Bu hafta yayınlanan bir genetik araştırma, insan genomunu diğer memelilerden ayıran silinme tipi mutasyonların listesini çıkardı. Bu mutasyonlardan bazıları, penis çıkıntılarının yokluğu ve göreli beyin büyüklüğü gibi insana has özellikleri açıklayabilir.
İnsanı, diğer memelilerden ayırdeden, iskelet yapısından beyin işlevine kadar uzanan özelliklerin birçoğu, insanla diğer türlerin genomları arasındaki DNA farklarında kodlanmış durumda. Ancak ‘insanı insan yapan’ genetik özelliklere dair bilgimiz halen çok sınırlı. Oysa ki insan genomu tam on yıl önce dizilenmiş, yani tüm DNA dizisi okunmuş, bunu da fare, sıçan, şempanze, makak genomlarının dizilenmeleri izlemişti.
Genomlar arasındaki tüm farkları bildiğimiz halde, genom farklarını yapısal ve işlevsel (fenotipik) farklarla niye ilişkilendiremiyoruz? Bunun bir sebebi, en yakın akrabamız şempanze ile dahi, 30 milyon küsur genetik farkımızın bulunması (3 milyar baz çifti uzunluğundaki genomun yüzde biri). En büyük dert ise, hayvan genomlarının büyük kısmının işlevsiz olması, yani canlıyı etkileyen bir bilgi içermemesi. İşlevli bölgeler, yani protein kodlayan genler ve bu genlerin etkinliklerini idare eden çevrelerindeki DNA dizileri, genomun ancak yüzde beşini kaplıyor. Bu nedenle, insan ve diğer türler arasındaki genom farklarının hangilerinin vücut yapımızı ve işlevlerini etkilediği araştırmak, samanlıkta iğne aramaktan beter.
Bu hafta Nature dergisinde yayınlanan çalışma, bu metin yolda kaydedeğer bir adım olarak dikkat çekti (http://dx.doi.org/10.1038/nature09774). Çalışma Stanford Üniversitesi'nden David Kingsley liderliğinde, hem deneyselci hem hesaplamalı biyologlardan oluşan on iki kişilik bir ekibin ürünüydü. Ekip, insan genomunu son yıllarda dizilenmiş çok sayıda memeli genomuyla karşılaştırmakla işe başladı.
Memelilerde korunmuş, insanda silinmiş bölgeler
Karşılaştırmada şu bilgiden yola çıktılar: Genomların işlevsiz olan bölgelerinde mutasyonlar serbestçe birikir, türler birbirinden hızla farklılaşır. Ancak genler ve gen idare bölgeleri, türler arasında sınırlı farklılık gösterir. Çünkü işlevli bölgelerde gerçekleşen mutasyonlar bu bölgelerin işlevini bozabilir, bu da canlıyı zayıf düşürüp, yaşama/üreme şansını azaltır. Böylece işlevli bölgelerdeki mutasyonlar negatif doğal seçilimle elenirler. Kısırlığa yol açan mutasyonlar buna örnektir. Dolayısıyla türler arasında az mutasyon görülen bölgelerin işlevli olduğunu tahmin edebiliriz.
Araştırmacılar, memeliler arasında neredeyse hiç değişiklik göstermeyen, ama yalnız insanda mutasyonla silinmiş bölgelerin listesini çıkardılar. Bu şekilde 'memelilerde korunmuş, insanda silinmiş' (MKİS, İngilizce kısaltması 'hCONDEL') beş yüzü aşkın bölge tanımlandı. Bu bölgelerin neredeyse tümü genlerin dışında bulunuyordu. Ancak bu bölgelerin -insan hariç- tüm memeliler arasında korunmuş olması, bunların gen etkinliklerinin idaresinde rolü olabileceğini ima ediyordu.
Bu hipotezi test etmek üzere ekip, iki MKİS bölgesini seçerek işlevlerine baktılar. Birinci aday bölge, androjen almacı (AR) geninin komşusuydu. AR geninin kodladığı protein, memelilerde erkeklik hormonu (testosteron, dihidrotestosteron, vs.) moleküllerine bağlanır, etkinleşir, akabinde belli genlerin anlatımına (bu genlerden protein üretilmesine) yol açar. Bu gen anlatımları sayesinde çeşitli dokularda özgün değişiklikler ortaya çıkar, testis gelişimi veya sakallanma gibi.
Penis çıkıntıları gelişimini etkileyebilecek bir bölge
AR geninin komşusu bu MKİS bölgesinin işlevi, genetiği değiştirilmiş deney fareleri kullanarak incelendi. Araştırmacılar, klasik genetik mühendislik yöntemleriyle MKİS DNA dizisinin şempanze sürümünü, yapay bir ‘muhabir’ gene yapıştırdılar. Ardından MKİS ve muhabir gen içeren bu DNA parçasını farelere aktardılar. Fare embriyolarında muhabir genin anlatıldığı tespit edildi. Yani bu MKİS bölgesi hakikaten gen idaresi işlevine sahipti. MKİS bölgesinin fare sürümü de aynı işlevi görüyordu.
Ancak bu MKİS bölgesi, muhabir genin farenin tüm organlarında değil, yalnızca bıyık ve penisin uç bölgelerinde anlatılmasına yol açıyordu. İşte bu sonuç son derece ilginç.
Nitekim insanı şempanze dahil birçok memeliden ayıran özelliklerden bir kısmı, üreme organlarına dair. Penise dair değişimlerden biri, insan erkeğinde penis kemiğinin (Latince 'baculum') yokluğu. Bir diğer ‘kayıp yapı’ ise penis başında gelişen, tırnağımsı yapıda sert ve ufak çıkıntılar.
İşte muhabir gen farelerde, tam da bu çıkıntıların geliştiği bölgede etkinleşiyordu. Dahası, bu çıkıntıların gelişiminin erkeklik hormonuna ve dolayısıyla AR genine bağlı olduğu daha önce gösterilmişti – öyle ki hadım edilen farelerin penislerinde çıkıntılar gelişmiyordu. Dolayısıyla, söz konusu insanda MKİS bölgesi silinmesinin, söz konusu çıkıntıların gelişimini engellediği düşünülebilir.
Erkekler arası rekabetin azalmasının olası sonuçları
Bu çıkıntıların yokluğunun cinsel hazzı sınırladığı ve cinsel birleşme sürelerini uzattığı düşünülüyor. Peki böyle bir değişim nasıl açıklanabilir? Antropologlar ve primatologlar, insanda üreme sisteminde bu ve benzeri değişimlerin, insan evriminde genel bir örüntüyle ilgili olduğunu düşünüyorlar: Erkeğin yavru bakımına katkısının artması, tek eşliliğin yaygınlaşması, bireyler arası işbirliğinin sıklaşması, sonuç olarak da erkekler arasında eş için rekabetin azalması. Bu örüntü şempanzelerde görülmüyor. Şempanzelerde dişiler birçok erkekle çiftleşirler, ancak yalnız kısa bir zaman aralığında. Erkek şempanze için cinsel birleşme görece ender bir olanak olduğundan, her imkanda dişiyi döllemeyi garantilemek, soyunu sürdürmek için zorunludur.
İnsanda bugün yaygın sosyal yapılarda ise, büyük ölçüde tek eşlilik eğilimi sayesinde bu 'dölleme basıncı' sınırlıdır. Velhasıl insan erkeğinde hızlı boşalma ihtiyacı azalmış olabilir. Gerçekten de, tek eşliliğin yaygın olduğu Amerika kıtası maymunlarında da benzer özellikler görülür: penis morfolojisi basitleşmiş, keza penis kemiği de kısalmıştır (http://dx.doi.org/10.1002/ajp.1350130107).
İnsanda erkekler arası rekabetin azalmasına eşlik etmiş olabilecek değişimler, penis morfolojisinden ibaret değil. İnsan spermleri, şempanzeninkilere göre daha yavaş. Keza insanda testis ağırlığının vücuda oranı, şempanzeden 4 kat, makaktan ise 8 kat daha küçük. Öte yandan erkeklerin uzun yıllar süren çok dişili haremler kurduğu, yani her ay cinsel birleşme için rekabet yaşanmayan gorillerde bu oran, insanınkinden de küçüktür (http://dx.doi.org/10.1038/293055a0).
İnsan evriminde sosyal yapının değişiminin etkisini yansıtması muhtemel bu anatomik özellikler, uzundur antropologların dikkatini çekmekteydi. Ancak şu ana kadar bunların genetik altyapılarına dair elde bir bulgu yoktu. Söz konusu araştırma, bu yönde ciddi bir ipucu sağladı. İnsanda bu MKİS bölgesinin silinmesi sonucu penis başı bölgesinde AR geninin anlatılması sınırlanmış, bu da penis çıkıntılarının gelişimini engellemiş olabilir.
Tabii bu insana mahsus genetik değişimin, çıkıntıların yokolmasından sorumlu olduğunu göstermek için daha doğrudan deneyler de yapılabilir. Bir seçenek, bu DNA bölgesini makak maymununda genetik müdahaleyle silip, yavru maymunda penis çıkıntılarının gelişip gelişmediğini test etmek olabilir.
Arabaşlık: Bir sonraki adım: büyük beyinli primatlar
İncelenen ikinci MKİS bölgesi ise hücrelerin aşırı çoğalmasını (ve kanseri) dizginleyici bir gene, GADD45G’ye komşuydu. Yapılan deneyler, bu bölgenin fare ve şempanze sürümlerinin, çevrelerindeki genin önbeyin gelişimi sırasında anlatılmasını sağladığını gösterdi. İnsanda bu bölge silinmiş olduğundan, insan önbeyin gelişimi sırasında GADD45G etkilenleşemiyor, bu da sinir hücrelerinin ilaveten çoğalmasını sağlıyor olabilir. Tabii bu genin aktivitesinin azalmasının, insanı tümörlere daha yatkınlaştırması da bir başka ihtimal.
İnsan beyninin, şempanzeninkinin üç katı büyüklükte olduğunu, insan evriminde önbeynin de özellikle irileşmiş olduğunu biliyoruz. GADD45G'ın çevresindeki idare bölgesindeki değişimin beynimizin büyümesindeki rolü daha kesin olarak kanıtlanmadıysa da, şu anda eldeki en parlak aday bu. Söz konusu MKİS bölgesini başka primatlarda da genetik deneyler yoluyla silerek, daha büyük beyinli, bir ihtimal algı veya hafızası da daha güçlü canlılar geliştirmek mümkün olabilir. Elbette yalnızca laboratuvarda…
Bu çalışma her ne kadar takdire şayan dahi olsa, birkaç hatırlatmayı da gerektiriyor. Birincisi, bu tür genetik değişimlerin insana özel olmadığı unutmamalı. Nitekim ekip (insan dahil) tüm memelilerde korunmuş, ama şempanzede veya farede silinmiş bölgeler aradıklarında, hem şempanzede hem de farede 300-400 kadar benzer genom bölgesi tespit ettiler.
İkincisi, makalede de belirtildiği üzere, bu değişimlerin pozitif seçilim sonucu gerçekleştiklerine dair bir bulgu yok. Aksine bu silinmelerin önemli bir kısmının olumlu bir işlevi olmayabilir, hatta bizi, başka türlere kıyasla kimi rahatsızlıklara meyilli kılmış dahi olabilir. Tıpkı kanser gibi. İnsan evriminin ne ölçüde doğal seçilim, ne ölçüde mutasyon ve nüfus devinimi gibi rastlantısal süreçlerin ürünü olduğunu gelecek araştırmalar gösterecek (http://dx.doi.org/10.1002/ajpa.21439).
Son olarak, yakın zamanda insanı şempanze ve diğer memelilerden ayıran genetik özelliklerin geniş bir dökümünü beklemek doğru olmaz. Tek tek her bir aday MKİS bölgesinin incelenmesinin büyük emek, kaynak ve zaman gerektirdiği ortada. Ayrıca Kingsley ekibi, ellerindeki uzun listeden en cazip adayları seçerek, basit bir yolla -faredeki etkisine bakarak- incelediler. Bu bölgelerin işlevlerini kesin olarak göstermek için genetiği değiştirilmiş maymunlar kullanmak daha etkili, ancak bir o kadar da zahmetli bir yöntem.
Beri yandan, temel bilimsel araştırmalara şu anda en büyük kaynağı ayıran ülke olan ABD'nin, araştırma bütçesini ciddi oranda kısma ihtimali (http://dx.doi.org/10.1126/science.1204760), bu tür araştırmaların umabileceğimiz kadar hızlı ilerleyemeyebileceğini ima ediyor. Meğer ki başka ülkeler de temel bilimsel araştırmaya daha fazla kaynak ayırmasın.
Mehmet Somel (soL-Bilim)
Not: Bu haberin 10 Mart 2011 tarihinde ilk yayınlandığı sürümünde, söz konusu araştırmada keşfedilen ‘penis çıkıntıları’ yanlışlıkla ‘penis kemiği’ olarak tanıtılmıştı (insanda her iki yapı da mevcut değildir). Bu hatadan dolayı okuyucularımızdan özür diler, uyaran arkadaşlara teşekkür ederiz.