Biyologlar - Biyolojiye Gerçekçi Yaklaşım

Biyolojinin rasyonalizasyonu DNA’nın keşfinin öyküsü

---

20. yüzyılda genetikteki üç dev adım Mendel’in kalıtımı nicelleştirmesi, Watson-Crick’in DNA modeli ve İnsan Genom Projesinin başarıyla sonuçlandırılması.

Bilimde her zaman karşılaştığımız gibi bilgi, melekleri de memnun edebilir, şeytanları da. İyimser görüşle, şu anki dünyamızdaki akrabalığımızın farkına varır ve büyük amaçlarımızı genlerimizdeki birkaç harf farkından çıkan küçük hırgürlere kurban etmeyiz.

Okuyacağınız kapsamlı makale, Peter Atkins’in yakında Patika Kitap Yayınevi’nden çıkacak olan “Galileo’nun Parmağı” adlı popüler bilim kitabının bir bölümüdür. Yayınevi yönetimine bu yazıyı Bilim ve Gelecek okurlarıyla paylaşmamıza izin verdikleri için teşekkür ediyoruz. Peter Atkins Oxford Üniversitesi’nde Lincoln College üyesi kimya profesörü ve dünyaca ünlü bir dizi kimya ders kitabının yazarıdır. Galileo’nun Parmağı yazdığı popüler bilim kitapları arasında en büyük etkiyi yaratanı oldu. Kitabı (dolayısıyla okuyacağınız makaleyi de) Barış Gönülşen Türkçeleştirdi. Başlık ve arabaşlıkları biz koyduk. MEB tarafından müfredattan çıkarılması önerilen Evrim Kuramının 20. yüzyıldaki gelişiminin en önemli parçasına yoğunlaşan bu makalenin ilgi ile okuyacağınızı düşünüyoruz. Bilim ve Gelecek artık müfredatlarda bulunamayacak olan konuları sayfalarına taşımaya devam ediyor.

Her birimiz yaklaşık yüz trilyon kişiyiz. Hücrelerimizin her biri -ki yaklaşık yüz trilyon hücremiz var ve hücrelerimizin çoğu o kadar küçük ki şu i harfindeki noktayı kaplayabilmeleri için yaklaşık iki yüz hücre gerekiyor- bizim bütün bedenimiz için geçerli bir şablon içeriyor. İlkesel anlamda (bu her zaman tehlikeli ve şüphe uyandıran bir ifadedir) yüz trilyon hücreye ayrılmış olan bedeninizden yüz trilyon adet sizi doğurabilir, bu yeni sizlerin her biri tekrar parçalara ayrıldığında da buna bir yüz trilyon daha eklenir ve siz ve klonlarınız evrene çabucak tümüyle hâkim olabilirsiniz. Şansımıza bu fanteziyi olanaksız kılan fiziksel ve biyolojik sınırlamalar var. Ama bu olasılığı düşünmek bile yaşamın inanılmaz hücresel yapısını bilmeyi gerektiriyor.

Darwin ve bir keşiş hariç tutulursa Darwin’in çağdaşları kalıtım konusunda hiçbir şey bilmiyorlardı. Doğal dünyayı kavramalarına ve rekabetin sonuçlarına ilişkin derin öngörülerine rağmen, anlama becerileri kalıtımın mekanizmaları konusundaki cehaletleri nedeniyle sınırlanmıştı. O dönemde en çok tutulan mekanizma karışmalı kalıtım’dı ve buna göre her ebeveyn kendi kalıtsal özelliklerini çocuklarının doğacağı potaya atıyor ve çocuk bu karışımdan çıkıyordu. Bu tür bir karışmanın doğal seçilimi desteklemeyeceği, çünkü yeni adaptasyonların hızla kaybedileceği Darwin’in görüşlerine karşı güçlü bir sav olarak ileri sürüldü ve kuramının kabulünü geciktirdi. Aristoteles, soruların peşinde koşmasıyla takdire şayan olsa da, alışık olunduğu üzere yanlış yanıta sahipti ve bu, deneyle desteklenmeden oturulan yerden yapılan spekülasyonun başarısızlığını bir kez daha gösteriyordu.1 Kanın bedenin tüm organlarından geçtiğine dikkat eden Aristoteles kalıtımı kana atfetti, bu bugün bile metafor olarak kullanımda kalmaya devam etmektedir. Dölü saflaştırılmış kan olarak düşündü, cinsel birleşmede adet kanamasıyla karışıyor ve yeni nesle hayat veriyordu.

ÖNEMİ SONRADAN ANLAŞILAN AMATÖR BİLİMCİ: MENDEL

Anahtarı elinde tutan keşiş elbette Gregor Mendel’di (1822-1884). Mendel, Avusturya Silezyası’nda bir bölgeyken Çekoslovakya’ya katılan ve bugünkü Çek Cumhuriyeti’nde yer alan kuzey Moravya’daki Heinzendorf’ta (Hyncice) bulunan bir çiftlikteki bir köylü ailede Johann adıyla doğdu. Babası Anton sağlığı ve geçimi botanik yüzünden, yıkılan bir ağaç yoluyla bozulan bir küçük toprak sahibiydi. Anton, Troppau’da bir lisede, ardından Olmutz’taki üniversitede okuyan, ileride tüm hayatı botanik olacak olan oğlunun öğrenim harçlarını karşılamak için çiftliği damadına sattı. Mendel’in ucuz eğitim almasının tek yolu Brünn’deki (bugünkü adıyla Brno) St. Thomas Augustinyen manastırına girmekti; böylece yirmi iki yaşında Gregor adını aldı ve 1847’de papazlığa atandı. Zihnini daha sonra geliştireceği kalıtımın aritmetiği için hazırlayan bir adım da öğretmen olması düşüncesiyle bilim ve matematik eğitimi almak üzere Viyana’ya gönderilmesi oldu; fakat oradaki dersleri, özellikle biyoloji zayıftı ve iki yıl sonra manastırına dönerek sonrasında da manastırının başrahibi oldu (1868).

Mendel’in hüzünlü raporu

Mendel, İmparator Franz Joseph’in başrahiplikten sorumlu Avusturya kraliyet ve imparatorluk özel görevlisi, Moravya Emlak Bankası başarılı müdürü, Avusturya Meteoroloji Cemiyeti’nin kurucusu, Ülke Tarımı, Doğa Bilimleri ve Bilgisinin İlerlemesi için Kraliyet ve İmparatorluğa bağlı Moravya ve Silizya Topluluğu’nun üyesi ve (en önemlisi) bir bahçıvandı. 1850’lerde, Darwin’in düşüncelerini kaleme aldığı dönemde, kendisine ölümünden sonra ün kazandıracak olan çalışmalarına başladı. 1936’da seçkin istatistikçi ve genetikçi Ronald Aylmer Fisher’in (1890-1962) Mendel’in rapor ettiği sayıların şüpheli olduğunu ileri sürmesi nedeniyle kendisinin ya da yardımcılarının çalışmalarının güvenilirliği hakkında bazı sorular ortaya atıldı (ve güçlü bir biçimde çürütüldü). Mendel ne yaptığını gerçekten biliyor muydu, çalışmalarının başarısı konusundaki efsane onun becerisinden ziyade bizim ona sonradan yaptığımız yüklemelerden mi kaynaklanıyordu gibi sorular da soruldu. Aslına bakılırsa Mendel’in çalışmasının hedefi kalıtımın mekanizmasını değil, melezleşmenin kurallarını anlamaktı. Melezleşmeyle yeni türlerin ortaya çıktığı ve “kararlı melezlerin” yeni türler olduğu şeklindeki o dönemki egemen görüşü kanıtlamaya uğraşıyordu. Umutsuzca peşinden koştuğu hedef yeni bir tür yaratmaktı ve bu konuda çok fena başarısız oldu.

Mendel (esasen başarısızlığının hüzünlü raporu niteliğindeki) bulgularını Brünn Doğa Tarihi Topluluğu’nun 8 Şubat ve 8 Mart 1865 tarihlerindeki toplantılarında sundu ve topluluğun 1866 yılındaki yayınlarında “Bitki melezleri üzerine deneyler” (Versuche über Pflanzenhybriden) adıyla yayımladı. Ulaştığı sonuçlar W. O. Focke’nin Die Pflanzen Mischlinge (1881) kitabındaki yanıltıcı bir alıntı hariç tümüyle göz ardı edildi ve 1900 yılına kadar hiç dikkat çekmedi. Göz ardı edilme nedeninin, o zamanki görüşe göre melezleşmenin rasyonel temelini açığa çıkarmada bir başarısızlık olarak yorumlanmış olması büyük ihtimal. Keza Mendel’in kendisini devlet işlerine vermesi de hayatını adadığı çalışmasının bu üzücü sonucundan duyduğu hayal kırıklığını yansıtıyor olabilir.

Ardından üç botanikçi, Hollanda’da Hugo de Vries, Almanya’da Carl Erich Correns ve Avusturya’da Erich Tschermak von Seysenigg ayrı ayrı güya Mendel’in çalışmalarını hiç bilmeden, duymadan kendi çalışmalarında kopyalayıvermiş olduklarını fark ettiklerini iddia ettiler. Bu raporlarda kendine özgü ilginç bir dalavere de vardır, çünkü yazarlardan birinin (de Vries) diğerlerinden biri (Correns) benzer bir çalışma yayımlayana dek Mendel’in önceliğini tanımayı reddettiği, önceliği üstlenemeyeceğini anlayan de Vries’in bu kez Correns’in fiyakasını bozma amacıyla Mendel’in önceliğini duyurduğu aktarılır. Mendel’e otuz beş yıl boyunca ilgisiz kalınmasının açıklaması için her türden sebep ileri sürülür: Onun akademi dünyasına sızmaya çalışan bir amatör olması gerçeği, hiçbir iyi şeyin çıkamayacağı kiliseyle fazlasıyla yakın bir bağlantısının olması, matematik dilini (ihtiyaç duyduğu basit aritmetiği bile) bilmemesinin o günün biyologlarının aklını karıştırmış olması gibi. Gerçek daha basit olabilir: de Vries, Correns ve von Seysenigg çalışmasını yeniden gündeme getirip daha modern gözlerle inceleyene dek kimse onun kalıtım mekanizmasıyla alakalı olduğunu düşünmemiştir.

İdeal bitki: Bezelye

Mendel çalışmasını 19. yüzyılda gerçekleştirmiş olmasına rağmen önemi ancak 20. yüzyılda fark edilebildi. Tıpkı Planck’ın enerjiyi kuantize etmesi gibi Mendel’in de kalıtımı kuantize ettiğini bugün anlıyoruz. Artık onun başarısının o zamanki hâkim karışmalı kalıtım kuramının çöküşüne ve kalıtım yoluyla iletilen bilginin ayrık birimler halinde taşındığını söyleyen kuramın bir süre sonra onun yerini almasına sebep olan kanıtı sağladığını görebiliyoruz. Sekiz yıl boyunca çalışmalarının merkezinde bezelyeler (Pisum sativum) yer aldı; bu bitki taşıdığı bir dizi özellik nedeniyle yürüttüğü çalışma açısından ideal nitelikteydi. Bir kere çiçeğinin yapısı özeldi ve iki bitkiyi melezlemeyi ya da doğada olduğu gibi kendi kendisine tozlaşmayı kolaylaştırıyordu. Dahası bitki bir dizi değişken özelliğe sahipti: Örneğin taç yaprakları beyaz ya da mor, bezelyeleri yuvarlak ya da buruşuk, içleri yeşil ya da sarı olabiliyordu; yeşil ya da sarı kabukların içinde büyüyebiliyor ve bodur ya da uzun bitkiler oluşturabiliyordu. Ek olarak ve muhtemelen gerçek neden de buydu, bezelyeye bir tohum tüccarı aracılığıyla ucuz şekilde ulaşılabiliyor; az yer kaplıyor ve hayli kısa bir zamanda çok sayıda tohum üretiyordu. St. Thomas manastırının menüsünde bezelye çorbasının oldukça sık karşımıza çıktığını da varsayabiliriz. Bahçe bezelyesinin tek dezavantajı bahçe düzenlemesinde pek de fotojenik olmamasıdır, sonradan Mendel’in deney bahçesine ziyaretçileri mutlu etmek amacıyla çok daha zarif bir görünüme sahip begonyalar ekilecektir.

Mendel süs bitkilerinin melezlenmesinin sonraki nesillerde tekrarlanan değişkenler üretişine hayran kalmıştı. Bu gözleminin altında yatabileceğini düşündüğü sistematik örüntüyü aramaya karar verdi. İlk iki yılda saf şekilde üretilebildiğine emin olduğu, yani yeşil bezelye bitkilerinin yeşil bezelye, sarı bezelye bitkilerinin sarı bezelye verdiği ve diğer özellikleri de aynı şekilde olan bitkilerle işe koyuldu. Ardından çapraz ve düz üretimlere geçti. Örneğin yeşil bezelyeleri sarı bezelyelerle çaprazladığında, ilk yavru nesildeki bütün bezelyeler (F₁ melezler) sarı oluyordu. Fakat melezler kendileriyle çoğaltıldığında (kendileme) bir sonraki, F₂ jenerasyonundaki bezelyelerin dörtte üçü sarı ve dörtte biri yeşil oluyordu. İlk baştaki yeşil gizemli biçimde yeniden karşımıza çıkıyordu. Başka özellikler gösteren bitkileri çaprazlayıp ardından kendileriyle çoğalttığında benzer bir örüntü aynı sayısal oranlarla tekrar ortaya çıkıyordu. Bir örüntünün ortaya çıktığı açıktı ve örüntüler açıklanmaya ihtiyaç duyar.

Mendel’in deneylerinin açtığı yol

Mendel elde ettiği çok sayıda sonuca dayanarak bir hipotez oluşturdu. Elindeki ilk ipucu deneylerinin basit sayısal oranlarda değişkenlere yol açmış olması gerçeğiydi. Bu oranlara ilişkin elde ettiği ayrık sayıları açıklamak için her bir ayırt edici özellik (örneğin yeşil ve sarı bezelyeler) arasındaki farkın bitkideki farklı ayrık birimlerin varlığı nedeniyle olduğunu ileri sürdü. Mendel ayrık kalıtımsal oluşumları belirtmek için “öğe” terimini kullandı ve bitkilerinin dış görünümünü, fenotipi ele alırken farklı “özelliklere” atıfta bulundu. Gerekçelendirmesi büyük oranda bu gözlemlenebilir özelliklere dayanıyordu ve altta yatan “öğelerin” rolüne dikkat gösterenler daha sonraki yorumcular oldu. Bu oluşumlara o zamandan bu yana birçok isim verildiyse de, bugün Danimarkalı biyolog Wilhelm Ludvig Johannsen’in 1909’da önerdiği isimle anılıyorlar: Genler. Belirli bir fenotipten, örneğin bezelye renginden sorumlu olan genlerin farklı versiyonlarına ise alel denmektedir. Dolayısıyla yeşil bezelyeler ve sarı bezelyeler bezelye renginden sorumlu olan genin farklı alellerine karşılık gelmektedir.

Mendel basit sayısal oranlara açıklık getirmek için (günümüzün diliyle söylersek) genlerin çift halde var olduğunu, bir çiftin bir ayırt edici özelliğe karşılık geldiğini ve gametlerin (hayvanlarda yumurtalar ve spermler, bitkilerde tohum taslakları -ovüller ve çiçek tozları-polenler) her birinin genlerden birini içerdiğini kabul edebileceğimizi tespit etmişti. Döllenme gerçekleştiğinde (bitkilerde tozlaşma) erkek ve dişi gametler rasgele şekilde birleşiyor ve böylece tekil genleri tekrar çift hale getiriyordu. Mendel kalıtımsal özelliklerin baskın ya da çekinik olduğunu tespit etmişti ve bugün bu ayrımın genlerde de geçerli olduğunu görebiliyoruz. Bu nedenle eğer baskın bir alel çekinik bir alelle çiftleşirse fenotip baskın alelin özelliklerini gösterecektir. Örneğin Mendel’in deneyleri sarı bezelye alelinin yeşil bezelye aleline baskın olduğunu göstermektedir, çünkü saf sarı bitkiler saf yeşil bitkilerle çaprazlandığında, yavruların hepsi sarıdır.

Bu fikirleri sembolik yoldan gösterebiliriz. Sarı bezelye alelini S ile, çekinik yeşil bezelye alelini s ile gösterelim (Temel genetikteki uygulama budur: Baskın alel, kendisinin özelliğini gösteren bir harfle ve çekinik karşıtı da onun küçük harfle yazılışıyla gösterilir). Saf sarı bezelye ve yeşil bezelye bitkileri sırasıyla SS ve ss’dir. Her bir bitkinin gametleri sırasıyla S ve s’dir. Bunlar çaprazlandığında yavru bireyler Ss olur ve sarı (S) baskın olduğu için hepsi sarı bezelyeye sahiptir. Şimdi bu melezleri kendileriyle çoğaltalım. Ss bitkilerinin gametleri rasgele olarak S ve s olduğu için Ss bitkilerinin yavruları SS, Ss, sS ve ss olacaktır. Sadece sonuncusu, ss yeşil bezelyelere karşılık gelir (çünkü Ss ve sS’de S baskındır); dolayısıyla bitkilerin sarı ve yeşil olma oranı tıpkı Mendel’in gözlemlediği üzere 3:1’dir. Mendel bu basit şemayı başka ayırt edici özelliklere ve kombinasyonlara genişletmeyi (örneğin bodur kalan yeşil bezelyeler) başardı ve her örnek durumda beklediği oranların doğrulandığını buldu. (Fisher’in istatistik üzerinden yaptığı saldırı bu noktadadır, çünkü oranlar kesin değildi ve sonuçlardaki dağılım şüphe doğuruyordu ki bunun nedeni örneğin hafif pürüzlü yüzeyi olan bir bezelyenin pürüzlü mü pürüzsüz mü olduğuna karar verirken istenilen doğrultuda düşünmekten doğabilecek sapma olabilir).

Kalıtım, Mendelci yasalara uyma ve basit istatistik özellikleri gösterme anlamında tümüyle ve istisnasız Mendelci değildir. Uzman tavsiyesi tarihinin belki de en kötü tavsiyesini veren kişi, Mendel’in savlarını anlamayan ve ona bezelyelerle uğraşmaktan vazgeçip farekulaklarını (Hieracium) çalışması gerektiğini söyleyen Münih Üniversitesi’nden Alman botanikçi Karl Wilhelm von Nägeli’dir. Fakat farekulağı somatik partenogenezle (yani eşeysiz şekilde) çoğalır ve Mendelci kalıtımı ispatlamak için ondan daha uygunsuz bir şey bulunamaz. Mendel farekulaklarıyla yaptığı deneylerin hiçbir sonuç vermeyip fikirlerini kesinlikle doğrulamadığında hüzünlenmiş olmalı. Daha önce fasulye bitkisiyle (Phaseolus) yaptığı deneylerden aldığı sonuçlar da moralini bozmuştu zaten; değerlendirdiği özelliklere o kadar çok sayıda gen etki ediyordu ki Pisum’da çok net olan beklediği sonuçlar orada da çıkmıyordu.

Eşeye bağlı kalıtımın hepsinin Mendelci olmamasının hemen göze çarpmayan daha derin nedenleri vardır; çünkü bazı genler başka genlere bağlıdır ve bazı özellik çiftlerinin kalıtımı rastlantısal değildir. Dahası birçok gen, fenotipin birden fazla özelliğini yönetmesi anlamında pleiotropik’tir ve organizma, özelliklerin genler üzerine bire bir eşlenmesi değildir. Örneğin birçok genetik araştırmanın kahramanı meyve sineği Drosophila’da görülen bir mutasyon petek gözlerinde ve böbreklerinde (Malpighi tüplerinde) pigmentlenme yokluğuna sebep olur; bir başka mutasyondaysa kanatlar yana doğru uzanmakla kalmaz, sineğin sırtındaki bazı kıllar kaybolur. Mendelci kalıtımın apaçık olduğu örneklerde bile istatistikler ikincil etkiler sonucunda görünmez olabilir. Örneğin man kedisinde bir gen vardır, buna t diyelim ve Tt kedide normal omurga gelişimini engelleyerek bilinen kuyruksuz fenotipe sebep olur; alelin çifte dozu bir tt kediye verildiğinde hayatta kalamaz ve tt embriyoları ölür. Tt kedilerin kendisiyle çoğaltılması bu yüzden TT, Tt ve tT sonuçlarını verir, dünyaya getirdiği yavrularda beklenen 1:3 değil 1:2’lik bir oran görülür.2

YENİ BİR BİLİM DALI DOĞUYOR: GENETİK

Bu şekilde konu otuz beş yıl bekledikten sonra bahsettiğimiz hafif bulanık koşullarda gün yüzüne çıktı ve isteksizce kabul edildi. Fakat Mendel’in gözlemleri karanlıkta tutulurken biyoloji, onun yoluyla birleşmeye yazgılı başka bir yolda ilerliyordu.

Alman biyolog Ernst Haeckel (1834-1919) bir türün evrimsel tarihini kast ettiği filogeni kavramını ortaya attı ve ontoloji bir bireyin gelişimi olmak üzere, “filogeninin ontolojiyi yinelediğini” ileri sürdü. Anlatmak istediği, bir embriyonun rahimde gelişirken geçirdiği değişikliklerin türün evriminin hızlı bir versiyonu olduğuydu. Ayrıca ölümünden yirmi yıl sonra korkunç sonuçları olacak bir düşünceyi, siyasetin uygulamalı biyoloji olduğu düşüncesini ortaya attı. Şu anki konuyla daha ilgili olan özelliği, 1868’de biyolojik hücrelerin çekirdeklerinin kalıtımı yöneten bilgiyi içerdiğini ileri sürmesiydi. Alman embriyoloji uzmanı Walther Fleming bu fikri daha da ileri taşıyarak 1882’de semender larvalarının hücre çekirdeklerinin çubuğa benzer ve bazı renklerin emilmesiyle renklendirilebilen çok küçük yapılar içerdiğini keşfetti. Bu gözleme dayanarak 1889’da Wilhelm von Waldeyer kromozom (“renkli vücut”) adını önerdi.3

Kromozomlar sahneye çıkıyor

Hücrelerin çekirdeklerindeki kromozom sayılarının hesaplanması bilindiği üzere zordur, çünkü bölünmeye uğrayarak kendini kopyalamaya ve bölünmeye başlayıncaya dek çekirdek içerisinde çözük, dolanık ve dağılmış haldedirler. Bizim diğer hayvanlardan daha üstün olduğumuz ve bitkilerin genellikle bizden daha az kromozoma sahip olmasının da bunun göstergesi olduğu söylenir: Biz yirmi üç çifte sahibiz, ev faresiyse sadece yirmi iki çift kromozoma sahip. Fakat domatesin yirmi iki kromozomu varken, patatesin yirmi dört kromozomu var. Aslında saymak o kadar zordur ki insanların uzun süre şempanzelerle aynı sayıda kromozoma sahip olduğu düşünülmüştür (yirmi dört çift). Doğru sayı yirmi üç, ancak gururumuzun çiğnenmesini kabul etme pahasına ve kromozom sayısının dediğim dedik kendini beğenmişliğimizle bağlantısız olduğunu öne sürmemiz sayesinde kabul edilebildi.4

Yüzyılın dönümünde biyologlar kromozomların kalıtımın enstrümanları olduğundan şüphelenmeye başladılar. Kromozomların Mendelci kalıtımla iç içe geçmesi, 1902 yılında Walter Sutton (1877-1916) adlı New York’ta Columbia Üniversitesinde çalışan bir yüksek lisans öğrencisinin çekirgelerin (daha net belirtirsek ABD’nin batısı ve Meksika’nın ovalarında bulunan büyük hücreli ve kolay görülebilir kromozomlara sahip bir ova çekirgesi türü olan Brachystola magna) spermi üzerine çalışmasıyla oldu. Sutton eşli kromozomların aslında ayrıldıklarını ve her çiftin bir üyesinin başka bir hücrenin içine gittiğini bulguladı. Keşfine Sutton-Boveri kuramı adı verildi, zira denizkestanesi yumurtalarını inceleyen Alman biyolog Theodor Boveri (1862-1915) 1904 yılında kendisinin de aynı fikre Sutton’la hemen hemen aynı zamanda sahip olduğunu iddia etti. Boveri de (başkaları gibi) bazı önemli düşünsel katkılar yapmıştı ama (daha önemlisi) güçlü dostlara sahipti.

Bu aşamada artık Mendel’in genlerinin Sutton’ın kromozomlarıyla taşındığı sonucunu çıkartabiliriz. Dünya yeni bir bilim dalına hazırdı. 1905’te “genetik” terimi, William Bateson tarafından Cambridge zoologlarından Adam Sedgwick’e yazılan bir mektupta önerilmesinin ardından 1906 yılında melezleştirme konusunda düzenlenen üçüncü uluslararası konferansta kamuoyuna duyuruldu.

Mitoz bölünme ve mayoz oluşum

Genetik ve kalıtımın gizli dünyası konusunda ilerlemeden önce hayati önemde iki süreçten haberdar olmak zorundayız: Somatik hücrelerin (normal vücut hücrelerinin) bölünmesi mitoz ve hayvanların gonatlarında (cinsel organlarında) ve bitkilerin erkek organları ve tohumluklarında gametlerin (sperm ve yumurtalar, polen ve tohum taslaklarının) oluşumu mayoz. Bu son bahsedilen süreçteki incelikler, eşeyli üremenin evriminin bu kadar zor anlaşılmasının nedenlerinden biridir. Buna rağmen doğa görevini yapar ve lojistik açıdan mitozdan çok daha talepkâr bir görev olan mayoz, ihtiyaç duyulduğu yer ve zamanda gerçekleşir. Elinizdeki bir biyoloji ders kitabı değil, bu yüzden daha sonra aktaracaklarımızın anlaşılması amacıyla bu iki sürecin kabataslak bir aktarımını yapmakla yetineceğim.

İlk olarak mitozu, somatik hücrelerin ikileşmesini (replikasyonunu) ele alalım. Bir hücre, döngüsel bir yaşama sahiptir ve zamanının yaklaşık yüzde onu mitoz geçirme sırasında harcanır. Zamanının geri kalanı da ikileşme eyleminde kullanılacak birçok malzeme hazırlandığı için çok büyük öneme sahiptir. Görünüşe göre nadasa bırakılmış oysa aslında bereketli bu zamanın çoğunda bizim yirmi üç çift kromozomumuz genişletilerek hücre çekirdeği içerisinde dolanık şekilde dağılır. Mitozun başlangıcında (Şekil 1) kromozomlar daha kolay hareket edebilmek için hazırlanmak amacıyla sarılarak küçülür. Bu aşamada her kromozomun çoktan ikileşme yaşamış olduğu görünür hale gelir; çünkü her biri, sentromer adı verilen bölgede birbirine tutturulmuş kromatit denen özdeş çubuğa benzer iki birimden oluşur ve genişletilmiş birer X gibi gözükür. Ardından çekirdek kılıfı çözülür ve çekirdek bileşenleri ve etrafındaki sitoplazma, hücre duvarının içerisinde ama çekirdeğin dışındaki bileşen ve yapıların karmaşık karışımı iç içe geçerek birleşir. Kromatitler ayrılır ve (artık ayrılmış kromatitlere baktığımız için) iki kromozom topluluğu arasında yeni hücre zarı oluşmaya başlar, her ikileşmenin etrafında yeni birer hücre zarı oluşmaya başlar, kromozomlar çözülür ve sonuçta bir yerine iki özdeş hücremiz olur.

Şimdi de mayozu, gametlerin oluşumunu ele alalım. Bu süreç, nihai sonuç olarak her biri kromozomların tümlüğünün yarısına sahip (insanlarda yirmi üç kromozom) dört hücre oluşumu elde edileceği için mitozdan biraz daha inceliklidir. Biraz karmaşık bir süreç olduğu için bir çift kromozoma odaklanmış olduğumuz Şekil 2’deki adımları izleyin. İlk başta kromozomlar birbirine dolanıktır ve çekirdeği doldurmaktadır, ama mayoz başlayınca birbirlerinden ayrılmaya ve küçülmeye başlarlar. Bu aşamada mikroskopla bakıldığında her bir kromozomun ikileştiği ve aynı mitozdaki gibi alışık olunan uzatılmış X şeklinde sentromerde birleşmiş iki kromatitten oluştuğu anlaşılır. Fakat şimdi babadan ve anneden gelen kromatit çifti beraber hareket eder ve bir fermuarın iki tarafı gibi uzatılmış bir bütünlük oluşturur. Her kromozom telomerler (“uzak parçalar”) denen uç kısımlarından çekirdek kılıfına bağlıdır; bu bağlanma muhtemelen fermuarın bir tarafının eşini bulmasına yardımcı olmaktadır. Kopyalanarak çoğaltılmış iki kromozom bir arada dururken, kromatitin içindeki babanın girdisini temsil eden malzeme kromatitte annenin sağladığı girdinin bulunduğu bölgedeki malzemeyle değiştirilir. Genetik varyasyonun organizmada gerçekleştiği an budur.

Organizmanın tarihindeki bu düğüm noktasının ardından parça değişimi sürecinde iki melez kromatit çifti iki bölgeye çekilerek mitozda olduğu gibi her biri bir çift kromatit içeren iki hücre oluştururlar. Bu çizimdeki “birinci mitoz bölünme”dir. Ardından “ikinci mitoz bölünme”de kromatit çiftlerinin her biri birbirinden koparılarak artık tekil hücreleri dolduran tekil kromozomlar haline getirilir. Sürecin bu son noktasında eskiden bir hücremiz varken artık dört hücreye sahip oluruz ve her iki ebeveynden gelen genetik malzeme dört hücreye dağıtılmıştır. Bu hücrelerden birinin kromozomları sarı bezelyelerdeki genin baskın Y alelini içerebilir, bir başkası yeşil bezelyelerdeki çekinik y alelini içerebilir. Mendel’in aritmetiği kendi bahçesinde ortaya çıkmak üzeredir. Fakat burada bilimin başka bir özelliğine de dikkat edelim: Basit bir aritmetik gözlemin altında, bu örnekte hücre biyolojisinde gördüğümüz üzere, çok derin bir karmaşıklık yatabilir.

KALITIMI SAĞLAYAN ÖZ: DNA

Şimdi sıra kromozomu çözmeye geldi. Kalıtımı sağlayan asıl öz nedir? Genetik bilginin fiziksel cisimleşmesi nedir?

Kalıtsal bilgiyi bir kimyasalın şifrelediği fikri 19. yüzyılda doğmuştu; tüm bu aktarılanlardan sonra başka ne olabilirdi ki? 1902 yılından itibaren proteinlerin belirli bir dizilime sahip (buna birazdan değineceğiz) yaklaşık yirmi aminoasitlik bir dizinden oluşmuş, uzun, iplikli (genellikle sarmal bir damlacık şeklinde) moleküller olduğu kabul edildikten sonra, proteinlerin genetik bilgiyi şifrelediği ve farklı aminoasit dizilişlerinin bir önceki nesilden sonrakine farklı mesajlar ilettiği fikrine genel bir rağbet gösterildi. Kuşkusuz hücre çekirdeklerinde başka bir molekül türü olması da zihinleri kurcalıyordu; çekirdekten geldiğinin bilgisiyle “nükleik asit” adı verilen molekül başka türde bir iplikten oluşuyordu ki bunu daha sonra açacağız. Bu nükleik asitler kromozomlarda taşınan muazzam bilgi miktarını iletebilme yönünden göze yapısal açıdan fazla basit ve sıkıcı göründüler. Bitkilerdeki selülöze benzer şekilde, yalnızca hücrelerin yapılarına katkı yaptıkları genel kabul gördü.

Basit ve sıkıcı nükleik asit terfi ediyor!

Bu görüş 1944 yılında değişecekti. Nova Scotia’da Britanya göçmeni bir ailede doğmuş, fakat tüm yaratıcı çalışmalarını ABD’de yapmış olan biyokimyacı ve de kornet sanatçısı Oswald Avery (1877-1955) pnömoni (zatürre) hastalarının ağızlarında, ayrıca da sağlıklı insanlarda bulunan farklı pnömokok türlerini araştırıyordu. Pnömokokların (pnömoniye sebep olan bakterilerin) çeşitlilik gösterdiği 1923 yılından beri bilinmekteydi: Öldürücü olmayanları göze pürüzlü gözükürken, öldürücü iplikler düz gözüküyordu. Londra’da Sağlık Bakanlığında Streptococcus pneumoniae üzerine çalışan Frederick Griffith (1879-1941) pürüzlü ve düz ipliklerin birbirine dönüştürülebileceğini gösterdi. Avery ve arkadaşları 1930 yılında çalışmaya başlayarak kısa süre sonra bir bakteri türünden diğerine geçişin hücrelerden parçalar çıkartılarak başarılabileceğini ve etkin unsur gibi gözüken bir “dönüştürücü kaynağın” elde edilebildiğini buldular. Ardından Avery dönüştürücü kaynağın yapısını tespite odaklandı. Proteinleri etkisizleştiren enzimler olan proteazların onların aktivitesine hiç etki etmediğini buldu, dolayısıyla kaynak bir protein değildi. Lipitleri parçalayan enzimler olan lipazların, hücre duvarlarını oluşturan yağlı maddelerin de etkisi olmadığını buldu, dolayısıyla kaynak lipit de değildi. Dönüştürücü kaynağın ne olmadığına karar verdikten sonra Avery bir dizi test yaparak devam etti ve bu testler kaynağın sıkıcı bir eski nükleik asit olduğunu kesin olarak gösterdi. Masa tamamen tersine çevrilmişti ve nükleik asitler Clark Kent’in Süpermen’e dönüşmesi gibi dünyadaki en ilginç ve en önemli moleküller olmaya terfi ediyordu.

Herkes ikna olmamıştı. Kimileri kalıtımda protein kuramına o kadar bağlıydı ki dönüştürücü kaynağın belki de nükleik asitle ilişkili henüz saptanmamış bir protein olduğu iddiasında ısrarcı oldu. Bu görüş ilerleyen yıllarda kesin şekilde çürütülecekti. 1952 yılında Alfred Hershey (1908-1997) ve lisans öğrencisi asistanı Martha Chase bakterileri enfekte eden virüsler olan bakteriyofajlarla yaptıkları deneylerin sonuçlarını duyurdular. Fosfor elementinin nükleik asitlerde görüldüğünü ama proteinlerde görülmediğini ve sülfürün proteinlerde görüldüğünü ama nükleik asitlerde görülmediğini kaydettiler. Ardından her birinin radyoaktif versiyonlarını kullanarak iki elementin de bulundukları yerlerin izini sürerek enfeksiyon sürecinde bakteriyel hücreye yalnızca fajın nükleik asidinin girdiğini, proteininin hiç girmediğini gösterdiler. Bu deney dünyayı kalıtsal bilgiyi bir nükleik asidin şifrelediğine ikna etti.

Peter Atkins

Çeviri: Barış Gönülşen

Bilim ve Gelecek: "Biyolojinin rasyonalizasyonu DNA’nın keşfinin öyküsü"

https://bilimvegelecek.com.tr/biyolojinin-rasyonalizasyonu-dnanin-kesfinin-oykusu/

---