TORTULLARDA ANTİK İNSAN DNA’SI ARAMAK
Selim Gürselgil’in “İNSANSI CANLILAR VE BAKARA SÛRESİ” (linki altta) yazısına Mert Yavaş adlı okuyucumuzun yaptığı yorum ve yorumuyla birlikte tavsiye ettiği makaleyi de sunuyoruz:
Mert Yavaş:
Çok çarpıtıcı bir metin bu bana kalırsa manipülatif bir metin aslında bir kaç haklı olduğu dayanağının olduğu kısımlar var evet mesela australopithecusun genom dizilimi vesairesine günümüz teknolojisi ile çıkartmak imkansız dna en soğuk koşullarda bile yarı ömrü sebebiyle 1 1.5 milyon yıl arasında parçalanıyor ama çinde yakın zamanda bulunan 400 bin yıllık homo erectus fosilinin modern insanlarla derin genetik bağları olduğu kanıtlandı ki bir kaç örnek daha mevcut buna benzerlik mevzuuda cinayet mahalinde bütün kanıtlar mevcutken video kaydı yok diye katili reddetmeye benzer bu konuyu dahada açabilirim ama çok uzar mesaj neandertal ve denisovalılar içinde afrika kökenli olmayan her homo sapienste %1 ila %2 arasında neandertal geni bulunuyor yani bu türler içimize karıştı verimli döller ile hatta ve hatta şuan modern melonezyalılarda %4 % 6 aralığında denisovalı geni bulunuyor https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9335908/ buda bu son bahsettiğim mevzu ile ilgili hakemli bir makale
Tortullarda Antik İnsan DNA’sı Aramak
Taş alet parçaları ve ara sıra rastlanan iskelet kalıntıları, mağaralarda yaşayan insan atalarımız ve Neandertal kuzenleri hakkında bildiklerimizin çoğunu sağlıyor. Ancak son 15 yılda, arkeologlar ve antropologlar, biyobilimlerde devrim yaratan yeni nesil DNA dizileme tekniklerinde güçlü bir araç elde ettiler. Hızlı, ucuz ve doğru dizileme, kemiklerden ve diğer kaynaklardan elde edilen antik DNA’yı analiz etmelerine ve insan evrimi ve göçü hakkındaki anlayışımızı genişletmelerine olanak sağladı.
Bugüne kadar binlerce arkaik insan genomu dizilendi. Dizilenen en eski hominin genomu, Pleistosen dönemindeki son buzul çağına, yani 430.000 yıl öncesine dayanıyor. O dönemde atalarımız Neandertaller ve Denisovanlarla (daha önce bilinmeyen bir arkaik insan grubu) birlikte yaşadılar ve çiftleştiler. Bu grup, 2008 yılında Sibirya’daki Altay Dağları’nda bulunan Denisova Mağarası’ndaki bir parmak kemiğinden elde edilen antik DNA’dan keşfedildi.
Kemik ve dişlerin küçük parçalarından bile DNA elde edilebilir, ancak bu tür fosiller nadirdir. Bu nedenle, 5 yıl önce Max Planck Evrimsel Antropoloji Enstitüsü’nden bir ekip, örnek almak için fosilleşmiş kemikler aramak yerine, belki de çürümüş kalıntılardan veya vücut sıvılarından geriye kalan DNA’nın kendisini aramaya çalıştı. Bu ekip, Avrupa genelinde yerleşim yeri olduğu bilinen birçok mağara bölgesindeki toprak ve tortularda eski hominin DNA’sının bulunabileceğini bildirdi. Araştırmacılar, 14.000 ila 550.000 yıl öncesine ait tortu örneklerinden milyonlarca kısa Neandertal ve Denisovan mitokondriyal DNA parçasını çıkardılar ve çoğalttılar.
2003 yılında yayınlanan öncü bir makale , miligramlık tortu örneklerinde Pleistosen dönemine ait DNA bulmanın mümkün olduğunu göstermiş olsa da, Max Planck araştırmacılarından önce hiç kimse eski insanlara ait DNA aramamıştı.
Çeşitli araştırma ekipleri şu anda hangi tortul türlerinin antik DNA için en iyi avlanma alanı olabileceğini ve bu kaynaklardan DNA verimini nasıl en üst düzeye çıkarabileceklerini inceliyor. Bu ek kanıtlarla araştırmacılar, arkaik insan grupları ile modern insanlar arasındaki ilişkiyi ve farklılıklarını daha iyi anlamayı ve nihayetinde göçleri ve dünya üzerindeki nüfus dağılımları hakkında bir tablo oluşturmayı umuyorlar.
Topraktaki sırlar
Kemiklerden veya dişlerden elde edilen DNA’da olduğu gibi, tortu örneklerindeki materyal de “rastgele dizileme” yöntemiyle dizilenebilir; bu yöntemde mevcut tüm DNA elde edilir ve dizilenir, ardından veriler bir araya getirilerek genomun daha büyük bölümleri oluşturulur. Ancak Max Planck’taki ekibe liderlik eden evrimsel genetikçi Matthias Meyer, “Çıkardığımız DNA’nın büyük çoğunluğu aslında mikrobiyaldir – %99 veya daha fazlası” diyor. Bu, dizilenen DNA’nın çoğunun alakasız olduğu anlamına gelir ve rastgele dizileme yaklaşımını “son derece maliyetli” hale getirir, diyor McMaster Üniversitesi Antik DNA Merkezi’nde doktora sonrası araştırmacı olan arkeoloji bilimcisi Tyler Murchie.
Bunun yerine, çoğu grup, ilgilenilen DNA’ya bağlanmak için önceden tasarlanmış oligomer probları kullanan bir teknik olan hibridizasyon yakalama yöntemini kullanıyor. Problar, manyetik biyotin moleküllerine bağlanır; bu işlem, etiketlenmiş DNA moleküllerinin dizileme için çıkarılmasına olanak tanır. 2008 yılındaki çalışma sırasında Max Planck’taki Meyer’in laboratuvarında yüksek lisans öğrencisi olan ve Tel Aviv Üniversitesi’nde kendi antik DNA laboratuvarını kuran Viviane Slon, “Yüzde 100 eşleşme olmak zorunda değil; biraz esneklik payı var” diyor.
Hibritleme yakalama yöntemi, araştırmacıların çeşitli arkaik insanlara ve diğer hayvan türlerine özgü diziler arasındaki mutasyonları veya farklılıkları tespit etmelerini hâlâ mümkün kılıyor. Slon’a göre kilit nokta, bilgilendirici ancak insan ve Neandertaller arasında farklılık gösteren genomun belirli kısımlarını hedefleyen problar seçmektir. Meyer, bunun “inanılmaz derecede güçlü bir teknik” olduğunu ve son yıllarda antik homininler hakkındaki verilerin neredeyse tamamını ürettiğini söylüyor.
Antik DNA’nın dizilenmesindeki en büyük zorluk, bulunan parçaların uzunluğudur. Zamanla, DNA molekülleri hidroliz de dahil olmak üzere bir dizi mekanizma yoluyla kademeli olarak parçalanır. Ticari dizileme kitleri, büyük ölçüde bozulmamış halde başlayan modern DNA örneklerini çıkarmak için tasarlanmıştır. Slon, bu kitlerin “bu kadar kısa parçaları elde etmek için uygun olmadığını” söylüyor.
Bu nedenle araştırmacılar, hücre maddesini parçalarken mümkün olduğunca fazla DNA’yı koruyacak tamponlar, proteazlar ve kaotropik tuzlar ile inorganik maddeyi bağlayan bileşikler kullanarak özel protokoller geliştirdiler. Bu adımlar, eski DNA örneklerinde bulunan kirleticileri ortadan kaldırır ve iplikler alkol eklenerek çöktürülebilir. Meyer, grubunun DNA’yı çöktürürken daha fazla alkol eklemenin daha kısa parçaların daha fazlasını geri kazanmaya yardımcı olduğunu bulduğunu söylüyor.
Birçok antik DNA laboratuvarı, elde edilen DNA’yı iplikleri ayırmak için ısıtarak 10 kat daha fazla DNA elde eder; bu da Meyer’in laboratuvarından bir başka yeniliktir. DNA daha sonra silika boncuklar üzerine yakalanır ve standart yöntemler izlenerek dizileme için hazırlanır.
Sonra işler tekrar karmaşıklaşıyor. Zamanla DNA bazlarında meydana gelmiş olabilecek kimyasal değişiklikler, dizilerin nasıl okunduğunu etkiliyor. Kaliforniya Üniversitesi, Santa Cruz’da evrimsel moleküler biyolog olan Beth Shapiro, “Antik DNA’yı analiz ederken, gerçek olmayan belirli mutasyon türlerinin farkında olmalısınız” diyor. Örneğin, bir DNA parçasının terminal nükleotidlerinde, sitozin bazının deaminasyonu urasil bırakır ve bu da dizileme uzmanları tarafından timin olarak tanımlanır. Bazı laboratuvarlar, hasarlı DNA’daki timin ve sitozini ayırt edebilmek için urasili tekrar sitozine dönüştürmek üzere urasil-DNA glikozilaz (UDG) enzimini kullanır . Diğerleri ise verileri referans dizilerle karşılaştırarak çözümlüyor.
Shapiro’nun laboratuvarı ve diğerleri UDG kullanmıyor, çünkü Shapiro’nun dediği gibi, sitozin-timin değişimlerini “gerçekten eski olduğunun kanıtı” olarak görmeyi tercih ediyorlar. Bu, antik DNA’yı örnekleri kirletmiş olabilecek herhangi bir modern insan DNA’sından ayırt etmeye yardımcı oluyor. Bu tür kirlenmeyi sınırlamak için araştırmacılar DNA’yı her zaman temiz oda koşullarında çıkarıyorlar, ancak herhangi bir örnekteki çok az miktardaki antik DNA, tek bir modern insan hücresinin bile içindeki antik DNA’yı bastırabileceği anlamına geliyor.
İlk sonuçlar yalnızca mitokondriyal DNA’dan diziler sağladı; bu, her hücrede yüzlerce kopyası bulunduğu için, nükleer genomun tek bir kopyasına kıyasla daha kolay bulunur. Ancak anneden miras alındığı için, mitokondriyal DNA, popülasyon farklılıklarını anlamada sınırlı bir potansiyel sunar. Meyer, nükleer DNA’nın “bize tam resmi verdiğini” söylüyor. Mayıs 2021’de, grubu, 50.000 ila 200.000 yıl öncesine ait mağara tortularından dizilenen ilk antik insan nükleer DNA’sını yayınladı . Araştırmacılar, İspanya’nın kuzeyindeki Galería de las Estatuas’ta bulunan mağarada yaşayan iki farklı Neandertal popülasyonunu belirleyebildiler; bunlardan biri diğerinin yerini 100.000 yıl önce almıştı.
Tortulara yapışmış
Bu tortu analizi teknikleri, eski insan DNA’sını incelemek ve arkeologların ve antropologların keşifler yapabileceği yerleri belirlemek için önemli yeni bir fırsat sunuyor. Mevcut verilerin çoğu, DNA’nın daha uzun süre hayatta kaldığı donmuş toprak bölgelerinden geliyor. Meyer’e göre, ılıman iklimlerde DNA’nın korunma süresi yaklaşık 100.000 yılla sınırlı ve tropik bölgelerde ise “10.000 yıldan daha eski bir şey elde etmek nadiren mümkün.” Afrika veya Orta Doğu’daki tortuları incelemenin, bu bölgelerde korunmuş DNA’ya sahip yerleri ortaya çıkarabileceğini ve bu sayede insan evriminin ve atalarımızın nerede ve nasıl yaşadığının resmini genişletebileceğini umuyor.
Ancak Meyer, “DNA’nın oraya nasıl ulaştığını ve zaman içinde nasıl korunduğunu tam olarak anlamıyoruz” diyor. Olasılıklardan biri, kendisinin ve grubunun kile yüksek konsantrasyonda DNA ekleyerek test ettiği gibi, tortu malzemelerine bağlanmasıdır. DNA’nın büyük bir kısmı kile bağlanır ve suyla kolayca tekrar yıkanamaz.
Sheffield Üniversitesi’nden kimyager Colin Freeman ve Kopenhag Üniversitesi’ndeki işbirlikçileri, DNA’nın tortularda nasıl korunabileceğini de araştırıyorlar. DNA’nın fosfat grupları ona negatif bir yük verir ve bu nedenle, yükü dengeleyen iyon köprüleri aracılığıyla mineral yüzeylerdeki sıkıca bağlı bir su tabakasının üzerine adsorbe olur. Freeman ve meslektaşları, DNA’nın kalsiyum karbonat (kalsit) yüzeyleriyle etkileşimlerini incelediler ve bazı doğrudan bağlanmaları gözlemlediler. Freeman, “Kalsit yüzeyi büyüdükçe doğal olarak küçük basamaklar oluşturur ve DNA’yı tercihen bu basamakların kenarlarına bağlar” diyor. Ancak araştırmacılar, tortularda korunan antik DNA’da hangi bağlanma mekanizmasının baskın olduğunu henüz keşfedemediler.
Mineral yüzeyler, reaktif bölgelere erişimi engelleyerek adsorbe edilmiş DNA moleküllerini hidroliz reaksiyonlarından koruyabilir. Ayrıca mineralin DNA molekülünün etrafında büyüyerek onu kapsüllemesi de mümkündür. Viyana Üniversitesi’nden Ron Pinhasi ve meslektaşları, Doğu Avrupa’daki mağaralarda 56.000 ila 84.000 yıl önce biriken sarkıt katmanlarında korunmuş eski memeli ve bitki DNA’sı buldular.
Sedimentlerden elde edilen DNA zincirlerinin uzunluğu, fosillerde bulunanlardan büyük ölçüde farklılık göstermez, ancak DNA’yı elde etmek daha zordur. Murchie, “Örneğin kemiğe kıyasla örnekte bir sürü başka madde var,” diyor. “Özellikle hümik asitler zorlayıcı olabilir.” Hümik asitler, biyolojik maddenin ayrışmasından kaynaklanan uzun zincirli moleküllerin karmaşık bir karışımıdır. Bu ilave maddeler, DNA dizilemesi için gerekli olan enzimatik reaksiyonları engelleyebilir. Ancak hümik asitleri sert reaktiflerle uzaklaştırmak DNA’ya zarar verir. Murchie, “İstemediğimiz diğer maddelerin birlikte elde edilmesini en aza indirirken DNA geri kazanımımızı en üst düzeye çıkarmaya çalışmak arasında bir denge kurmak” gerektiğini söylüyor.
Murchie ve meslektaşlarının en başarılı bulduğu yöntem, istenmeyen maddeleri çöktürmek için örneklerini 4 °C’de döndürmektir; bu da ticari ekstraksiyon kitlerine göre 8-19 kat daha fazla DNA elde edilmesini sağlar. Murchie, bu yöntemi kullanarak Yukon’dan alınan birkaç gram toprakta 11.000 yıllık yünlü mamut DNA’sı buldu . Ancak, karşılaştıkları tortuların yaklaşık beşte birinde DNA ekstraksiyonunu engelleyen bileşikleri tanımlama ve uzaklaştırmada hala zorluklar olduğunu ve kütle spektrometre analizinden sorunlu molekülleri tanımlayamadıklarını kabul ediyor. “Bize gerçekten yardımcı olacak bazı kimyagerlere ihtiyacımız var,” diyor.
Pinhasi, ekibinin Batı Gürcistan’daki bir mağaradan aldığı 25.000 yıllık tek bir tortu örneğini rastgele dizileme yöntemiyle inceledikten ve şaşırtıcı düzeyde çeşitlilik bulduktan sonra (insan, kurt ve bizon DNA’sı, hepsi de nispeten büyük miktarlarda) belirli tortuların diğerlerine göre DNA’yı koruma olasılığının daha yüksek olup olmadığını merak etmeye başladı. “Şimdiye kadar hiç kimse bu tek tortuda sahip olduğumuz DNA miktarına uzaktan bile yaklaşan bir şey elde edemedi,” diyor. Ancak “nedenini bilmiyoruz.”
Pinhasi, DNA’yı en iyi şekilde koruyabilecek tortul türlerini belirlemek için gerçek ve model tortulları incelemek üzere Viyana Üniversitesi çevre jeokimyacısı Stephan Kraemer ile işbirliği yapıyor. Pinhasi, sıralama işleminin yüksek maliyeti nedeniyle rastgele tortul örneklerini test etmeye devam etmeden önce “biraz daha fazla şey anlamak istediklerini” söylüyor. “Sonra da DNA’yı ayırmak için en iyi mekanizmaları veya protokolleri geliştirmenin zor kısmına geleceğiz.”
Kraemer, örneğin manganez oksitlerin belirli koşullar altında DNA’nın yıkımını hızlandırabileceğini, diğer minerallerin ise DNA’nın korunmasına yardımcı olabileceğini söylüyor.
Meyer, “Neandertal, Denisovan ve insan DNA’sını tortulardan çıkarabiliyor olmamız beni neredeyse her gün hayrete düşürüyor,” diyor. Sıklıkla, bol miktarda taş alet bulunan ancak bu aletleri yapan kişilerin izine rastlanmayan alanlarda yıllarca kazı yapan arkeologlarla çalışıyor. Şimdi ise onlara bu eski insanların kim olduğunu söyleyebiliyor.
Rachel Brazil, Amerikan Kimya Derneği’nin bağımsız bir haber kuruluşu olan Chemical & Engineering News’e serbest yazar olarak katkıda bulunmaktadır.