23 Mayıs 2016 Pazartesi

Antik Homininlerle Dört Karışma

Yakin donemde basilan ve ayni konuyu isleyen iki makaleden bahsedecegim. Bu makalelerin ikisi de benzer yontemler kullanarak modern insan genomlarinda Neandertaller ve Denisovalilarin (antik homininlerin) biraktigi genetik izlere bakiyorlar.

Ilk makalede [1] arastirmacilar, 35 Malenezyali insan genomunu diziliyorlar. Bu bireylerden birbiriyle akraba olmayan 27’sine ait verileri baska bir calismada (1000 Genom Projesi) elde edilen verilerle birlestirerek farkli populasyonlardan toplam 1523 bireyde Neandertal ve Denisovali genetik katkisina bakiyorlar.

Arastirmacilar ilk olarak 27 Malenezyali bireyin genomlarinda %1.9 ila 3.4 arasinda Denisovali katkisi oldugunu gozlemliyorlar (f4 istatistigi sonuclari). Daha sonra baska bir yontem kullanarak (S* istatistigi) Denisovalilardan ve Neandertallerden gecen genetik materyali Malenezyali genomlari uzerinde haritaliyorlar. Boylece ilk analizde oran olarak tahmin edilen antik hominin katkisini genom uzerinde bloklar halinde gosterebiliyorlar. Dahasi bu bloklarin Denisovalilardan mi yoksa Neandertallerden mi gectigini de tahmin edebiliyorlar (gerci bazi bolgeler icin bunu kestiremiyorlar). Bu yontemle 1523 bireyin genomlarina baktiklarinda su sonuclari gozlemliyorlar:

-Avrupali genomlarinda Neandertal katkisi gorunurken Denisovali katkisi gorunmuyor.

-Malenezyali genomlarinda hem Neandertal hem de Denisovali katkisi gorunuyor.

Bu verileri kullanarak Malenezyalilarda genom basina 104 milyon baz (diger bir ifadeyle nukelotit cifti) buyuklugunde antik hominin DNA’si tespit ediyorlar (bir insan genomunda uc milyar cift nukleotit var). Bu 104 milyon bazin 48.9 milyonu Neandertallerden gelirken, 42.9 milyonu Denisovalilardan geliyor (12.2 milyon bazin Neandertal kaynakli mi yoksa Denisovali kaynakli mi oldugu ise kestirilemiyor). 

Arastirmacilar daha sonra diger populasyonlara baktiklarinda, Uzak Asyalilarda 65 milyon baz, Guney Asyalilarda 55.2 milyon baz ve Avrupalilarda ise 51.2 milyon baz antik hominin DNA’si goruyorlar. Guney ve Uzak Asyalilarda gorunen cok kucuk oranlarda (%1’den az) Denisovali katkisi disinda, bu bulunan DNA dizilerinin hepsinin Neandertal kaynakli oldugunu tahmin ediyorlar.

Daha sonra populasyonlar arasinda paylasilan antik hominin DNA dizilerine bakarak bir ortak karisma hikayesi cikarmaya calisiyor, arastirmacilar. Bulduklari sonuclar sunlari gosteriyor:

-Malenezyali genomlarina kiyasla, Avrupali, Guney Asyali ve Uzak Asyali genomlarinda ekstra bir Neandertal katkisi oldugunu;

-Guney Asyalilar ve Avrupalilarin Neandertal karismasi bakimindan ortak bir gecmise sahip olduklarini ve

-Uzak Asyalilarin, Guney Asyalilar ve Avrupalilara kiyasla bir sefer daha Neandertallerle karistigini gosteriyor.

Bu sonuclar bir butun olarak modern insanlarin en az 3 ayri dalga halinde Neandertallerle karistiklarini gosteriyor. Denisovalilarla olan karisma dalgasina hesaba katarsak modern insanlar yakin akrabalari olan diger homininlerle en az 4 ayri sefer karismislar (bknz asagidaki sekil).

Modern insanlarla antik homininler arasindaki karisma oykusu. Ilk karisma Neandertallerle modern insanlar arasinda, modern insanlar Afrika'dan ciktiktin hemen sonra oluyor. Ikinci karisma ise gene Neandertallerle Asyalilarin ve Avrupalilarin ortak atalari arasinda, Malenezyalilar (ya da Okyanusyalilar) bu ortak atadan ayrildiktan sonra oluyor. Ucuncu karisma Denisovalilarla Okyanusyalilar arasinda, dorduncu karisma ise Neandertallerle Uzak Asyalilar arasinda oluyor. Seklin orijinali bu calismada [1].


Arastirmacilar son olarak antik homininlerden aktarilan genetik materyalin (yani DNA bloklarinin) buyuklugune bakiyorlar ve bu degerleri simulasyon sonuclariyla karsilastiriyorlar. Bu simulasyonlar antik homininlerle karisma senaryosu icermiyor; ama karismanin oldugu tarihlerden itibaren gunumuze kadar hayali DNA bloklari ureterek bu bloklari notral evrime ugratiyor. Sonuclar, antik homininlerden gecen DNA bloklarinin beklenenden daha kucuk oldugunu gosteriyor (ayni yastaki DNA bloklari icin belli bir uzunluktan daha buyuk bloklar simulasyon sonuclarina oranla gercek verilerde beklenenden daha az birikiyor). Arastirmacilar bu durumu, antik homininlerden gecen DNA’nin modern insanlar icin evrimsel acidan dezavantaj saglamis olabilecegine ve bu sebepten negatif secilime ugrayarak insan populasyonlarindan zamanla silinmis olabilecegine yoruyorlar. Ayrica Neandertallerden gecen bloklarin modern insan genomlarinda hic gorunmedigi bolgelerle Denisovalilardan gecen bloklarin hic gorunmedigi bolgelerin kesistigini gozlemliyorlar. Bu ise, ozellikle bu bolgelerde negatif secilimin kuvvetli olabilecegini gosteriyor (ya da soyle okuyabiliriz: Genomun bu bolgelerinde antik homininlerden aktarilan DNA’yi tasiyan bireylerin hayatta kalma ve ureme sansi, antik hominin DNA’si tasimayan bireylere oranla daha dusuktu).

Sonraki asamada arastirmacilar, genom uzerinde antik hominin DNA’si yonunden corak bolgelere teker teker bakiyorlar. Bu bolgelerde beyin gelisiminde rol alan birkac gen gozlemliyorlar. Bu sonuclar, beyin gelisimini ilgilendiren genlerde modern insanlara ozgu cesitlenmeler oldugunu ve bu cesitlenmelerin baska turlerden gelen katkiya karsi ozellikle hassas oldugunu gosteriyor olabilir (zira bu tur bir katki fonksiyonu bozucu etkilerde bulunabilir). Fakat arastirmacilar bu sonuclara dikkatle yaklasilmasi gerektigini oneriyorlar. Zira genom uzerinde modern insanlara ozgu baska yapisal sureclerin de (ornegin silinmelerin de) benzer sonuclar yaratabilecegini soyluyorlar.

Diger taraftan antik hominin DNA’sinin insan genomlarinda beklenenden daha yogun gorundugu bolgelere de bakan arastirmacilar, bu bolgelerde metabolizmayla ve bagisiklik sistemiyle ilgili birkac gen gozlemliyorlar. Bu genlerden ozellikle bazilarinda, antik hominin DNA’si iceren bloklar modern insan populasyonlarda yuksek frekanslara cikiyorlar (yani bircok bireyde gozleniyorlar). Bu sonuclar bir onceki paragraftakilerin aksine antik homininlerden gecen genetik materyalin secilim acisinden modern insanlara avantaj saglamis olabileceigini gosteriyor. Arastirmacilar daha kesin sonuclara ulasilabilmesi icin bu bolgeler hakkinda daha fazla calisma yapilmasi gerektigini soyluyorlar.


Basta bahsettigim iki calismanin digerinde [2] ise, 120 farkli insan populasyonuna ait 257 bireyin genomu dizileniyor. Bu 257 bireyden 20’si Okyanusyalilardan olusuyor. Yukarida anlatilan calismayla benzer bir motivasyonla arastirmacilar, modern insan genomlarinda antik hominin katkisina bakiyorlar.

Neandertallerden ve Denisovalilardan aktarilan DNA bloklarinin boylarini karsilastiran arastirmacilar, Denisovalilardan gecen bloklarin boylarinin ortalama olarak daha buyuk oldugunu gozlemliyorlar. Bu ise, Denisovalilarla yasanan karismanin daha yakin zamanlarda gerceklestigine isaret ediyor (zira rekombinasyon DNA bloklarini kirmaya yeterince zaman bulamamis). Neandertallerle Okyanusyalilar arasindaki karismanin yasini fosil verilere dayanarak 60.000 ila 50.000 yil onceye tarihleyen arastirmacilar, Denisovalilarla yasanan karismanin yasini ise DNA bloklarinin boylari arasindaki orana bakarak kabaca 54.000 ila 44.000 yil oncesine tarihliyorlar.

Daha sonra Denisovali katkisinin dunya uzerindeki dagilimina bakan arastirmacilar, onceki calismalari teyit edecek sekilde Denisovali katkisinin Okyanusya'da yogunlastigini ve o bolgeden uzaklastikca katkinin da duzenli olarak azaldigini gosteriyorlar. Bu sonuclar Denisovalilarla Okyanusyalilar arasinda yasanan bir karismaya isaret ediyor. Fakat ayni zamanda, Uzak ve Guney Asyali genomlarinda ufak da olsa bir Denisovali katkisi oldugunu da gosteriyorlar. Bu durum Okyanusya populasyonlariyla Uzak ve Guney Asya populasyonlari arasinda daha sonra yasanan gen akisinin sonuclarina isaret ediyor olabilecegi gibi (yani Denisovali DNA'si Okyanusyalilar vasitasiyla Asyalilara tasiniyor), bu iki Asya populasyonuyla Denisovalilar arasinda bir ikinci karisma senaryosuna da isaret ediyor olabilir. Arastirmacilar, bu hipotezi test etmek icin, Uzak ve Guney Asya populasyonlari uzerindeki Okyanusyali katkisiyla Denisovali katkisi arasindaki iliskiye (korelasyona) bakiyorlar. Sonuclar, Guney Asyalilarin Okyanusyali katkisiyla aciklanamayacak oranda biraz daha fazla Denisovali DNA'si tasidigini gosteriyor ama bir ikinci karisma senaryosuna isaret edecek kadar da guclu gorunmuyor.

Son olarak Denisovali ve Neandertal DNA'sinin genom uzerinde biriktigi bolgelere bakan arastirmacilar antik hominin DNA'sinin fonksiyonel bolgelerde daha az siklikta gorundugunu gozlemliyorlar. Bu durum, ozellikle X kromozomunda ve ozellikle testiste yogun anlatilan genler uzerinde daha belirgin gorunuyor. Aristirmacilar, bu sonuclarin modern insan-antik hominin melezlerinin ozellikle kisir olduguna isaret ettigini soyluyorlar ve bu sebeplerle, uremeyle ilgili genlerde antik hominin DNA'sinin daha guclu bir sekilde silindigini iddia ediyorlar. Bu sonuclarla dogrudan celismeyen; ama antik hominin DNA'sinin gen bolgelerinde ozellikle daha az gorunmesini baska sebeplerle aciklayan calismalar da var. Bu calismalar melezlerin kisir olmasini zorunlu bir varsayim olarak almiyor. Baska bir yazida bu calismalardan da bahsetmeyi umuyorum.

Ozgur


[1] http://science.sciencemag.org/content/early/2016/03/16/science.aad9416
     Makalenin ingilizce bir ozeti: http://www.sciencemag.org/news/2016/03/rich-sexual-past-between-modern-humans-and-neandertals-revealed


[2] http://www.cell.com/current-biology/abstract/S0960-9822(16)30247-0




17 Şubat 2016 Çarşamba

Modern Insandan 'Dogu Neandertalleri'ne Dogru Gen Akisi

Neandertallerle insanlar arasindaki karisma oykusu yeni bulgularin* isiginda iyice dallanip budaklandi. Onceki calismalar Neandertallerden insanlara dogru gen akisi oldugunu tespit etmislerdi. Bu hafta yayinlanan calismayla gen akisinin tersi yonde de gerceklestigi gosterildi. Anlasilan o ki modern insanlar Avrasya’ya yayılmadan cok daha once, 100.000 yildan daha onceki bir tarihte Neandertallerle karismislar ve bu karisma sonucunda Neandertallerin bir koluna, Asya’da yasayan Neandertalere genetik materyallerinin bir kismini aktarmislar. Sadece bu kadar da degil: Yeni calisma, baska bir insan turu olan Denisovalilarin cok daha eski bir tarihte dorduncu bir insan turuyle karistigini iddia eden hipotezi destekleyen sonuclar da buluyor.

Modern insanlarla Neandertallerin oykusu cok eskilere gidiyor. Iki insan turu, 550.000-760.000 yil oncesinde yasamis bir ortak ataya sahipler. Daha sonra bu iki tur ayriliyor. Denisovalilarla Neandertallerin ortak tarihi ise gorece daha yakin bir zamana denk geliyor: iki tur 381.000-473.000 yil oncesinde yasamis bir ortak ataya sahipler. Bu tarihlerden itibaren bu insan turleri bagimsiz olarak evrimlesiyorlar. Ya da en azindan birkac yil oncesine kadar bize oyle geliyordu. Son 5-6 yilda cikan calismalarin sonuclari ise, bu turlerin birbirlerinden ayrildiktan sonra bircok defa karistiklarini gosteriyor. Bu karismalardan gunumuz Afrika-harici insan populasyonlarina %1-4 arasi Neandertal DNA’si miras kalirken Guney Dogu Asyalilara ve Okyanusyalilara %3 ila 6 arasi Denisovali DNA’si miras kalmis. Bu bulgulara ek olarak, Denisovalilarla Neandertallerin de birbirleriyle karistiklarini; ayrica bilinmeyen dorduncu bir insan turunden Denisovalilara dogru gen akisi olmus olabilecegini de ogrendik. Butun bu bulgulara, Avrupa’da Vindija (Macaristan) ve El Sidron (Ispanya) magaralarinda, Asya’da ise Altay Daglarinda (Sibirya) bulunan Neandertal ve Denisovali fosilleri ve bu fosillerden elde edilen genetik veriler sayesinde ulasabildik. Yeni yayinlanan calisma ise, ayni genetik verileri kullanarak farkli yontemlerle yeni bulgulara ulasiyor.

Altay daglarinda bulunan Neandertal ve Denisovali fosillerine ait yuksek kalite genetik verileri gunumuz Afrikali genomlariyla (504 Afrikali genomu) karsilastiran arastirmacilar, Altay Neandertalinin Denisovalilara oranla %5.4 daha fazla Afrikalilara benzedigini gosteriyorlar. Bu ilk veriler modern insanlardan Altay Neandertallerine dogru gen akisini destekliyor. Fakat ayni zamanda bilinmeyen bir dorduncu insan turunden Denisovalilara aktarilan genetik materyalin benzer sonuclara yol acabilecegi ihtimalini de ortadan kaldirmiyor: Zira bu durumda Denisovalar, Neandertallere kiyasla daha az modern insanlara benzeyeceklerdir.

Bu senaryolari test etmek icin antik insan genomlarini hem birbirleriyle hem de Afrikalilarla karsilastiriyor arastimacilar. Bunu yaparken antik insan turlerinin modern insanlara oranla birbirlerine daha yakin olmalari gerektigi bilgisinden faydalaniyorlar (cunku bu turler daha yakin bir gecmiste ortak ataya sahipler). Bu karsilastirmalar, Altay Neandertali icin, Afrikalilardan daha fazla ayristiklari genom bolgelerinde genel oruntuye aykiri olarak Denisovalilara daha cok benzediklerini; tersi durumda, Afrikalilardan daha az ayristiklari genom bolgelerinde ise genel egilime kiyasla Denisovalilara daha az benzediklerini gosteriyor (sekil 1a). Denisovalilar icinse boyle bir egilim soz konusu degil: Onlar icin Afrikalilarla aralarindaki ayrisma oruntusu Neandertallerle aralarindaki ayrisma oruntusunden bagimsiz hareket etmiyor (sekil 1). Yazarlar, bu bulgularin yukardaki iki senaryoyu da ayni anda destekledigini ve ozellikle modern insanlardan Neandertallere gen akisina isaret ettigini soyluyorlar.

Sekil 1. a. Altay Neandertali ve Denisovali orneginden elde edilen genetik veriler, gunumuz Afrikali insan genomlariyla karsilastiriliyor. Grafigin sol tarafinda Altay Neandertali, Afrikalilardan daha az ayristigi bolgede Denisovalilardan otalamaya kiyasla daha fazla ayrisiyor. Tersi sekilde, grafigin sag tarafinda Altay Neandertali, Afrikalilardan daha cok ayristigi bolgede Denisovalilara otalamaya kiyasla daha fazla benziyor. b ve c simulasyon sonuclari. b. Bilinmeyen dorduncu bir insan turunden Denisovalilara dogru gen akisi simulasyona dahil edilirken modern insandan Altay Neandertaline dogru gen akisi simulasyona dahil edilmiyor. c. Her iki senaryo da simulasyona dahil ediliyor. Modern insandan Altay Neandertaline gen akisi simulasyonun gercek veriyi tekrar etme gucunu artiriyor. Seklin orijinali burada.





































































Benzeri senaryolari farkli modellerle test eden arastirmacilar, hem insanlardan Neandertallere gen akisini hem de bilinmeyen bir dorduncu insan turunden Denisovalilara gen akisini destekleyen sonuclar buluyorlar. Ustune ustluk bu modeller, turler arasindaki gen akisininin miktarina dair de tahminlerde bulunmaya imkan veriyor. Gorunen o ki modern insanlardan Altay Neandertalinin atalarina dogru %1.0-7.1 arasinda gen akisi olmus.

Bu bulgulari bir de yapay olarak yarattiklari karisma simulasyonlariyla test eden arastirmacilar, her iki senaryoyu da varsayan modelin gercek verilerde gorunen oruntulere benzer sonuclar urettigini goruyorlar. Yani gerceklikle simulasyon, insandan Neandertallere gen aktarimini ve bilinmeyen bir insan turunden Denisovalilara gene aktarimini varsayan senaryolar varsayildiginda daha iyi uyusuyor (sekil 1b ve 1c; gene de kusursuz bir uyum degil gordugumuz).

Arastirmacilar daha sonra insanlardan Neandertallere dogru gerceklesen gen akisinin tarihini hesaplamaya calisiyorlar. Bunun icin gunumuz Afrikalilariyla antik insanlarin paylastiklari DNA dizilerinin uzunluguna bakiyorlar. Burada bir parantez acip, birbiriyle akraba iki turun, iki farkli sebepten ortak DNA dizileri paylasabilecegini soylemeliyiz. Birincisi, iki tur ortak atadan gelen DNA dizilerini paylasabilir. ikincisi ise, ortak atadan gelenlere ek olarak, eger gerceklistiyse, gen aktarimi sayesinde ortak DNA dizileri paylasilabilir. Bunlardan ilki, yani ortak atadan gelen diziler cok daha eski bir tarihe aittirler ve genom uzerinde isleyen fiziksel sureclerden (rekombinasyon) dolayi zaman icinde kirilirlar (iki farkli kromozoma dagilirlar). Gen akisi dolayisiyla paylasilan DNA dizileri ise ilk kategorideki dizilere oranla daha uzun olma egilimi gosterirler (cunku daha genctirler ve rekombinasyon onlari tamamen kirmak icin yeterli vakit bulamamistir). Bu bilgiyi kullanan arastirmacilar, antik insanlarla gunumuz Afrikalilari arasinda paylasilan DNA dizilerinin uzunluklarina bakiyorlar. Gordukleri oruntu, daha genc diziler icin (yani daha uzun DNA dizileri icin) Altay Neandertalinin Afrikalilarla daha fazla DNA dizisi paylasiyor olmasi (sekil 2a). Bu oruntunun tersine, Denisovali genomu ise daha eski DNA dizileri icin Afrikalilarla daha fazla DNA dizisi paylasiyor (sekil 2b). Bu sonuclar, modern insanlardan Altay Neandertalinin atalarina dogru 100.000-230.000 yillari arasinda gen akisi olduguna isaret ediyor (Neandertallerden modern Avrasyalilarin atalarina dogru -47.000-65.000 yil once gerceklesen- gen akisindan cok daha önce).  

Sekil 2. Referans icin*.


Bir sonraki asamada Altay Neandertaline oranla cok daha dusuk kalite DNA dizilerine sahip Vindija ve El Sidron Neandertallerini de kullanan arastirmacilar, genomun ancak kucuk bir bolgesini kullanarak yaptiklari karsilastirmalarda modern insandan Neandertallere dogru gerceklesen gen akisinin bir tek Altay Neandertalinin genomunda gorulebildigini; Vindija ve El Sidron Neandertallerinin genomlarinin ise boyle isaretler vermedigini gosteriyorlar. Yani modern insandan Neandertallere dogru olan gen akisi bir tek 'Dogu Neandertallerine' dogru olmus (sekil 3). Ayrica, tersi yonde gerceklesen gen akisinin ise (yani Neandertallerden modern Avrasyalilara dogru gerceklesen gen aksinin) bir tek Vindija ve El Sidron Neandertallerinin genomlarinda tespit edilebildigini gosteriyorlar. Yani Neandertallerden insanlara dogru olan gen akisi ise Bati Neandertallerinden modern Avrasyalilara dogru olmus (sekil 3). Bu karisimin yasina dair de genis bir aralikta (67.000-167.000) ortalama 110.000 yillik bir tarih biciyorlar. En azindan sonuclar bunu gosteriyor. Fakat bu sonuclara dikkatle yaklasilmasini oneriyor arastirmacilar; zira Bati Neandertallerine ait genomlar dusuk kalite genomlar ve bosluklar iceriyorlar. Haliyle hatali sonuclar verebilirler.

Sekil 3. Referans icin*.


Son olarak modern insanlardan Neandertallere dogru gerceklesen gen akisinin hangi insan populasyonu vesilesiyle gerceklestigini anlamaya calisan arastirmacilar, uc farkli Afrikali insan populasyonunu (San, Mbuti ve Yoruba) karsilastirdiklarinda, bu uc populasyonun da esit olasiliklarla kaynak populasyon olabilecegini, yani aslinda kaynak populasyonun hangisi olduguna dair net bir fikirlerinin olmadigini soyluyorlar. Fakat daha kesin olarak soyleyebildikleri bir sey, Neandertallerle karisan modern insanlarin, gunumuz Afrikalilari ve Afrika-harici insan populasyonlariyla esit uzaklikta olduklari. Yani bu modern insanlar, insan evriminin gorece erken bir zamaninda Avrasya’ya (muhtemelen Asya’ya) cikmislar ve orada Neandertallerle karismislar. Bu insanlarin daha sonraki akibeti bilinmiyor ama su kadarini soyleyebiliriz, bu insanlar daha sonra Avrasya’nin tamamina yayilacak insan populasyonlarinin dogrudan atasi degiller.


Resim oldukca karisik, yeni yeni fosillere ait DNA ornekleri dizilenmeye basladikca muhtemelen daha da karisacak. Fakat bir sey acik: Farkli insan turleri birbirlerinden izole evrimlesmemisler; aksine tarihlerinin bircok noktasinda birbirleriyle karismislar.          


Ozgur


http://www.nature.com/news/evidence-mounts-for-interbreeding-bonanza-in-ancient-human-species-1.19394?WT.mc_id=TWT_NatureNews

http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature16544.html