Neandartal genomu

Max Planck Evrimsel Antropoloji Enstitüsü’nden Svante Pääbo liderliğindeki ekip, Neandertal genomunun üçte ikisini diziledi ve insan, şempanze ve başka yakın türlerin genomlarıyla karşılaştırdı. Sonuç: Neandertaller ile modern insan bilinenden daha yakındı ve Avrasyalı genomlarında Neandertal mirası vardı.

Mehmet Somel, Hesaplamalı Biyoloji Enstitüsü (PICB), Şanghay

İnsan soyunun tarihini, şempanzeyle ortak atamızın yaşadığı yaklaşık 6,5 milyon yıl öncesinde başlatmak mümkün. Fosil kayıtları, bu ortak atanın Afrika'da, ormanlık arazide yaşadığını gösteriyor. Bu atanın ardılları arasında ormanda yaşayanların, günümüzün şempanzelerine evrildikleri tahmin ediliyor. Daha açık arazilerde yaşamaya başlayan gruplarsa günümüz insanının atalarına evriliyor.

Bu sürecin ilk 4 milyon yılında, iki ayak üzerinde yürüyen ve ortak ataya göre biraz daha büyük beyinli Australopithecus’larla karşılaşıyoruz. Günümüzden 2 milyon önce yine Afrika’da bulunan insansı fosilleri iki büyük farklılık gösteriyor: Beyin hacmindeki ciddi genişleme ve beyin hacminin büyümesiyle ortaya çıkan taş aletler. Böylece bizim de dahil olduğumuz Homo (Lat: insan) cinsi doğuyor.

İki milyon yıl önce ortaya çıkan bu insansılar, zaman içinde Afrika’dan eski dünyaya yayıldılar. Asya’da ve Avrupa’da Homo erectus, Homo heidelbergensis, Homo floresiensis veya Homo neanderthalis gibi isimler verilen bu insansıların fosilleri, modern insan (Homo sapiens) kemiklerinden önemli farklar taşıyor: kimi kısa, kimi daha büyük veya daha küçük beyinli, kiminin kaburgaları günümüz insanlarında görülmeyen biçimde... Ancak tümü iki ayaklı, taş alet kullanıyor ve çeşitli anatomik özellikleri, şempanzeye kıyasla bize çok daha yakın.

Bu fosiller yaklaşık 150 yıl önce keşfedilmeye başlandı. Araştırmacılar, doğal olarak, bunların söz konusu bölgelerde yaşayan farklı insan gruplarının ataları olduklarını tahmin ettiler. 500 bin yıldan daha öncesine ait Pekin adamı fosillerinin günümüz Uzak Asyalılarının ataları, ilk olarak Avrupa’da bulunan Homo neanderthalis fosillerinin de Avrupalıların ataları olduğu öne sürüldü.

20. yüzyılın sonlarında “çok bölgeli insan evrimi” hipotezinin geçersiz olduğu kanıtlandı. Günümüzde yaşayan tüm insanların ortak ataları bir Homo erectus türünden Afrika’da evrilmişti. 200 bin yıl önce Afrika’nın güneyinde ortaya çıkan Homo sapiens, son 100 bin yılda Ortadoğu üzerinden dünyaya yayılmıştı.

Arkeoloji ve genetik camiası bu konuda yaklaşık 30 yıl önce ortaklaştı. Yeni fosil keşiflerinin ve moleküler genetik tekniklerin gelişmesinin de bunda rolü var. Söz konusu teknikler, bir canlının DNA dizisini (DNA’yı oluşturan dört bazın sıralanışının) başka canlıların dizileriyle karşılaştırarak, aradaki akrabalık düzeyini tespite izin veriyor. Akrabalık düzeyi ise, hem insanların hem diğer canlıların geçmişlerini aydınlatıyor.

Biraz ten, biraz gen…
TTAAACTGC, TTATACTGC ve ATAAACCCC, üçer canlıdan alınmış DNA dizileri olsun. Bunlardan ilk ikisinin birbirine daha yakın olduğu (yalnızca bir baz fark var), üçüncüsününse daha uzak olduğu aşikar. Dolayısıyla geçmişte, önce üçüncünün atası, diğer ikisinin atalarından ayrılmış, daha yakın zamanda ise, ilk ikisinin ataları ayrışmışlar (dil aleminden örnek: birinci grup Uygurca, ikinci ve üçüncü gruplar da Azerice ve Türkiye Türkçesi olabilirdi).

Bugün adli tıpta kullanılan babalık testi, parmak izi analizinden çok daha güvenilir olan bu moleküler tekniklere dayanıyor. Bu yöntemler, insan evrimine dair soru işaretlerini de gidermeye yaradı. Daha 19. yüzyılda doğabilimciler, en yakın akrabamızın şempanze olduğunu tahmin etmişti. 20. yüzyılda, genetik olarak da bize en yakın türün şempanze olduğu belirlenince, bu eski tahmin doğrulanmış oldu (şempanzeyle DNA dizilerimiz ortalama yüzde 99, makak maymunu ile yüzde 93 ortaktır iki insanın DNA’ları ise ortalama yüzde 99,9 ortaktır).

Bugün, Homo sapiens’in atalarının 200 bin yıl önce Afrika’da yaşadığını, modern insanın bir bakıma çok genç bir tür olduğunu, farklı bölgelerin insanları arasındaki genetik farkların çok küçük olduğunu biliyoruz. Yine son yıllarda, insan genetik çeşitliliğinin büyük çoğunun Afrika’da olduğunu öğrendik. Yani genetik olarak hepimizin üç aşağı beş yukarı (ten rengi ve birkaç gende kimi değişiklikler hariç) Afrikalı olduğumuz görülüyor.

Bu bulgular, insan evrimine dair bir başka yakıcı soruyu doğurdu: Modern insan grupları, Avrupa ve Asya’da yaşamış olan diğer Homo türlerinden türemedilerse, o zaman beriki türlere ne oldu? Ortadoğu’da ve Avrupa’da yaşamış olan Neandertallere ait kemik ve aletler, yaklaşık 30 bin yıl önce yok oluyor. Modern insanlarsa (sırasıyla) yaklaşık 100 bin ve 50 bin yıl önce bu bölgelere ulaşıyor. Yani bir dönem Neandertaller ve Afrika’dan göç eden modern insanlar aynı bölgelerde yaşıyor. Peki, iki tür kaynaşmış olabilir mi? Yoksa atalarımız, Neandertallerin yok olmasına mı sebep oldu?

Neandertal ve Homo sapiens
Yalnızca fosil kayıtlarına bakarak, Neandertaller ile Afrika’dan yeni göçen Homo sapiens’lerin ne ölçüde hasım ya da dost olduğunu, çiftleşip çiftleşmediğini, genetik olarak karışıp karışmadığını söylemek zor.

Neandertaller, bilinen Homo türleri arasında bize en çok benzeyen grup. Fosil bulgularına göre, Neandertallerin ataları 400 bin yıl önce Afrika’dan çıkarak önce Ortadoğu’ya, oradan Batı Asya ve Avrupa’ya yayılıyor. Günümüz insanının atalarıyla Neandertal ataları 400-500 bin yıl önce ayrışıyor.

Bugüne kadar yüzlerce fosil kemik örneği bulunan Neandertallerin fiziksel görünüşlerine dair ayrıntılı dökümler var: Örneğin Homo neanderthalis kafatasları, Homo sapiens'e göre basık ama epey geriye doğru uzanıyor. Beyinleri bize göre biraz daha büyük. Yüzleri çıkık ve belirgin bir çeneleri yok. Soğuk iklimlere uyum sağlayacak şekilde tıknazlar, göğüs kafesleri fıçı şeklinde... Paleontologlar, bu ve benzeri özelliklerin hiçbir modern insan bireyinde birarada bulunmadığını vurguluyor.

İnsanın ayırdedici özelliği olan alet yapımı, ortaklaşma ve kültüre gelince: Neandertallerin konuşup konuşmadığı halen tartışma konusu -belki hiçbir zaman açıklığa kavuşmayacak. Ayrıca dönemdaşları olan Homo sapiens gruplarından günümüze ciddi miktarda mağara resmi, süsleme ve müzik aletleri külliyatı kalırken, Neandertallere ait benzer sembolik ürünlere pek rastlanmadı. 2009’da kimi Neandertal süslemelerinin keşfine dair bir çalışma yayımlandıysa da, kesin kanaate varmak için erken. Yani Neandertaller ve modern insanlar birbirine çok benzeseler dahi, aralarında belirgin fiziksel ve kültürel farklılıklar vardı. O halde bu iki türün karşılaşmaları nasıl gelişti?

Neandertal-modern insan karşılaşmasına dair spekülasyon mağduru konulardan biri, yokoluşlarında modern insanların rolünün olup olmadığı. Acaba atalarımız, aynı kaynaklar için rekabet yoluyla yahut doğrudan şiddet uygulayarak bu “kuzen türü” ortadan kaldırmış olabilir mi? Yoksa soğuk iklimlere uyum sağlamış olan Neandertaller, yükselen hava sıcaklıklarının mı kurbanı oldu? Bu soruları eldeki verilerle cevaplamak mümkün değil.

Merak uyandıran diğer bir soru ise, Neandertallerin Afrika’dan gelen modern insanlarla çiftleşip çiftleşmediği. İki tür birbirine çok yakın olduğundan, böylesi bir çiftleşmenin mümkün olduğu, döllerinin de sağlıklı olacağı tahmin edilebilir. Yine de, bir çiftleşme yaşanıp yaşanmadığını söylemek yakın zamana kadar imkânsızdı –sadece fosil kaydı yeterli bilgi vermiyordu. Son 30 yılda durum değişmeye başladı. 1980’lerde geliştirilmeye başlanan ve 90’larda popülerleşen kadim DNA teknolojisi, daha önce tahayyül edilemeyecek deneyleri olanaklı kıldı. Polimeraz zincir tepkimesi yönteminden (PCR) yararlanan bu teknolojiyle, ölmüş canlıların parçalanmış DNA moleküllerini çoğaltmak ve dizilemek, yani baz dizilimerini okumak mümkün oldu (bu yöntemlerin adli tıpta da sıkça kullanıldığını not düşelim).

Bu sayede 1997’de ilk defa bir Neandertal’in mitokondrisinin (anneden geçen ve kendi ufak genomuna sahip olan, hücrenin enerji çekirdeği) DNA dizisi yayımlandı. Bu dizi, bilinen tüm insanların mitokondriyel DNA dizilerinden farklıydı. Böylece Neandertallerin günümüz insanlarından farklı bir tür oldukları doğrulanmış oldu.

Fosil kaydına göre de, tüm günümüz insanlarının ortak ataları son 200 bin yıl içinde varolmuşken, günümüz insanıyla Neandertallerin ortak atası 400-500 bin yıl önce yaşamıştı (yani iki dal 500 bin yıl önce ayrışmıştı).

Genom dizilemek ve Neandertal’in insanlığı
Öte yandan mitokondriyel DNA, 3 milyar baz çiftinden (bç) oluşan insan genomunun (her bir hücrede bulunan DNA moleküllerinin) ufak, 16 bin bç uzunluğunda bir parçası. Dolayısıyla canlının geçmişine dair ancak kısmi bilgi veriyor (Yine diller arası karşılaştırmadan örneklersek bu, iki dil grubunu yalnızca birer kelimeyle karşılaştırmaya benziyor). İnsan veya Neandertal genomlarının tümüne bakılırsa, çok daha geniş çaplı bilgi edinmek mümkün.

Bir canlının, hele de soyu tükenmiş, DNA’sı küçük parçalara ayrılmış ve zarar görmüş bir canlının genomunu dizilemek 10 yıl öncesine kadar bir rüyaydı. Teknoloji yine imdada yetişti. 2000’lerde gelişen “ikinci nesil” DNA dizileme teknikleri, bir makineyle bir günde on milyonlarca bazı dizilemeyi olanaklı kıldı.

Almanya’nın Leipzig kentindeki Max Planck Evrimsel Antropoloji Enstitüsü, birkaç milyon dolarlık bütçeyle, Neandertal genomunu dizilemeye girişti. 2005’te işe başlayan ekip, dizilim süreci boyunca büyük badireler atlatsalar da, otantik Neandertal DNA’sını daha yüksek verimle ve kalitede saflaştırıp dizilemenin yollarını buldu.

Bu zor bir işti, çünkü Neandertal kemiklerinden elde edilen DNA’nın azami yüzde 5’i Neandertal’e aitken, geri kalanı kemik üzerinde sonradan üremiş bakteri ve mantarlardan geliyordu! Ayrıca ekip, Neandertal DNA’sına, kemikler üzerinde çalışan araştırmacıların DNA’larının bulaşmadığını (yani Neandertal yerine kendi DNA’larını dizilemediklerini) kontrol etmek için de özel yöntemler geliştirmek zorunda kaldı.

Svante Pääbo liderliğindeki uluslararası ekip, 5 yıl sonunda Neandertal genomunun üçte ikisini, iyi kalitede dizileyebildi. Bu diziyi, daha önce dizilenmiş insan, şempanze ve başka yakın türlerin genomlarıyla karşılaştıran araştırmacılar, birkaç önemli ve çarpıcı sonuca ulaştı.

İlk sonuç, beklendiği üzere, Neandertal’in modern insana (Homo sapiens) son derece yakın olmasıydı. Modern insanla şempanze arasında fark gösteren bazların çoğunda, Neandertal ile modern insan ortaktı. Ancak bu, modern insanla Neandertal arasında fark olmadığı anlamına gelmiyor. Nitekim araştırmacılar, tüm günümüz insanında bulunan, ancak Neandertal’in şempanzeyle ortak ve bizden farklı olduğu, yani “insana has” çok sayıda mutasyon (genetik değişiklik) tespit ettiler. Bunlardan 80 kadarı protein yapısını da etkileyen, yani önemli olabilecek mutasyonlardı. Ayrıca genomun onlarca bölgesinde, modern insanların atalarında pozitif doğal seçilim izi sayılan türde gen frekansı örüntülerine rastladılar.

İlginç olan, bu modern insana has genetik değişimlerin birçoğunun, deri yapısı ve işlevi, zihinsel gelişim ya da anatomik gelişim gibi süreçlerde rolleri olması. Örneğin en çok değişim gösteren bölgelerden birinde, otizmle ilgili bir gen yer alıyor. Bu da söz konusu işlevlerin son 500 bin yıl içinde, modern insanın atalarında evrilmiş olabileceğini gösteriyor. Şimdi araştırmacılar, bu genlerdeki insana has değişikliklerin kesin işlevlerini model organizmalar kullanarak tespit etmeyi planlıyorlar.

Çocuklar kimde kaldı?
Araştırmanın asıl yankı uyandıran bulgusu, Neandertal genomunun Asya, Avrupa ve Afrikalıların genomlarıyla karşılaştırılmasıyla ortaya çıktı. Eğer son 100 bin yıl içinde Neandertallerin, Afrika’dan göç eden modern insanlarla hiç karışmadığını, yani çiftleşmediklerini varsayarsak, Neandertal genomunun farklı kıtalardan insanlara eşit mesafede olmasını bekleriz. Ancak eğer Neandertallerin ataları, örneğin günümüz Avrupalıların atalarıyla karıştılarsa, Avrupalı genomları, ortalamada diğer bölge insanlarına göre Neandertallere daha yakın durmalı.
Bu karşılaştırmayı yapan ekip, Neandertallerin, Afrikalılara kıyasla hem (Pasifik dahil) Asyalılara hem de Avrupalılara daha yakın olduğunu tespit etti. Neandertal-Asyalı ve Neandertal-Avrupalı farkları ise benzer derecedeydi. Bu sonuç, 100 bin yıl önce Afrika’dan Ortadoğu yoluyla göç etmeye başlayan insanların (tüm günümüz Avrasyalılarının, Pasifik toplumlarının ve Amerikan yerlilerinin ortak atalarının), Neandertallerle karıştığını ima ediyor. Arkeolojik bulgularla yan yana konduğunda, karışma, yani üreme mekânının Ortadoğu olduğunu tahmin ediyoruz.
Peki karışma ne yönde oldu? Neandertaller mi insana gen aktardı, yoksa insan mı Neandertalere? Başka deyişle, doğan çocuklar kimde kaldı? Ekibin analizi, Neandertallerin Avrasyalılara genetik yakınlığının sebebinin, Neandertal genlerinin ata Avrasyalılara akması olduğunu gösteriyor. Tersi yönde, insandan Neandertal’e gen akışını destekleyecek yönde bir veri bulunmuyor (gerçi Afrika’dan çıkan insan gruplarının o dönemde nüfusça az olmaları, Neandertal’den insana gen akışının tespitini kolaylaştırıyor). Şimdilik bu cevapla yetinmek zorundayız. Daha fazla Neandertal bireyinin (umarız Türkiye’den de katkılarla) keşfi ve genomlarının dizilenmesi, ileride bu ikinci olasılığı da doğrulayabilir –yani çocukların bir kısmı da Neandertallere gitmiş olabilir.

Çalışma, Avrasyalıların genomlarının yüzde 1 ila 4’ünün Neandertaller’den miras kaldığını tespit ediyor. Kısacası soyu tükenmiş bildiğimiz Neandertaller, Avrasyalıların genlerinde düşük seviyede de olsa yaşıyor.

Mayıs ayında Science dergisinde yayımlanan bu çalışmanın bir ilginç yönü daha vardı. 2000’lerin ortalarında bir dizi araştırmacı aslında bu sonucu tahmin etmiş sadece modern insanlar arasındaki genetik çeşitlilik örüntülerine bakarak, soyu tükenmiş Homo türlerinden Homo sapiens’e bir miktar gen akışı olduğunu hesaplamışlardı. Bunun geçerliliğini kesinleştirebilmek için, nesli tükenmiş türlerin genom dizilerine ihtiyaç vardı. Pääbo ve ekibinin sonuçları, popülasyon genetiği modellerinin de gücünü kanıtlamış oldu.

Neandertal genomunun analizi, insan evrimsel genetiği çalışmalarında yeni bir sayfa açmış görünüyor. Bu gelişme, genetikçiler dışındakileri neden heyecanlandırıyor? Daha da ileri gidersek: Her yıl evrim araştırmalarına aktarılan yüz milyonlarca dolara değiyor mu?
Sorunun iki cevabı var. Birincisi, nereden geldiğimizi ve kim olduğumuzu öğrenmenin entelektüel açıdan bariz bir cazibesi var. Öte yandan, zaman içinde insan biyolojisinin nasıl değiştiğini, hangi genlerimizin ve özelliklerimizin eskiden kalma, hangilerinin çok yeni olduğunu tespit etmek, otizm, şizofreni veya şeker hastalığı gibi genetik temeli olan hastalıkları teşhis ve tedavi açısından son derece önemli.
Kültürümüzü nasıl ancak tarihi gelişimi içinde çözümleyebiliyorsak, biyolojik varlığımız ve onun sorunları da ancak evrimsel tarih içinde çözümlenebiliyor.

Kaynaklar:
Green, RE ve ark., “A Draft Sequence of the Neandertal Genome”, Science 328, 2010
Carroll, SB, “Genetics and the making of Homo sapiens”, Nature 422, 2003

*NTV Bilim'de yayınlanmıştır.

(Homo sapiens vs Neandertal): Homo sapiens sapiens (solda) ve Neandertal kafatasları