Moleküler Filogeni Hikâyesi (Bilim 'Yaratılış' Diyor-23)

Filogeni, evrimci düşünce açısından dogmatik ve sırlı bir değer atfedilen önemli bir kavramdır. Diğer bir deyişle filogeni, bir grup organizmanın farz edilen hayalî ve peşin hükümlü evrim geçmişidir. Temel mantığı ise bir atadan veya kökten değişik canlı türlerine ait nesillerin dallanarak birbirini takip etmesidir. Son zamanlara kadar filogeniler, canlının anatomik ve fizyolojik özellikleri (meselâ, kemik yapıları veya aort yayları, kalb odacıklarının sayısı gibi) yorumlanarak meydana getirilirdi. Moleküler biyolojinin ortaya çıkışıyla birlikte, artık birçok filogenetik hüküm, "daha bilimsel olması için"(!) DNA ve protein karşılaştırmaları temel alınarak verilmektedir.

Bakterilerden insana kadar, canlı organizmaların hepsi DNA, RNA ve proteinler dediğimiz ortak kimyevî malzemelerden yapılmıştır. Bir DNA molekülü; A, T, G ve C olarak kısaltılan ve nükleotid adını alan dört alt parçanın değişik şekillerde kombinasyonuyla yapılmış uzun bir zincirdir. Bir kitap olarak düşündüğümüz canlı organizmanın şifresini teşkil eden harfler olarak değerlendirebileceğimiz bu nükleotidlerin dizilişlerine göre, mesajcı RNA'nın dizilişi belirlenir. Bu mesajcı RNA'daki özel şifre ile organizmanın proteinlerini meydana getirecek olan aminoasitlerin sıralanması belirlenir. Üreme sırasında, DNA'yı teşkil eden harflerin dizilişi, bir DNA molekülünden diğerine kopyalanır. Bu kopyalama sırasında ortaya çıkabilen ve canlının kaderi açısından bir değeri olan moleküler kazalar veya mutasyonlar, bazen ana molekülden biraz farklı moleküller meydana gelmesine sebep olabilir. Bu yüzden organizmalar, kendi atalarınınkinden bir şekilde farklılaşmış DNA moleküllerine (ve dolayısı ile farklı protein moleküllerine) sahip olabilir.

Emile Zuckerkandl ve Linus Pauling 1962 yılında, organizmaların DNA dizilişlerini ve proteinleri karşılaştırarak, birbirleriyle ne kadar yakın akraba olabileceğini hususunda bir fikir çıkarabileceğimizi öne sürmüşlerdir.1 Canlılar arasında yaratılıştan sahip olunan bir hiyerarşi ve mükemmeliyet derecelenmesi vardır. Bir bakteri de, bir sinek de, çok sanatlıdırlar; hattâ bunlar bir mânâda küçük saatlerin yapımının daha zor olması gibi, akıl almayacak kadar hassas ve mu'cizevî organel ve organlara sahiptirler. Ancak bir kuşa veya memeli hayvana yahut insana nazaran sistemleri daha az komplekstir. Bütün canlılar aynı temel malzemelerden yapıldığı için DNA ve proteinlerin alt birimleri olan bu malzemelerin miktar ve yoğunluğunda da aynı paralelde farklılıklar olması çok normaldir (Şekil–1). Her bilgiyi ideolojileri doğrultusunda yorumlama alışkanlığı ile evrimciler, mutasyonların zaman içinde düzenli olarak biriktiğini kabul etmişler ve organizmalar arasındaki farklılığın, ortak atalarından itibaren kaç yıl içinde gerçekleşebileceğinin hesabına girişmişlerdir. Hâlbuki geçmişte hangi noktada, hangi mutasyonun ne kadar sıklıkla olduğunu gösteren bir bilgi ve delil olmadığı hâlde, evrimciler acaba bu yeni yoldan evrime ulaşabilir miyiz ümidiyle, DNA ve proteinleri "moleküler saat" olarak görmüşlerdir.

Moleküler filogeni üzerindeki ilk çalışmaların çoğu, proteinler üzerinde yapılmıştır; ancak proteinlerin dizilişini belirlemenin yavaş işleyen bir süreç olması ve DNA dizisinin belirlenmesi için daha hızlı tekniklerin geliştirilmesi sebebiyle proteinler yerine, onları kodlayan DNA veya RNA dizilimlerini kullanmak daha yaygınlaşmıştır. DNA dizilerindeki bilginin proteine dönüşmesi, hücre içerisinde moleküler bir makine olarak çalıştırılan ve ribozom olarak adlandırılan organele bağlıdır. Bu organelin yapısındaki RNA'ya ribozomal RNA, (rRNA) denir. 1980 yılında, rRNA'yı kodlayan DNA dizilerinden çok miktarda veri sağlanmıştır.

DNA ve RNA dizilişlerini karşılaştırmak, teoride kolaydır; ama pratikte karmaşık bir süreçtir. Gerçek bir DNA parçası binlerce altyapı ihtiva ettiği için, bir karşılaştırma başlatmak için, bu altyapıların hazırlanması kendi başına zor ve karışık bir iş olduğundan farklı gruplandırmalar çok farklı neticeler verebilir. İki DNA dizisini karşılaştırmaya nereden başlayıp nerede bitireceksiniz? Diziler birbiriyle tam olarak eşleşmediği zaman ne yapacaksınız? Bu tarz uyuşmazlıklar nasıl açıklanacaktır? Eşleştirmeler tamamen aynı bile olsa, bu niçin evrime dâir bağımsız bir delil olarak ele alınmalıdır? Eşleşmenin aynı olması, organizmaların aynı fonksiyonel ihtiyaçlarından dolayı olamaz mı?

Bununla beraber, moleküler karşılaştırmalardan elde edilen neticeler, canlıların tarihinde bazı önemli hâdiselere ışık tutmuştur. Meselâ, moleküler analizleri, fosil kayıtlarından anlaşıldığı üzere birdenbire ortaya çıkan Kambriyen Patlaması'nı çürütmek için kullanmışlar; ancak bu analizlerin neticeleri tutarsız olduğundan problemi çözmekte başarısız olmuştur.

Moleküler saat ne kadar doğrudur?

Kambriyen'de âniden ortaya çıkan ve öncesinde evrimleştiklerine ait hiçbir iz bulunmayan fosiller, evrimcilerin en büyük sıkıntılarından biridir. Fosillerin gösterdiği gibi, hayvan filumları Kambriyen Dönemi'nde birden mi ortaya çıkmıştır, yoksa Darwin teorisinin iddia ettiği gibi, milyonlarca yıl önceki bir ortak atadan yavaşça değişerek mi meydana gelmiştir? Kambriyen fosillerinden DNA, RNA veya protein analizi yapmak imkânsızdır; ancak, moleküler biyologlar, bu molekülleri yaşayan türlerle karşılaştırabilme imkânına sahiptirler. Büyük hayvan filumları arasındaki diziliş farklılıklarının mutasyonlardan kaynaklandığını ve bu mutasyonların çeşitli organizmalarda zaman içerisinde aynı oranda biriktiğini farz eden evrimciler, filumların ne kadar önce aynı ortak ataya sahip olduklarını tahmin etmek üzere, dizilimlerdeki farklılıkları, "moleküler saat" olarak kullanmaktadırlar.

Fakat bu metotla elde edilen tarihler birbirinden epey farklıdır. Bruce Runnegar, ilk tahmin olarak 1982 yılında hayvan filumlarının ilk farklılaşmasının 900–1000 milyon yıl önce olabileceğini söylemiştir.2 Russell Doolittle ve çalışma arkadaşları ise 1996 yılında bu tarihin 670 milyon yıl olduğunu ileri sürmüş,3 Gregory Wray ve arkadaşları ise 1200 milyon yıl olduğunu iddia etmişlerdir.4 Neredeyse yarı yarıya bir fark karşısında nasıl karar vereceksiniz? 670 milyon yıl, fosil kayıtları ile nispeten daha uyumludur. Rakamlar bu kadarla kalmamış, 1997 yılında Richard Fortey ve çalışma arkadaşları daha eski bir tarihi belirlerken,5 1998 yılında Francisco Ayala ve arkadaşları daha yakın bir tarihten bahsetmektedirler.6 Ancak bu iki tarih arasında da 530 milyon yıllık bir fark vardır.

Amerikalı genetikçi Kenneth Halanych'e göre: "Tahminlerdeki uyuşmazlık, bu tarz eski olayların tarihinin belirlenmesindeki güvensizliği göstermektedir."7 Paleontolog James Valentine, David Jablonski ve Douglas Erwin'e göre; "kullanılan teknik ya da moleküle bağlı olarak", tahminlerin yüzlerce milyon yıllık farklılıklar göstermesinden dolayı, "en azından filumların ayrılması hususunda, moleküler saatin doğruluğu hâlâ problemlidir." Valentine ve arkadaşları, Kambriyen Patlaması hakkında; "fosil kayıtlarının birinci ve esas delil olma özelliğini sürdürdüğünü ve moleküler verilerin bu gerçeğin üstünü örtemediğini"8 düşünmektedirler. Moleküler analizler Kambriyen Patlaması'nın zamanını çözmeye yetmediği gibi, o dönemde yaratılan hayvan filumlarının akrabalıklarını çözme açısından da başarısız olmuştur.

Anatomik karakterlerine bakarak yapılan bir evrimci sistematikte, omurgalılar eklembacaklılara, nematodlardan (yuvarlak solucanlar) daha yakın bir akrabalık içinde gösterilir. Ancak, 1977 yılında, Anne Marie ve çalışma arkadaşları, hayvanların yakınlık ilişkilerinde, rRNA'larını karşılaştırmayı temel alarak köklü bir değişiklik öne sürmüştür. Buna göre, insanlar, söylendiği gibi böceklere yuvarlak solucanlardan daha yakın değildir.9

Daha sonra anlaşıldığına göre, hangi rRNA'nın analiz edildiğine ve hattâ hangi lâboratuvarın bu analizi yaptığına bağlı olarak(!), hayvan filumlarının moleküler filogenileri farklılık göstermektedir. Evrimci olmasına ve moleküler filogeniden çok ümitli olmasına rağmen biyolog Michael Lynch şöyle itirafta bulunmaktadır: "Büyük hayvan filumlarının filogenik münasebetlerinin açıklığa kavuşması, farklı genler üzerindeki analizler ve hatta aynı genler üzerindeki farklı analizlerin, farklı filogenik ağaçlar ortaya koyması yüzünden, içinden çıkılması zor bir problem hâlini almıştır"10

Çok sayıda bilim adamının devam eden gayretlerine rağmen, büyük hayvan gruplarının moleküler filogenileri arasındaki çelişkiler artarak devam etmektedir. 2002 yılında, Pensilvanya Eyalet Üniversitesi biyologlarından Jaime E. Blair, arkadaşlarıyla birlikte 100'den fazla protein sıralanmasını karşılaştırmış ve şu neticeye varmıştır: "Nematodlar ile eklembacaklıların gruplandırılması, 18s rRNA'lık tek bir genin, analiz edilmesinden kaynaklanan sun'î bir durumdur. Sadece bir veya birkaç genin analizinden çıkan değişmelere dikkat edilmesi gerektiğini gösterir... Bizim sonuçlarımız göstermektedir ki, böcekler (eklembacaklılar), genetik olarak insanlara (omurgalılara), nematodlardan daha fazla yakındır."11

Millî Biyoteknolojik Bilgi Merkezi araştırmacılarından Yuri I. Wolf ve çalışma arkadaşları, 2004 yılında üç farklı filogenetik metot kullanarak 500'ün üzerinde proteini incelemişler ve sineklerle omurgalıları bir araya getirirken, nematodları dışarıda bırakmışlardır.12 Bunu takip eden yıllarda, Fransız biyolog Herve Philippe ve çalışma arkadaşları da, 12 hayvan filumuna dâhil 35 türü ve 146 geni analiz ettiklerinde, tam aksine eklembacaklılar ile nematodları akraba yapıp, omurgalıları dışarıda bırakmıştır.13

Tartışma devam etmektedir ve nerede biteceği ve hattâ bitip bitmeyeceği meçhuldür. Edinburg Üniversitesi'nden evrimci biyologlar Martin Jones ve Mark Blaxter: "Ders kitapları her şeyi çok kesinmiş gibi yazsa da, 150 yıldan beri delil adına toplanmış birçok veri olsa da, hayvanların büyük grupları (filumları) arasındaki nasıl bir münasebet olduğu tartışmalı bir konu olarak kalmıştır."14 der. Biyolog Antonis Rokas ve çalışma arkadaşları 2005 yılında, on yedi hayvan grubundan elli geni analiz etmek için iki farklı metot kullanmışlar ve "farklı filogenetik analizlerin her birinden çelişkili yorumlara ulaşabileceğini'' belirterek, filumlar arasındaki akrabalık münasebetinin "çözülmeden kaldığı" neticesine varmışlardır.15

Moleküler analizler, hem Kambriyen Patlaması'nın tarihinin belirlenmesinde hem de patlamada yaratılan filumların yakınlık münasebetlerini bulmakta başarısız olmuştur. Bu durumda bütün biyologlar, canlıların ortak atasını bulmak için molekülleri kullanırlarsa aslında, moleküler metotların başarısızlığı daha da vurgulanmış olur.

Evrimcilerin büyük ümitlerle bekledikleri "evrensel ortak atayı" belirlemek ve her şeyi içine alan hayat ağacını inşa etmek için 1980'li yıllarda 18s rRNA'nın kullanımına öncülük eden Illinois (Urbana) Üniversitesi mikrobiyologu Carl R. Woese'dir. Ancak, 1990'ların sonlarına doğru, ciddi problemler ortaya çıkmıştır. Kaliforniya (Los Angeles) Üniversitesi'ndeki araştırmacıların ifadesiyle: "Bilim adamları, farklı organizmalardan çok çeşitli genleri analiz etmeye başladıkça, bu genler temel alınarak inşa edilen akrabalık münasebetlerinin, rRNA analizinden elde dilen evrimci hayat ağacından farklılıklar gösterdiğini bulmuşlardır."16 Philippe ve Forterre de benzer bir ifadeyle şunları söylemektedir: "Daha çok dizi kullanıldıkça, çoğu protein filogenetiklerinin, rRNA ağacında olduğu gibi birbirleriyle de çeliştikleri ortaya çıkacaktır."17

Woese'nin bu konudaki tespiti ve neticede geldiği nokta şu ifadelerle anlatılmaktadır: "Şimdiye kadar üretilen çok sayıda proteine bağlı mukayeseli çalışmalardan, uyumlu hiçbir filogenetik organizasyon çıkmamıştır. İlkel organizmalar genlerinin ve proteinlerinin çoğunu, modifikasyonla Darwinci bir menşe'den değil, doğrudan bütün organizmaların ortak malzemesinin kompleks moleküller hâlinde bulunduğu bir tür çorbadan almışlardır."18

Dalhousie Üniversitesi'nden evrimci biyolog W. Ford Doolitte, moleküler filogeninin belki de asla canlılara ait "doğru ağacı" bulamayacağı mânâsına geldiğini belirtmiş ve bunun sebebinin de, moleküler filogeni araştırmalarında yanlış metotlar veya yanlış genler kullanılması değil, "canlıların tarihçesinin gerçek mânâda bir ağaçla temsil edilemeyeceği" olduğu neticesine varmıştır. Doolitte, ayrıca "Belki de, moleküler verilerin Darwin tarafından öne sürülen kalıba sokulmaya zorlanmasından vazgeçilmesi daha kolay ve uzun vadede daha faydalı olacaktır.''19 dedikten sonra bir ağaç yerine "ağ benzeri bir yapı teklif" etmiştir.20 Daha sonra bu fikri geliştirerek hayat ağacını ağ benzeri "hayat sentezi" ile yer değiştirmeyi teklif etmişlerdir.21

İngiliz biyologlar Colin Patterson, David Williams ve Christopher Humphries, 1993 yılında, "Moleküler filogeniler arasındaki uyum, morfolojideki uyum kadar, tespiti zor bir şeydir." diye yazmışlardır.22 Şimdiye kadar gördüğümüz kadarıyla, aynı organizmadaki farklı genlerin karşılaştırılması farklı filogenilere sebep olmaktadır. Aynı organizmadaki aynı genlere ait ancak farklı lâboratuvarlarda yapılan karşılaştırmalar da farklı filogenileri netice vermektedir. Bu yüzden, moleküler filogeniler bir biri ile çeliştiği zaman, onların arasından birini seçmenin tek yolu, ortak ataya dâir bağımsız bir bilgiye sahip olmaktır; fakat böyle bir şey mümkün değildir.

Aslında bütün canlıların ağ benzeri yatay bir organizasyonla birlikte dikey olarak da bir hiyerarşi göstermesi Yaratıcı'nın isimlerinin sonsuz kombinasyonlarda ve girift tecelli etmesini daha kolay kılmaktadır.

Bir kütüphanedeki milyonlarca kitabın her biri ayrı ayrı gâyeler için yazılmış olmasına ve farklı mânâlar ifade etmesine rağmen, 29 harfle yazılmıştır. Bütün kitaplarda ortak harfler gibi birçok ortak kelime de bulunur; hattâ ortak tâbirler ve cümleler de bulunabilir. Ancak hiç kimse bu kitapların ortak bir kitaptan, kendi kendine türediğini söyleyemez. Her kitap bir müellif tarafından bir ilim ve irade ile yazılmıştır. Dolayısıyla aynı dünya şartlarında aynı elementlerle ve kimyevî terkipler kullanılarak yazılmış birer kitap gibi olan her bir canlının, sonsuz bir ilim ve kudret sahibi Yaratıcı tarafından yaratılması dışında bir yol yoktur. Moleküler benzerlikler sadece Yaratıcı'nın birliğinin, benzer mekanizmalarda benzer şifreler kullandığının bir delili olabilir.

Dipnotlar
1- Zuckerkandl, E. and Linus Pauling, L.(1962): Molecular Disease, Evolution, and Genetic Heterogeneity. 189-225, in M; Kasha and B. Pullman (eds,), Horizons in Biochemistry (New York: Academic Press, 1962), 200-201.
2- Rurinegar, B.(1982): A Molecular Clock Date for the Origin of the Animal Phyla. Lethaia 15 (1982): 199-205.
3-Doolittle, R.F., D.F., Tsang,S., Cho,G. and Little, E. (1996): Determining Divergence Times of the Major Kingdoms of Living Organisms with a Protein Clock. Science 271: 470-477.
4-Wray, G.A., Jeffrey S. Levinton, J.S. and Leo H. Shapiro, L.H. (1996): Molecular Evidence for Deep Precambrian Divergences among Metazoan Phyla," Science 274: 568-573.
5- Fortey, R.A., Briggs, D.E.G., and Wills, M.A.(1997): The Cambrian Evolutionary 'Explosion' Recalibrated," BioEssays 19: 429-434.
6-Ayala, F.J., Andrey Rzhetsky, A. (1998): Origin of the Metazoan Phyla: Molecular Clocks Confirm Paleontological Estimates. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 95: 606-611.
7- Halanych, K.M.(1998): Considerations for Reconstructing Metazoan History: Signal, Resolution, and Hypothesis Testing. American Zoologist: 929-941.
See also Simon Conway Morris, S.C. (2000): Evolution: Bringing Molecules into the Fold. Cell 100: 1-11.
8- Valentine, J.W., David Jablonski, D. and Douglas H. Erwin, D.H.(1999): Fossils, Molecules and Embryos: New Perspectives on the Cambrian Explosion. Development 126: 851-859.
9-Aguinaldo, A.A., Turbeville, J.M., Linford, L.S., Rivera, M.C., Garey, J.R., Raff, R.A. and Lake, J.A.(1997): Evidence for a Clade of Nematodes, Arthropods and Other Molting Animals. Nature 387: 489-493.
10-Lynch, M.(1999): The Age and Relationships of the Major Animal Phyla. Evolution 53: 319-325.
11- Blair, J.E., Ikeo, K., Gojobori, T., and S. Blair Hedges, S.B.(2002): The Evolutionary Position of Nematodes. Biomed Central Evolutionary Biology 2:7.
12-Wolf, Y.I., Rogozin, I.B., and Koonin, E.V.(2004): Coelomata and Not Ecdysozoa: Evidence From Genome-Wide Phylogenetie Analysis. Genome Research 14: 29-36.
13-Philippe, H., Lartillot, N. and Brinkmann, H. (2005): Multigene Analysis of Bilaterian Animals Corroborate the Moriophyly of Ecdysozoa, Lophotrochozoa, and Protostomia. Molecular Biology and Evolution 22: 124:6-1253.
14-Jones, M. and Blaxter, M. (2005): Animal Roots and Shoots. Nature 434: 1076-1077.
15-Rokas, A., Krüger, D. and Sean B. Carroll, S.B. (2005): Animal Evolution and the Molecular Signature of Radiations Compressed in Time. Science 310: 1933-1938.
16-Lake, J.A., Jain, R. and Rivera, M.G. (1999): Mix and Match in the Tree of Life. Science 283: 2027-2028.
17-Hervé Philippe, H. and Patrick Forterre, P. (1999): The Rooting of the Universal Tree of Life Is Not Reliable. Journal of Molecular Evolution 49: 509-523.
18- Woese, C.(1998): The Universal Ancestor. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 95: 6854-6859.
19-Ford Doolittle, W.F. (1999): Phylogenetie Classification and the Universal Tree. Science 284: 2124-2128.
20-Doolittle, W.F.(2000) : Uprooting the Tree of Life. Scientific American 282: 90-95.
21- Doolittle, W.F.(2005): If the Tree of Life Fell, Would We Recognize the Sound? 119-133 in Jan Sapp, ed., Microbial Phylogeny and Evolution: Concepts and Controversies (New York: Oxford University Press, 131.
22- Patterson, C., David M. Williams, D.M. and Christopher J. Humphries, C.J. (1993): Congruence Between Molecular and Morphological Phylogenies," Annual Review of Ecology and Systematics 24: 153–188. Ayrıca bak! Colin Patterson, (1988): Homology in classical and
Molecular Biology. Molecular Biology and Evolution 5: 603–625.