14 Aralık 2014 Pazar

Yakın Dönem Popülasyon Genetiği Çalışmaları Ne Anlatıyor

Bu yazıda son dönemde yayınlanmış popülasyon genetiği çalışmalarından elde edilen bulguları derlemeye çalışacağım. Bunu yaparken -antik ve/veya çağdaş- Anadolu insan topluluklarının bu çalışmalar açısından önemine de değineceğim.

Başlarken, popülasyon genetiği alanınındaki çalışmaların sayısının, son yıllarda birkaç faktöre bağlı olarak hızla arttığını söylemeliyim. Bu faktörlerden ilki, yakın zamanda yeni nesil dizileme yöntemlerinin geliştirilmesi. Bu yöntemlerle beraber artık, insan genomunu görece düşük maliyetlerle yüksek hassasiyette dizilemek mümkün hale geldi. Daha önce genomun sadece belirli bölgelerinden (örneğin, mikrosatelitler) elde edilen bilgi popülasyon öykülerinin yazılması için kullanılırken bugün genomun tamamı bu amaç için kullanılabiliyor. İnsan genomunda yaklaşık üç milyar (sayıyla 3.000.000.000) baz çifti var. Bu sayı, bir genomun dizilenmesiyle elde edilecek bilginin büyüklüğüne dair kabaca bir fikir verilebilir. Her ne kadar herhangi iki insan genomu arasındaki fark, genomun çok küçük bir kısmını temsil etse de (genomun yaklaşık %0,1'i [1]), farklı popülasyonlara ait birçok bireyin karşılaştırılmasından elde edilen bilgi, popülasyonların tarihlerine dair çıkarımlar yapmamıza imkan sağlayacak kadar büyük. Üstelik iki genom arasında gözlenen farkın, örneğin lokasyonu (farkların genomun belirli bölgelerinde toplanmış ya da bütüne yayılmış olması) gibi bilgiler de kendine özgü değer taşıyor.

Popülasyon genetiğinin son zamanlardaki hızlı gelişimine yardımcı olan ikinci faktör ise, gene yakın zamanda geliştirilen moleküler yöntemler sayesinde, fosil örneklerin DNA'larının yüksek hassasiyetle dizilenmesinin mümkün hale gelmesi. Böylece popülasyon öyküleri üzerine modern örnekleri kullanarak ulaştığımız çıkarımları antik örnekleri kullanarak sınamamız ve bu öyküleri detaylandırmamız mümkün hale geldi. Ayrıca, genomlarını dizileyebildiğimiz bu antik örnekler arasında sadece modern insanlar (Homo sapiens) yok; Neandertal (Homo neanderthalensis) ve Denisovalı gibi diğer homininler de var. Bu türler üzerine yapılan çalışmalar, modern insanların diğer homininlerle onbinlerce yıl önce karıştıkları [2, 3] ve bu karışımlardan modern Avrasyalı insan genomlarına küçümsenmeyecek miktarda genetik materyal miras kaldığı gibi son derece ilginç şeyler söylüyor.

Bu ufak girişten sonra, son bir yıl içerisinde karşılaştığım çalışmaların sonuçlarından bahsetmeye başlayabilirim artık. İlk olarak, bu yılın Nisan ayında yayınlanan bir çalışmadan [4, 5] bahsedeceğim. Araştırmacılar, İskandinavya'da bulunan Mesolitik (avcı-toplayıcı; Kuzey Avrupa, 10.000-5.000 yıl önce) ve Neolitik (tarım yapan; Kuzey Avrupa, 5.000-1.700 yıl önce) döneme ait 11 kemik örneğinden elde ettikleri DNA'lar üzerinde tüm-genom dizileme yapıyorlar. Buldukları şeyler arasında, Neolitik örneklerin (örn., Gökhem(2), 5.000 yıl önce) genetik olarak en çok günümüz Sardunyalılarına benzedikleri var. Mesolitik döneme ait örnekler (örn., Ajvide(58), 5000 yıl önce) ise genetik olarak modern Litvanyalılara en yakınlar. Bu sonuç, tarımın, Avrupa'nın kuzeyine Sardunya'daki bir kaynak popülasyondan yayıldığını gösteriyor. Bununla beraber, modern İskandinavyalılarının Mesolitik avcı-toplayıcıların ve Neolitik tarımcıların bir karışımı oldukları ve tarımcılara oranla avcı-toplayıcılara genetik olarak daha yakın oldukları da çalışmanın bir başka önemli bulgusu.

Araştırmacılar, daha önce başka çalışmalarda dizilenen diğer Avrupalı antik-örnekleri de* analizlerine dahil ettiklerinde, avcı-toplayıcılarla antik tarımcıların genetik olarak tamamen ayrıldıklarını ve kendi aralarında gruplandıklarını görüyorlar (figür 1). Bunlara ek olarak, iki Neolitik örnek arasından Gökhem(2)'nin, Ötzi'ye (Avrupa'lı erken dönem tarımcı örneği) göre avcı-toplayıcılara daha fazla benzediğini de gösteriyorlar. Bu son bulgu, İskandinavya'da avcı-toplayıcılar ve tarımcılar arasında antik çağlarda karışım olduğuna ve gen akışının avcı-toplayıcılardan tarımcılara doğru olduğuna işaret ediyor. Son olarak, Mesolitik avcı-toplayıcılar arasındaki genetik çeşitliliğin, Neolitik tarımcılar arasındakinden daha düşük olduğunu da gösteriyor araştırmacılar. Bu örüntüyle başka çalışmalarda da karşılaşıyoruz...

Özetle bu önemli çalışmanın bulguları arasında, tarımın Sardunya'daki bir kaynak popülasyondan Avrupa'nın kuzeyine yayılması ve antik örnekler arasında Mesolitik ve Neolitik bireylerin birbirlerinden radikal biçimde ayrılmaları en önemlileri gibi gözüküyor bana.

*Ötzi, Neolitik tarımcı, Kuzey İtalya, 5.300 yıl önce,
  LaBrana1, Mesolitik avcı-toplayıcı, İspanya, 7.500 yıl önce,
  MA1, Palaeolitik avcı-toplayıcı, Sibirya, 23.000 yıl önce


































Figür 1. Skoglund ve diğerleri, 2014

Birkaç ay sonra yayınlanan (Ekim 2014) başka bir çalışma [5, 6], Avrupa insan popülasyonlarının üç ayrı kaynaktan geldiğini gösteriyor. Almanya'da bulunan, 7.000 yıllık bir Neolitik-tarımcı örneğin (Stuttgart) ve Lüksemburg ve İsveç'te bulunan 8.000 yıllık 8 Mesolitik avcı-toplayıcı (örn, Loshbour ve Mottola) örneğin genomlarını dizileyen araştırmacılar, çok sayıda modern Avrupalı insan örneğini kattıkları analizlerinde modern Avrupa insan popülasyonlarının en az 3 ayrı kaynak-popülasyondan geldiklerini görüyorlar. Bu kaynak popülasyonlar şöyle: Batı Avrupalı avcı-toplayıcılar (figür 2'de, WHG-western European hunter-gatherer), antik kuzey Avrasyalılar (figür 2'de ANE-ancient northern Eurasian) ve erken Avrupalı tarımcılar (figür 2'de EEF-early European farmers). Çalışmanın bulguları arasında, Avrupalı ve Yakın Doğulu (Near East) modern popülasyonların, kuzey-güney doğrultusunda sıralandıkları bir grafik de var (figür 2). Yukarıdaki çalışmayı doğrularcasına bu grafikte Avrupalı ilk tarımcılar, (EEF) modern Sardunyalılarla birlikte gruplanıyor. Gene aynı grafikte, bütün avcı-toplayıcı bireyler Yakın Doğululardan en uzakta görünüyorlar; fakat aynı zamanda, modern Avrupalıların da dışındalar. Bu çalışmanın bir diğer bulgusu, Avrupalı ilk tarımcıların özgün bir Avrasyalı popülasyonuna (makalede, "basal Eurasian") ait olduğu düşünülen genetik özellikler taşıyor olması. Buraya daha sonra tekrar geleceğim; fakat bu çalışmaya dair son olarak değinmek istediğim şey, Avrupa'lı avcı-toplayıcı örnekler arasındaki genetik çeşitliliğinin Avrupalı ilk tarımcılara oranla daha düşük çıkması -diğer çalışmada da aynı örüntü görülmüştü. Bu sonuca bakarak araştırmacılar, Avrupalı avcı-toplayıcıların tarımcılara oranla daha izole topluluklarda, ve muhtemelen ne birbirleriyle ve ne de -daha sonra- tarımcılarla çok fazla karışmadan yaşadıklarını iddia ediyorlar.



































Figür 2. Lazarids ve diğerleri, 2014.

Gene bu yıl içerisinde yayınlanan (Ekim 2014) başka bir çalışma [6, 7], bir modern insana ait en eski örneğin genomunun dizilemeyi başardı. Sibirya'da bulunan 45.000 yaşındaki Ust'-Ishim örneği, modern Avrasyalı popülasyonlar arasından hiçbirine genetik olarak diğerinden daha fazla benzemiyor. Fakat, aynı çalışmada başka bir analiz,Ust'-Ishim'in modern Asyalı örneklerine ve antik Batı Avrupalı örneklerine (8000 yıllık ve 24.000 yıllık avcı-toplayıcı örnekleri) genetik olarak eşit derecede yakın olmasına rağmen, günümüz Avrupalı örneklerine daha uzak olduğunu gösteriyor. Yazarlara göre bu durum, modern Avrupalılarının köklerinin bir kısmını modern insanın Avrasya'ya ilk çıkışında yer almamış başka bir popülasyondan -belki de yukarıda bahsedilen "basal Eurasian" popülasyonundan- aldığına işaret ediyor.

Son olarak değinmek istediğim çalışma ise (Kasım 2014 [8, 9]), Kafkaslar'da bulunan 36.200 yıllık bir modern insan kemiğinden (Kostenki 14-K14) alınan DNA örneğinin dizilenmesi üzerine. Çalışmanın sonuçları, K14'ün Uzak Asya hariç birbirinden çok farklı Avrasya popülasyonlarıyla genetik açıdan eşit uzaklıkta olduğunu gösteriyor. Bu sonucun işaret ettiği ilk şey, Uzak Asyalılarla Avrasya'nın geri kalan popülasyonları arasındaki ayrışmanın 36.200 yıl önce hali hazırda gerçekleşmiş olduğu. Çalışmanın diğer sonuçlarına göre ise, K14 genetik olarak en çok Avrupalı Mesolitik avcı-toplayıcılara benziyor. Fakat aynı zamanda, Neolitik tarımcılarla da genetik çeşitliliğinin bir kısmını paylaşıyor, K14. Diğer taraftan bu durum, yukarıdaki çalışmalarda da bahsedildiği üzere, Mesolitik avcı-toplayıcılar için geçerli değil (Neolitik tarımcılarla, karışıma işaret edecek genetik çeşitlilik paylaşmıyorlar). Bu da, yazarlara göre, yukarıda bahsi geçen "basal Eurasian" popülasyonuyla K14'ün ataları arasında gen paylaşımı olduğuna işaret ediyor. Bunlara ek olarak, araştırmacılar Sibirya'nın Yenisey bölgesine ait günümüz örneklerini de analizlerine kattıklarında, bu örneklerin K14 ve diğer Avrupalı avcı-toplayıcılara kıyasla İskandinavyalı avcı-toplayıcılara daha çok benzediklerini buluyorlar. Bu bulgunun işaret ettiği ise, İskandinavyalı avcı-toplayıcılarla Sibiryalı örneklerin ataları arasında K14'ten sonra ve Mesolitik'ten önce bir karışımın olduğu. Çalışmanın sonuçları bir bütün olarak ele alındığında, bugünün Avrupa popülasyonlarını oluşturan atasal popülasyonların (örn., Batı/Kuzey Avrupalı avcı-toplayıcılar ve "basal Eurasian")  36.200 yıl önce hali hazırda ayrışmış oldukları ve fakat aralarında önemli derecede gen akışı (göç) olduğu ortaya çıkıyor. Yani bu sonuçlar, antik bir Avrasya metapopülasyonuna işaret ediyor (figür 3).


Figür3. Seguin-Orlando ve diğerleri, 2014.

Peki, bütün bu çalışmalar ne gösteriyor? Bence öncelikle söyleyebileceğimiz şey, her yeni antik örneğin dizilenmesiyle popülasyon öykülerinin daha detaylı bir şekilde tekrar yazıldığı. Ayrıca, Mesolitik popülasyonlarla, Neolitik popülasyonların çok nadir örnekler dışında karışmadıklarını da (İskandinavya bunun bir istisnası, örneğin) iddia edebiliriz. Bahsedilen son çalışmayı da bu resmin içine dahil edersek eğer, Palaeolitik dönem kuzey Avrasyalı avcı-toplayıcılarla İskandinavyalı avcı-toplayıcıların arasında akrabalık olduğunu söyleyebiliriz. Ayrıca, "basal Eurasian" diye adlandırılan kolun tarımı bulan popülasyonlara kaynaklık ettiğini ve bu kolda temsil edilen genetik çeşitliliğin muhtemelen Neolitik dönemde Sardunyalılar -ya da onlara atasal başka bir Güney Avrupalı popülasyonu- aracılığıyla Avrupalılara geçtiğini de ekleyebiliriz. Bu noktada başta tartışma sözü verdiğim, fakat buraya kadar değinemediğim Anadolu popülasyonlarından da biraz bahsedebiliriz sanırım. Tarımın Anadolu üzerinden  (karadan ya da denizden) Avrupa'ya yayıldığını göz önüne alırsak Anadolu'ya ait antik örneklerin dizilenmesi halinde buradaki resme yapacağı katkı çok ciddi olabilir. Ayrıca, şu an için hipotetik olan, fakat bütün Avrasya'nın popülasyon öyküsü açısından son derece merkezi gözüken "basal Eurasian" popülasyonun neye benzediğini bulmamız da bir nebze daha mümkün olur diye düşünüyorum, bu sayede. Belki bir dahaki yazıya bunları daha derli toplu tartışabilirim. Fakat şu ana kadar görünen, heyecan verici bir döneme girildiği.

Özgür


[1] http://en.wikipedia.org/wiki/Human_genetic_variation
[2] http://www.sciencemag.org/content/328/5979/710.full
[3] http://www.nature.com/nature/journal/v505/n7481/full/nature12886.html
[4] http://www.sciencemag.org/content/344/6185/747
[5] http://www.newscientist.com/article/dn25461-stone-age-dna-shows-huntergatherers-shunned-farming.html#.VI3g_dKsWSp
[6] http://www.nature.com/nature/journal/v514/n7523/full/nature13810.html
[7] http://www.newscientist.com/article/dn26435-thoroughly-modern-humans-interbred-with-neanderthals.html
[8] http://www.sciencemag.org/content/346/6213/1113.short
[9] http://news.sciencemag.org/archaeology/2014/11/european-genetic-identity-may-stretch-back-36000-years