Antik DNA, biyoçeşitlilik, insanın evrimi ve Nobel Ödülü üzerine Antroposen Sohbetler'in programcısı Utku Perktaş tarafından yazılmış olan metni sizlerle paylaşıyoruz.
Genetikçi Svante Pääbo, nesli tükenmiş insan akrabalarının genomunu yeniden yapılandırarak, Neandertallerle önceden düşünülenden daha fazla ortak noktamız olduğunu gösterdi. Gerçekleştirdiği çalışmalarla da tıp ve fizyoloji alanında Nobel Ödülü’nü aldı ve antik DNA’ya ilişkin çalışmalara dikkat çekti. Bu ödül insana dair tarihsel gerçekleri gündeme getirmesinin yanı sıra antik DNA’nın kullanımıyla bugünkü biyoçeşitlilik krizine nasıl ışık tutabiliriz sorusunu da gündeme getirebilir nitelikte. Nobel Ödülüne ilişkin detaylara girmeden önce antik DNA ile biyoçeşitlilik çalışmaları arasındaki ilişkiye dikkat çekmek istiyorum.
DNA’daki saklı hikaye gezegenin biyoçeşitliliğine ışık tutuyor.
Bugün doğa tarihi müzelerindeki tarihsel koleksiyonlar yaşadığımız gezegenin nasıl bir biyoçeşitliliğe sahip olduğunu gösterecek nitelikte. doğa tarihi müzeleri dediğimizde Kuzey Amerika, Avrupa ve Rusya akla gelen köşe taşı örnekleri içeren müzelere sahip. Örneğin çalışmalarımı sürdürdüğüm Amerikan Doğa Tarihi Müzesi’nde 30 milyonun üzerinde örneğe ev sahipliği yapıyor. New York’da 1860’larda kurulan müze bugün farklı canlı gruplarına ilişkin önemli çalışmaların yapıldığı bir enstitü niteliğinde. Bu çalışmalar arasında farklı coğrafyalardaki saklı kalmış genetik çeşitlilik[1] desenlerini ortaya koymaya yönelik çalışmalar yürütülüyor ve bu çalışmaları sürdürülürken de moleküler biyolojinin sağladığı olanaklardan yararlanılıyor. Bu sayede, yaklaşık 100 yıl önce ya da daha eski tarihlerde toplanmış omurgasız ve omurgalı türlerinden genetik materyal elde edilerek farklı coğrafyalara yönelik biyoçeşitlilik desenleri ortaya konuyor. Böylece yeni türler tanımlanıyor. Böylece, her yıl yaşam ağacına yaklaşık 10 bin yeni tür bu ve bu gibi çalışmalar neticesinde kazandırılıyor. Yani, antik DNA[2] yaklaşımı ile geçmişe yönelik biyoçeşitlilik desenlerine ışık tutan çalışmaları müze biyologları literatüre kazandırıyor. Bu çalışmalar tarihsel biyocoğrafya alanını da besliyor.
Antik DNA ve biyoçeşitlilik ilişkisine müze çalışmaları üzerinden değinince, aklıma gelen örneklerden biri 2010 yılından bu yana sürdürdüğüm Afrika Sahra altı kuş faunasına yönelik projem olacak. Bu proje kapsamında Turako ismindeki Afrika endeğimi kuşların genetik çeşitlilik desenlerini ortaya koyarak kapsamlı bir sistematik değerlendirme yapmıştık. Proje kapsamında kullandığımız örneklerin neredeyse yüzde 90’ı tarihsel koleksiyonlara aitti. Yani, bir kısmı 100 yıllık, bir kısmı da 100 yıldan da eski müze örnekleriydi. En önemlisi de bugüne kadar hiç bir şekilde genetik veri elde edilmeyen, yani genetik çeşitlilik desenleri hakkında hiçbir şey bilmediğimiz tehlike altındaki bazı Turako türlerine ilişkin genetik verileri ilk defa elde etmiştik. Mesela, Ruspoli turakosu (Tauraco ruspolii) Afrika’da Etiyopya'nın sadece bir coğrafi yerinde bulunan endemik bir kuş türü ve bu çalışmaya kadar bu türden herhangi bir genetik materyal elde edilmemişti.
Ruspoli turakosu (Tauraco ruspolii), doğal habitatının subtropikal veya tropikal ormanlar olduğu güney Etiyopya'ya endemiktir, yani gezegendeki dağılımı sadece bu bölgededir. Habitat kaybı tehdidi ile karşı karşıyadır.
Bu örneklerden aldığımız kurumuş deri materyallerinden DNA izole edip, polimeraz zincirleme tepkimesi[3] adı verilen ve 1980’lerde keşfedilmiş gen çoğaltma yöntemiyle farklı genler elde etmeye çalıştık. Oldukça zahmetli bir süreç olan bu metodoloji ile yaklaşık 500 örnekten mitokondri genomuna ilişkin bir gen bölgesini elde edebildik. Sonuçlar türler arasında saklı kalmış genetik çeşitlilik desenleri hakkında önemli bilgiler verirken, Afrika’nın bazı bölgelerindeki endemizmin düşünülenden çok daha yüksek olduğunu gösterdi. Sonuçlar, bu grup hakkında mevcut taksonomik düzenlemelerin revize edilmesini gerektirdi. Yani, grup içindeki bazı alttürlerin tür statüsüne çıkması gerekiyordu. Nihayet bir doğa tarihi müzesi koleksiyonu Afrika’ya ilişkin saklı kalmış genetik çeşitlilik desenlerini ortaya çıkarmamızı ve biyoçeşitliliğin korunması için yaşadığımız gezegende öncelikli alanlar açısından biyocoğrafi bir değerlendirme yapmamızı olanaklı hale getirmişti. Bu çalışmada doğa tarihi müze örneklerinden yararlanarak gerçekleştirdiğimiz filocoğrafi ve filogenetik araştırma sonuçlarımızla Turakolar hakkında yeni bir sınıflandırma sunuyoruz. Çalışmaya buradan ulaşılabilir.[4]
Bugün Afrika’nın endemik bir kuş grubu için bulduğumuz çeşitlilik örüntülerini farklı taksonlar için de yapabiliriz. Bu amaç için doğa tarihi müzelerinin önemi çok büyük. Yaşamın çeşitliliğini keşfederken antik DNA çalışmaları oldukça önemli bir noktada. Bu durumu yazının başında belirttiğim Svante Pääbo’nün Nobel Ödülü’ne değer görülen insan evrimine ilişkin çalışmaları da doğruladı.
Nobel Ödülü insani bir hikâyeye gitti.
Bilimciler canlılığın kökenine ilişkin sorulara her zaman yanıt bulmaya çalışmıştır. Ancak insanın kökenine ilişkin sorulardan da çok etkilenmişlerdir, çünkü insan evladı yaşadığı ortamda insanı her zaman merkeze koymuştur. Modern insan -Homo sapiens- ilk olarak ne zaman ve nerede ortaya çıktı? Bizi Homo cinsinin diğer üyelerinden ayıran ve benzeri görülmemiş bir kültür ve toplum yapısı geliştirmemizi sağlayan neydi? İşte antik DNA çalışmalarıyla mitokondri DNA’sına ilişkin bulgular insanın göç yollarını ortaya koymaya çok yardımcı oldu. Ancak son 30 yılda Svante Pääbo’nün öncü çalışmaları insanın evrimine ve yakın akrabalarına dair çok daha fazla bilgiyi literatüre kazandırdı. Bu sayede Svante Pääbo, yaklaşık 30.000 yıl önce soyu tükenmiş modern insanların bir akrabası olan Neandertallerin genomunun da şifresini çözdü.
İsveçli bilim insanı Svante Pääbo’nün Neandertal genleri üzerindeki çalışması Nobel Tıp Ödülü’nü kazandı.
İnsan söz konusu olunca Antik DNA’yı çalışmak çok zor.
Antik DNA çok fazla zarar gördüğü için PCR ile yapılacak gen çoğaltma deneylerini bu konuyla çalışan kişiler olarak kendi DNA’mız ile kontamine etmemiz ve deneyleri sekteye uğratmamız çok olası. Bu nedenle bu tür deneylerin yapıldığı laboratuvar koşulları oldukça steril olarak planlanmış durumda. Yapılan deneylerin bize gösterdiği sonuçlar ise çok merak edilen bir konuya yanıt bulmuş; Neandertallerin Homo sapiens ile nasıl bir ilişkisi olduğunu ortaya çıkarmış. Örneğin, bazıları Neandertallerin modern insanın atası olup olmadığını merak etmişti, ancak çoğu uzmanın da o zamandan beri reddettiği bir hipotezdi bu.
Yukarıda örnek verdiğim kuşlara ait örnekler 100 yıl ve ötesiydi. Ancak insanın tarihi söz konusu olunca bu örnekler 10.000 yıllık örnekler olarak karşımıza çıkıyor. Bu örneklere arkeolojik kazı alanlarından ulaşılabiliyor ve her bir örnek üzerindeki DNA oldukça hasar görmüş durumda.
Genetik veriler şüphesiz modern insanlarla Neandertaller arasındaki bağlantıya ışık tutabilir ve bir canlı türünün genomunu analiz etmek önemli bir şey. Ancak on binlerce yıldır nesli tükenmiş bir türün genetik örneklerini elde etmek 100 yıllık örneklerden DNA elde etmeye benzemiyor. DNA oldukça hasar görmüş durumda dediğimde söz ettiğim şey zamanla DNA’nın kimyasal olarak değişmesi, yavaş yavaş kısa parçalara ayrılması ve parçalanması anlamına geliyor. Sonuçta binlerce yıl sonra, kemik örnekleri arasında sadece DNA’nın izleri kalıyor ve bu izler genellikle yabancı DNA ile yoğun bir şekilde kontamine oluyor, yani kirleniyor.
Neandertale giden yol 1984’de başladı.
Pääbo 1984 yılında Uppsala Üniversitesi'nde doktorasını yaparken 2.400 yaşındaki Mısırlı bir mumyanın hücrelerinden ilk kez DNA izole etmeyi başardığında küçük bir sansasyon yaratmıştı. Doktora danışmanının araştırma yapmasını yasaklayacağından korkarak, daha sonra açıkladığı gibi, çalışmalarını geceleri ve hafta sonları gizlice yürüttü. Ancak Nature dergisi sonuçları yayımladığında herkes onun çalışması hakkında konuşmaya çoktan başlamıştı. O zamanlar, Pääbo’nun çalışması insanın eski dokularından elde edilen DNA’sı üzerine yayımlanan tek makaleydi.
Kısa bir süre sonra, Pääbo, Berkeley California Üniversitesi'nde Allan Wilson'ın grubuna katıldı. Burada, mamutlar ve mağara memelileri gibi soyu tükenmiş hayvanların genomuyla ilgilendi. Ancak Pääbo, 2008'de “Spektrum der Wissenschaft” dergisine verdiği demeçte, Neandertallerin her zaman başlıca ilgi alanları arasında olduğunu söylemişti. Aslında, insanları neyin insan yaptığını ve hangi genetik değişikliklerin insanın evrimine katkıda bulunduğunu öğrenmek istemişti. Bu merakına ilişkin araştırmasına 1990 yılında Münih Üniversitesi'nde devam etti. Orada ilk olarak, kopyaları çekirdek DNA'sına kıyasla hücre içinde çok daha fazla sayıda bulunan mitokondri DNA'sına odaklandı. 1997'de, nihayet, 1850'lerde Düsseldorf yakınlarında bulunan bir Neandertal iskeletinin parçası olan yaklaşık 40.000 yıllık bir Neandertal kemiğinden genetik materyali izole etmeyi başardı. Bu, dünyanın bir Neandertal genom parçasına ilk erişimi olmuştu. Modern insan ve şempanzelerin mitokondriyal DNA'sı ile yapılan karşılaştırmalar, Neandertallerin genetik olarak her iki türden de farklı olduğunu gösterdi: Homo sapiens ve Homo neanderthalensis, genlerinin yüzde 10'undan fazlasını paylaşmıyordu.
Hücre çekirdeğindeki DNA'nın aksine mitokondri genomu çok daha küçüktür. Genomdaki mevcut genlerin yalnızca bir kısmını içerir. Bu nedenle de sınırlı bir bilgi verebilir. Dolayısıyla daha fazla ilerleme, tam bir Neandertal genomunun elde edilmesine bağlıydı. Son engeli ortadan kaldırmak için, Almanya'nın Leipzig kentinde yeni kurulan Max Planck Evrimsel Antropoloji Enstitüsü'nün direktörü olarak Pääbo, önümüzdeki yıllarda yöntemlerini iyileştirmeye devam etti. Nihayet 2010 yılında son atılımını gerçekleştirdi. Dünyaya tam dizili bir Neandertal genomunun ilk versiyonunu sunmayı başarmıştı.
Pääbo ve ekibinin araştırması, modern insan ve Neandertallerin son ortak atasının yaklaşık 800.000 yıl önce yaşamış olması gerektiğini göstermişti. Aynı zamanda Neandertallerden modern insanlara gen akışını da kanıtladılar. Her iki tür de görünüşe göre gezegende eş zamanlı olarak bulunmuşlardı. Hatta Avrupa ve Asya'da birlikte yaşamışlardı ve aralarında gen akışı da olmuştu; yani, hibritleşmişlerdi.
Pääbo ve ekibi, 2008 yılında Sibirya'daki Altay Dağları'ndaki Denisova Mağarasında fosilleri bulunan bir hominin olan Denisova'nın genomunu da ortaya çıkardı. Grup, yalnızca Denisova'nın yeni, daha önce bilinmeyen bir erken insan türü olduğunu göstermekle kalmadı, aynı zamanda Denisova'nın modern insanın atalarıyla yakın temasta olduğunu da gösterdi. Güneydoğu Asya'nın bazı bölgelerinde insanlar, soyu tükenmiş Denisovalılarla genlerinin yüzde altısını paylaşıyor.
Geçmişi anlamak ve geleceği öngörmek…
Bugün Pääbo, haklı olarak paleogenetiğin kurucularından biri olarak kabul ediliyor. Antik DNA’yı kullanarak gerçekleştirdiği çalışmaları insan türünün nereden geldiği üzerine çıkarımlarda bulunmak açısından çok önemli. Bu, insanın geleceğini öngörmek için de literatüre çıktı kazandıracak nitelikte.
Yazının ilk bölümünde belirttiğim gibi, antik DNA alandaki çalışmalar doğa tarihi müze koleksiyonları ile birleştirildiğinde biyoçeşitlilik krizine yönelik çıkarımlar için de önemli sonuçları literatüre kazandırıyor. Özellikle yakın zamanda yok olan türlere yönelik çıkarımlar biyoçeşitliliğin geleceğine ışık tutabilir. Ve kesinlikle geçmişi anlamak her zaman geleceği öngörmek için çok önemli. Yazıda kuşlar ve insana dair örnekler üzerinden konuyu işlemsem de, biyoçeşitliliğin evrimsel tarihini anlamak yaşadığımız gezegendeki tüm biyoçeşitlilik bileşenleri için çok önemli diye düşünüyorum.
Dipnotlar
[1] Genetik çeşitlilik, Dünya Koruma Birliği (IUCN)’ne göre biyoçeşitliliğin korunmasında odaklanacak ilk basamak olarak kabul ediliyor ve bir tür içindeki farklı kalıtsal özelliklerin zenginliğini ifade ediyor.
[2] İleri derecede zarar görmüş ve DNA eldesi için özel koşullarda saklanmamış biyolojik örneklerden DNA elde edilerek gerçekleştirilen moleküler genetik çalışmaları “antik DNA çalışmaları” olarak adlandırılır.
[3] Polimeraz zincirleme tepkimesi (polymerase chain reaction - PCR), DNA içerisinde yer alan, dizisi bilinen iki segment arasındaki özgün bir bölgeyi enzimatik olarak çoğaltmak için uygulanan tepkimelere verilen ortak bir isimdir. Dr. Kary B. Mullis 1980'li yıllarda yaptığı PCR çalışmaları ile 1993 yılında Kimya alanında Nobel Ödülü almıştır.
[4] Utku Perktaş, Jeff G. Groth, and George F. Barrowclough "Phylogeography, Species Limits, Phylogeny, and Classification of the Turacos (Aves: Musophagidae) Based on Mitochondrial and Nuclear DNA Sequences," American Museum Novitates 2020(3949), 1-61, (3 April 2020). https://doi.org/10.1206/3949.1
Kaynaklar:
Utku Perktaş, Jeff G. Groth, and George F. Barrowclough "Phylogeography, Species Limits, Phylogeny, and Classification of the Turacos (Aves: Musophagidae) Based on Mitochondrial and Nuclear DNA Sequences," American Museum Novitates 2020(3949), 1-61, (3 April 2020). https://doi.org/10.1206/3949.1
Not: Bu yazı orijinal olarak spektrum.de adresinde yayımlanmış, Scientific American Dergisi tarafından izin ile ingilizceye çevirilmiş metnin tarafımca Türkçe’ye çevrilmiş metninden bölümler içermektedir.
