Bilinen bir bakteri, evrimin tamamen kör bir süreç olmadığını kanıtlıyor. Genlerdeki değişimlerin tamamen rastgele olduğu düşünülüyordu. Ancak çevresel stres kaynakları da gen değişimlerinde rol oynayabilir.

NASA kaynaklı bir ekip, transpozonların (bir genomdaki pozisyonları değiştiren DNA dizilerinin) bir yerden başka yere nasıl atladığını gösteren bir yöntem tasarlayan ilk gruptur.

Araştırmacılar, “atlama genleri” olarak adlandırılan bu transpozonların atlama hızının, besin olanağı gibi çevresel faktörlere bağlı olarak arttığını veya azaldığını gördüler.

Urbana-Champaign lllinois Üniversitesi NASA Evrensel Biyoloji İçin Astrobiyoloji Enstitüsü müdürü Nigel Goldenfeld “Çevre, bu ortamların evrim oranlarını nasıl etkileyebileceğini gösteren yeni bir penceredir” dedi. “Evrim oranlarını ilk kez ölçebiliriz ve evrimi moleküler seviyede hareket ederken görebiliriz.”

lllinois Üniversitesi’nden fizikçi Thomas Kuhlman, genlerin atlama oranında, bakteri türlerinin de çevresel etmenler kadar büyük bir role sahip olduğunu belirtti ve “aktarılan öğelerdeki bu aktiviteler tamamen rastgele değil, bu sadece bir hücre yığını değildir” dedi

Kuhlman ve Goldfield Ulusal Bilimler Akademisi bülteninde Tekil Canlı Hücrelerde Gerçek Zamanlı Transpozan Öğe Aktivitesi adında yeni bir makale yayımladılar. Proje Urbana-Champaign Illinois Üniversitesi’nde çalışan fizikçi Neil Kim tarafından yürütülmüştür. Öğrenciler Gloria Lee, Nicholas Sherer ve Michael Martini çalışmada yer almışlardır.

Gerçek Renkler

Goldenfield, evrim üzerine çevrenin rolünü araştırırken Kuhlman da insanların ve hayvanların sindirim sisteminde yaşayan yaygın bir bakteri olan E. coli‘nin biyolojik süreçlerine ve kirli dışkı yoluyla enfeksiyonların nedenine odaklanıyor. İki araştırmacı, bir genomdan “transpozonlar” sıçrayacağı zaman bir floresan proteini ortaya çıkaran bir E. coli’nin tasarımından gelen fikir ile gen atlama hareketini izlemek için yeni bir yaklaşım ortaya attı. E. coli’deki floresan proteini ortaya çıktığında, hücre ışık vererek araştırmacılara diğerlerinden daha fazla atlayan hücreleri kaydedebilmelerine olanak sağladı.

Goldenfield, ”Hücreler sadece bir transpozon atladığında yanar. Bu yüzden ne kadar atladıklarını, nasıl atladıklarını ve nereden atlandıklarını görebiliriz” dedi.

Goldenfeld’in ekibi ayrıca, atlamanın başlıca nedeni olarak rastgele etkinliğin olmadığını göstermek için atlama etkinliğinin bir bilgisayar simülasyonunu yaptı. Simülasyonu laboratuvar denemeleri ile karşılaştırdıklarında, transpozonların rastgele atlamadığı açıktı. Goldenfield, bulguların evrim mekanizmalarına daha fazla ışık tuttuğunu söyledi.

Evrimin temel bir varsayımı, genomlardaki mutasyonların ve diğer belirsizliklerin bir organizmada rastgele “kör” bir evrimsel güç olarak ortaya çıktığı ve hücrede yararlı olanların üreme başarısına yol açtığı yönündeydi. Biyologlar tarafından daha az kabul gören başka bir olasılık ise: Çevre, hücrenin daha iyi gelişmesi için hücrenin veya organizmanın mutasyona uğramasına neden oluyor. Bu uyumsal mutasyonlar veya stresle uyarılan mutasyonlar, ortamdaki stres faktörlerine tepki olarak ortaya çıkıyor.

Goldenfeld, “Çalışmalarımız, çevrenin transpozonların etkin olma oranını etkilediğini ve ardından genoma atlayıp modifikasyonunu etkilediğini gösteriyor” dedi. “Dolayısıyla, çevrenin evrim oranını değiştirdiği öngörülüyor. Çalışmamızın bu noktada cevap veremediği şey: Transpozon aktivitesinin, hücrenin belirli ortamında kötü olan genleri bastırıp susturamadığıdır. Çalışmamız sadece evrim oranının, çevresel strese tepki olarak giderek arttığını söylüyor.

Bu sonuç, bazı mutasyon türleri için diğer çalışmalarla zaten biliniyordu. Bu nedenle, mevcut bilgilere tamamen karşı çıkan bir sonuç değil. Gelecekteki çalışmalar, genom istikrarsızlıklarının ölçülebilir olup olmayacağının incelemesi ve uyarlanabilir hale getirebilmenin üzerine olacağını umuyoruz.    

Kuhlman, daha karmaşık organizmalar üzerinde gelecekte araştırma yapmayı umduğunu söyledi. “Bir sonraki adım maya. Çok basit ökaryotik bir hücre olarak çalışıyoruz ve sonuç olarak yolun sonunda memeli veya insan hücrelerinde çalışılacağız” dedi.

Araştırma, yalnızca yaşamın kökenlerini anlamak için değil, aynı zamanda hücrelerin hızlı mutasyona maruz kaldıkları durumların sebebini anlamak için de önemli. Olası bir uygulama, vücudun geri kalanında sorun yaratan ve anormal şekilde çoğalan kanserli hücreleri yavaşlatmak için kullanılabilir.

Goldenfield, bulguların astrobiyoloji için açık etkileri olduğunu da sözlerine ekledi.

Goldenfield ”astrobiyolojinin ilgilendiği şeylerden biri de çevresel etmenler ile evrim oranı arasındaki etkileşimdir” dedi. “Çalışmalarımız ilk kez transpozon aktivitesi oranı üzerinde çevresel etkilerin bulunduğunu gösterdi çünkü etkiyi tam anlamıyla ölçebildik, bunu nicel olarak yaptık ve transpozon aktivitesinin rastgele olduğu varsayımına dayanan teorik tahminlerle karşılaştırdık. Bu etkinlik hiç de rastgele değil.”

Bu yazı NASA’nın astrobiyoloji programı tarafından desteklenen web yayını olan Astrobiology Magazine tarafından temin edilmiştir.

Yazar: Elizabeth Howell

Çevirmen: Efe Caner Altan

Kaynak: Space.com