Çevre Şartları Genetik Değişimi Nasıl Etkiler? Modifikasyon, Adaptasyon ve Seçilim

Bir canlının çevresi yalnızca yaşadığı yer değildir

Çevre, canlıyı etkileyen fiziksel, kimyasal ve biyolojik koşulların bütünüdür. Sıcaklık, ışık miktarı, nem, suyun bulunabilirliği, toprağın yapısı ve pH gibi cansız etkenler fiziksel-kimyasal çevreyi oluşturur. Besin rekabeti, avlanma, parazitlik, hastalık etkenleri ve aynı türün bireyleriyle ilişkiler ise biyolojik çevreye örnek verilebilir.

Canlı ile çevre arasındaki ilişki tek yönlü değildir. Canlılar çevreden etkilenirken çevreyi de değiştirebilir. Bitkiler kökleriyle toprağın yapısını ve suyun hareketini etkileyebilir; mikroorganizmalar maddelerin doğadaki dönüşüm süreçlerine katılabilir. Bununla birlikte, çevrenin bir canlı üzerindeki etkisi, o canlının genetik özelliklerine ve gelişim dönemine göre farklılaşabilir. Aynı sıcaklık, iki farklı tür için aynı sonucu doğurmayabilir.

Bir çevre faktörünü değerlendirirken üç soruya bakılmalıdır: Değişim bireyde mi, popülasyonda mı görülüyor? Değişim üreme hücreleri ya da kalıtsal bilgi üzerinden sonraki kuşaklara aktarılabiliyor mu? Değişim, belirli koşullarda yaşama ve üreme başarısını artırıyor mu? Bu sorular, modifikasyon, adaptasyon ve seçilim kavramlarını birbirine karıştırmayı önler.

Modifikasyonda değişen görünüş ve işlevdir; kalıtsal bilgi değil

Modifikasyon, çevre şartlarının etkisiyle bir canlının fenotipinde ortaya çıkan ve genellikle kalıtsal olmayan değişimdir. Fenotip, genetik yapının çevreyle birlikte ortaya çıkardığı gözlenebilir özelliklerin tümüdür. Boy, ağırlık, yaprak büyüklüğü, pigment miktarı veya fizyolojik tepki gibi özellikler çevre koşullarından etkilenebilir.

Modifikasyonda aynı genetik yapıya sahip bireyler, farklı çevrelerde farklı fenotipler gösterebilir. Güneş ışığına maruz kalan insan derisindeki bronzlaşma buna örnektir. Yüksek rakıma çıkan bir kişide oksijen azlığına karşı bazı fizyolojik değişiklikler görülebilir. Bu tepkiler bireyin yaşamı sırasında ortaya çıkar; kişinin çocuklarına aynı biçimde aktarılmaları, bu değişimlerin modifikasyon olmaktan çıkıp kalıtsal adaptasyon olduğu anlamına gelmez.

Modifikasyon için karar kuralı şudur: Değişiklik çevrenin etkisiyle bireyin yaşamı sırasında ortaya çıkıyor ve kalıtsal bir özellik olarak kuşaklara aktarılmıyorsa modifikasyon kabul edilir. Bir bireyin daha çok egzersiz yaptığı için kas kütlesinin artması da bu çerçevede değerlendirilir. Bu artış, o bireyin çocuklarının doğrudan daha kaslı doğacağı anlamına gelmez.

Modifikasyon, genlerin etkisiz olduğu anlamına da gelmez. Fenotip çoğu zaman genetik yapı ile çevrenin birlikte etkisiyle oluşur. Bu nedenle çevre değiştiğinde gözlenen özellik değişebilir; fakat yalnızca gözlenen fenotipe bakarak genetik yapının da değiştiği sonucu çıkarılamaz.

Adaptasyon, bir bireyin kararı değil popülasyonun kuşaklar boyunca değişimidir

Adaptasyon, belirli çevre koşullarında yaşama ve üreme başarısını artıran kalıtsal özelliklerin popülasyonda bulunması ve nesiller boyunca korunması ya da yaygınlaşmasıdır. Nesiller boyunca frekansın değişmesi ise adaptasyonun oluşumunda rol oynayan doğal seçilimin göstergesi olabilir.

Bu süreç amaçlı değildir. Canlı, ihtiyacına göre bilinçli biçimde yeni bir özellik üretip onu çocuklarına aktarmaz. Çevre, mevcut kalıtsal farklılıklar arasından belirli koşullarda daha avantajlı olanların taşıyıcılarına seçilim avantajı sağlayabilir. Nesiller ilerledikçe bu özellik popülasyonda daha sık görülebilir.

Adaptasyonun üç biçimde ele alınması mümkündür. Yapısal adaptasyon, vücut biçimi veya yapı ile ilgilidir; kurak ortamlardaki bazı bitkilerde su kaybını azaltan kalın yapraklar buna örnek verilebilir. Fizyolojik adaptasyon, organizmanın çalışma biçimindeki kalıtsal özelliklerdir; bazı canlıların su kaybını azaltmaya yönelik işlevsel özellikleri bu grupta incelenebilir. Davranışsal adaptasyon ise belirli davranış eğilimlerinin yaşama ve üreme başarısına katkı sağlamasıdır.

Bir özelliğin adaptasyon sayılabilmesi için yalnızca yararlı görünmesi yeterli değildir. Özelliğin kalıtsal olması ve belirli çevre koşullarında popülasyonun yaşama ya da üreme başarısıyla ilişki göstermesi gerekir. Bireyin soğukta titremesi, çevreye verilen anlık bir tepki olabilir; tek başına kalıtsal adaptasyon olarak adlandırılamaz.

Doğal seçilimde çevre, üreme başarısını farklılaştırır

Doğal seçilimde aynı popülasyondaki bireyler arasında kalıtsal farklılıklar bulunur. Çevre koşulları bu farklılıkların bazılarını avantajlı, bazılarını dezavantajlı hâle getirebilir. Avantajlı özelliği taşıyan bireyler daha uzun yaşayabilir, eş bulma veya üreme konusunda daha başarılı olabilir ya da daha fazla yavrunun hayatta kalmasına katkı sağlayabilir. Sonuçta popülasyonun genetik özelliklerinin görülme oranları değişebilir.

Burada önemli olan, seçilimin birey üzerinde değil popülasyon düzeyinde ve kuşaklar boyunca değerlendirilmesidir. Bir birey yaşamı boyunca daha dayanıklı hâle gelirse bu tek başına popülasyonun evrimleştiğini göstermez. Ancak dayanıklılıkla ilişkili kalıtsal özellikleri taşıyan bireyler ardışık kuşaklarda daha fazla üreme başarısı gösterirse, popülasyonda bu özelliklerin oranı artabilir.

Seçilim avantajı çevreye bağlıdır. Bir ortamda yararlı olan özellik, başka bir ortamda aynı avantajı sağlamayabilir. Bu nedenle adaptasyon, 'en güçlü olma' değil, belirli çevre koşullarında yaşama ve üreme açısından daha uygun olma kavramıdır. Çevre şartları değişirse önceki avantajın derecesi de değişebilir.

Çevre, yeni ve hedeflenmiş bir özellik tasarlamaz; popülasyondaki kalıtsal çeşitlilik üzerinde seçici bir etki oluşturur. Bu yüzden doğal seçilimi açıklarken 'canlılar ihtiyaç duydukları için değişti' yerine 'kalıtsal farklılıklar arasından çevreye daha uygun olanları taşıyan bireylerin üreme başarısı arttı' ifadesi kullanılmalıdır.

Yapay seçilimde seçici ölçütü insan belirler

Yapay seçilim, insanların belirli özellikleri taşıyan bitki veya hayvanları üreme için seçmesi ve bu özellikleri sonraki kuşaklarda yaygınlaştırmaya çalışmasıdır. Tarımda daha yüksek verim, belirli büyüklük, olgunlaşma zamanı veya hastalığa dayanıklılık gibi özellikler; hayvancılıkta ise hızlı büyüme, süt verimi, yumurta verimi ya da istenen vücut özellikleri seçim ölçütü olabilir.

Yapay seçilim ile doğal seçilim arasındaki temel fark, seçimi yönlendiren etkendir. Doğal seçilimde çevresel koşullar ve canlılar arası ilişkiler üreme başarısını farklılaştırır. Yapay seçilimde ise insan, hangi bireylerin eşleştirileceğine veya hangi tohumların yeniden ekileceğine karar verir. Her iki durumda da seçilen özelliğin sonraki kuşaklara aktarılabilmesi için kalıtsal çeşitlilik gerekir.

Bir özelliğin yalnızca bir bireyde görülmesi, o bireyin seçilerek aynı özelliği taşıyan yavrular vereceğini garanti etmez. Özelliğin kalıtsal temeli ve uygun eşleştirme koşulları bulunmalıdır. Ayrıca tek bir özelliğe uzun süre odaklanmak, popülasyondaki genetik çeşitliliği azaltabilecek bir risk oluşturabilir; ancak bu sonucun derecesi uygulamanın biçimine ve popülasyonun özelliklerine bağlıdır.

Yapay seçilim, modifikasyonla karıştırılmamalıdır. Örneğin iyi beslenen bir hayvanın daha ağır olması modifikasyon olabilir. İnsanların kalıtsal olarak daha hızlı büyüyen hayvanları seçip sonraki nesillerde üretmesi ise yapay seçilimdir.

Çözümlü örnekler: bireysel değişim mi, popülasyon değişimi mi?

Örnek 1 — Modifikasyon ve adaptasyonu ayırma

Verilenler: Aynı bitki türüne ait iki grup, genetik açıdan benzer kabul ediliyor. Birinci grup su bakımından yeterli bir ortamda, ikinci grup kurak bir ortamda yetiştiriliyor. Kurak gruptaki bitkiler daha küçük yapraklar geliştiriyor. Bu özellik kuşaklar boyunca kalıtsal olarak aktarılmıyor.

1. Değişimin nedeni çevre koşulu mu? Evet. İki grubun yetiştiği su koşulları farklıdır.
2. Değişim bireyin yaşamı sırasında mı ortaya çıkıyor? Evet. Bitkiler, içinde bulundukları ortamda farklı fenotip gösteriyor.
3. Özellik kalıtsal mı? Verilen bilgiye göre hayır.
4. Sonuç nedir? Bu durum modifikasyondur; adaptasyon olarak değerlendirilmez.

Bu örnekte küçük yaprak görünümü kurak ortamda avantajlı olabilir. Fakat avantajlı görünmesi, tek başına özelliğin kalıtsal olduğunu kanıtlamaz. Kalıtsallık bilgisi verilmediği için sorunun doğru yanıtı modifikasyondur.

Örnek 2 — Doğal seçilimde oranların değişmesi

Verilenler: Bir böcek popülasyonunda başlangıçta 100 birey bulunmaktadır. Bu bireylerin 20'si, çevredeki bitkilerle daha iyi kamufle olan kalıtsal bir renk özelliğine sahiptir. Kuşların yoğun olduğu bir ortamda kamufle olamayan bireylerin daha kolay fark edildiği ve daha az ürediği gözleniyor. Birkaç kuşak sonra popülasyonda bu renk özelliğini taşıyan bireylerin oranı artıyor.

1. Popülasyonda başlangıçta çeşitlilik var mı? Evet. En az iki farklı renk özelliği bulunuyor.
2. Fark kalıtsal mı? Verilen bilgiye göre evet.
3. Çevre hangi özelliği avantajlı hâle getiriyor? Kuşların yoğun olduğu bu ortamda kamuflaj sağlayan renk özelliğini.
4. Üreme başarısı nasıl değişiyor? Kamufle olan bireyler daha az fark edildiği için daha fazla hayatta kalıp üreyebiliyor.
5. Kuşaklar sonunda ne değişiyor? Özelliği taşıyan bireylerin ve bu özellikle ilişkili kalıtsal bilgilerin popülasyondaki görülme oranı artıyor.
6. Sonuç nedir? Bu, doğal seçilim yoluyla popülasyonun değişmesine örnektir.

Buradaki 20/100 başlangıç oranı yüzde 20'dir. Sonraki kuşakta oran yüzde 40'a çıkmış olsaydı, bu artış çevrenin bireylerin genetik yapısını tek tek amaçlı biçimde değiştirdiğini değil, kalıtsal farklılıklar arasındaki üreme başarısı farkının popülasyon oranlarına yansıdığını gösterirdi. Sayısal oran verilmediğinde ise yalnızca 'arttı' ya da 'azaldı' yönünde yorum yapılabilir; kesin yüzde hesaplanamaz.