Beynin Evrimi Üzerine Düşüncelerin Tarihi I: Giriş

Evrimsel sinirbilimin bir akademik çalışma alanı olarak geçmişi yaklaşık bir asra uzanırken evrimsel fikirlerin bilim ve düşünce tarihinde oldukça eski kökleri vardır. Bu yazı serisinde, bilim insanı ve birtakım düşünürlerin nöral yapıları, özellikle de beyni evrimsel açıdan ele alışlarının ve önemli bazı teorilerin arka planı ile tarihine kısaca göz atacağız.

Evrimsel sinirbilimin teorik arka planı, nispeten daha eski bir yaklaşım olan karşılaştırmalı biyoloji alanından gelmektedir. Karşılaştırmalı biyolojinin geçmişteki temel problemlerinden birisi, canlıların vücut organizasyonlarının tek tip mi yoksa birden fazla mı olduğuna yöneliktir. Etienne Geoffroy St. Hilaire, öncesinde Fransız natüralist George Buffon (1753) tarafından geliştirilen ortak yapı planı (bauplan, body plan) fikrinin savunucusu iken aynı dönemde çalışmalarını devam ettiren ünlü Fransız morfolog George Cuvier, canlıların yapı planlarının en azından dört farklı şekilde bulunabileceğine dair düşünceler ortaya atmıştır. Ortak plan düşüncesine göre, tüm hayvanlar benzer ya da aynı arketipe sahiptir. Bu görüşlerin birbirleriyle 19. yüzyıldaki çatışmalarına, sinir anatomisine dair birtakım yapıların dâhil olmasıyla evrimsel sinirbilimin ve beynin evrimine dair komparatif nitelikteki bazı yaklaşımların arttığını görüyoruz. 1830’da Geoffroy St. Hilaire, o dönemde devrim niteliğinde sayılabilecek bir perspektif olan omurgasızların basit ventral sinir kordunun, bir omurgalı sinir karakteristiği olan medulla spinalis ile doğrudan karşılaştırılabilir ve bugün bizim kullandığımız şekliyle ifade edersek homoloji aranabilir baz fikrini ortaya sunmuştur. O dönemde St. Hilaire’nin fikirlerine karşı çıkmasıyla bilinen Cuvier, St. Hilaire’nin eldeki verilerin çok ötesinde spekülatif yorumlar yapmakta olduğunu ve bugün gördüğümüz hayvan gruplarının anatomik yapılarının ara formlarla ya da topolojik transformasyonlarla bağlantısının kurulamayacağını iddia etmiştir.

Bilim tarihinde önemli bir yer edinen Cuvier-Geoffroy tartışması, ilerleyen yıllarda karşılaştırmalı biyolojiyle ilgilenen diğer pek çok kişinin de ilgisini çekmiş ve tartışmalar bilhassa Avrupa’da yıllarca sürmüştür. İlginçtir, komparatif biyolojide tartışmaların sürdüğü bu yıllar, tam da Avrupa’da modern evrimsel biyolojinin temellerinin atıldığı yıllara denk gelmektedir. Yaşam bilimlerinde karşılaştırmalı yaklaşımlar, evrimsel biyolojiden daha eski olmakla birlikte, evrimsel biyolojinin kavranması ve temel prensiplerinin canlı organizmada görünür kılınması açısından çok önemli bir konumdadır. Çağdaş evrim savunusu yapılmadan önce, evrim fikrinin öncülerinin karşılaştırmalı çalışmalara ilgi duymuş olması muhtemeldir. Bu dönemde “türlerin dönüşümü” düşüncesi Charles Darwin’in henüz ilgili mekanizmaları başarılı bir biçimde açıklamasından önce de kabaca savunulmuştur.

Eğer Cuvier, ara form konusundaki fikirlerinde haklı ise esasında evrim olanaksız bir hâl almaktadır. Diğer yandan, St. Hilaire’nin bazı karşılaştırma (analoji) hipotezlerinin (böcek ekstremitelerinin omurgalı ekstremiteleriyle karşılaştırılması gibi) bugün evrimsel açıdan geçerli olmadığını söyleyebiliriz.

Charles Darwin’in 1859’da yayımladığı Türlerin Kökeni adlı eseri, türlerin değişimi ve buna dair mekanizmalar üzerine biyolojide canlılığı anlayış değişimine neden olmuş, önemli bir yapıttır. Charles Darwin’in evrim çalışmaları, bugün kullandığımız biyolojik evrime ve modern evrimsel senteze zemin hazırlamıştır diyebiliriz. Darwin’in canlılığa yaklaşımı ve türlerin değişimine yönelik sunduğu mekanizmalardaki başarısı, Cuvier-Geoffroy tartışmasını yeniden gündeme getirmiş ve Geoffroy St. Hilaire’nin fikirlerini yeniden popüler yapmıştır. Darwin sonrasında da Darwin ve St. Hilaire’yi destekleyen moleküler düzeyden gross anatomi düzeyine kadar sayısız homoloji keşfedilmiştir. Metazoan aile ağacı dediğimiz hayvanlar alemi için bugün evrim literatürümüzde sayısız homoloji listelenmiştir. Bu moleküler homolojiler arasından belki de en çarpıcı olanı, yazımızın konusuyla da doğrudan ilgili olacak şekilde, erken beyin gelişimini yönlendiren pek çok genin böcekler gibi omurgasızlar ve beyin gelişimini izlediğimiz omurgalılarda homolog olmasıdır.

Bu keşifler, St. Hilaire’nin “ortak plan” olarak ifade ettiği görüşe o dönemde kısmen genetik destek sağlamıştır. St. Hilaire adına önemli olan, kendisinin henüz moleküler genetik seviyeden bu tip bir bilgi birikimine hiçbir şekilde sahip olmadan ilgili yapıları doğru biçimde değerlendirebilmesidir. Benzer şekilde Charles Darwin’in doğal seleksiyon mekanizması da ilerleyen dönemde genetik bulgularla desteklenmiş ve modern evrimsel sentez fikri geliştirilmiştir. Bugün bilimde morfolojik ve anatomik yapıların evrimi ve homolojisi için kesinlikle moleküler düzeyden homoloji aranmakta ve filogenetik ağaç, bu düzeydeki bulgularla desteklenmek zorundadır.

Burada belirtmemiz gereken önemli bir sorun vardır. Homolog olduğunu düşündüğümüz genler, yetişkin canlı gelişiminde fenotipte mutlaka homolog yapılar meydana getirmeyebilir. Örneğin, böcek kanadı ve omurgalı sinir sisteminin ikisi de normal gelişim için hedgehog fonksiyonuna bağımlıdır; fakat bu durum böcek kanadı ile omurgalı sinir sistemini homolog yapmaz. Onun yerine bu tip bir gelişimde rol oynayan çok sayıda genden yalnızca oldukça kritik bazı genlerin gelişimin ilerleyen zamanlarında homolojiyi sağlayabileceğini iddia edebiliriz. Evrim, halihazırda bulunan elementlerden meydana gelen varyasyonla beraber, canlının adaptasyonunu şekillendiren oldukça önemli bir “tamir” mekanizmasını içerir. Geoffroy-Cuvier tartışmasının ötesinde ise bugün elimizdeki literatüre göre, canlıların birden fazla vücut planları olmakla birlikte, bu vücut planları belirli hayati gen setleri tarafından inşa edilir. Buna göre, evrimsel biyologları ve profesyonel araştırmacıları ilgilendiren en önemli problemlerden biri de gelişimsel süreçte ve nihayetinde evrimde rol oynayan gen setlerinin nasıl ve ne koşulda yetişkin vücut yapılarını meydana getirebileceğidir.

Bugün bilinen haliyle “evo-devo” olarak kısalttığımız evrimsel gelişimsel biyoloji sahasındaki gelişmeler, elbette sinirbilimi de kapsamaktadır. Elimizdeki verilere göre, tüm omurgalı türlerinin sahip olduğu beyin yapıları, gelişimin henüz erken safhalarında birbirlerine oldukça benzemektedir. Fakat gelişimin ilerleyen seyrinde omurgalı beyinleri arasında fonksiyonel açıdan büyük farklılıklar meydana getiren ve bu süreci yöneten moleküler mekanizma henüz net biçimde açığa çıkarılabilmiş değildir. Omurgalı beynine dair birtakım sorunları çözmek üzere, bilim insanları omurgasız sinir yapılarını incelemektedirler. Örneğin, böcek beyin gelişiminde omurgalı gelişimiyle homolog olabilecek en azından birkaç gen tanımlanabilmiştir. Bu durum, omurgalı beyinlerinin omurgasızlara dayanan orijinine işaret etmekte; fakat omurgalı-omurgasız tüm canlıların ortak bir yapı planı olduğunu göstermemektedir. Bu tip genlerden, göz gelişiminde fonksiyonu bulunan Pax6 geninin omurgalı ve omurgasızlarda homolog olduğuna dair çalışmalar olsa da omurgalı ve omurgasız göz gelişiminin ortak bir plan dahilinde olduğunu kanıtlamamaktadır. Buradaki kritik ve bizce de çözülmesi gereken soru, evrim seyrinde omurgalılara dek korunmuş böylesi gen paketlerinin eski ve yeni gelişim süreçlerinde nasıl farklı planda yapılar -sözgelimi buradaki örnekte yetişkin gözleri- oluşturmuş olabileceğidir. Evo-devo nörobiyolojinin geleceğindeki önemli kritik noktalardan biri de budur.

*Referans: Bu yazı, Evrimsel Tıp Topluluğu web sitesi adına Necdet Ersöz tarafından kaleme alınmıştır.