Bizi İnsan Yapan Ne?

 
Scientific American dergisinin Mayıs 2009 sayısında "What Makes Us Human?" ("Bizi İnsan Yapan Ne?") başlıklı bir makale yayınlandı. Yazar Katherine S. Pollard insan ve şempanze genomlarının karşılaştırılmasından hareketle insana özgü genleri ve bunların fonksiyonlarını belirlemeye yönelik son yıllardaki çalışmaların bir özetini yapıyordu. Biz de İnsan Doğası ve Evrim başlıklı bir sitenin ilk yazısının böyle bir makalenin tanıtılmasına ayrılmasının uygun olacağını düşündük.
       

Pollard University of California San Francisco'da biyoistatistikçi. Birkaç yıl önce University of California Santa Cruz'dayken şempanze genomu taslağının belirlenmesi çalışmalarına katılmış ve 2005'te Nature dergisinde yayınlanan bu taslaktan [1] hareketle insan genomundaki en hızlı evrimleşen bölgeleri saptamış.

    

Pollard insan ve şempanze genomlarının yaklaşık yüzde 99 oranında aynı olduğunu söylüyor. Yani 6 milyon yıl kadar önce insan-şempanze türleşmesi yaşandıktan sonra insan genomunu oluşturan 3 milyar nükleotidden sadece 15 milyon tanesi değişti. Evrim teorisine göre bu değişikliklerin çoğu fenotip düzeyinde bir değişiklik meydana getirmiyor. Ufak bir kısmı ise şempanzelerle aramızdaki farkların ortaya çıkmasını sağlıyor. Nötr değişiklikler, yani organizmanın hayatta kalma ve üreme başarısı üzerinde bir etkisi olmayan değişiklikler, evrimsel tarih içinde yavaş ve sabit bir hızda ortaya çıkıyor. Üreme başarısını arttıran ve pozitif seçilime uğrayan değişiklikler ise çok daha hızlı oluyor [2, 3]. Bu yüzden Pollard insan genomunun en hızlı değişim gösteren bölgelerini saptayacak bir bilgisayar programı yazmış.
      

Hızlı değişim gösteren bölgeler listesinin birinci sırasında yer alan bölgeye HAR1 (human accelerated region 1; insanda hızlanan bölge 1) adını vermişler [4]. Daha önceki araştırmalardan HAR1 bölgesinin özellikle insan beyin hücrelerinde aktif olduğu biliniyormuş. Şempanzeyle en önemli farkımız çok daha büyük ve karmaşık beynimiz olduğu için Pollard ve ekibi gerçekten önemli bir bölge tesbit ettiklerini anlamışlar. Çeşitli omurgalılarla yapılan karşılaştırmalar insan türü ortaya çıkana kadar HAR1 bölgesinin çok yavaş bir değişim gösterdiğini ortaya koymuş. Mesela 300 milyon yıl önce ayrışan tavuk ve şempanze türlerinde bu bölgedeki 118 bazın sadece iki tanesi farklıyken sadece 6 milyon yıl önce ayrışan insan ve şempanze türlerinde 18 baz farklı.

  
Bundan sonraki adım elbette insan genomunun HAR1 bölgesinin fonksiyonunu saptamaktı. 2005'te Belçikalı bir araştırmacıyla ortak yapılan çalışmalar HAR1'in serebral kortekste (beyin kabuğu) bulunan bir tür nöronun oluşumunda rol oynadığını, bu nöronun oluşumunda aksama olduğunda korteks alanının küçülüp kıvrımlı olmak yerine pürüzsüz bir hal aldığını ve çeşitli davranış anormalliklerinin oluştuğunu ortaya çıkarmış. Fakat HAR1'in korteks oluşumunu nasıl etkilediği henüz bütün ayrıntılarıyla gösterilmiş değil.

HAR1'in ilginç özelliklerinden biri protein yapımı kodu içermemesi. Geleneksel olarak moleküler biyologlar hep protein kodlayan genleri incelemişlerdir. Diğer genlerin işe yaramayan ("junk") genler olduğu düşünülürdü. Fakat 2000'lerde tamamlanan İnsan Genomu Projesi [5] protein kodlayan genlerin DNA'mızın sadece yüzde 1.5'ini oluşturduğunu ortaya çıkardı. Geri kalan genlerin bir kısmı diğer genlerin ne zaman protein yapacağını, ne zaman duracağını söyleyen düzenleyici genler. Diğer kısmı sadece RNA yapan genler. HAR1 de bu RNA genlerinden biri. Bir diğer kısmının işlevinin ne olduğuysa henüz bilinmiyor.
       

FOXP2 geni Pollard'ın hızlı değiştiğini bulduğu bölgelerden bir diğeri. Bu genin konuşmayla ilgili bir fonksiyonu olduğu 2000'li yılların başlarında gösterilmişti [6]. Gendeki mutasyonlar konuşma sırasında gereken hızlı ağız ve yüz hareketlerinin yapılamamasına sebep oluyor. Genin insandaki versiyonu şempanzeninkinden birkaç baz farklılığı gösteriyor. Bu farklılıklar hem genin kodladığı proteinin değişmesine hem de muhtemelen proteinin vücutta nerede ve ne amaçla kullanıldığının değişmesine yol açmış [7, 8].
     

2007'de Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology'den araştırmacıların yaptığı bir karşılaştırma FOXP2 geninin insandaki versiyonunun evrimsel tarihiyle ilgili önemli bir ipucu sundu [9]. Bu araştırmacılar bir Neandertal insanı fosilinden elde ettikleri DNA'yı inceleyerek Neandertaller'de de bu genin bizdeki versiyonunun olduğunu buldular. Bu bulgu Neandertaller'in de bizim gibi konuşuyor olabilecekleri göstermesinin yanında FOXP2'nin insan versiyonunun en az yarım milyon yıl önce ortaya çıkmış olması gerektiğini gösterdi.

    

Beyin büyüklüğüyle ilgili olduğu bilinen genlerden biri ASPM. Genetik araştırmalar insanlarda görülen mikrosefalinin (anormal derecede küçük beyin) bu ve birkaç başka genin anormalliğinden kaynaklandığını ortaya koydu. Daha yeni araştırmalar bu genin, primatların evrimsel tarihinde birkaç kere çok hızlı değişim gösterdiğini ve bu değişim patlamalarından birinin insan-şempanze ayrışması gerçekleştikten sonra insan soyunda meydana geldiğini gösteriyor [10].

      

Bizi şempanzelerden ayıran tek yönümüz beynimiz değil tabii. Vücudumuzun diğer kısımları da farklı. Pollard'ın listesinde ikinci sırada gelen HAR2 geni insan fetüsünde el bileği ve başparmak oluşumuyla ilgili bir gen. Diğer primatlarda ise böyle bir fonksiyonu yok. Bu da bu genin insanları diğer primatlardan ayırdeden üstün alet yapma yeteneğini ortaya çıkarmış olabileceğini düşündürüyor.
  
Vücut yapısı dışında insanlar fizyolojik ve davranışsal özellikler bakımından da son birkaç milyon yılda önemli değişiklikler geçirdiler. Bir milyon yıl kadar önce ateşin yemek pişirmede kullanılmaya başlaması ve 10,000 yıl kadar önce ortaya çıkan tarım devrimi yüksek nişastalı besinleri insan diyetinin içine soktu. Bu kültürel değişiklikler onlardan yararlanmayı sağlayacak genetik değişiklikleri de beraberinde getirdi. AMY1 genindeki değişiklikler bunlardan biri. AMY1 salyadaki amilaz enzimini kodluyor ve bu enzim nişastanın sindirilebilmesini sağlıyor. İnsanın evriminde bu genin hem kopya sayısı artmış hem de bazlarının dizilimi değişmiş.

  
Diyetle ilgili bir başka gen laktaz enzimini yapan LCT geni. Bu enzim sütteki şeker olan laktozun sindirilebilmesini sağlıyor. Birçok memeli türünde sadece süt emen yavrular laktozu sindirebilirler. İnsanda ise 9,000 yıl kadar önce LCT geninde laktozun yetişkinlikte de sindirilebilmesini sağlayan değişiklikler oldu. LCT'nin bu yeni versiyonu süt veren evcil hayvan yetiştiren Avrupa ve Afrika popülasyonlarında ortaya çıktı. Bugün bu popülasyonların neslinden gelenlerin çoğunluğu yetişkinlikte süt içebiliyorlar. Asya ve Latin Amerika popülasyonlarında ise LCT geninin primat versiyonu var ve bunlar laktozu sindiremedikleri için süt içmiyorlar [11].

        

Genomdaki insana özgü değişikliklerden biri de bağışıklık sistemiyle ilgili bölgelerde görülüyor. Mesela bazı virüslerle daha iyi savaşabilmek için insanda TRIM5α proteinini yapan gen diğer primatlarınkinden farklılaşmış. Ama bu iyi sonuç beraberinde kötü bir sonuç da getirmiş: O gendeki değişiklik yüzünden HIV virüsü bugün insanda AIDS’e yol açarken diğer primatlarda yol açmıyor [12].
      

Bütün bu araştırma bulguları karşılaştırmalı genom analizinin günümüz biliminin en heyecan verici alanlarından biri oluğunu gösteriyor. Önümüzdeki birkaç yıl özellikle üstünde durulacak konu genomumuzun protein kodlamayan yüzde 98.5’lik kısmının ne yaptığını belirlemek olacak. Buna verilecek cevap bizi insan yapanın ne olduğunu daha iyi anlamımızı sağlayacak.