GÖZÜN EVRİMİ

GÖZÜN EVRİMİ İLE İLGİLİ BİR KURAM

Doğa gözü Cambrian patlaması denen çağdan birkaç yüz milyon yıl önce keşfetmiştir. Yani canlılar aşağı yukarı 700 milyon yıldan beri görmektedirler.

Her doğal etkinlik gibi görme de bazı genlerin varlığına gereksinim gösterir. Hayvanlarda mevcut gözlerin anatomik yapısını yakından inceleyince bu genlerin birbirlerinden çok farklı olması gerektiği gerçeği ile karşı karşıya kalırız. Bunun aksini düşünmek çılgınlıktır. Sineklerdeki kompound gözle, insanlardaki sofistike gözün aynı genler tarafından dizayn edildiğini ileri sürmek çılgınlıktan da öte, insan sağ duyusu ve mantığı ile bağdaşmamaktadır diye düşünebilirsiniz. Ve öyle düşünmede elbette haklısınız. Gerçekten bu genler farklıdırlar..

Sinek gözü kaynağını ommatidium denen göz birimlerinin hayali bir disk etrafında dizilmesinden alır. Böyle bir mekanizma ile görüntüleri izleyen yüzlerce küçük ve ilkel kompound göz ortaya çıkmıştır. Sefalopodlarda göz varlığını müşterek bir kaynağa borçludur. Retinanın ve lensin gelişip, birleşmesi ile ortaya çıkar. İnsanda göz diensefalon denen beyin yöresinin ileri (öne) doğru gelişerek önde yer alan ektoderm (deri) ile temasa gelmesi sonucu ortaya çıkar.

Bu gözlemler ışığında yakın zamanlara kadar gözün farklı ve bağımsız bir kökeni olması gerektiği üzerinde fikir birliği vardı.

İnsanda doğuştan kazanılan ilginç bir sendrom vardır. Bu hastalıkta bebekler gözsüz, yüz ve başı tutan anomalilerle birlikte doğarlar. Bu hastalar üzerinde yapılan genetik moleküler incelemeler, PAX6 geninin mutasyona uğramış olduğunu göstermiştir. Bu mutasyon her iki alleli birden tutuyorsa, yukardaki sendrom ortaya çıkmaktadır. Hastalığın yalnız bir alleli tutan heterozigot şeklinde ise iris (güzün rengini veren ve daralıp, genişleyen doku) gelişememektedir.

Bu sendromun fareleri ve böcekleri tutan şekli de vardır. PAX6 genindeki mutasyonun homozigot olanında farelerin yavruları gözsüz ve burunsuz doğmakta ve doğumdan sonra yaşamamaktadırlar.

Aynı sendrom böceklerde, örneğin meyve sineğinde, küçük göze veya gözsüzlüğe neden olmaktadır.

Vertebralılarda ve böceklerde göz anomalilerinden sorumlu genin paylaşıldığı saptanmıştır.

Bu gen PAX6 olarak bilinir. Meyve sineklerinde PAX6 geninin şifrelediği protein, insan PAX6 geninin şifrelediği proteine yüzde 94 benzemektedir. Böceklerde ve vertebralılarda gözün gelişmesinden bu gen sorumludur.

Bu nasıl olabilir? İnsan ve sinek gözü arasında mevcut anatomik farklılıkları aynı genle açıklamak mümkün müdür?

Sineklerde yapılan yoğun araştırmaların sonunda PAX6 geninin gözün yapımını sağlayan gen olmadığı, sadece o genlere bağlanarak onların etkinliklerini sağladığı anlaşılmıştır. PAX6 gen ürünü için transkripsiyon faktörü terimi kullanılır.

Bütün hayvanlar alemi aynı transkripsiyon faktörünü kullanarak gözlerin yapımını denetlemektedir. Her ne kadar direkt olarak gözlerin yapımını sağlayan genler farklı ise de, hayvanlar aleminde onları yalnız tek bir transkripsiyon faktörü denetlemektedir. Bu faktör olmadan göz genleri spesifik göz dokusunun ortaya çıkmasını sağlayamamaktadırlar. Bu transkrisiyon faktörü o genlere bağlanarak onların hayvan türü için gerekli spesifik nitelikleri içeren gözü yapmasını sağlamaktadır.

Gözün gelişmesini sağlayan temel gen ürünleri 800 milyon yıl hemen hiç değişmeden varlıklarını sürdürmüşlerdir. Her ne kadar gözün hayvanlar için gerekli spesifik anatomik yapısını sağlayan genler ayrı iseler de, onlar yalnız tek bir faktörle koşullandırılmakta ve göreve davet edilmektedirler. Bütün hayvanlar aynı transkripsiyon faktörüne yanıt vermektedirler. Onlar olmadan hiç bir hayvanda göz gelişememektedir. Görüldüğü üzere tek başına hayvanlar için spesifik göz genlerinin olması yetmemektedir. O genler ortak olarak paylaşılan bir faktör olmadan görev yapamamaktadırlar..

Görme fonksiyonu açısından sinekler ve insanlar ve bütün hayvanlar yakın akrabadırlar..

Doğa gözü bir kere keşfetmiştir. Çeşitli hayvanlarda mevcut farklı anatomik dizaynlar aynı temanın varyasyonlarından ibarettirler. Her ne kadar bu anatomik dizaynlar farklı genlerin ürünü iseler de, o genlerin de müşterek bir atadan farklılaşmış olduklarını tahmin etmek mantıksız değildir. Çeşitli hayvan türlerinde farklı anatomik strüktürlere sahip ama, aynı görevi gören organları oluşturan genlerin farklı olması doğaldır. Genler bunu mutasyona uğramakla veya diğer çeşitli yöntemlerle değişerek, başarmışlardır. Bütün bu farklı gözleri oluşturan genlerin sinekte ve insanda ve ikisinin arasındaki bütün hayvanlarda, aynı regülatör gene bağımlı olması, doğanın ilginç ve akılsız tasarımlarından biridir.

 Canlılarda ilerde gözün gelişmesini sağlayacak ilkel alt yapının doğası nedir?

Canlıların yaşamında ışığın önemini abartmak mümkün değildir. Çünkü ışık enerji kaynağıdır.Canlılık ise temel olarak, en ilkel düzeyde, enerji dönüşümlerinden başka bir şey değildir.Bu nedenden dolayı gören ve görmeyen bütün canlılarda ışığı manüple eden sistemlerin gelişmesi sürpriz oluşturmamalıdır.

Bilime ilk canlı hücrenin suda ortaya çıktığı ve orada evrildiği görüşü hakimdir. Bu mantıklı bir çıkarımdır. İlk canlıların güneşden kaynak alan mor ötesi ışınlara karşı koruyucu bir ortama gereksinimleri vardır. Her ne kadar su bu ortamı oluşturursa da, yeterli değildir. Güneş ışınlarından yararlanarak var olan bir canlının, güneş ışınlarının zararlarından da kendini koruması gerekmektedir. İlk hücrelerin kendilerini bu zararlı ışınlara karşı nasıl korudukları önemli bir sorun olarak karşımıza çıkmaktadır. Önce bu sorunun yanıtı verilmelidir. İlk fotosentetik hücre bu durumda ne güneşle yaşayabilir, ne de güneşsiz yaşayabilir. Bunun bir orta yolu olmalıdır.

Bu ilk hücrelerde mor ötesi ışınlarına bağlı DNA zedelenmesini onları bloke ederek önlemek mümkün değildir. Çünkü bu arada yararlı ışınlar da bloke edilecekler ve güneş enerjisinden yeterince yararlanılamayacaktır. Zedelenen DNA’nın tamiri çok daha iyi bir seçenektir. Photolyase (fotoliase) denen bir enzim bu işlevi üstlenmiştir. Fotoliyaze zedelenen DNA'nın uçlarına tutunarak onları tamir eder. Bu enzimi olan hücreler genlerini yeni nesillere daha kolay geçirecektir.

Fotosentetik hücreler zarlarında bulunan fotoreseptörler aracılığı ile ışığı tanırlar. Fotoreseptörler hücrenin güneş ışınlarını algılamsı için gereklidirler. Bu reseptörler cryptochromes (kriptokromlar) olarak bilinirler ve fotoliase’lerden evrilmişlerdir. Bundan eminiz çünkü kriptokromlar fotoliase'lere çok benzeyen flavo protein yapısında moleküllerdir. Kriptokromlar bütün canlılarda vardırlar. Bu gözlem kriptokromların prokaryotlar ve ökaryotlar birbirlerinden ayrılmadan, yani çok önceleri, siyanobakterilerde, ortaya çıkmış olduklarını göstermektedir.

Fotoreseptörler mor ötesi ışınlarının yalnız mavi spektrumu oluşturan 400-500 nm arasındaki dalga boylarını tanırlar ve onlara tepki gösterirler. Bu dalga boyu mor ötesi ışınları denizlerde diğer dalga boylarından daha derinlere penetre olurlar. Bu yüzden ilk hücrelerde bu spektrumu tanımak önemlidir. Hücreler onların zararlı etkilerini bloke edebilmek için onları tanımaya özelleşmişlerdir.

Özetle diyebiliriz ki: Güneş ışınlarından yararlanabilmek için hücrenin herşeyden önce mor ötesi ışınlarının zararlı etkilerinden kendini koruması gerekmektedir.

İlk hücreler bunu fotoliase denen bir enzimle başarmıştır.

Daha sonra veya aynı zamanda o enzimi şifreleyen genden, kriptokrom denen fotoreseptörler şifrelenmeye başlamıştır.

Kriptokrom'lar circadian ritimden sorumludurlar. Yani hücrenin gece ve gündüz arasındaki farkı bilmesinden sorumludurlar.

Kambriyan patlaması 540 milyon yıl önce gerçekleşmiş bir olgudur. Canlılarda gözün ilk defa o zamanda ortaya çıktığı bilimsel bir gerçektir. Kambriyan patlamasının bir öncüsünün olması gerektiğine inanan bilim insanları vardır. Ama onların elinde gözle ilgili yeterince delil, yani fosil kayıtları, yoktur. Ediacara ve Tomatian faunalarında gözü olan bir hayvanla karşılaşılmamıştır. Bu faunalarda erken kambriandan birkaç yüz milyon yıl önce yaşayan canlılar fosilleşmişlerdir. Bütün bunları dikkate alırsak, gözün ilk defa kambriyan patlaması ile ortaya çıktığını kabul etmek zorunda kalırız. 

Yaklaşık 700 milyon yıl öncesine kadar dünyada yalnız tek hücreli canlılar yaşıyordu. Onları prokaryot ve ökaryot olarak ikiye ayırmak mümkündür.

Prokaryotlarda çekirdek yoktur. DNA hücre içindedir.

Ökaryotlarda çekirdek vardır ve DNA çekirdeğe hapsedilmiştir.

Kambriyan öncesi dönemde dünyanın Kartopu olarak adlandırılan bir felaketten geçtiği sanılmaktadır. Bu felaket mevcut tek hücreli canıların büyük bir kısmını yok etmiş olmalıdır. Geride kalanlar hemen her türlü koşullara uyabilecek kadar güçlü canlılardır.

Bu zamanla kabriyan çağın başlangıcı arasında ne olmuşssa olmuş ve karmaşık yapılara sahip hayvanlar türemişlerdir.  Göz de bu arada gelişmiştir.

Ama duyu organı olarak yalnız göz mü gelişmitir? Diğer duyu organları da gelişmiş olmalıdır. Fosil kayıtlarında gözleri görmek mümkündür. Ama diğer duyu organlarını farketmek mümkün değil. Çünkü onların fosilleşmesi mümkün değildir. Onlar da büyük bir olasılıkla önce tek hücreli canlılarda ortaya çıkmışlar, sonra çok hücreli canlılara adapte edilmişlerdir. Bazı reseptörler birden fazla duyuyu algılamada etkendirler Örneğin deği duyusu ile yalnız hafif dokunmalar değil, vibrasyon da algılanır.

İlk tek hücrelilerde ayrıca sıcak soğuk reseptörleri de gelişmiş olmalıdır.Tad reseptörleri muhtemelen tek hücreli canlıların etraflarında bulunan organik gıda maddelerini tanımaları için gelişmiş olabilir. Koku reseptörlerinin de benzer bir başlangıcı olabilir.

Özet olarak diyebiliriz ki, karmaşık hayvan ve bitkilerdeki bütün duyu organlarının kökeni tek hücreli canlılardaki reseptörler olabilir. Göz sirkadiyan ritmi algılamada etkin olan reseptörlerden evrilmiş olmalıdır.