editor
İnsanları diğer primatlardan en çok ayıran organ, şüphesiz beynimizdir. Beynimiz, büyüklüğü, karmaşıklığı ve yetenekleriyle Dünya üzerindeki diğer tüm türleri geride bırakır. Bununla birlikte, insanlar, en yakın yaşayan akrabalarımız olan şempanzelerle %95’ten fazla aynı genoma sahiptir.
UC Santa Barbara’dan Ekoloji, Evrim ve Deniz Biyolojisi Bölümü profesörü Soojin Yi, doktora öğrencisi Dennis Joshy ve Barselona’daki Hospital del Mar Tıp Araştırma Enstitüsü’nden Gabriel Santepere, farklı türdeki beyin hücrelerinin genlerinin şempanzelere kıyasla nasıl evrildiğini araştırmayı amaçladı. Araştırmaları, insanların genlerinin neredeyse tüm aynı proteinleri kodlamasına rağmen, birçok genimizin diğer primatlara kıyasla çok daha üretken olduğunu ortaya koydu.
Bu bulgular, Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri’nde yayımlandı ve insan beyninin evrimi ve işleyişinde gen ifadesinin rolünü vurguladı.
Doğanın Planlarını Yorumlamak
Her gen, bir hücreye belirli bir molekül üretmesini söyler, ancak bu işlem DNA tarafından doğrudan gerçekleştirilmez. Bunun yerine, bu bilgi hücredeki mekanizmalara mesajcı RNA (mRNA) adlı bir molekül aracılığıyla iletilir. Araştırmacılar, belirli bir genin ürettiği mRNA miktarını gözlemleyerek gen ifadesini ölçer.
Bilim insanları, genomun yaşamın planı olarak işlevini anlamaya başladığında, insan genomunun benzersiz özelliklerimizi açıklayabileceğini düşündüler. Ancak 2005 yılında yapılan kapsamlı bir karşılaştırma, şempanzelerle %99 oranında aynı genlere sahip olduğumuzu ortaya koydu (bu oran daha sonra revize edildi). Bu bulgu, insan ve şempanze genomları arasında yalnızca küçük bir fark olduğunu öne süren önceki çalışmaları doğruladı.
Biyologlar şimdi, bu farklılıkların gen ifadesine dayanabileceğini düşünüyor. Örneğin, bir yetişkin monark kelebeği ile tırtıl halindeki genom aynıdır. Bu iki yaşam aşaması arasındaki inanılmaz farklar, gen ifadesine bağlıdır. Farklı genlerin açılıp kapanması veya daha fazla ya da daha az mRNA üretmesi, bir organizmanın özelliklerini kökten değiştirebilir.
Daha Net Bir Resim
Önceki araştırmalar, insanlar ve şempanzeler arasında gen ifadesi farklılıkları olduğunu ve insan hücrelerinin genelde daha yüksek gen ifadesine sahip olduğunu ortaya koymuştu, ancak bu tablo belirsizdi. Beyin, birçok farklı hücre çeşidinden oluşur. Geleneksel olarak bilim insanları, beyin hücrelerini iki ana tipe ayırır: nöronlar ve glial hücreler. Nöronlar, bir binadaki bakır kablolara benzer şekilde elektrokimyasal sinyalleri taşır. Glial hücreler ise kabloları yalıtmak, yapıyı desteklemek ve artıkları temizlemek gibi diğer işlevleri yerine getirir.
Yakın zamana kadar, bilim insanları yalnızca farklı hücre türlerinden oluşan toplu doku örneklerini inceleyebiliyordu. Ancak son on yılda, hücre çekirdeklerini tek tek analiz etmek mümkün hale geldi. Bu, araştırmacıların hücre türleri arasında ve bazen alt türler arasında ayrım yapmasını sağladı.
Yi, Joshy ve Santepere, her bir çekirdeği ayrı bir bölmeye ayıran dar kanallı bir cihazdan üretilen veri setlerini kullandılar. Daha sonra hücreleri türlerine göre gruplandırıp istatistiksel analiz gerçekleştirdiler.
Ekip, insanlar, şempanzeler ve makaklarda belirli bir genin ürettiği mRNA miktarını gözlemleyerek gen ifadesini ölçtü. Bir gen, diğer türlere kıyasla daha fazla mRNA üretiyorsa “aşırı düzenlenmiş” (upregulated) olarak tanımlandı; daha az üretiyorsa “az düzenlenmiş” (downregulated) olarak nitelendirildi. Şempanze ve insanları makaklarla karşılaştırmak, iki primat arasındaki farkların hangi türde değişikliklerden kaynaklandığını belirlemelerine olanak tanıdı.
Çalışmada incelenen 25.000 genin yaklaşık %5–10’unda ifade farklılıkları kaydedildi. Genel olarak, insan hücreleri şempanzelere kıyasla daha fazla aşırı düzenlenmiş gene sahipti. Hücre türüne göre ayrıştırılmayan analizlerde bulunan oranlardan çok daha büyük bir yüzde elde edildi. Hücre alt türleri dikkate alındığında bu oran %12–15’e yükseldi.
“Artık bireysel hücre türlerinin kendi evrimsel yollarını izlediğini ve gerçekten uzmanlaştığını görebiliyoruz,” dedi Yi.
Sadece Nöronlar Değil
Sinir yollarımızın karmaşıklığı hayvanlar aleminde benzersizdir. Ancak Yi, benzersiz zekamızın yalnızca bununla açıklanamayacağını düşünüyor. İnsan glial hücreleri, beyin hücrelerimizin yarısından fazlasını oluşturur; bu oran şempanzelerde bile çok daha düşüktür.
Glial hücreler arasında, oligodendrositler gen ifadesindeki en büyük farklılıkları gösterdi. Bu hücreler, nöronları kaplayan ve elektrik sinyallerinin çok daha hızlı ve verimli iletilmesini sağlayan yalıtımı oluşturur. Ekibin önceki yıl yayımladığı bir çalışmada, insanların olgun oligodendrositlere kıyasla daha yüksek bir öncül hücre oranına sahip olduğu gözlemlendi. Yi, bunun insan beyinlerinin inanılmaz sinirsel plastisitesi ve yavaş gelişimiyle ilgili olabileceğini düşünüyor.
“Sinir ağımızın artan karmaşıklığı tek başına evrilmemiş olabilir,” dedi Yi. “Nöron çeşitliliği, nöron sayısı ve ağların karmaşıklığı genişlemeden önce diğer hücre türlerinin de evrilmesi ve bu süreci mümkün kılması gerekirdi.”
Bu çalışma, yalnızca beynin birkaç bölgesinden alınan hücreleri inceledi. Ancak beynin bir bölgesindeki hücreler, diğer bölgelerdeki hücrelerden farklı olabilir. Yi, gen ifadesindeki farklılıkların mekanizmalarını ve genlerin farklı özelliklere nasıl bağlandığını incelemeyi planlıyor.
Ayrıca, daha uzak akrabalarımızdan gelen temel bilgileri dahil ederek, evrimsel geçmişimizdeki gen ifadesi farklılıklarını daha da geriye izlemeyi planlıyor. Yi, Neandertaller ve Denisovanlar gibi diğer arkaik insanlarla aramızdaki genomik farklılıkları incelemekle de ilgileniyor.
Evrim sadece genlerin değişmesinden ibaret değildir. “Farklı gen ifadesi, insan beyninin nasıl evrildiğini gerçekten açıklıyor,” dedi Yi.
KAYNAK LİNK: https://phys.org
