simülasyon - Tıpacı

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

Bilim dünyası bebeklerin görsel algısını ilk defa açıkladı: Yeni doğmuş bir bebek, ebeveynlerinin yüz ifadelerini ancak 30 cm uzaklıktan seçebiliyor. Teknoloji, matematik ve önceki görsel algı deneyimlerini birleştirerek, araştırmacılar nihayet yetişkinlere yeni doğmuş bir bebeğin çevresini aslında nasıl görebildiğini gösterebildi. Sonuçlar, 2, 3 günlük bir bebeğin yüzleri ve muhtemelen duygusal ifadeleri 30 cm uzaklıktan algılayabildiğini ortaya çıkardı. Bu uzaklık, anne ve beslediği bebeğinin arasındaki mesafeye tekabül etmektedir. Mesafe 60 cm’e çıktığında, bebek için yüzleri ve ifadeleri anlayabileceği görüntüler bulanıklaşıyor.

Çalışma Stockholm’daki Oslo ve Uppsala Üniversiteleri Psikoloji Enstitüleri ve Eclipse Optics’teki araştırmacılarla gerçekleştirildi.

Hareketli Resimler

Çalışma yeni doğanların görsel dünyası ile ilgili yıllardır kapatılmamış bilimsel bir açığı kapattı. Bu çalışma aynı zamanda birkaç günlük ya da haftalık bebeklerin, çevrelerindeki detayları algılamalarından çok daha önce, yetişkinlerin yüz ifadelerini taklit edebileceklerini ortaya koydu.

Bebekler hareketleri algılayabiliyorlar. Psikoloji Enstitüsü’nün emekli profesörü Svein Magnussen bu algının önemini şu şekilde belirtiyor: “Daha önceki çalışmalarda, yeni doğan bebeklerin nasıl gördüğü tahmin etmeye çalışılırken daima hareketsiz fotoğraflar kullanılıyordu. Ancak gerçek dünya dinamiktir ve bu yüzden, bizim fikrimiz hareket halindeki fotoğrafları kullanmak.” Magnussen, kariyerinin başlarında, insanların görsel algısını ölçen bir araştırma yapmıştı. Bu araştırmadan sonra, yaklaşık 15 yıl önce bir gün, kendini meslektaşlarıyla yeni doğan bebeklerin yüz ifadelerini algılayıp algılayamadığını tartışırken bulmuştu. Araştırmacılar, bebeklerin görebilme ve yüz ifadelerini taklit edebilme ihtimalinin nedenini yüzlerin hareket halinde olmasına bağlamışlardı.

Magnussen konuyla ilgili olarak, “O zamanlar bu tezi araştırabilmek için ne ekipmanımız ne de teknik yeterliliğimiz vardı. Sadece bir yıl önce konuyu tekrar gündeme getirebildik. Yani, araştırmamız bu zamana kadar hiç incelenmemiş eski bir deney fikrine dayandığını” söylüyor..

Peki, yüz ifadelerini anlaşılır yapan nedir?

Araştırmacılar deneyi gerçekleştirebilmek için, bebeklerin görme fonksiyonunun nasıl çalıştığına dair var olan önceki çalışmalarla modern simülasyon tekniklerini birleştirdiler. 80’li yıllarda, davranış bilimleri yeni doğmuş bebeklerin kontrast duyarlılığı[1] ve uzaysal çözünürlüğü[2] üzerine bazı çalışmalar yapmıştı. O dönemde, gri arkaplana yerleştirilmiş bir figür bebeğe gösterildiğinde, bebeğin doğrudan şekle yönelik bakışları olduğu tespit edilmişti.

yeni-dogan-bir-bebek-sizi-nasil-goruyor-bilimfilicom-1

Magnussen “Deneylerde siyah ve beyaz çizgilerden oluşan figürler kullanıldı. Deney alanı, belli bir şerit genişliğinde ve sıklığında yerleştirilen çizgiler sayesinde homojen bir şekilde gri görünüyordu. Deneylerdeki bebekler de gözlerini herhangi bir şekle yöneltemiyorlardı. Kontrast seviyesini ve uzaysal çözünürlüğü tam olarak belirlemek için şerit genişliğinde ve sıklığındaki değişiklikler yapılarak bebeklerin bakışlarının doğrudan değişikliklere yöneltilmesi sağlandı,” diyor. Diğer bir deyişle, araştırmacıların yeni doğan bebeklerin görme yetisi hakkında oldukça fazla bilgisi vardı. Onların bilmediği, bu bilginin pratik sonuçlarıydı.
Peki, bu sonuçlar, yeni doğan bir bebeğin bir yetişkinin yüz ifadelerini görebildiği anlamına mı geliyor?

Hareketleri Görmek Kolaydır

Hareketsiz bulanık bir fotoğraftansa hareket halindeki bir şeyi fark etmek daha kolaydır. Araştırmacılar bu deney için, birçok duygusal yüz ifadesinin kaydedildiği bir video hazırladılar. Daha sonra bu videoları yetişkinlere gösterdiler. Buradaki düşünce, yetişkinlerin tanımlayamayacağı yüz ifadelerinin bebekler tarafından da tanımlayamayacağıydı. Yetişkin katılımcılar 30 cm uzaklıktan çekilmiş videolardaki dört yüz ifadesinden üçünü doğru şekilde söylemişlerdir. Uzaklık 120 cm’e ulaştığında, doğru cevaplar bir kişinin rastgele cevaplarının doğru çıkmasındaki orana düşmüştür. Bu demektir ki yeni doğan bebekler görsel bilgiye dayanan yüz ifadelerini 30 cm’e kadar tanımlayabilirler.

Araştırmanın Temeli Atıldı

Magnussen; bu araştırmanın, yeni doğan bir bebeğin gördüğü şeyden ne anladığını değil, bebeğin aslında ne gördüğünü incelediğini söylüyor. Yeni doğan bebeklerin görsel dünyasını anlamaya çalışan önceki çalışmalar, öğrencilerin okul kitaplarında bahsedilen çalışmalar gibi, normal bir fotoğrafın bulanıklaştırılmasına dayanıyordu. Magnussen; kendilerinden önce hiç kimsenin yeni doğanların görme yetileri üzerine bu kadar detaylı bir çalışma yapmamış olduğunu söylüyor. Bu yüzden, ilk defa yeni doğmuş bir bebeğin görsel bilgilerinin somut bir tahmini bu çalışmayla yapılmış oldu.

[1] Kontrast duyarlılık: Çizgiler arası zıtlığın belirgin olmasından dolayı net görebilme yeteneğidir.
[2] Uzaysal Çözünürlük: Bir görüntünün farklı noktalarını ayırt edebilme yeteneğidir.

Kaynak: Bilimfili, “How a Newborn Baby Sees You” http://www.sciencedaily.com/releases/2015/06/150629080200.htm
Akademik Kaynak: O. von Hofsten, C. von Hofsten, U. Sulutvedt, B. Laeng, T. Brennen, S. Magnussen. Simulating newborn face perception. Journal of Vision, 2014; 14 (13): 16 DOI: 10.1167/14.13.16