Mutasyon, kelime anlamıyla genetik materyalde meydana gelen rastlantısal değişim demektir. Basitçe, bir nükleotidin bir başkasına dönüşmesi, bir yapının şekil ve içerik değiştirmesi, yanlış kopyalanma sonucu genetik yapının bozulması ve daha nice olgu, mutasyon kapsamına alınabilir.
Bu kavramların olasılıksal değerlerinin hesaplanmasının zorluğu, kavrama eşlik eden diğer olgularla ilgilidir. Örneğin yağış durumu sıcaklık, yükseklik, basınç gibi birkaç faktöre bağlıdır. Deprem ise, fay hatlarıyla ilgili yüzlerce farklı değişkene (açı, toprak yapısı, toprak organizmaları, kütle, basınç, komşu plakaların durumu, vs.) bağlı olabilir ve bu, olasılık hesaplarının zorlaşmasına neden olurken, bir yandan da depremlerin rastlantısallığını arttırmış olur. Ancak bunların hiçbiri, olgunun gerçekliğini etkilemez. Belirli durumlarda, belirli zamanlarda, belirli bölgelere, belirli tip yağış düşer. Kimi zaman depremler olur. Örnekler arttırılabilir.
Para örneğinde ise, rastlantısallık oranı çok düşüktür. Çünkü paranın üzerinde atış hızı, sürtünme, gibi bazı değişkenlerin etkisi olsa da, bunlar göz ardı edilebilecek kadar küçüktür ve paranın, çok büyük oranda %50 ihtimalle beklediğimiz yüzü geleceğini biliriz. Bu yüzden insanlar paranın yazı veya tura gelmesini "tesafdüfler"e bağlamaktansa, olasılık hesabıyla açıklamayı tercih eder. İstenmeyen yüz geldiğinde, "tesadüf" açıklamasından çok, "Eh, %50 ihtimalim vardı zaten." açıklaması yapılır.
Mutasyonlara geldiğimizde, belirli bir bölgede ne tip bir mutasyon olacağını bilmek neredeyse olanaksızdır. Bunu anlamak için, öncelikle mutasyonun nasıl bir etki yarattığını bilmemiz gerekir. Bunun içinse, bir molekülün "ne" olduğunu anlamamız gerekir.
Bu moleküller, doğadaki tüm moleküller gibi bazı bağlar ile birbirlerine bağlanırlar. Bu bağlar; kovalent veya iyonik bağlar gibi güçlü bağlar olabilecekleri gibi, Van der Waals gibi daha zayıf bağlar da olabilir. Benzer şekilde, atomların içerisinde elektronlar, çekirdeğe bazı temel kuvvetlerle bağlanırlar (burada ayrıntısına girmiyoruz). Ancak her bağ, yeterli enerji verildiğinde kırılabilirdir. İşte mutasyonların temelinde yatan mantık budur: Dış çevreden gelen, rastlantısal radyoaktif dalgalar ve benzerleri, atomların içindeki elektron bağlarını kırabilir, elektronların atom çevresindeki düzeyini değiştirebilir veya molekülleri birbirine bağlayan bağları parçalayabilir. Bu gibi durumlarda, sıradan fizik ve kimya yasaları dahilinde, kopan molekül ve atomların yerine, yeni enerji durumuna daha uygun elektronik yapıya sahip atom ve moleküller gelebilir. Bu durumda, eskiden -atıyoruz- Guanin (G) olarak isimlendirdiğiniz bir kimyasal formül, Adenin (A) diye isimlendirdiğiniz bir diğer formüle dönüşebilir: Bir Hidrojen (H) ve bir Oksijen (O) atomu koparak. İşte buna, nükleotitlerin değişmesinden ötürü, mutasyon diyoruz. Bunun sonucunda, genetik yapı ve bu yapıya bağlı olarak üretilen protein ve enzimler değişiyor. Bu değişim sonucunda da, organizmanın özellikleri değişebiliyor.
Kısaca mutasyon, çevremizden rastlantısal olarak aldığımız dalgaların etkisinde genetik yapımızda meydana gelen değişimlerdir. Buradaki rastlantısallık, gelen dalgaların vücuda giriş açısı, şiddeti, frekansı gibi özelliklerin raslantısallığından kaynaklanmaktadır. Aslında rastlantısal olan, mutasyonlar değil; mutasyonlara sebep olan etkenlerdir. Bir dalganın vücudunuza ne şiddette, ne açıda, ne frekansta gireceğini ve vücudunuzdaki hangi hücredeki, hangi kimyasal maddeye (atom, molekül, vs.) isabet edeceğini ve onda ne tip bir değişime sebep olacağını önceden kestirmeniz olanaksızdır.Mutasyonların rastlantısallığı tam olarak bu sebepledir. Tıpkı yukarıda açıkladığımız diğer örnekler gibi...
Bu konu anlaşıldıktan sonra, mutasyonların Evrim açısından önemini anlamak ve gereğinden fazla önem vermemek çok daha kolay olacaktır. Mutasyonların önemi şudur: Mutasyonlar, vücudumuzda rastlantısal olarak pek çok değişime sebep olurlar (E. coli bakterilerinde günde yaklaşık 10 milyon, insanda günde yaklaşık 10.000 mutasyon). Bakterilerde göreceli olarak az gelişmiş olan (ancak kendilerine yetecek ve Doğal Seçilim ile desteklenecek kadar gelişmiş) genetik tamir mekanizmalarından ötürü (bunlara daha sonraki yazılarda değinilecek) bu mutasyonlar tamir edilemez. Bu sebeple genel olarak prokaryotlarda mutasyonların etkisi çok daha fazladır. Öte yanda, insan gibi ökaryotik canlılarda tamir mekanizmaları çok daha aktif olarak işler ve hataların büyük bir kısmı düzeltilir. Geriye kalanlar ise çoğu zaman hiçbir etki yaratmazlar (az sonra değineceğiz). Ancak kimi zaman, bu mutasyonlar göreceli olarak fayda veya zarar sağlayabilirler. Şimdi bu konuya değinelim:
Mutasyonlar fayda veya zarar sağlar mı?
Bu konu, mutasyonlarla ilgili anlaşılması gereken bir diğer önemli konudur. "Fayda" ve "zarar" sözcükleri, durumdan duruma, canlıdan canlıya, zamandan zamana değişebileceği için son derece tehlikeli sözcüklerdir. Örneğin, vücudunuzun savunma sisteminden ötürü bir bakteriye karşı tam koruma altında olduğunuzu düşünelim. Bu bakteride meydana gelebilecek mutasyonlar sonucu, sizin savunma sisteminizden kurtulmanın bir yolunu bulan varyasyonlar meydana gelebilecektir. Bunların Doğal Seçilim ile desteklenmesi sonucunda, vücudunuz kolayca bakteriye esir olabilecek ve ölüme kadar giden bir zincir başlatılabilecektir. Şimdi soru şudur: Bu mutasyon, faydalı mıdır, zararlı mı? Açıktır ki, mutasyon bakteri açısından son derece faydalıdır; çünkü yayılıp üremesini sağlamış, yepyeni bir konağa yayılmasına yardımcı olmuştır. İnsan içinse son derece zararlıdır; çünkü insanı ölüme götürebilecek bir zinciri başlatmıştır. Yani mutasyonlara tek açıdan bakmak mümkün değildir. Mutlaka geniş bir açıdan, mutasyonun meydana geldiği canlı, etkilenen diğer canlı, zaman, koşullar gibi durumlar göz önüne alınarak incelenmelidir.
Ancak genel kullanıma uygun olarak, mutasyonun faydalı olmasının, meydana geldiği canlının hayatta kalma veya üreme başarısına (fitness) olumlu etki sağladığını varsayacağız. Zararlıların etkisi ise tam tersi olacak. Yine de yukarıdaki açıklamayı unutmamakta fayda vardır.
Mutasyonların Nedenleri
Mutasyonların nedenlerini sadece yukarıda sayılan radyoaktif veya enerji dalgalarının etkilerine yormak doğru olmaz. Doğada, mutasyona sebep olan pek çok olguya rastlanmıştır. Bunların temelinde yine dış etmenlerden ötürü kimyasal yapının değişmesi bulunmaktadır. Bunların her birine girersek, günlerce işin içinden çıkamayız. Ancak kısaca özetlemek gerekirse, mutasyon sebepleri ikiye ayrılır: Spontane Mutasyonlar ve Uyarılmış Mutasyonlar. Bu noktada bilinmesi gereken bir diğer kavram, vahşi tipkavramıdır. Vahşi tip, mutasyona uğramamış hal demektir. Şimdi incelememize başlayalım:
1) Spontane Mutasyonlar
Bu tip mutasyonların genel olarak 4 sebebi vardır:
1-1) Totomerizm
Bir bazın yer değiştirmesi nedeniyle Hidrojen bağlarının kayması sonucu kopyalamada hata oluşmasına denir.
1-2) Pürin Kaybı
Adenin ya da Guaninlerden birinin yitirilmesi sonucunda oluşur.
1-3) Amin Kaybı
Hidroliz (su ile yıkım) sonucunda bir bazın, amin grubunu yitirerek keto grubu edinmesi sonucu farklı bir baza dönüşmesine denir. Bunun sonucunda Sitozin (C), Urasil'e (U); Adenin ise hypoxanthine (HX) denen bir moleküle dönüşür. Bunlar genellikle tamir edilebilir. Ancak benzer şekilde 5-metilsitozin'in Timin'e dönüşmesi, çoğu zaman tamir mekanizmasını atlayabilir ve kalıcı olur.
1-4) Atlanmış Şerit Yanlış Çiftlenmesi
Kopyalanmış bir DNA şeridinde meydana gelen bir kaymadan ötürü oluşan hataya denir. Az sonra açıklayacağımız ekleme ve silinme tipi mutasyonlara sebep olabilir.
2) Uyarılmış Mutasyonlar
Bu tip mutasyonların iki temel sebebi bulunur:
2-1) Kimyasallar
Hidroksilamin, bazı bazlar, alaklileştirici maddeler, DNA yapısını etkileyen kimyasallar, oksidasyona sebep olan kimyasallar, nitrik asit gibi kimyasalların varlığı DNA'nın yapısını değiştirebilmektedir.
2-2) Radyasyon
Mor ötesi ışınlar, iyonize edici ışınlar, radyoaktivite gibi etmenler, yukarıda açıkladığımız gibi DNA'nın yapısını bozabilmektedir.
Mutasyonları bu şekilde etmenlerine göre ayırmaktansa, sonuçlarına göre ayırmak da mümkündür. Ancak bu defa çok daha geniş bir yelpaze elde ederiz. Bunların hepsine burada değinmemiz gerçekten olanaksızdır (yaklaşık 35 farklı tipi vardır). Ancak bazı çok önemli olanlarına değinmek istiyoruz:
- Nokta Mutasyon: Yukarıda saydığımız bazı kimyasalların etkisinde, bir nükleotit diğerine dönüşür. Genellikle Adenin veya Guanin'den biri (pürinler), Sitozin veya Timin'e (pirimidinler) dönüşür. Üç tipi bulunur:
- Sessiz (Eş Anlamlı) Mutasyonlar: Mutasyonların etkisi, DNA'nın yapısındaki değişim sonucu üretilen aminoasitlerin türlerinin değişmesiyle anlaşılır. Doğada, 22 temel aminoasit bulunur. Tüm aminoasitler, 3 nükleotit (kodon) ile belirlenirler (CCG, ATG gibi). Bazı aminoasitler, birden fazla kodon ile tanımlanabilirler. Örneğin GCU, GCC, GCA ve GCG aynı aminoasidi, Alanin'i kodlarlar. Dolayısıyla öncesinde GCU olan bir dizilim, mutasyon sonucu GCC olursa hiçbir şey değişmez, çünkü yeni oluşan kod da Alanin'i kodlamaktadır. Buna sessiz mutasyon denir.
- Hatalı (Eş Anlamlı Olmayan) Mutasyonlar: Bu mutasyonlar sonucu, kodlanan aminoasit değişir. Örneğin GAU, Aspartik Asit isimli aminoasidi kodlar. GAA ise Glutamik Asit isimli bir diğer proteini. GAU, nokta mutasyon sonucu son nükleotit olan U'nun A'ya dönüşümü gerçekleşirse, kodlanan aminoasit değişir ve hatalı mutasyon meydana gelir.
- Anlamsız Mutasyonlar: Aminoasitlerin sentezini durduran kodlar da bulunur (UAA, UAG ve UGA). Bunlar, adeta cümlelerin sonundaki noktalar gibidir ve aminoasit sentezini durdurarak protein yapısına karar verirler. İşte bir mutasyon sonucu, bir aminoasidin, bir durdurma kodonuna dönüşmesi sonucu, anlamsız mutasyon meydana gelir; çünkü protein sentezi yarıda kalır. Örneğin UAU, Tirosin denen bir aminoasidi kodlar. Bunun son aminoasidinin değişimi sonucu UAA oluşabilir ve bu bir durdurma kodonudur.
- Nötral Mutasyonlar: Bu tip mutasyonlar, bir nevi hatalı mutasyonlar ile sessiz mutasyonların karışımıdır. Mutasyon sonucu oluşan yeni dizilim sonucu üretilen aminoasit farklıdır (hatalı mutasyondaki gibi); ancak bu aminoasidin kimyasal yapısı, önceden üretilene benzer olduğu için çok ciddi sorunlar yaşanmaz ve hücrede çok farklılık meydana gelmez (sessiz mutasyonlar gibi). Örneğin AAA kodonu Lysine denen bir aminoasidi kodlar. Burada meydan gelen bir mutasyon sonucu kod AGA'ya dönüşürse, sentezlenen aminoasit Arginine olur. Ancak biyokimyasal açıdan bu iki aminoasit birbirine özdeştir ve işlevi bozmaz.
- Eklemeler: DNA dizilimine, fazladan bir ya da daha fazla nükleotidin eklenmesidir. Bunlar genellikle transpozon denilen ve DNA üzerinde kimyasal yapısından ötürü rastgele sıçrayan yapılardan kaynaklanmaktadır. Transpozonlar, kendileriyle birlikte komşu nükleotitleri de alarak DNA üzerinde uzun mesafeler "sıçrayabilirler". Hatta mitokondiryal DNA'dan, merkezi DNA'ya bilgilerin ökaryotların evrimi sırasında bu şekilde aktarıldığı düşünülür.
- Silinmeler: DNA'dan bir veya daha fazla nükleotidin silinmesi sonucu meydana gelir. Genellikle geri döndürülemezlerdir ve kalıcıdırlar. Silinme tipi mutasyonlar tamamen rastlantısaldır; ancak ekleme tipi olanlar belirli kurallar dahilinde (kimyasal yapı uyuşması gibi) meydana gelirler ve alanları daha dardır.
- Çerçeve Kaydırıcı Mutasyonlar: DNA'daki bilgilerin 3'er harfli (nükleotitli) kelimeler (kodonlar) halinde okunduğunu izah etmiştik. İşte eğer DNA diziliminde ekleme veya silinme tipi mutasyon meydana gelirse, DNA üzerindeki bilgiler 3'lü 3'lü okunamayacağı ve normalde okunması gereken sıra kayacağı için, çok farklı aminoasitler ve proteinler sentezlenebilir veya üretim tamamen durabilir. Dolayısıyla bu tip mutasyonlar tehlikeli olabilmekte ve hücrelerin ölmesine veya görevlerini aşırılıkla yerine getirmelerine sebep olabilir. Genellikle sonuçlar önceden tahmin edilemezdir.
- Geri Mutasyonlar: Dediğimiz gibi mutasyonlar oldukça rastlantısaldır; ancak kimi zaman aynı nükleotit dış etmenlerden etkilenerek birden fazla defa mutasyon geçirebilir ve bu doğada sıklıkla görülür; hatta bu mutasyonlar takip edilerek Evrim Ağaçları çıkarılabilir. Eğer bir nükleotitte meydana gelen mutasyondan sonra oluşan yeni bir mutasyon kodonu eski haline döndürüyorsa (rastlantısal olarak), buna geri mutasyon adı verilir. Örneğin AGC şeklindeki bir nükleotit, ilk mutasyonda AGG oluyor ve sonrasında tekrar mutasyon geçirerek AGC'ye dönüyorsa, bu geri mutasyondur.
Mutasyonlar, nükleotitler üzerinde olabildiği gibi, DNA'ların toplamına verilen isim olan kromozomlarda çok daha büyük ölçeklerde de meydana gelebilirler. Biraz da bunlara örnekler verecek olursak:
- Kromozomal Büyütmeler (Amplifikasyonlar): Kimi zaman DNA kopyalanır; ancak hücre bölünmesi gerçekleşmez. Genomun tümünde meydana gelirse Çok kromozomluluk (polyploidy) olarak isimlendirilen bu durumda, hücre içerisindeki gen miktarı katlanmış ve dolayısıyla üretilen her kimyasalın miktarı artmış olur. Çoğu zaman bu durumlar hücrenin işlevinin bozulmasına sebep olsa da, sonuçları önceden tahmin edilemez olabilir.
- Kromozomal Silinmeler: Bu durumda, kromozom üzerindeki devasa bölgeler kromozomdan koparak silinebilirler. Bu da çoğu zaman hücrenin işlevini bozarken, kimi zaman ölümcül olmadığı için çeşitliliğe sebep olabilir.
- Kromozomal Yer Değiştirmeler: Kimi zaman homolog olmayan kromozomlar arası gen parçaları transfer edilebilir. Bu durumda, yapıda köklü farklılıklar meydana gelebilir. Buna kromozomal yer değiştirme denir.
- Kromozomal Ters Dönme: Kimi zaman, kromozomdaki bir gen veya nükleotit dizisi, tamı tamına tersine dönebilir. Bu durumda da canlıda ciddi değişimler meydana gelebilecektir.
- Heterozigotluğun Yitirilmesi: Bilindiği üzere her özellik kromozom üzerindeki alellerle temsil edilir. Kimi zaman, bu alellerden biri silinir ve heterozigotluk yitirilir. Bu da önemli bir mutasyon tipidir.
Mutasyonları yukarıda değindiğimiz gibi canlıya getirilerine ve götürülerine göre de sınıflandırmak mümkündür. Bunlara bakacak olursak:
- Faydalı / Fonksiyon Kazandırıcı (Neomorfik) Mutasyonlar: Eğer yukarıda saydığımız herhangi bir mutasyonun sonucunda oluşan durum, mutasyonun meydana geldiği canlıda, meydana geldiği durum ve zamanda işe yarar veya önceden yapılamaz bazı işlevleri kazandırabiliyorsa, bu mutasyona faydalı mutasyon ya da fonksiyon kazandırıcı mutasyon denir.
- Zararlı / Fonksiyon Yitirici (Amorfik) Mutasyonlar: Eğer yukarıda saydığımız herhangi bir mutasyonun sonucunda oluşan durum, mutasyonun meydana geldiği canlıda, meydana geldiği durum ve zamanda olumsuz sonuçlara veya önceden yapılabilen bazı işlevlerin kaybına sebep oluyorsa bu mutasyona zararlı mutasyon ya da fonksiyon yitirici mutasyon denir.
İstatistiki Olarak Mutasyonların Zarar/Yarar Durumu Hakkında ÖNEMLİ Açıklama:
Bu noktada bir açıklama yapmak gerekirse; Drosophila melanogaster isimli meyve sineğinde yapılan bir araştırma, eğer meydana gelen mutasyon, protein yapısını değiştiriyorsa ve bu değişim nötral etkiye sahip değilse, meydana gelen mutasyonun %70 ihtimalle zararlı etkilere sebep olduğu keşfedilmiştir. Ancak burada altı çizilen yerler önemlidir, çünkü mutasyonların büyük bir kısmı nötraldir; sadece nötral olmayanların %70'i, o da meyve sinekleri söz konusu olduğunda zararlıdır. Örneğin maya mantarında meydana gelen nötral-dışı mutasyonların sadece %7'si zararlıdır. Dolayısıyla"Mutasyonların çoğu zararlıdır." önermesi yanlıştır çünkü mutasyonların çoğu nötraldir. "Nötral dışı mutasyonların çoğu zararlıdır." önermesi de koşullu yanlıştır çünkü canlıdan canlıya bu oran oldukça değişmektedir. Uzun lafın kısası, böyle bir genellemeye kalkışmak hatalı olacaktır.
Bunu şöyle toparlayalım: Canlılarda meydana gelen mutasyonların çok büyük bir kısmı (%70-90'ı) nötr mutasyonlardır. Yani mutasyonun meydana geldiği dönem ve bu dönemden sonra, belirli bir ortam değişimi olana kadar geçen dönemde herhangi bir fayda ya da zarar sağlamazlar.Nötr mutasyonlardan geriye kalan mutasyonların (%10-30'luk dilim) büyük bir kısmı zararlıdır ve popülasyondan derhal elenir (bu mutasyona sahip canlılar kısa sürede ölürler). Ancak geriye kalan bu dilimin küçük bir kısmı da (genelde %1-10 olarak ifade edilir) faydalı etkilere sebep olabilirler.
Peki bu durumda, mutasyonların geneline baktığımızda, büyük bir kısmı kaplayan nötral mutasyonların etkisi nedir? İşte bu etki, yukarıda açıkladığımız gibi ortama, zamana, canlıya ve bakış açısına göre değişebilmektedir. Bir canlı için faydalı sonuçlar doğuran bir mutasyon, bir diğer canlı için olumsuz etkili olabilir. Daha önemlisi, belli bir dönemde nötr olan mutasyon, çevrenin değişimiyle olumlu veya olumsuz bir etki yaratabilir. Böylece anlık değişimler olan mutasyonların etkisi yavaşlatılmış ve uzun bir değişim sürecine yayılmış olur. Çevre değişimi süresince bu mutasyonun etkisi adaptif ve yavaş olarak çıkar, canlıya zarar vermez. Ya da nötral olan bir mutasyon, bir diğer nötral mutasyon (ve hatta daha fazla nötral mutasyonlar) ile bir arada bulunursa belirli etkilere sebep olabilir. Bu durumda da sıçramalı bir değişim yerine, kademeli ve canlının adapte olabileceği bir süreçte değişim gözlenir. Bu da mutasyonların zararlı etkilerini hiçe ya da çok aza indirgemektedir. Bunların anlaşılması, mutasyonların yarar/zarar durumunun anlaşılması ve genel olarak mutasyonların etkilerinin değerlendirilmesi açısından son derece önemlidir.
Kaldığımız yerden devam edelim:
- Baskın Negatif (Antimorfik) Mutasyon: Eğer bir mutasyonun sonucunda oluşan durum, eski durumun tam zıttının oluşmasını sağlarsa, buna baskın negatif mutasyon denir. Bu tip mutasyonlar faydalı da zararlı da sonuçlar doğurabilir.
- Ölümcül Mutasyon: Adından da anlaşılabileceği gibi, bu tip mutasyon geçiren bir canlı kısa ya da uzun dönemde, mutasyona bağlı olarak ölür.
- Nötral Etkili Mutasyon: Nokta mutasyonlar altında saydığımız nötral mutasyonlardan farklı olarak, nötral etkili mutasyonlar canlının başarısına (fitness) etki etmezler. Yani mutasyon sonucu edinilen ya da kaybedilen özellikler, canlının hayatta kalmasını veya üreme başarısını etkilemez veya önemsenmeyecek kadar az etkiler. Bu tip mutasyonlar istatistiki bir ortalama sürede, yaklaşık olarak sabit zaman aralıklarıyla meydana gelirler ve bu sayede Moleküler Saat Hipotezi ileri sürülebilmiştir.
Tabii ki bir diğer çok önemli durum, mutasyonun meydana geldiği hücrenin görevi ve konumudur. Çünkü bu durum, mutasyonun kalıtsallığını etkileyecektir. Hemen bu konuya da girecek olursak:
- Kalıtsal Mutasyon: Bu tip mutasyonlar bireylerin üreme hücrelerinde veya üreme hücrelerini üreten organlarda meydana gelmelidir. Bu sayede, üretilen üreme hücreleri de, edinilmiş bu mutasyona ve etkilerine sahip olacaktır.
- Vücutsal (Somatik) Mutasyon: Bu tip mutasyonlar bireylerin üreme hücreleri veya organları haricindeki herhangi bir hücrede meydana gelirler ve nesilleri etkilemezler, kalıtsal değillerdir. Tıpkı modifikasyonlarda olduğu gibi, somatik mutasyonlarda da sadece mutasyonun meydana geldiği birey durumdan etkilenir. Meydana gelen mutasyon, birey için yukarıda sayılan etkilerden herhangi birine sebep olabilir.
- Heterozigot Mutasyonlar: Bu tip mutasyonlar kalıtsaldır; ancak sadece tek bir alel üzerinde taşınırlar. Örneğin renk körlüğü geninde meydana gelen bir mutasyon, heterozigot mutasyonlara örnektir.
- Homozigot Mutasyonlar: Bu tip mutasyonlar bir karakterin iki aleli (babasal - paternal ve anasal - maternal) üzerinde de taşınabilir.
Bu şekilde daha pek çok tanım yapmak mümkündür; ancak bu kadarının bile mutasyonların ne çeşitli olabileceğini anlamak için yeterli olacağını düşünüyoruz. Burada önemli olan, mutasyonların Evrim açısından aşırı bir önemi olmadığını unutmamak ve mutasyonların en temel sonucunun, tür içi çeşitlilik yarattığını bilmektir. Daha sonra, bu çeşitlilik, seçilim mekanizmalarına tabi tutulur ve faydası/zararı; ortam, zaman ve birey koşullarına göre ortaya çıkar. Sonrasında ise türleşme mekanizmaları dahilinde Evrim gerçekleşir.
Şimdi biraz da bunlara örnekler verecek olursak:
1) Kılsız Köpekler
Köpeklerde kıllar üzerinde etkili FOXI3 isimli bir gen bulunur. Science dergisinin Eylül 2008 sayısında yayınlanan bir makaleye göre (bkz: kaynaklar), kromozom 17 üzerinde bulunan bu gende meydana gelen 7 ekleme tipi mutasyon sonucunda eskiden kıllara sahip olan köpekler kıllarını dökmektedirler.FOX genlerinin memelilerde genel olarak embriyonik gelişimi kontrol ettiği bilinmektedir.
2) Atlardaki overo Geni
Atlarda eşey hücrelerinin çalışmasından sorumlu overo isimli bir gende meydana gelen birkromozomal büyütme (amplifikasyon) tipi mutasyon sonucunda doğan taylarda sindirim sistemi bozukluklarına rastlanır ve bu mutasyon sonucunda doğan tay kısa sürede ölür. Dolayısıyla bu mutasyon, hem kalıtsal mutasyonlara hem de ölümcül mutasyonlara örnektir.
3) E. coli Bakterisinde Laktoz Kullanımı
E. coli bakterisi normal olarak laktozu parçalayamaz (laktoz intoleransı). Ancak Boston Üniversitesi'nden Prof. John Cairns ve ekip arkadaşlarının yaptıkları ve New Scientist dergisinde yayınlanan bir çalışma sonucu, Mu isimli bir bakteriyofaj (bakterileri enfekte eden bir virüs) kullanılarak genetik materyalde bulunan beta-galactosidase geninde meydana getirilen bir mutasyon sayesinde bakterilerin laktozu sindirebilmeye başladıkları ortaya çıkmıştır. Daha sonradan farklı yöntemlerle benzer deneyler tekrarlanmış ve aynı sonuçlara ulaşılmıştır. Bu da bakteriler açısından bir faydalı mutasyon örneği olarak karşımıza çıkmaktadır.
4) HIV (AIDS Virüsü) Direnci
2001 yılında yapılan bir araştırmanın sonucuna göre, insanlarda bulunan CCR5 isimli bir gende meydana gelen 32 silinme tipi mutasyon sonucu bu gen açısından homozigot bireylerde HIV direnci, heterozigotlarda ise HIV belirtilerinin ortaya çıkmasında gecikme meydana geldiği ispatlanmıştır. Bu,faydalı mutasyonlara bir örnektir.
5) Orak Hücre Anemisi
Orak hücre anemisi, çoğumuzun bildiği üzere, vücudumuzda oksijen taşıyan hemoglobin molekülünde meydana gelen bir nokta mutasyon sonucunda, beta-globin genindeki tek bir Adenin'in Timin'e dönüşmesi sonucunda meydana gelir. Buna Tek Nükleotit Çokbiçimliliği (Single Nucleotide Polymorphism - SNP) denir. Bu mutasyon sonucu 6. pozisyondaki Glutamik Asit isimli bir aminoasit, Valine isimli bir diğerine dönüşür. Ancak ilginç bir şekilde, bu genetik bozukluğa heterozigot olarak sahip olan Sahara Altı Bölge'deki bireylerin, dişi sivrisinek ile taşınan sıtma (malaria) hastalığına dirençli oldukları keşfedilmiştir. Bu da faydalı mutasyonlara örnektir.
6) E. coli Bakterilerinde Sıcaklık Değişimine Bağlı Evrim
Bennett, Mittler ve Lenski'nin Evolution dergisinde yayınladıkları bir araştırmaya göre araştırmacılar 2.000 nesil boyunca 37 santigrat derecede yaşamaya uygun E. coli bakterisi yetiştirmişlerdir. Daha sonra bu popülasyondan 3 örnek popülasyon alınıp 32 derecede, 37 derecede ve 42 derecedeki ortamlara yerleştirilmiş ve bir 2.000 nesil daha geçmesi beklenmiştir. Bu nesillerin adaptif başarıları (evrimsel değişimleri) sürekli takip edilmiştir. İlk anda 32 dereceye bırakılan nesle göre, 2.000'inci nesil %10 daha adaptif başarıya sahip bireylerden oluşmuştur, yani popülasyon içerisinde yeni sıcaklığa yönelik bir evrim süreci gerçekleşmiştir. Benzer şekilde, 42 dereceye bırakılan ilk nesle göre, 2.000'inci nesil %20 daha başarılıdır. 37 derecede bırakılan bireylerde hiçbir adaptif değişim gözlenmemiştir. Bu durumun nesiller içerisinde meydana gelen mutasyonlara bağlı bir çeşitliliğin seçilmesinden ve birikmesinden kaynaklandığı tespit edilmiştir. Bud a faydalı mutasyonlara bir örnektir.
7) Chlamydomonas Cinsi Algde Karanlığa Adaptasyon
Graham Bell isimli meşhur popülasyon genetikçisi (isim sadece bir tesadüftür, telefonu icat eden Bell ile alakası yoktur) fotosentetik bir alg olan Chlamydomonas ile çalışmıştır. Bu cins, aydınlıkta normal bir şekilde yaşayıp büyür. Ancak karanlıkta da, eğer ortamda asetat varsa, bunu karbon kaynağı olarak kullanarak büyümeyi sürdürebilir. Bell, birkaç yüz nesil bekleyerek hangi alglerin karanlıkta büyüme konusunda başarılı, hangisinin başarısız olduğunu tespit etti ve bunlardan örnekler alarak birbirlerinden ayırdı. Daha sonra karanlıkta büyüme konusunda başarısız olanları karanlıkta ve zorlu şartlarda bıraktı. Belli bir kırılma yaşandıktan sonra, popülasyonun normal yaşam süreci ve nesilleri içerisinde meydana gelen mutasyonlardan bazılarının karanlıkta yaşama ve asetatı kullanma açısından avantaj sağladığını gördü. Sadece 600 nesilde ilk başta başarısız olan algler, nesiller içerisinde belli tip mutasyona sahip olanların avantajlı konuma geçip üremeleri sayesinde karanlıkta yaşamaya adapte olmayı başardı. Bu da faydalı mutasyonlara örnek olarak verilebilir.
8) Chlamydomonas Cinsi Alglerde Büyüklüğün Evrimi
Bir üstteki örnekte bahsettiğimiz Bell, karanlıktan sonra bir başka deney için aynı cins algleri kullandı. Algleri çok ince delikli bir filtreden geçirdi ve sadece deliklerin üzerinde kalabilen, büyük bireyleri seçti, deliklerden geçebilenleri eledi. Bu seçtiklerini yaşatıp üretmeyi sürdürürken, küçük olanların üremesine engel oldu. Sadece 40 nesil içerisinde popülasyondaki bireylerin büyüklüğünün, iki misline yakın artış görülmüştür (fenotipik skalada 1 puan). Hatta Bell, filtresinin yeterince iyi olmamasından ötürü büyükleri seçmekte zorlandığını belirtmiş ve makalesinde deneyin daha iyi yapılabilmesi için daha hassas filtrelerin kullanılması gerektiğini açıklamıştır. Böyle yapılacak olursa, genetik çeşitliliğe bağlı seçilim sonucu oluşan evrimin daha kolay görülebileceğini söylemiştir. Bu çeşitliliğin muhtemelen mutasyonlara bağlı olarak sağlandığını ve sadece daha büyük bireyler olacak şekilde genlere sahip bireylerin hayatta kalıp üreyebilmelerinden ötürü boyutların değiştiğini izah etmiştir.
9) Maya Mantarlarında Mutasyona Bağlı Evrim
Hansche ve Francis, Genetics dergisinde 1972, 1973 ve 1975 yılında yayınladıkları makalelerde Saccharaomyces cervisiae türü mantarlarla çalıştıklarını ve bu canlılarda gözlemledikleri mutasyona bağlı evrimi izah etmişlerdir. Öncelikle bir kemostat (kimyasal olarak aşırı dengeli ve mikroorganizmaların oluşumuna izin veren ortam) içerisinde maya mantarları yetiştirmişlerdir. Mayalar bu ortamda 180 nesil boyunca gayet yavaş bir şekilde çoğalmışlardır. Ancak 180. nesil civarından sonra aşırı bir birey artışı, aşırı bir üreme gözlenmiştir. Araştırmacılar bu noktadan önceki ve sonraki bireylerin genlerini kontrol etmişler ve permeaz enziminin (mantar hücresinin zarından madde geçişlerini kontrol eden enzim) üretilmesini sağlayan gende meydana gelen bir mutasyondan ötürü yeni nesildeki ilk bireylerin ortamdaki fosfatı önceki nesillere (atalarına) göre çok daha kolay hücre içerisine aldıklarını tespit etmişlerdir.
Mutasyonlar burada da sona ermemiştir. 180. nesilden sonra yaklaşık 400 nesil boyunca hızlı artış sürmüş; ancak 400. nesil civarında artış daha da hızlanmıştır. Yine genler kıyaslandığında, bu ilk mutasyona sahip bireylerden oluşan nesil içerisinde, ikinci bir mutasyonun meydana geldiği görülmüştür. Bu mutasyonun fosfataz (fosfatın kullanımını sağlayan enzim) enzimini üreten genlerde bir değişim olduğu fark edilmiştir ve yeni nesildeki mutant bireylerin fosfatı çok daha kolay sindirebildikleri gözlenmiştir. Bu mutasyon sonrasında fosfatazın optimal olarak çalıştığı pH aralığı, ortamdaki pH'ın değişimine paralel olarak değişmiş, evrim geçirmiştir.
Dahası da var. Aradan 800 nesil daha geçtikten sonra, yine aşırı bir artış görülmüştür ve yine genetik analiz yapılmıştır. Bu artışın sebebi çok daha ilginçtir. Aslında asla koloniler halinde yaşamayan bu maya hücreleri, bu mutasyondan sonra bir araya gelerek koloniler halinde yaşamaya başlamışlardır. Bu mutasyonun kemostatın kendi dengesini sağlamak için gerekenden fazla hücre bireylerini mekanizmanın dışına atarak öldürmesine karşı avantaj sağladığı görülmüştür. Yani koloni olan bireyler daha büyük yapılar oluşturarak kemostatın içerisindeki emme mekanizmasını atlatabilmişlerdir. Bunu sağlayan mutasyon, popülasyon içinde hızla yayılmıştır.
Deney defalarca tekrarlanmış ve her seferinde benzer mutasyonlar, farklı sırayla ortaya çıkıp seçilmiştir. Hatta bir denemede, daha orjinal bir mutasyon meydana gelmiş ve bir gen çiftlenmesi tipi mutasyon sonucunda fosfataz enzimini üreten genler sayıca iki katına çıkmışlardır, böylece mayalar daha fazla fosfat sindirebilmeyi başarmışlardır.
10) E. coli Bakterisinde Her 26 Mutasyondan 3'ü Faydalıdır!
Bilindiği gibi canlılarda mutasyonları değil de, etkilerini gözlemek çok zordur, çünkü çok uzun sürede, yüzlerce, binlerce, on binlerce nesil sonra etkileri görülebilir. Bu sebeple bakteri, alg ya da mantar gibi canlıları denek olarak kullanmak iyidir, çok hızlı ürerler ve nesilleri çok hızlı geçer, en azından bizimkine göre çok daha hızlı. İşte Lenski ve Remold, PNAS dergisinde 2001 yılında yayınladıkları bir makalede, E. coli bakterileri üzerinde yıllar yılı yaptıkları araştırmaların sonuçlarını yayınladılar ve bütün detaylarıyla verilen genetik araştırmaların, her 26 mutasyondan en azından 3 tanesinin nesle doğrudan faydalı bir etki yarattığı gösterilmiş oldu. Bu da %12'lik bir dilim demektir. Bu, bizlerin yukarıda tanımladığı yüzdelerin gerçekte daha da iyimser olabileceklerini göstermektedir. Hatırlayacak olursanız mutasyonların %70-90'ı nötr, %8-9'u ani zararlı, %1-2'si ani faydalı olarak tanımlanmıştı. Ancak bu araştırmada, faydalı mutasyonların oranının %12'ye kadar çıkabildiği gözlenmiş, geri kalan mutasyonların 20-21'inin nötr (yaklaşık %81'i), geri kalan %7 civarı da zararlı olduğu gösterilmiştir. Bunlar, mutasyonların düşündüğümüz kadarıyla zararlı veya nötr olmayabileceğini net bir şekilde ortaya koymaktadır.
Örnekler sonsuz sayıda arttırılabilir. Ancak bu kadar örnek, mutasyonların nasıl çeşitlilik yarattığını anlamak için yeterli olacaktır. Görüleceği üzere mutasyonda nesillerden birinde meydana gelen, tek bir bireyde ya da birkaç bireyde oluşabilecek bir mutasyon, eğer avantaj sağlıyorsa, üremeler sonucu hızla popülasyona yayılarak evrime sebep olabilmektedir. Eğer bu tekil değişimler, nesiller içerisinde birikecek olursa, binlerce nesil sonra alınan bir birey, deneyin en başında elimizde bulunan bireyden o kadar farklı olacaktır ki bu, eşeyli üreyen canlılar için artık bu ikisinin birbiriyle üreyememesi anlamına gelir. İşte bu, Evrim'dir.
Uzun ama içimize sinen bir yazı oldu. Umarız size de faydalı olur.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder