A9p:Mısır

Haberler

Diğer yeşil (D)evrim

Şubat 2007

A.B.D. ve diğer ülkelerin, daralan petrol rezervlerine önlem olarak dikkatlerini mısır bazlı etanol yakıtlarına yönelttiği bu günlerde, mısır bir ileri teknoloji ürünü olacak gibi görünüyor. Mısır pazarı da bu “Geleceğin Yakıtı” talebinin etkilerini hissediyor: son aylarda, mısır fiyatları tavan yaptı, Meksika’da mısırla yapılan tortilla ekmeği fiyatları fırladı ve birçok Birleşik Amerikalı çiftçi soya fasulyesi, buğday ve pamuktan vazgeçerek, arazilerinin çoğunu mısıra ayırmayı planladı. Öyleyse mısır, sıradaki yeni “yeşil” teknoloji mi? Belki olabilir, ama aslına bakılırsa mısır zaten her dönemde ileri teknoloji olagelmiştir. Çiftçi pazarında mısırın konumu, insanoğlunun mühendislik ürünlerinden biri olan iPod gibidir. On bin yıl önce mısır yoktu – yalnızca yabani bir ot olan “teosinte” bitkisi vardı. O günden bu yana insanlar, teosinteyi uzun saplı modern mısır şekline sokmak için evrimin alet çantasını kullandı ve onu, yaşam tarzımızı ve çevremizi değiştirdiğimiz 6000 yıllık insanlık tarihi boyunca evrim sürecinden geçirip bugünlere getirdiğimiz ve bağımlısı olduğumuz önemli diğer mahsullere, yani diğer yeşil devrimlere ekledi: mısır, pirinç, buğday, balkabağı, darı, arpa, muz, domates, patates, fasulye ve pamuk. Şimdilerde bilim insanları bu marifeti tam olarak nasıl gerçekleştirdiğimiz hakkında daha fazla şey öğreniyorlar.

Teosinte koçanı modern bir mısır koçanı ile yan yana

Evrim bunun neresinde?

Bitki ve hayvanlar doğal seçilimin çalışma prensibine benzer bir şekilde işleyen yapay seçilim ile ıslah edilirler, fakat burada seçimi yapan, doğa yerine insanlardır. Basit bir örnek olarak, bir teosinte bitkisini düşünelim. Popülasyon değişkenlik gösterir: bazı bitkiler uzun, bazıları kısa, bazıları büyük tohumlu, bazıları cılız tohumlu, bazıları (diğerlerine göre) fazla tohumlu, bazıları ise az tohumludur (bakınız aşama 1). Gelecek yıl hangisini yemeyi tercih ederdiniz? Büyük ihtimalle, büyük tohumlardan bir miktar toplayıp, uygun bir yere ekeceksiniz (aşama 2). Bu tohumlardan yetişen bitkiler büyük tohumluluk için daha fazla gen taşıyacaktır (ve daha büyük çekirdekleri olacaktır), ama halen birçok yönden çeşitlilik arz etmektedirler. Bu yılki mahsulünüzde daha az sayıda bitkiden, toplaması ve yemesi kolay olan büyük tohumluları seçtiniz (aşama 3). Bu tohumlardan yetişen bitkiler büyük tohumluluk ve kolay elde edilen çekirdek yönünden daha fazla gen taşımaktadır ve bu böyle devam eder… Seçilim ile geçen pek çok yıldan sonra, popülasyon içerisinde istenilen genin çeşitlerinin frekansı artar - tabi ki mahsulün kalitesi de artar (aşama 4).

Bu basit işlem, bazıları burada gösterilmiş olan tüm önemli zirai bitkilerin yabani atalarından üretilmesini sağladı. Şimdi bilim insanları, ıslah işleminin önemli olaylarını tekrar yapılandırmaya çalışıyorlar. Belki de bilim insanları, insanların geçmişte mahsulleri nasıl iyileştirdiğini göz önünde bulundurarak mahsullerin değişen insan ihtiyaçlarını karşılayabilecek şekilde nasıl iyileştirilebileceği hakkında değerli ipuçlarını ortaya çıkartabilecekler. En önemlisi de, eski insanlar tarafından hangi gen çeşitlerinin tercih edildiğini ortaya çıkartmak istiyorlar (örneğin; hangi genlerin seçilimin hedefi olduğu gibi). Fakat bu bir bulmaca, çünkü uzun ve yavaş gerçekleşen ıslah işleminin harfi harfine kayıtları bulunmamaktadır. Çoğu durumda modern mahsul ve yabani kuzeni ile baş başa kalıyoruz; ikisi çok net şekilde farklı, peki ama birinden diğerine nasıl geçildi?

Yabani ayçiçekleri (solda), ıslah edilmiş ayçiçekleri (sağda)

Yabani domatesler (solda), ıslah edilmiş domatesler (sağda)

Teosinte bitkisi (solda), mısır bitkileri (sağda)

Aralık 2006’da, araştırmacı John Doebley, Brandon Gaut ve Bruce Smith mahsul ıslahında önemli olan genler hakkında şu an için bildiklerimizi özetlediler ve bu genleri tanımlamak için iki temel yaklaşımın altını çizdiler: Bitki odaklı ve gen odaklı. Bitki odaklı yaklaşımda, araştırmacılar bitkinin fenotipi -fiziksel özellikleri- ile işe başlarlar ve seçilime aday görülen kalıtsal özellikleri seçerler: koçandaki sıra sayısı, bitkideki koçan sayısı vb. Araştırmacılar daha sonra belirli kalıtsal özellikler ile, ilgili genom dizilimine bakar: eğer bir kalıtsal özellik ve bir dizilim aynı bitkide hep gözleniyorsa, gen dizilimi yüksek olasılıkla o özelliği kodlamaktadır.

Gen odaklı yaklaşım ise yapay seçilimin popülasyonda nasıl işlediğini anlamaya yöneliktir. Teosinte gibi yabani popülasyonların çok sayıda genetik çeşitliliği vardır – popülasyonda birçok genin birçok farklı versiyonları vardır. İnsanlar bitkiyi ıslah etmeye başladıklarında yabani popülasyonun küçük bir alt grubu ile başlarlar. Mahsul olmaya aday bitkinin atalarından çok az sayıda birey seçildiğinden, özgün yabani popülasyonda bulunan birçok gen versiyonu ıslah işlem sürecinin başında seçilen popülasyon alt grubunda temsil edilmez. Aslında bu biraz da şeker makinesinden şeker almak gibidir: makinede (yabani popülasyon) şeker rengi çeşitliliği çok fazla olabilir, ama siz yalnızca 5 parça şeker alırsanız (mahsul için başlangıç popülasyonu) tüm şeker renklerinden alamamış olacaksınız. Genetikte bu durum darboğaz olarak adlandırılır ve yeni oluşacak mahsulün genetik çeşitliliğinde büyük bir azalmaya sebep olur (aşağıda senaryo A’da gösterildiği gibi).

Bu darboğazın sebebi ile mahsul popülasyonundaki tüm genler yabani popülasyon ile karşılaştırıldığında daha az genetik çeşitliliğe sahip olurlar. Fakat bu durum, yapay seçilimin hedefi olan genler için çok daha aşırıdır. Eski insanlar bu genler için, yalnızca istenen gen versiyonlarını taşıyan bitkilerin üremesine izin vermiştir. Bu durum şeker makinesine yalnızca kiraz aromalı şeker istediğimiz zaman gitmek gibidir: birçok şekerden rengine bakarak vazgeçip, az çeşitliliği olan bir avuç dolusu şeker elde edilebilir. Seçilimin hedefi olan genler, diğerlerinden (diğer genlerden) çok daha fazla genetik çeşitlilik kaybına uğrarlar ve çoğunlukla istenen özelliği sağlayan tek bir gen versiyonuna kadar seyrelirler (aşağıda senaryo B’ de gösterildiği gibi).

Gen odaklı yaklaşım, ıslah aşamasında önemli rol oynayan genleri tanımlamak için genetik çeşitlilikteki şu farklılığı baz alır: ıslah edilmiş mahsullerdeki tüm genler yabani atalarından daha az genetik çeşitliliğe sahiptir – ancak, biz yapay olarak seçilmiş genleri tanımlayabiliriz, çünkü bu genlerin genetik çeşitliliği alışılmadık şekilde azdır. Bir araştırmacının bu yaklaşımı kullanmak için şunlar gibi birçok veriye ihtiyacı vardır: yabani popülasyondan birçok bitkinin gen dizilimi ve ıslah edilmiş popülasyondan birçok bitkinin gen dizilimi. Profile uyan genler seçilir (ıslah edilmiş popülasyonda sıradışı şekilde düşük bitki çeşitliliği) ve bu genlerin işlevleri belirlenmeye çalışılır.

Hem gen odaklı, hem de bitki odaklı yaklaşımda amaç, mahsuller yabani atalarından evrilirken rol oynayan genleri tanımlamaktır. Tüm bunlardan sonra şu biraz anlaşılması zor görünebilir: Neden eski insanların beğenisini çeken bitkinin kalıtsal özellikleri ile ilgilenmek zorundayız? Aslında bilim insanları bu konu ile günümüze ait sebepler için ilgileniyorlar. Bu genleri ve yabani çeşitlerini anlayarak belki de çok daha kullanışlı mahsul bitkisi türleri genetik olarak işlenebilecek. Bu önemli genler hakkında öğrendiğimiz her şey hastalığa daha dayanıklı, daha besleyici, daha lezzetli, daha çevreci ya da kim bilir büyüyen alkol pazarını besleyecek şekilde geliştirilmiş türler geliştirmeye yarayacak.

Daha fazlasını okuyun

Bu yazının çıkış noktası olan makale :

• Doebley, J. F., Gaut, B. S., and Smith, B. D. (2006, December). The molecular genetics of crop domestication. Cell 127(7):1309-1321. Okumak için (İngilizce)

Haberler ve dergilerden makaleler:

• Mısırların evcilleştirilmesi üzerine, çocuklara yönelik bir rehber Koshland Bilim Müzesi'nden (İngilizce)

• Mısırın ata soyları üzerine yapılan yakın dönem araştırmaların bir özeti Ulusal Bilim Kurumu’ndan (İngilizce)

• Mısırı ve Guatemala çimini ayırt etmemize yardımcı olan önemli genlerden bir tanesi üzerine bir makale Wisconsin-Madison Üniversitesi’nden (İngilizce)

Evrimi Anlamak Kaynakları:

• Doğal ve yapay seçilim üzerine ayrıntılı bir rehber

• Genetik sürüklenme üzerine bir derleme (Darboğazlar üzerine daha ayrıntılı bilgi için internet bağlantıları içermekte)

• Evrim kuramının tarıma nasıl yarar sağladığını gösteren bir grup örnek

Ek tartışma soruları

1. Doğal seçilim sürecini burada gözden geçirin. Doğal seçilim ve yapay seçilim süreçleri arasındaki benzerlik ve farklılıkları açıklayın.

2. Bu makalede gösterilmiş olan yabani ve ıslah edilmiş domates resimlerine tekrar bakın. Eski insanların yabani popülasyonlardan nasıl ıslah edilmiş bir popülasyon elde ettiklerini, yani buradaki evrimi birkaç aşamada açıklayın. Açıklamanın çeşitlilik, kalıtım ve seçilim kavramlarını içerdiğinden emin olun.

3. Makaledeki yabani teosinte ve ıslah edilmiş mısır resimlerini karşılaştırın. Sizce eski insanlar tarafından teosintenin hangi özellikleri seçilmiştir? Seçilime maruz kaldığını ve ıslah işleminde rol aldığını düşündüğünüz en az 3 özelliği listeleyin.

4. Genetik darboğaz nedir? Islah işlemi neden darboğaz ile sonuçlanır? Islah işlemi haricinde başka ne darboğaza sebep olabilir?

5. Genetik darboğazın popülasyondaki genetik çeşitliliğe etkisi nedir?

6. Domates ıslahında yer alan genleri tanımlarken gen odaklı yaklaşımı kullanan bir araştırmacı olduğunuzu varsayın. Aşağıdaki verileri topladınız:

Islah işleminde X geni mi, Y geni mi yoksa Z geni mi seçilime daha uygun bir hedef olarak görünüyor? Bunu nasıl biliyorsunuz?

İlişkili dersler ve kaynaklar

• Seçilimi öğretmek için: 9-12. sınıflara yönelik 4 bölümlük web seminerleri serisinin bu ikinci kısmında, Evrimsel biyolog David Kingsley mısır ile köpek yetiştiriciliğinden ve dikenli balıklardan örnekler göstererek, doğal ve yapay seçilimin işleyişini ve nasıl ufak genetik değişikliklerin bile organizmaların biçiminde (morfolojsinde) büyük etkiler yaratabileceğini ele alıyor. (İngilizce)

• Darboğazları öğretmek için: 9-12. sınıflara yönelik bu derste, Öğrenciler matematik bilgisine ihtiyaç duymadan, iskambil kâğıtları kullanarak, Hardy-Weinberg dengesi üzerine belirgin bir anlayış geliştiriyorlar. Aktivitenin genişletilmesi, öğretmenin darboğazın bir popülasyon üzerine etkisini simüle edebilmesini sağlıyor. (İngilizce)

• Genetik çeşitliliği öğretmek için: 9-12. sınıflara yönelik bu derste, öğrenciler kalıtımın doğal seçilimdeki rolünü değerlendirebilmek için, ayçiçeği tohumlarını ve Wisconsin turpunuTM kullanarak farklı canlılarda bulunan doğal çeşitliliği keşfe çıkıyorlar. (İngilizce)

• Mısırın evcilleştirilmesini öğretmek için: Bu internet sitesi Doebley takımının araştırmaları ile ilgili öğretici kaynaklar sağlıyor. Site ayrıca 6-12. sınıflar için uygun olan ve Guatemala çiminin evcilleştirilmesindeki önemli basamaklar üzerine bir slâyt gösterisi içeriyor. (İngilizce)

Kaynakça

• Doebley, J. F., Gaut, B. S., and Smith, B. D. (2006). The molecular genetics of crop domestication. Cell. 127: 1309-1321.

• Ethanol's effect: Expensive tortillas. (2007, January 13). Chicago Tribune. Retrieved January 19, 2007 from Chicago Tribune.

• Seewer, J. (2007, January 19). Farmers planting more corn this year. The Washington Post. Retrieved January 19, 2007 from The Washington Post.

Teosinte ve mısır fotoğrafı John Doebley tarafından; yabani ayçiçekleri fotoğrafı J. E.(Jed) ve Bonnie McClellan (California Academy of Sciences) tarafından; evcilleştirilmiş ayçiçeği fotoğrafı Edward McCain/USDA tarafından; yabani domates fotoğrafı Carl Jones tarafından; ıslah edilmiş domates fotoğrafı USDA tarafından; teosinte bitkisi fotoğrafı Hugh Iltis tarafından; mısır tarlası fotoğrafı Bob Nichols/USDA tarafından sağlanmıştır.