Evrim Mühendisliği
Tuğrul Giray
Bilim ve uygulama
Doğayı incelemek sonucunda bulduğumuz uygulamalar insanların yaşam, sağlık, mutluluk ve refahları için önemlidir. Bilimin uygulanmasında insanlara yarar amacı, karşısında durulamayacak bir güç ve basitliğe sahiptir. Örneğin bilginin insanlara ulaşmasını kolaylaştıran basımevi Osmanlı’ya 300 yıl gecikmeyle ve dini yetkenin izni ile gelmiştir. Bu şeyhülislam fetvasında basımevinin yararı dolayısıyla kullanılması uygun görülmüştür (Koloğlu 2006). Her ne nedenle olursa olsun 300 yıllık gecikme bilim ve teknolojide kabul edilemez. Günümüzde ise bilim ve teknolojide alınan yol çok daha kısa bir zaman diliminde kapatılması neredeyse olanaksız farklara neden oluyor. Evrim bilimi artık hızla teknolojiler üretmekte, yaşamımızın her alanına girmektedir. Bu sunumda artık evrim eğitiminde evrimin uygulamalarından yola çıkmamız gerektiğini, hatta bir evrim mühendisliği eğitimine doğru evrilmemiz gerektiğini anlatıyorum.
Evrim uygulamaları içselleşmeli, hep uygulanmalıdır. Bu refah düzeyimizi arttıracak bir gelişme olacaktır. Bilimi ve teknolojiyi anlamak, hatta üretmek onu kullanmak ve içselleştirmekle aynı değildir. Türkiye inşaat mühendisliği, şehir planlama gibi konularda çok acı örnekler sergilemektedir. Türkiye’de yetişen mühendisler dünya çapında yapı projelerinin sahipleridir. Buna rağmen depremlerde can kaybı, bina ve hatta yerleşke yıkımında Türkiye önde gelmektedir (US Geological Survey 2006, bkz Şekil 1). Evrimi bilmemek ve evrim uygulamalarını yapmamak sonucunda da karşılaşabileceğimiz ekonomik ve insan yaşamı kaybı çok büyük olabilir.
Neden evrim?
Fen ve biyoloji eğitiminin temel bir ögesi evrim eğitimidir. Bunun iki nedeni var. Öncelikle biyolojideki hiç bir şey evrim ışığı dışında anlamlı değildir (Dobzhansky 1973). Neden bal arısı onbinlerce bireyden oluşan kovanlarda yaşar, neden orkide arıları sadece bir kaç bireyin beraber bulunabileceği küçük yuvalarda yaşar gibi sorular ancak evrim yaklaşımı ile anlaşılabilir (Soucy ve ark. 2003). İkinci olarak da evrim yaşamın bir çok alanına uygulamaları ile girmiştir (Giray 1999). Evrimin en önemli mekanizması rastgele çeşitliliğin belirli koşullar sonucu elenmesi ile uyumlu birey ya da özelliklerin ortaya çıkmasıdır. Doğal seçilim sonucu oluşan bu birey ya da özellikler gerçek yaşamda canlıların karşılaştığı beslenme, korunma gibi sorunlara birer çok yönlü çözüm olarak görülebilir. Üstelik bu çözümler ortak kökenler yoluyla bağlantılıdır. Evrimsel çözümlerin analaşılması ve evrim yöntemi ile başka alanlardaki sorunlara çözüm arama hızla evrim bilimini bilinçli uygulanan stratejik bir bilim haline getirmiştir (Meagher 2007).
Ortak Köken: DNA mı proteinden, protein mi DNA’dan?
Moleküler evrimde ortak kökene dair sorular da önemli uygulamalara yol açmıştır. Örneğin şu biyolojinin ünlü yumurta mı tavuktan tavuk mu yumurtadan sorusu, ‘eğer proteinler kalıtsal malzeme (DNA) sentezi için gerekli ve protein sentezi için de DNA gerekli ise bu mekanizma ilk nasıl ortaya çıktı?’ sorusu çözülmüştür. Thomas R. Cech ribozim adını verdiği hem kalıtsal malzeme hem katalizör görevi yapan RNA moleküllerini doğada bulduğu için 1989 Nobel Kimya ödülünü kazanmıştır (Cech, 1989). Bu yeni bulunan moleküller laboratuvarda molekül evrimine de yol açtı. Önce RNA enzimler, ribozimler seçildi. Bunlar artık gen tedavisi için aday ilaçlar oluşturmuşlardır. Eskiden bir RNA dünyasının olduğunun tartışılması dışında bu buluş devam eden bir RNA dünyası olduğunun anlaşılmasını ve RNA teknolojileri gelişimini sağlamıştır (Gesteland ve ark. 2006).
Bir metafor olarak yapay seçilim
Evrimin mekanizmasına bir metafor olarak görülen yapay seçilim Darwin’in evrim kuramını oluşturmasına da yardımcı olmuştur. Bu da kuram oluşturulmadan önce bile insanların evrimi günlük yaşama uyguladıklarını gösteriyor. Değişik güvercinlerin seçilmesi, et için sığırların seçilmesi hep Darwin’in ‘Türlerin doğal seçilim ile oluşumu ya da yaşam savaşımında yeğlenen ırkların korunması hakkında’ kitabında (Şekil 2) örnek olarak sunulmuştur (Darwin 1859, Hansen 1999). Farkında olmadan evrimi uygulamak aslında tarımsal iyileştirme çalışmalarından çok daha önce başlamıştır. Biz Anadolu’da tarımın başladığı (Diamond 2000), geliştiği topraklarda olduğumuz için örnek açısından şanslıyız. Kullandığımız buğday, inekler, koyun,çoban köpeği hep Anadolu’da evcilleştirilmiş, bu sırada da özellikleri değişen bu canlıların çoğu yaban türlerden farklı yeni türlere dönüşmüşlerdir.
Tavuklar, birleşin!
Tavuklarda yumurta verimi için seçilim yapıldığında Legghorn tavuklarında günde bire varan yumurta veriminin ötesinde bir başarı yakın zamana kadar sağlanamamıştı. Oysa yakın zamanda evrim kuramında Darwin’den beri sorgulamalar ve izleyen deneyler sonucunda bireylerin nasıl birbiriyle yardımlaştığı konusundaki anlayışlar da uygulamaya dönüştürülmüştür. Buna bir örnek canlıların seçiliminde ortaklaşmaya da pirim verilerek üretimin daha da arttırılabileceğidir (Craig ve Muir 1996). Bu da grup seçiliminin tam anlaşılması ile olası bir uygulamadır.
Yok etmek mi yönetmek mi?
Zararlıların etkilerini kabul edilir düzeylerde tutmada bütüncül zararlı yönetimi (integrated pest management; Kogan 1998 ) elimizdeki en iyi çözümdür. Bunun dışında, tamamen zararlılardan kurtulmak amaçlı yöntemler zararlılarda hızla direnç evrimine yol açmıştır (Denholm ve ark. 2002). Bir özelliğin seçilimi yalnız çevre koşullarına göre olumlu ya da olumsuz olacaktır. Direnç evrimi ancak sürekli kimyasal savaşım uygulaması ile devam edecektir. Çünkü canlılar ortamlarına çok yönlü uyum göstermektedirler ve değişik özelliklere yaptıkları yatırım bu özelliklerin üreme ve hayatta kalma açısından önemi ile orantılı olacaktır. Bu nedenle çevereden böcek öldürücüleri olabildiğince uzaklaştıran bir yöntemle zararlıları daha uzun süre ve daha etkili yönetebiliriz. Dünya’da nüfus artışı ile gıda sağlamak giderek artan bir sorundur. Evrimi içselleştirmiş bir zararlı yönetimi çözümün parçası olabilir.
Dr. Darwin
Evrimin farkına varılması ve kuramlaştırmasının ardından bir çok alanda uygulanmaya, insanların bilgilenmesi ve eğitimi ölçüsünde başlanılmıştır (Bull ve Wichman 2001). İlk adı konulan evrim uygulaması tıpta olmuş ve görece yeni bir alan olarak Darwin Tıbbı ortaya çıkmıştır (William ve Nesse 1991) . Bu tıp dalı zaten uygulamakta olduğumuz evrimsel yaklaşımların dışında da her hastalık ve sağlık sorununun insanın ve hastalıkların köken ve evrimleşmesi göz önünde tutularak irdelenmesi sonucunu doğurmuştur. Darwin Tıbbı’ndan önce de kolayca uygulama bulan evrimsel düşünceye dayalı uygulamalar örneğin bakterilerde antibiyotik direncinin yönetimi ve kanser tedavisinde bileşik kemoterapi ile kemoterapiye direncin azaltılmasıdır.
Darwin Tıbbı insanların evrimi ve şu anki yaşamları ile ilgili olarak bazı ‘normal’ hastalıkları daha iyi anlamamızı sağlamıştır. Darwin Tıbbı neden bazı bulaşıcı hastalıkların daha ağır etkili (virulent) olduğunu anlamamızı ve bu tür hastalıkları azaltma yönünde uygulamaları da bize göstermiştir. Darwin Tıbbı yeni bulaşıcı hastalıkları, virüs evrimini, AIDS’i daha iyi anlayıp hazırlıklı olmamızı, yanıtlar oluşturmamızı sağlamıştır. Türkiye’de Darwin Tıbbı henüz öğretilmemektedir. Darwin tıbbı kanser tedavisine de daha önce düşünmediğimiz yöntemler getirmiştir. Örneğin tumörü destekleyen dokuları hedefleyen kanser tedavileri dirence daha dayanıklı olacaktır (Şekil 3).
Evrim in silico
Teknoloji üretiminde ve yeni çok yönlü çözümler bulmada evrim ve doğal seçilimin önemi önce modelleme yolu ile bilgisayar alanı ile birleşmiştir. Ama bu modellerin asıl uygulaması yaşam sorunlarını çözen canlılar yerine mühendislik sorunlarına en uygun çözümleri bulan işlemler geliştirilmesinde kullanılmıştır. Bu alanın genel adı evrimsel programlama olarak biliniyor. Neyseki bu alan Türkiye’de de biyolojiden uzaklığı sayesinde bilgisayar ve mühendislik bölümlerine gelmiştir. Ama evrimsel biyologlardan uzak kalan bu alandaki araştırmacılarımızın diğer ülkelerdeki araştırmacıların yararlandığı ortaklıklardan, görüşlerden en azından gecikerek yararlanmaları durumu ortaya çıkmaktadır. Bu alanda bir örnek Türkiye’nin yıllık enerji gereksiniminin tahmininin evrimsel programlama ile çok daha iyi yapılmasıdır (Öztürk ve ark. 2005; bkz Şekil 4).
Ne yapmalı?
Ne yapabiliriz: Dünya’da da olduğu gibi evrimi stratejik bir bilim olarak görmeliyiz (Meagher 2007) ve ilk evrim mühendisliği bölümlerini kurmalıyız. Düşük yatırım isteyen, ama çok getirisi olan bu alanda insan ve diğer -kaynak geliştirmek amacımız olmalı. Planlama gerektiren her alanda evrim uygulamaları önemli yararlar sağlayabilir. Üst düzeyde böyle bir çağdaş uygarlık düzeyinin ilerisinde adım atmak hızlı bir hamle için gerekli. Bunun yanısıra unutmamalıyız ki her bina temelden başlar. Nasıl ki okuma-yazma 7 yaşında öğretiliyor, matematik ancak okul öncesi eğitim ve ilk öğretimin tamamında ve üniversite eğitiminin ilk yılında veriliyor, evrim de böyle öğretilmeli. Evrim konusu her bireye temel bir konu olarak okul öcesinde başlayıp, ilk öğretimde devamla ve üniversitenin matematik, kimya, fizik, biyoloji serisi içinde de öğretilmelidir. Yapay evrim ve din karşıtlığı yerine evrimin uygulamalı örnekleri, yararı temel alınarak bilim ve teknolojide geri kalmanın önüne geçilmelidir.
Kaynakça:
Bull, J.J., Wichman, H.A. 2001. Applied evolution. Annual Review of Ecology and Systematics. 32: 183-214.
Darwin, C. 1859. Evolution of species by means of natural selection or, the preservation of the favoured races in the struggle for life. A facsimile of the 1st edition. 1981 Harvard University Press. 513 ss.
Denholm, I., Devine, G.J., Williamson, MS. 2002. Insecticide resistance on the move. Science. 297: 2222-3. Dobzhansky, T. 1973. Nothing in biology makes sense except in the light of evolution. The American Biology Teacher. 35: 125-129.
Futuyma, D.J. 1995. The uses of evolutionary biology. Science. 267:41-42.
Futuyma, D.J., Meagher 2001. Evolution, science, and society: evolutionary biology and the national research agenda. American Naturalist
Gesteland, R., Cech, T.R., Atkins, J.F. (editörler) 2006. The RNA world. 3rd Edition. CSHL Press. 768 ss.
Giray, T. 1999. Yaşam ve evrim. TÜBİTAK Bilim ve Teknik Dergisi: 381: 98-102.
Hansen, L.B. 2000. Consequences of selection for milk yield from a geneticist’s viewpoint. Journal of Dairy Science. 83: 1145-50.
Kerbel, R.S. 1997. A cancer therapy resistant to resistance. Nature. 390: 335-336. Kogan, M. 1998. Integrated pest management: historical perspectives and contomporary developments. Annual Review of Entomology. 43: 243-73.
Koloğlu, O. 2006. Osmanlı’dan 21. yüzyıla basın tarihi. Pozitif Yayınları. 197ss.
Meagher 2007. Is evolutionary biology a strategic science? Evolution 61: 239-44. NSF 1998. Frontiers in population biology. ABD Ulusal Bilim Vakfı raporu.
NSF 2005. Frontiers in evolutionary research. ABD Ulusal Bilim Vakfı raporu.
Öztürk, H.K., Ceylan, H., Canyurt, O.E., Hepbaşlı, A. 2005. Electricity estimation using genetic algorithm approach: a case study of Turkey. Energy. 30: 1003-12.
Soucy, S.L., Giray, T., Roubik, D.W. 2003. Solitary and group nesting in the orchid bee Euglossa hyacinthina (Hymenoptera, Apidae). Insectes Sociaux. 50: 248-255.
Taylor, K.G. 2005. Directed molecular evolution: applications in biocatalysis. Innovations in Pharmaceutical Technology (2):42-46.
Vasserot, A.P., Dickinson, C.D., Tang, Y., Huse, W.D., Manchester, K.S., Watkins, J.D. 2003. Optimization of protein therapeutics by directed evolution. Drug Discovery Today 8:118-26.
U.S. Geological Survey 2006.
William, G.C., Nesse, R.M. 1991. The dawn of Darwinian medicine. The Quarterly Review of Biology. 66: 1-22.
Şekiller:
Şekil 1. Türkiye ve Japonya’da son yüz yılın ilk ve ikinci yarısında depremler ve depremlerde yaşam kaybı. Çubukların üzerinde önemli depremlerin sayısı belirtilmiştir.
Şekil 2. ABD’de yapay seçilim sonucunda Holstein ineğinin günlük süt veriminde 1964-1996 arasında yaklaşık üç kat artış olmuştur.
Şekil 3. Kanserde bileşik kemoterapi ve damar dokuya karşı tedavinin direnç gelişimi yönünden karşılaştırılması. Dirençli kanser hücreleri kemoterapide kayırılmış oluyor, oysa tumörü besleyen damar dokunun geriletilmesi dirençli kanser hücrelerinin artmasına yol açmıyor.
Şekil 4. Öztürk ve arkadaşları (2005) evrimsel programlamaya dayalı yöntemlerle Türkiye’nin bir yıl sonraki enerji gereksinimini kullanılan yöntemlerden daha iyi kestirebilmektedirler.
0 Yorumlar