Lenski Deneyi

Lenski (Evrim) Deneyi

E. coli uzun vadeli evrim deneyi, Richard Lenski önderliğinde 24 Şubat 1988 tarihinden beri devam eden ve eşeysiz üreyen Escherichia coli bakterisinin başlangıçtaki 12 özdeş popülasyonu üzerinde yürütülen bir deneysel evrim çalışmasıdır. Popülasyon, 2010 yılının Şubat ayında 50.000'inci nesile ulaşarak dönüm noktasına gelmiştir.

Deneyin başlangıcından bu yana Richard Lenski ve ekibi, popülasyonlardaki suşlarda bir dizi geniş genetik değişiklikler olduğunu bildirmişlerdir. Bu 12 popülasyonun her birinde bir takım evrimsel adaptasyonlar görülürken bazı adaptasyonlar ise sadece bir ya da birkaç popülasyonda ortaya çıkmıştır. Özellikle çarpıcı bir adaptasyon, mikroorganizmaların geliştiği madde içinde E. coli baktesinin bir suşunun daha önceden taşımadıkları bir özelliği, sitrat molekülünü kullanma ve sitrik asit içinde büyümeyi başarma yeteniğini kazanarak evrilmiş olmasıdır.

Tek bir bakteri kolonisiyle başlatılan deneyde elde edilen 12 bakteri suşu, her gün glikozla beslenerek yirmi yıl ve on binlerce kuşak boyunca yaşatılarak bu yirmi yıllık süreç içinde bakterilerin birçok mutasyon geçirmesi ve doğal seçilimin işleyerek bu mutasyonlar aracılığıyla daha iyi uyarlanan bakterilerin seçilmesi beklenildi. Bunun yanında deneyi yürüten araştırmacılar, deneyi başlattıkları ilk koloniden itibaren her 500 bakteri kuşağındaki bir bakteri örneğini dondurarak karşılaştırmada kullanmak için bunlardan bir çeşit dondurulmuş fosil kaydı oluşturdu. Buna dair başka bir neden, dondurulmuş bakterilerin çözülüp, yeniden canlandırılarak atalar ile torunların özelliklerinin karşılaştırılmasına imkan vermesidir.
Sonuçlar

Bu deneyde en önemli gelişme, Lenski ve ekibinin 33.127’nci kuşaktan sonra kolonilerden birinde bir gariplik olduğunu fark etmiş olmalarıdır. Nitekim yirmi yıl boyunca saklanan dondurulmuş bakteri kayıtlarının farklı zamanlarından tekrar canlandırılan bakteri örnekleri incelenerek bu koloninin, bu organik bileşiği kullanamayan bir çok bakterinin ve genelde sitratı hücre zarından içeri alamayan ve bu molekülden yararlanamayan E.coli bakterilerinin aksine, sitrat molekülünü kullanabilme yeteneği kazandıkları ortaya çıkmıştır. Bunun yanında, sitrat kullanabilen bakterilerin popülasyon içinde görülme sıklıklarının çizdiği inişli çıkışlı eğrinin, sitrat kullanma yeteneğinin tek bir mutasyonla değil, birden çok mutasyonla oluştuğu düşünülmektedir.

20.000’inci kuşak çevresinde gerçekleşen bu çok nadir mutasyonun sitrat kullanma yeteneğinin ortaya çıkmasına neden olduğu düşünülmekle beraber sitrat kullanma yeteneğinin tam olarak kazanılması için bunun ardından gelen bir dizi başka mutasyonun daha gerekli olduğu da Lenski ve ekibinin ortaya çıkardığı başka bir sonuç olmuştur. Nitekim Lenski’nin bu deneylerde çıkardığı sonuç şöyle: Önemli evrimsel gelişmeler, organizmaların geçmişte yaşadığı rastlantısal değişimlere sıkıca bağlıdır. Ekibin çok zor olduğunu kabul ettiği şimdiki amacı da tam olarak hangi mutasyonun bu değişime yol açtığını saptamak.
wikipedia.org
 
Lenski Deneyi ile ilgili makale

Evrim, Tarih Sever

Organizmalar, atalarının taşımadığı yeni özellikleri nasıl kazanır? Önemli evrimsel yeniliklerin tek bir mutasyonla mı kazanıldığı yoksa, kuşaklar boyu oluşan birçok mutasyonun birikimiyle mi ortaya çıktığı yıllardır evrimsel biyologlar arasında süren ateşli bir tartışmanın kaynağı. Michigan Devlet Üniversitesi’nden Richard Lenski ve ekibinin Haziran ayında yayımlanan araştırma sonuçları, evrimsel yeniliklerin oluşumunda tarihin önemini açık bir şekilde gösteriyor. Araştırmaya göre organizmaların yeni özellikler kazanmasında bir anda önemli fenotipik değişimlere yol açan bir tek mutasyondansa, çok sayıda küçük ve daha az etkili mutasyonun, evrimsel tarih boyunca birikimi çok daha önemli.

Lenski’nin 1988’de tek bir bakteri popülasyonuyla başlattığı çalışmanın (20 yıl ve 30.000 bakteri kuşağı) sonucu, E. coli bakterilerinin daha önceden taşımadıkları bir özelliği, sitrat molekülünü kullanma yeteneğini, kazandığını gösteriyor. Tek bir bakteri kolonisiyle başlatılan deney aslında çok basit bir şekilde kurulmuş. Tek bir koloniden elde edilen 12 bakteri hattı her gün glikozla beslenerek yirmi yıl ve on binlerce kuşak boyunca yaşatılmış.

Evrime ilişkin bildiklerimize dayanarak bu yirmi yıllık süreç içinde bakterilerin birçok mutasyon geçirmesini ve doğal seçilimin işleyerek bu mutasyonlar sonucunda bulundukları deney ort***** daha iyi uyarlanan bakterilerin seçilmesini bekleriz. Araştırmacılar da bu beklentiyle deneyi başlattıkları ilk koloniden itibaren her beş yüz bakteri kuşağında bir bakteri örneğini dondurarak bunlardan bir çeşit dondurulmuş fosil kaydı oluşturmuş. Bunun jeolojik fosil kayıtlarından çok önemli bir farkı var: Dondurulmuş bakteriler çözülüp, yeniden canlandırılarak atalar ile torunların özelliklerinin karşılaştırılmasını olanaklı kılıyor. Ekip deney boyunca evrimsel sürece ilişkin birçok gözlemde bulunma fırsatı yakalamış. Örneğin günümüz bakterileri ilk atalarından ortalama %75 daha hızlı ürüyormuş. Bunun yanında sürekli beslendikleri glikozu daha verimli kullanırken bazı başka şeker türlerini kullanmada artık ataları kadar iyi değillermiş. Araştırmacılar süreç boyunca evrim geçiren bazı genleri belirlemeyi de başarmış. Deneyin yürütüldüğü on iki bakteri hattının tümünde birden değişen genler olmuş; ancak bunların her birinde genin değişen bölgesi ötekilerden farklıymış.

Lenski’nin ekibi 33.127’nci kuşaktan sonra kolonilerden birinde bir gariplik olduğunu fark etmiş. Bu koloni, sitrat molekülünü kullanabilme yeteneği kazanmış. Birçok bakteri bu organik bileşiği kullanabilir, ancak sitratı hücre zarından içeri alamayan E.coli bu molekülden yararlanamaz. Ekip, bu beklenmedik değişimin nasıl ortaya çıktığını anlamak için dondurulmuş bakteri stoklarına geri dönmüş. Yirmi yıllık kaydın farklı zamanlarından canlandırılan örnekler incelenmiş. Sonunda sitrat kullanabilen bakterilerin ilk kez 31.500’üncü kuşakta ortaya çıktığı belirlenmiş. O anda popülasyonun yalnızca binde beşini oluşturan bakterilerin popülasyon içindeki oranları sonraki bin kuşakta %19’a kadar çıkmış ve bunlar 33.000’inci kuşakta bir anda ortadan kaybolmuş. Ne var ki 120 kuşak kadar sonra yeniden ortaya çıkıp bu kez popülasyona egemen olmuşlar.

Sitratçı bakterilerin popülasyon içindeki varlıklarının çizdiği bu inişli çıkışlı eğri, sitrat kullanma yeteneğinin tek bir mutasyonla değil, birden çok mutasyonla oluştuğunu düşündürüyor. Lenski, bu değişimin yeniden gelişip gelişmeyeceğini görmek için deneyi farklı kuşaklar üzerinden yeniden başlatmış. İlk 15.000 kuşaktan hiç biri sitrat kullanma yeteneği geliştirememiş. Bundan sonraki kuşakların öncekilere göre sitrat kullanma yeteneğini geliştirmeye çok daha yatkın oldukları görülmüş. Bu, 20.000’inci kuşak dolayında gerçekleşen çok nadir bir mutasyonun sitrat kullanma yeteneğinin gelişmesine ön ayak olduğunu gösteriyor. Ancak sitrat kullanma yeteneğinin kazanılması için bunun ardından gelen bir dizi başka mutasyon daha gerekli.

Lenski’nin çıkardığı sonuç şöyle: Önemli evrimsel gelişmeler, organizmaların geçmişte yaşadığı rastlantısal değişimlere sıkıca bağlıdır. Ekibin çok zor olduğunu kabul ettiği şimdiki amacı da tam olarak hangi mutasyonun bu değişime yol açtığını saptamak.

BİLİMveTEKNiK 8 Ağustos 2008
Murat Gülsaçan

biltek.tubitak.gov
 
Lenski'nin Evrim Deneyi 1988'den Beri Devam Ediyor!

bazı temel bilgileri edinebileceğiniz Lenski Deneyi, ya da daha teknik adıyla Escherichia coli Uzun Dönem Evrim Deneyi Projesi (LTEE), evrimin laboratuvarda gözlenebileceğini bizlere gösteren, evrimin tartışılmaz bir gerçek olduğunu bilimsel olarak ortaya koyan sayısız araştırma ve çalışmadan sadece bir tanesidir. Ancak önemi, uzun dönem bir deney olmasından ötürü evrime dair kavrayışımızı, bilgilerimizi ve öngörülerimizi geliştiren bir niteliği olmasıdır.

1988 yılında, Michigan Eyalet Üniversitesi'nde sadece 12 deney kabındaki E. coli bakterileri, günümüzde toplamda 58.000'den fazla nesil geçirmişlerdir ve deney halen sürmektedir. Deneyde, her 500 nesilde bir bakteri popülasyonları dondurularak, tıpkı gerçek fosillerin evrimin bazı kesitlerini bize göstermesi gibi, "fosil kaydı" da elde edilmektedir. Lenski ve ekibi, belirli aralıklarla deneyiyle ilgili sonuçları rapor olarak bilim camiasına iletmektedir. Science dergisinde yayımlanan son rapor, oldukça ilginç bilgilere yer vermektedir.

Lenski ve arkadaşları raporda, bakterilerin bulunduklara ortama adapte olmaları konusunda herhangi bir üst sınır tespit edemediklerini, evrimin sürekli olarak devam ettiğini belirmektedirler. Yani ortam değiştikçe, bakteriler de sürekli olarak, seçilim baskısı altında, ortama adapte olmayı sürdürmektedir. Santa Cruz'da bulunan Kaliforniya Üniversitesi'nden John Thompson, şunları söylemektedir:

"Bu raporda verilen sonuçlar, canlıların bulundukları ortama adapte olabilmeleri için bizim sandığımızdan da fazla yöntemi olduğunu göstermektedir."

Lenski ve arkadaşları, deneyin son 25 yılında, toplamda 41 farklı zamanda dondurulmuş bakterileri yeniden hayata döndürerek bu canlılardan yeni popülasyonlar yaratmışlardır. Bu nesilleri, günümüzdeki torunlarıyla bir araya koyarak, evrimsel uyum başarılarını gözlemişlerdir. Bu şekilde yürütülen araştırmada görülmüştür ki, 40.000'inci nesil ile 50.000'inci nesil arasında, ortama uyum başarısında %3'lük bir artış yaşanmıştır.

Araştırmacılar, bir bilgisayar modeli kullanarak bu deneyin 2.5 milyar yıl boyunca sürecek olsa neler olabileceğini anlamaya çalışmışlardır ve bilgisayar modeli de, evrimin herhangi bir üst sınırını tespit edememiştir. Almanya'daki Cologne Üniversitesi'nden Joachim Krug, The Scientist dergisine şunları söylemektedir:

"Evrimde her zaman tamir edilecek bir şeyler vardır. Dolayısıyla yapıları biraz daha iyi hale getirmenin her zaman bir yolu vardır."

Deney, bizlere evrimle ilgili çok önemli bilgiler vermektedir. Sanılanın aksine evrim, bir bakterinin bir kediye dönüşmesi değildir. Evet, evrimsel süreç içerisinde bakteriler gibi ilkel canlılardan başlayan organizmalar, kedilerin de, köpeklerin de, insanların da ortaya çıkmasına neden olmuştur, bu doğru. Ancak buna neden olan şartların ve sürelerin laboratuvarda birebir uygulanması imkansızdır. En ufak bir parametre değişikliği, canlının evriminde öngörülemez değişimlere neden olabilir. Bu sebeple, araştırmacılar böyle bir evrimsel değişimi gözlemeyi beklemezler; zira buna kimsenin ömrü yetmeyecektir. 80 yıllık insan ömrü, hatta 200.000 yıllık Homo sapiens varlığı, 3.8 milyar yıldır süren evrim için dillendirmeye bile değmeyecek süre dilimleridir.

Ancak araştırmalarda gözlenen, son derece nettir: canlılar, bulundukları ortama adapte olurlar. Bu ortama adapte olabilmek için, yapıları değişmek zorundadır: fizyolojileri değişir, anatomileri değişir, davranışları değişir... Bunların hepsi bir araya geldiğinde, belli bir süre geçtikten sonra canlılar o kadar farklılaşır ki, belki dıştan bakıldığında halen atasal türle aynı yapıdaymış gibi gözükse de, tamamen yeni bir canlı formu evrimleşmiştir. İşte evrim, bu şekilde ilerler. Bunu, 3.8 milyar yıl gibi akıl almaz sürelere vurduğunuzda, basit bir bakteriden, insan gibi karmaşık canlıların ve T-Rex gibi acımasız yırtıcıların ve orkide gibi renkli bitkilerin nasıl evrimleşmiş olabileceğini görebilirsiniz. Üstelik, geçtiğimiz günlerde yapılan ve Evrim Ağacı olarak haberini yaptığımız şu araştırmanın da gösterdiği gibi, bazen çok zormuş gibi gelen evrimsel değişimler (örneğin tek hücreliliğin çok hücreliliğe evrimi), sadece birkaç nesilde bile mümkün olabilir ve çok hızlı bir şekilde popülasyonlar beklenmedik özellikler evrimleştirebilir.

Lenski'nin çalışmalarının sonuçları, bilim camiasında heyecanla karşılanmakta ve devamı merakla beklenmektedir.

Hazırlayan: ÇMB (Evrim Ağacı)
evrimagaci.org
 
Üst Alt