Michael Behe
Bu makale, Lenski’nin Uzun Süreli Evrim Deneyi/Long Term Evolution Experiment (LTEE) sırasında keşfedilen ve geniş çapta tartışılan bir E. coli (Escherichia coli/koli basili) bakteri mutant suş’unun daha ileri evrimini konu almaktadır. LTEE, E. coli bakterisinin nasıl evrimleşeceğini gözlemlemek amacıyla laboratuar şişelerinde sürekli olarak büyütülmesine dayanan, otuz yılı aşkın süredir devam eden bir projedir.[2] Daha önce yazdığım gibi, LTEE’de bakteri popülasyonları içinde yayılmış olduğu belirlenen faydalı mutasyonların neredeyse tamamı ya önceden var olan genleri köreltmiş (önceki biyokimyasal faaliyetlerini azaltmış) ya da tamamen işlevsiz hâle getirmişti.[3]
İlginç Bir İstisna mı?
Bununla birlikte, ilginç bir istisna varmış gibi görünüyordu.[4] Bakterilerin 30.000’den fazla nesil boyunca çoğalmasının ardından bir sabah, Lenski’nin karşılaştırma ve çoğaltma amacıyla muhafaza ettiği 12 ayrı şişeden birindeki E. coli, diğer 11 şişeye göre daha bulanık görünüyordu. Bu durum, besin çözeltisinde normalden önemli ölçüde daha fazla bakteri ürediğini gösteriyordu. Lenski’nin grubu, yoğun laboratuar çalışmalarının ardından, bu olağanüstü bakterinin DNA’sının, sitrat taşıyıcıyı (yani, dışarıdan çözünmüş sitratı hücre içine getirmekle görevli bir protein; sitrat, hücrelerin metabolize ettiği yaygın bir kimyasaldır) kodlayan bir gene yakın bir bölgesinin kopyalandığını gösterdi.[5] Bu çoğalma mutasyonu, farklı bir genin düzenleyici bölgesini, sitrat taşıyıcı geninin yanına yerleştirmişti.
Bunun neden yararlı olduğuna bakalım. Sitrat taşıyıcı genin doğal düzenleyicisi, Michigan Eyalet Üniversitesi’ndeki/Michigan State University (MSU) normal laboratuar büyüme koşullarında olduğu gibi, oksijen bulunduğunda genin kapanmasına neden oluyor. Buna karşılık ikinci düzenleyici, kontrol ettiği genin oksijen varlığında etkinleşmesine izin veriyor. İkinci genin düzenleyicisinin bir kopyasını sitrat geninin yanına yerleştiren mutasyon, böylece sitrat geninin de oksijen varlığında aktif hâle gelmesini sağladı. Teknik nedenlerle besin çözeltisinde çok miktarda çözünmüş sitrat bulunduğundan, mutant E. coli, mutant olmayan bakteriler için erişilemez olan sitratı içeri alıp metabolize edebiliyordu (“yiyebiliyordu”). Bu kadar fazla besinle mutant inanılmaz derecede büyüdü ve kısa sürede mutant olmayanları geride bıraktı.
Bu sıra dışı sonuç geniş yankı uyandırdı ve mutantın yeni bir tür oluşturma yolunda olduğu yönünde bir varsayım ortaya atıldı.[6] Ancak Darwin Devolves adlı kitabımda yazdığım gibi, çok daha kaygı verici genetik sonuçlar bu iyimserliği sınırlamalıydı. Örneğin, sitrat mutantı, daha önce popülasyona yayılmış olan birçok yararlı ancak yıkıcı mutasyonu biriktirmişti; yeni mutasyon bunları geri getiremedi, getiremezdi de. Daha sonra yapılan çalışmalar, mutantta sitratı daha verimli bir şekilde metabolize etmesine yardımcı olmak amacıyla birkaç bozuk genin daha seçildiğini gösterdi.[7]
Hasta Bir Yavru
Yeni makale şimdi, sitrat mutantının, sitrat içeren veya sitrat ile glikozu birlikte içeren besi ortamlarında (önceki nesillerde olduğu gibi) 2.500 nesil boyunca süren daha ileri evrimini haber vermektedir. Lenski’nin laboratuarında her zaman olduğu gibi, araştırma iyi ve kapsamlı bir şekilde yapılmıştır. Ancak ortaya çıkan E. coli oldukça hasta bir yavru. Makalede, “Evrimleşmiş klonlarda tanımlanan mutasyon spektrumu, eklemeler, silmeler ve hareketli element transpozisyonları da dâhil olmak üzere yapısal varyasyon tarafından domine edilmiştir” diye belirtiyorlar. Bunların tamamı genleri bozma veya işlevlerini azaltma olasılığı son derece yüksek olan değişikliklerdir. Daha onlarca gen kaybedilmiştir. Sitrat mutantı, kısa vadeli avantaj uğruna genetik bilgiyi düşüncesizce elden çıkarmıştır.
Özellikle dikkat çekici bir sonuç olarak, yazarlar “50.000. nesilde LTEE’den alınan bir Cit+ klonunun kültürlerinde önemli miktarda hücre ölümüne dair kanıtları tesadüfen keşfettiler.” Başka bir deyişle, on binlerce nesil önce doğal seçilim tarafından avantajlı kabul edilerek korunan ilk rastlantısal “faydalı” sitrat mutasyonları, sonunda bir ölüm sarmalına yol açmıştı. LTEE’nin atasal suş’unda ölüm oranı yaklaşık %10 iken, 33.000 nesilden sonra bu oran yaklaşık %30’a, 50.000. nesilden sonra ise yaklaşık %40’a ulaşmıştı. Daha yakın dönemde yapılan deneylerde, farklı besi ortamlarındaki farklı hücre suş’larında ölüm oranları değişkenlik göstermiş, ancak yalnızca sitrat içeren ortamlarda bazı hücre hatları için %50’nin üzerine çıkmıştır. Nitekim yazarlar, yağ asidi metabolizmasına ait genlerde-yine, neredeyse kesinlikle bozucu olan-bir dizi mutasyon tespit ettiler ve bu mutasyonlar hakkında, takdire şayan bir tarafsızlıkla, “ölü ve ölmekte olan hücrelerden beslenmeye yönelik bir adaptasyonu akla getiriyor” diye yazıyorlar.
Bozulmuş E. coli, ölülerini yiyordu.
Çıkarılması Gereken Dersler
Şunu vurgulamak isterim: on yılları kapsayan, 50.000’den fazla nesli içeren E. coli evrim deneyinden elde edilen ve ilk bakışta bakteride yeni bir yolak ortaya çıkarma potansiyeline sahipmiş gibi görünen tek sonuç, bunun yerine çarpıcı bir dejenerasyona yol açmıştır. Lenski ve yazar ortakları, 2019 yılında Science dergisinde yayımladıkları ve LTEE boyunca meydana gelen belirgin bozulmaya güçlü şekilde odaklanan Darwin Devolves kitabını eleştiren değerlendirmelerinde şöyle yazmışlardı:[8]
İşlev kaybına yol açan ve avantajlı olan birçok mutasyon örneği gerçekten de mevcuttur, ancak Behe örneklerini seçici bir şekilde vermektedir. Kitabının 7. bölümün büyük bir kısmını 65.000 nesillik bir Escherichia coli deneyini tartışmaya ayırıyor ve ortaya çıkan, işlevi bozan birçok mutasyonu vurguluyor-ki bu işlev bozulması, basit bir laboratuar ortamına uyum sağlamanın beklenen bir yoludur- aynı zamanda iyileştirilmiş işlevleri göz ardı ediyor ve yeni bir tanesini “önemsiz bir yan gösteri” olarak nitelendiriyor. (Tam açıklama: söz konusu bulgular ortak yazarlardan biri olan Richard Lenski tarafından yayımlanmıştır.)
“Yeni işlevlerden biri”, sitrat mutasyonuydu. Ben Darwin Devolves kitabında bunu tam da LTEE’deki E. coli bakterilerinin, iyi niyetli bir yaklaşımla yapıcı olarak adlandırılabilecek mutasyonlardan çok daha hızlı biçimde bozucu mutasyonlar biriktirmeleri nedeniyle “önemsiz bir yan gösteri” olarak nitelendirmiştim:[9]
İlgi çekici olmasına rağmen, tüm bu heyecana yol açan belirsiz sitrat mutasyonu bir yan gösteriden ibarettir. Asıl ezici derecede önemli ve neredeyse tamamen gözden kaçan ders, genlerin sağdan soldan bozuluyor olmasıdır hem bakterilere doğrudan fayda sağladıklarında hem de başka bir mutasyonu destekleyerek dolaylı bir şekilde fayda sağladıklarında. Ara sıra meydana gelen, özellikle dikkat çekici işlev değişikliği veya Foliküler Tiroid Karsinomu/Follicular Thyroid Carcinoma (FCT) kazanımı mutasyonları, zarar verici ve FCT kaybına yol açan mutasyonların akıntısını geri çeviremez.
Moleküler evrim alanından gelen çalışmalar arttıkça, yukarıdaki sonuç giderek daha sıradan bir gerçek hâline gelmektedir.
Büyük Bir Güç
Yeni makalelerinde Lenski grubu, deneysel evrim sistemlerinin önemli, güçlü bir yönüne haklı olarak dikkat çekmektedir.[10]
Organizmaların doğada yeni bir nişe yerleşme, kolonileşme ve adaptasyon süreçlerinde evrimi, özellikle de bağımsız olarak evrimleşen, tekrarlayan ve kontrol popülasyonlarıyla birlikte incelemek nadiren mümkündür. Bu çalışmada, sitrat üzerinde aerobik büyüme yeteneği kazanmış E. coli varyantlarının laboratuvar ortamında yalnızca sitrat içeren yeni bir kaynak ortamına nasıl uyum sağladığını araştırdık.
Tam olarak öyle. Bu da LTEE’nin bize Darwin’in mekanizmasının genel etkilerine dair en net bakışı sunduğu anlamına gelir. Bu mekanizma, başka hangi süreçler de işliyor olursa olsun (size bakıyorum, Genişletilmiş Evrimsel Sentez), organizma ister laboratuarda ister doğada bulunsun ister mikrop ister bitki ister hayvan olsun, işlemeye devam etmektedir. Dolayısıyla, Lenski grubunun çalışmaları sayesinde, dejenerasyonun amansız olduğunu biliyoruz-asla durmuyor. İyi zamanlarda da kötü zamanlarda da bir türün çevresine daha iyi uyum sağlamasına yardımcı olabilecek bir değişiklik söz konusu olduğunda, destek sunmak üzere bozucu mutasyonlar açık ara en hızlı biçimde ortaya çıkanlar olacaktır. Ve elbette, seçilim baskısı altında bir türün, sonunda kendi gerilemesine yol açsa bile, faydalı mutasyonları kabul etmekten başka seçeneği yoktur. Michigan State Üniversitesi’nde onlarca yıl boyunca yürütülen bu değerli çalışmalar sayesinde artık sitrat tüketen E. coli örneğinde olduğu gibi, yaşamın büyük özelliklerini açıklama iddiasındaki Darwin’in teorisinin de kendi içinde bir ölüm sarmalına girmiş olduğundan emin olabiliriz.
*Michael J. Behe, Lehigh University Biyolojik Bilimler Profesörü ve Discovery Institute’s Center for Science and Culture bünyesinde Kıdemli Araştırmacıdır. Doktorasını 1978 yılında University of Pennsylvania’da Biyokimya alanında almıştır. Behe’nin güncel araştırmaları, protein yapılarında tasarım ve doğal seçilimin sınırlarını belirlemeye odaklanmaktadır. Kariyeri boyunca 40’tan fazla teknik makale ve üç kitap kaleme almıştır: Darwin Devolves: The New Science About DNA that Challenges Evolution, Darwin’s Black Box: The Biochemical Challenge to Evolution ve The Edge of Evolution: The Search for the Limits of Darwinism. Bu eserlerde, moleküler düzeydeki canlı sistemlerin en iyi şekilde bilinçli ve amaçlı bir akıllı tasarımın sonucu olarak açıklanabileceğini savunmaktadır.
Kaynak: https://www.discovery.org/a/citrate-death-spiral/
Referanslar:
[1]Blount, Z. ve diğerleri (2020). “Genomic and phenotypic evolution of Escherichia coli in a novel citrate-only resource environment.” eLife 9: e55414.
[2]Lenski, R. E. (2017). “Convergence and Divergence in a Long-Term Experiment with Bacteria.” The American Naturalist 190: S57-S68.
[3]Behe, M. J. (2019). Darwin devolves: the new science about DNA that challenges evolution. New York, NY, HarperOne, Bölüm 7.
[4] Blount, Z. D., Borland, C. Z. ve Lenski, R. E. (2008). “Historical contingency and the evolution of a key innovation in an experimental population of Escherichia coli.” Proceedings of the National Academy of Sciences USA 105: 7899-7906.
[5]Blount, Z. D. ve diğerleri (2012). “Genomic analysis of a key innovation in an experimental Escherichia coli population.” Nature 489: 513-518.
[6]Pennisi, E. (2013). “The man who bottled evolution.” Science 342: 790-793.
[7]Behe, M. J. (2019). Darwin devolves: the new science about DNA that challenges evolution. New York, NY, HarperOne, Bölüm 7.
[8]Lents, N. H., Swamidass, S. J. ve Lenski, R. E. (2019). “The end of evolution?” Science 363: 590-590.
[9]Behe, M. J. (2019). Darwin devolves: the new science about DNA that challenges evolution. New York, NY, HarperOne, Bölüm 7.
[10]Blount, Z. ve diğerleri (2020). “Genomic and phenotypic evolution of Escherichia coli in a novel citrate-only resource environment.” eLife 9: e55414.
Tercüme: Ali Karakuş
