Home � Bilim

Beynimizin evrimsel süreçte büyümesinde rol oynayan bir gen bulundu

 

   İnsan beyni evrim sürecinde çarpıcı bir büyüme göstermiş, son 7 milyon yılda hacmen 3 katına çıkmış ve sonunda vücut enerjimizin beşte birini tüketen, 86 milyar nöron içeren yaklaşık 1200 cc’lik bir organa dönüşmüştür. Bu sayede bize, soyut dil kullanmak ve karmaşık matematik problemleri çözmek gibi bazı özgün yetenekler kazandırmıştır. En hızlı büyüme ise son 2 milyon yılda gerçekleşmiştir. 1,8 milyon yıl önce yaşamış olan insansı atalarımızdan Homo erectus’un beyni, modern insanın beyninden çok küçüktür (900cc.) Bu fark neden ve nasıl ortaya çıkmıştır? Veya beynimiz, DNA’larımızın neredeyse %98’i aynı olan en yakın akrabalarımız şempanzelerin beyninden nasıl daha büyük hale gelmiştir?

 

   Bilim insanları asırlardır, “insanı insan yapan” şeyi anlamaya çalışmaktadır. 2004 yılında tamamlanan İnsan Genom Projesi ve 2005 yılında tamamlanan Şempanze Genom Projesi’nin ardından, türümüzün sağkalımını olumlu yönde etkileyen bazı özelliklerin (büyük beyin, bipedalizm, değişen beslenme alışkanlıkları vb) moleküler temelleri de incelenebilir hale gelmiştir. 2008 yılına gelindiğinde, insan ve kuyruksuz maymun genomları üzerinde yapılan yaklaşık 24 adet bilgisayarlı karşılaştırma çalışması, önemli olabilecek yüzlerce DNA parçası keşfetmiştir. Ama belli bir DNA parçasının insanın evriminde gerçekten de büyük bir fark yarattığına ilişkin çalışmaların sayısı sınırlıdır.

 

   Geçtiğimiz haftalarda araştırmacılar, fare embriyolarına bir parça insan DNA’sı naklederek fare beynini büyütmeyi başarmıştı. Bu çalışma Current Biology’de yayınlandı. Şimdi başka bir ekip daha da ileri giderek fare beynini sadece büyütmekle kalmadı, ona primat beyinlerine özgü katlantıları da kazandırdı. Üstelik bunu sağlayan geni de teşhis etmeyi başardı. 26 Şubat 2015 tarihinde Science dergisinde yayınlanan bu çalışma, bilim insanlarının türümüzün bilişsel yeteneklerini ortaya çıkaran evrimsel basamakları çözümlemesi yolunda çok önemli bir adım oldu.

 

   Söz konusu çalışma, Almanya’daki Max Planck Moleküler Hücre Biyolojisi ve Genetik Enstitüsü’nde görevli bir gelişimsel nörobiyolog olan Wieland Huttner ve meslektaşlarının, kürtajla alınmış fetüs dokularını ve fare embriyolarını detaylıca incelemesiyle başlamıştı. Huttner’ın yüksek lisans öğrencisi olan ve çalışmanın büyük bir kısmını yürüten Marta Florio konuyla ilgili şunları söyledi: “Beynin korteks bölgesinin gelişimi sırasında tam olarak hangi genlerin aktif olduğunu belirlemek istedik. Korteks, kemirgenlere kıyasla insanlarda ve diğer primatlarda belirgin şekilde daha büyüktür.”

 

   Devam etmeden önce kısa bir bilgilendirme yapalım: Korteks, insan ve memeli beyinlerinin sinir dokusundan meydana gelen 2-4 mm’lik dış katmanıdır. Korteksin filogenetik olarak (yani evrimsel açıdan) daha yeni olan bölgesine ise neokorteks denir (neo- eki “yeni” anlamına gelir.) Evrim sürecinde beyindeki büyümenin büyük bir kısmı neokortekste gerçekleşmiştir. Kemirgenlerde ve diğer küçük memelilerde neokorteks düzdür, primatlarda ve diğer büyük memelilerde ise derin çukurlara ve sırtlara sahiptir. Bu çukur ve sırtların oluşturduğu katlantılar, neokorteks alanının artmasını, dolayısıyla da daha fazla bilginin saklanmasını sağlar. Neokorteks akıl yürütme, dil yeteneği, bilinçli düşünme, analitik düşünme ve duyusal algıda temel bir rol oynar. Bu çalışmayı yapan araştırmacılar, buldukları genin neokorteksteki nöron sayısını çarpıcı biçimde artırarak, insanın bilişsel yeteneklerinde çok önemli bir rol oynadığını düşünüyor.


   

   Hatalı çıkarımlara yol açmaması için toplam beyin hacmi ile ilgili şu noktayı da özellikle vurgulamak istiyorum: Beyninin daha büyük olması, o canlının daha zeki olacağı anlamına gelmez. Daha büyük bedenlere daha büyük beyinler gerekir veya daha soğuk iklimlere adapte olmak adına daha büyük beyinler gelişebilir. Örneğin soğuğa çok iyi adapte olduğu bilinen Neandertaller’in ortalama beyin hacmi 1300-1600 cc’dir; yazının başında da belirttiğim gibi modern insanınki ise yaklaşık 1200 cc'dir. Nörolojik işlemler, beyin hacminden ziyade nöronların beyindeki düzenlenim şekillerine bağlıdır.

 

 

 

Çalışmanın ayrıntıları:

 

   Korteks gelişiminde etkili olan genlerin bulunması, kulağa geldiğinden daha zor bir işti. Bir korteks oluşturmak için çeşitli başlangıç hücreleri veya kök hücreleri gereklidir. Kök hücreleri bölünür ve bazen de başka türden “ara” kök hücrelerine özelleşir, ki bunlar da sonradan bölünerek beyin dokusunu oluşturan nöronları oluşturur. Ekip, korteks oluşumu sırasında iki canlı türünde hangi genlerin aktif olduğunu bulmak için, çeşitli tipteki kortikal (kortekse ait) kök hücrelerini ayırt edecek bir yöntem geliştirmek zorundaydı.

 

   Aylar süren çalışmanın sonunda araştırmacılar nihayet bir çözüm yolu buldu: Farklı kortikal hücre türlerini izole etmek için, kök hücrelere floresan etiketler1 eklediler. Sonra her kök hücre türüne has aktif genleri belirlediler. İnsan dokuları, onlara karşılık gelen fare dokularında bulunmayan ve beyin gelişiminde rol oynayan 56 gene sahipti. Sonunda ekip, insan fetüsü kök hücrelerinin bölünmesinde en aktif olan genin ARHGAP11B olduğunu buldu.

 

 

   ARHGAP11B geninin, türümüzün evrimini anlamada önemli olabileceği bir süredir zaten düşünülmekteydi. ARHGAP11B sadece 804 bazdan oluşan kısacık bir DNA parçasıdır. Yıllar önce başka bir ekip bu genin, atasal bir genin duplikasyon2 sırasında kendisine ait eksik bir kopyasını yapmasından sonra ortaya çıktığını keşfetmişti. Bu fazladan versiyon modern insanlarda ve onların eski atalarında (Denisova insanları ve Neandertaller) mevcuttur. Oysa ne fareler ne de şempanzeler ARHGAP11B genine sahiptir. Dolayısıyla araştırmacılar bu duplikasyon işleminin, şempanze ve insan soy hatlarının ayrılmasından sonra meydana geldiği sonucuna varmıştı. Huttner, bu gen duplikasyonunun insana özgü olmasının çok heyecan verici olduğunu belirtmiştir.

 

 

   İnsan ve fareler üzerinde yaptıkları genetik karşılaştırmalar aynı gene işaret edince, Huttner ve ekibi ARHGAP11B genini gelişmekte olan farelere nakletmeye karar verdi. Sonuç şaşırtıcıydı. Bu işleme tabi tutulan farelerdeki korteks kök hücre sayısı neredeyse iki katına çıktı ve beyinlerinde de zaman zaman insana özgü katlantılar geliştiği gözlemlendi. (Normalde farelerde bulunmayan bu katlantılar tüm primatlarda vardır.) Araştırmacılar, eklenen genin, fare beynindeki bazal kök hücrelerinden bazılarının, hayvanın normalde sahip olduğundan daha da fazla ara kök hücre üretmesine sebep olduğunu keşfetti. Ayrıca, nöronlara dönüşecek olan bu ara hücrelerin, bu dönüşüm sürecinde normalden çok daha hızlı bir şekilde bölündüğü ortaya çıktı. Bütün bu etkiler, farenin beyninin büyümesine ve deneklerin yarısında da neokortekste katlantılar oluşmasına yol açıyordu. Kısacası, ARHGAP11B geni insan neokorteksinin evrimsel büyümesinde kilit bir rol oynuyordu. İspanya’daki Sinirbilim Enstitüsü’nde görev yapan ancak bu çalışmada yer almayan bir nörobiyolog olan Victor Borrell Franco’ya göre bu sonuç, “daha büyük ve karmaşık olan yepyeni bir beynin tasarımına yönelik memeli evriminde söz konusu genin oynadığı rolün önemine işaret eder.” Franco, bu evrim sürecinde beynin tasarımını etkileyen ve keşfedilmeyi bekleyen daha başka genlerin de bulunabileceğini ekledi.


 

 

Resimde fare embriyosunun korteksi görülmektedir. Korteksin sağ tarafındaki katlantı, beynin o tarafına duplikasyona uğramış bir insan geninin nakledilmesiyle oluşmuştur.

(Credit: Marta Florio and Wieland B. Huttner, Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics)

 

 

   Florio ise şöyle konuştu: “İnsanı insan yapan şey tek bir gen değildir. Biliş, karmaşık bir şeydir. Tek bir genin bizi hayvanlardan daha zeki yaptığını düşünmüyoruz. Söyleyebileceğimiz tek şey, bu genin insanı insan yapma konusunda kilit bir öneme sahip olduğu … Geni naklettiğimiz farelerin bilişsel olarak gelişmesini beklersiniz, ama nöronların önce bir iletişim ağı kurması gerekiyor ve tek bir genin bunu başaracağı konusunda şüphelerim var. Bu heyecan verici bir olasılık, ama yine de çalışmalarımızda şüpheci ve titiz davranmamız şart.”

 

   Huttner da şunları söyledi: “ARHGAP11B, insanda bazal beyin kök hücresi havuzuna katkıda bulunan ve neokorteksin katlanmasını tetikleyen, şu ana kadar bildiğimiz ilk ve tek gendir. Bu anlamda, evrimin izini sürme konusunda bir sonraki adıma geçmiş bulunuyoruz.”

 

 

   Huttner’ın ekibi şimdi de bu geni naklettikleri fareleri erişkinlik dönemine kadar yetiştirerek beyin gelişimlerini incelemek; özellikle de zeka, hafıza ve öğrenme gibi yeteneklerinde nasıl bir değişiklik olacağını araştırmak istiyor. “Daha iyi öğrenecekler mi? Veya daha iyi bir hafızaları olacak mı? Bunu söylemek zor, fakat bu soruların cevabını bu yıl içerisinde alacağımızı düşünüyorum … Farelerin yarısında kortikal katlantıların oluştuğunu gözlemledik. Demek ki söz konusu gen bu iş için yeterli, ama bunu her zaman da yapmıyor.” diyen Huttner ve ekibi, genin her seferinde aynı etkiyi neden göstermediğini anlamaya çalışıyor.

 

   Borrell Franco’ya göre bu çalışma, “insanın özgünlüğünün gelişimsel önemini anlamada dev bir adımdır.” Ona katılmamak elde değil. Bu alanda gerçekleşecek gelişmeleri ve türümüzün evrim sürecindeki yol ayrımlarına ilişkin yeni bilgileri heyecanla bekliyor olacağız.

 

 

 

Yazıda geçen üstnotlar:

 

1. Floresan etiketleme tekniği, moleküler biyoloji ve biyoteknoloji alanlarında, bir biyomolekülün (protein, antikor veya aminoasit gibi) teşhis edilebilmesi için kullanılır. Etiketlemede kullanılan ajan, söz konusu biyomoleküle kimyasal olarak bağlanan floresan özellikli bir moleküldür.

 

2. Gen duplikasyonu veya gen ikilenmesi (ing. Gene duplication), gen içeren bir DNA bölgesinin ikilenmesidir. Moleküler evrimde yeni genetik materyal oluşmasında temel bir mekanizmadır. DNA kopyalanması veya tamiri sırasında gerçekleşen çeşitli hatalardan kaynaklanabileceği gibi, bencil genetik elemanların rastlantısal olarak yakalanmasıyla da olabilir.

 

 

 

Kaynaklar:

 

 

 

Şu yazılar da ilginizi çekebilir:

 

 

 

 

Add comment




  Country flag
biuquote
  • Comment
  • Preview
Loading