketlenmesi gerekiyor.

İşte DNA’nın bu paketlenişi, hücre tarafından hangi genlerin okunacağını yönetiyor. Paketin içinde kalan genler proteinler tarafından ifade edilmiyor; sadece dışta kalanların ekspresyonu gerçekleşiyor. Bu durum, aynı DNA’yı taşıyan hücrelerin nasıl olup da farklı işlevleri olabildiğini açıklıyor.

Son yıllarda biyologlar DNA’nın katlanış yöntemini belirleyen mekanik yönergeleri ortaya çıkarmaya başladı. Gelelim kuramsal fizikçilerin bu konuyla ne ilgisi olduğuna… Hollanda’da bulunan Leiden Üniversitesi’nden bir ekip, bir adım geriye gidip sürece genom ölçeğinden bakarak, bu mekanik yönergelerin de aslında DNA içinde kodlanmış durumda olduğunu bilgisayar simülasyonları ile doğruladı.

Helmut Schiessel liderliğindeki fizikçiler, ekmek mayasının ve fisyon mayasının genomlarını simüle etti ve sonra onlara tüm mekanik yönergeleri içeren rastgele ikinci düzey DNA bilgisi atadı. Bu yönergelerin DNA’nın nasıl katlanacağını etkilediğini ve hangi proteinlerin ifade edileceğini belirlediklerini gördüler. Böylece DNA mekaniğinin de DNA’nın içinde gizli olduğu ve evrimsel açıdan kodun kendisi kadar önemli olduğu anlaşılmış oldu. Bunun anlamı, DNA mutasyonlarının canlıyı etkilemesinin birden fazla yolu olduğu demek oluyor. DNA’daki harfler değiştirilerek de farklılık yaratılabilir, DNA’nın katlanışını belirleyen mekanik yönergeler değiştirilerek de farklılık yaratılabilir.

Sonuçları PLOS One dergisinde yayımlanan bu çalışma, biyologların zaten bildiği birşeyi doğrulamış oldu. Fakat işin heyecan verici yanı, bilgisayar simülasyonlarının devreye girmesiyle birlikte DNA’yı biçimlendiren mekanik yönergelerin kontrolünde bilimcilere yeni olasılıklar doğmuş olması. Belki bir gün istenmeyen genlerin ifadelerinden korunmak için DNA’nın katlanma biçimini değiştirebiliriz.

Kaynaklar:

Bilimfili,
Leiden Üniversitesi, “Second layer of information in DNA confirmed”
< http://www.physics.leidenuniv.nl/index.php?id=11573&news=889&type=LION&ln=EN >
Science Alert, “Physicists confirm there’s a second layer of information hidden in our DNA”
< http://www.sciencealert.com/scientists-confirm-a-second-layer-of-information-hiding-in-dna >

İlgili Makale: Behrouz Eslami-Mossallam, Raoul D. Schram, Marco Tompitak, John van Noort, Helmut Schiessel Multiplexing Genetic and Nucleosome Positioning Codes: A Computational Approach PLOS ONE Published: June 7, 2016http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0156905

Notlar:
[1] Eran Segal, Yvonne Fondufe-Mittendorf, Lingyi Chen, AnnChristine Thåström, Yair Field, Irene K. Moore, Ji-Ping Z. Wang and Jonathan Widom A genomic code for nucleosome positioning Nature 442, 772-778 (17 August 2006) | doi:10.1038/nature04979; Received 16 March 2006; Accepted 14 June 2006; Published online 19 July 2006
[2] https://en.m.wikipedia.org/wiki/Trithorax-group_proteins
[3] http://www.nature.com/milestones/geneexpression/milestones/articles/milegene16.html

14. Mayıs 2016

İnsanların Tek Eşliliğinin Sebebi, Aşk ya da Sadakat Olmayabilir

Şempanzeler ve goriller gibi en yakın akrabalarımızla kıyasladığımızda, insan çiftleşme stratejisinde bir farklılık var: tek eşlilik. Aslında bütün hayvanlar alemi içerisinde tek eşli olan türlerin sayısı oldukça azdır. Bu durumda da bir soru ortaya çıkıyor: Neden en yakın akrabalarımızda tek eşlilik görülmezken insanlar tek eşliliği sosyalnorm olarak kabul ettiler? Nature Communications’da yayımlanan yeni bir araştırmaya göre; bu durumun sebebi aşk ve sadakatten çok frengi ve chlamydia ile alakalı olabilir.

Ortalamada erkeklerin kadınlardan daha büyük olmaları ve kadınların cinsel olgunluğa erkeklerden daha önceerişmeleri gibi faktörleri göz önünde bulundurunca, kendi türümüz Homo sapiens üzerinde çalışma yapan birçok antropolojist ve biyolog benzer sonuçlara varıyor; doğal çiftleşme sistemimiz çok eşli olabilirdi. Yani bir erkek, birçok kadınla çiftleşmeliydi ya da tam tersi olarak bir kadın birçok erkekle çiftleşip çocuk doğurmalıydı. Fakat insan evriminin geldiği noktada, insan tek eşli bir canlı olarak değerlendiriliyor. Toplum yapısı ve sosyal normlarda da kabul gören, yine, insanların tek eşliliği. Peki, neden tek eşlilik değişik kültürlerde sosyal olarak kabul gören/empoze edilen bir kavram konumunda?

Yapılan yeni bir araştırmanın önermesine göre; insanların tek eşli bir çiftleşme stratejisi geliştirmelerinin sebebi, ‘mahalle baskısı’nın yanı sıra, cinsel yolla bulaşan hastalıklar olabilir. Bilim insanları yürüttükleri bu çalışmada bilgisayar modelleri kullandılar ve değişik çiftleşme davranışlarının simülasyonlarını bu modeller üzerinden çalıştılar. Araştırmacılar ayrıca bu modellerin içerisine bakteriyel cinsel hastalıkların ve toplum baskısınınolduğu parametreleri dahil ettiler.

Araştırmacıların bulgularına göre; daha küçük çok eşli toplumların (bu toplum yapısının erken avcı toplayıcılık döneminde yaygın olduğu düşünülüyor), tek eşli toplum yapısına sahip küçük toplumlara göre daha çok ürüyorlar ayrıca yine çok eşli küçük avcı toplayıcı toplumlarda ortaya çıkan cinsel hastalık salgınları daha çabuk geçiyor. Fakat toplum büyüdükçe çok eşlilikten tek eşliliğe doğru bir kayma meydana geliyor. Eğer toplumda çok eşlilik yaygınsa cinsel yolla bulaşan hastalıklar çok daha yaygın görülüyor ve erkeklerin üreyebilme verimleri düşüyor. Bu sebeple tek eşliliğin yaygın olduğu toplumlar daha çok üreyebiliyorlar. Aynı zamanda toplum yapısı değiştikçe, tek eşlilerin çok eşlilere olan baskınlığı artıyor ve bu durumdaki en iyi strateji tek eşlilik oluyor.

Her ne kadar insan artık tek eşli bir tür olarak değerlendirilse de, bu fikri benimsemeyen ve bizim doğal olarak çok eşli olduğumuzu savunan fikirler de mevcut. Fakat şu anda yaşamını sürdüren ve sayısı oldukça az olan birkaç avcı-toplayıcı toplumu değerlendirince (kalan az miktardaki avcı-toplayıcı toplumun antropolojistler tarafından geçmişimize açılan bir pencere olarak kullanıldığını belirtmekte fayda var) tek eşliliğin aslında umulandan çok daha yaygın olduğu sonucu ortaya çıkıyor. Ve aslında bizim türümüz gibi cinsiyet oranı kabaca 50/50 olan türlerde, çok eşlilik üreyemeyen ve sosyal yapıya zarar veren erkekler oluşturuyor. Çok eşlilik aynı zamanda kadınlar için de dezavantajlı bir durum. Çok eşli toplumlarda kadınların doğurganlıkları tek eşli toplumlara göre azalırken, kadınların cinsel yolla bulaşan hastalıklara yakalanma ihtimalleri artıyor.

Kaynak: Bilimfili

İlgili Makale:

Chris T. Bauch & Richard McElreath. Disease dynamics and costly punishment can foster socially imposed monogamy. Nature Communications, April 2016 DOI: 10.1038/10.1038/NCOMMS11219

Photo Credit: Early humans formed hunter-gatherer communities, but settled down around 10,000 years ago when agriculture began. Vince Smith/Flickr CC BY 2.0