Evrim Nedir? Popülasyonlar, Doğal Seçilim ve Adaptasyon

Evrimin tanımı ve temel özellikleri

Evrim, bir popülasyonun genetik bileşiminde kuşaklar boyunca meydana gelen değişimdir. Daha basit ifadeyle, bir özelliği belirleyen allellerin popülasyondaki görülme sıklığı zamanla değişir. Allel, bir genin farklı biçimlerinden biridir. Bu değişim, bireyin yaşamı sırasında geçirdiği büyüme veya gelişmeden farklıdır. Bir çocuğun büyümesi gelişimdir; evrim ise yeni kuşakların özellik dağılımının önceki kuşaklardan farklılaşmasıdır.

Evrim belirli bir amaca doğru ilerlemez. Canlılar daha büyük, daha hızlı ya da daha karmaşık olmak için değişmez; hangi kalıtsal özelliklerin yaygınlaşacağı, mevcut çeşitlilik ile çevre koşullarının birlikte etkisine bağlıdır. Çevre değiştiğinde daha önce avantaj sağlayan bir özellik etkisini kaybedebilir. Örneğin Galápagos Adaları'ndaki ispinozlarda gaga biçimleri arasında kalıtsal farklılıklar bulunur. Sert ve büyük tohumların bol olduğu dönemlerde güçlü gagalı kuşlar daha kolay beslenebilirken, küçük ve yumuşak tohumların arttığı bir dönemde daha küçük gagalı kuşlar daha başarılı olabilir. Bu kuşların gagaları yaşamları boyunca dönüşmez; daha başarılı bireylerin daha fazla yavru bırakması sonucunda sonraki kuşaklarda ortalama gaga biçimi değişebilir.

Bu nedenle evrim, tek bir bireyin isteğiyle ya da çevrenin canlıda doğrudan oluşturduğu amaçlı bir değişimle açıklanmaz. Çevre, popülasyonda zaten bulunan farklılıklar arasından bazılarını avantajlı hâle getirir; bu farklılıklar kalıtsalsa popülasyonun sonraki kuşaklardaki yapısı değişir.

Evrimin gerçekleştiği düzey: popülasyonlar

Popülasyon, aynı türden ve belirli bir bölgede yaşayan, birbiriyle üreyebilen bireyler topluluğudur. Evrim bu popülasyon düzeyinde gerçekleşir; çünkü bir bireyin genetik yapısı yaşamı boyunca genellikle aynı kalırken, popülasyondaki farklı özelliklerin oranı kuşaklar boyunca değişebilir. Bu değişimi izlemek için tek tek bireylerin değiştiğine değil, popülasyonun ortalama özelliklerine ve genetik bileşimine bakılır.

Doğal seçilim bireylerin hayatta kalma ve üreme başarısını etkileyebilir, ancak evrimsel sonuç popülasyonda ortaya çıkar. Örneğin bir ispinozun gagası birkaç yıl içinde evrimleşerek küçülmez. Küçük gagalı bireyler belirli bir dönemde daha çok beslenir ve daha fazla yavru bırakırsa, onların kalıtsal özellikleri yeni kuşaklarda daha sık görülür. Böylece popülasyonun ortalama gaga boyutu değişmiş olur.

Aynı düşünceyi kan grubu allelleri üzerinden de kurabiliriz: Bir popülasyonda belirli bir alleli taşıyan bireylerin oranı kuşaktan kuşağa değişiyorsa, popülasyonun genetik bileşimi değişiyor demektir. Bu tür oranların hesaplanması popülasyon genetiğinin konusudur; ayrıntılı hesaplamalar ayrı bir başlıkta ele alınır.

Kalıtsal çeşitlilik ve değişimin aktarılması

Evrimin gerçekleşebilmesi için popülasyonda bireyler arasında farklılıklar bulunmalıdır. Ancak her farklılık evrime yol açmaz. Örneğin daha iyi beslenen bir kişinin daha uzun olması çevresel bir farktır ve tek başına sonraki kuşaklara aktarılmaz. Evrimsel değişim için farklılığın genetik bir temeli olması ve kalıtsal özellik olarak yavrulara geçebilmesi gerekir.

Popülasyonlardaki genetik çeşitliliğin önemli kaynaklarından biri mutasyondur. Mutasyon, DNA'da meydana gelen değişikliktir ve yeni allellerin ortaya çıkmasını sağlayabilir. Bir mutasyon özelliği olumsuz, olumlu veya etkisiz yönde etkileyebilir. Eşeyli üreme de anne ve babadan gelen allellerin yeni kombinasyonlar oluşturmasına yol açarak kardeşler arasında farklılık meydana getirir. Doğal seçilim bu mevcut kalıtsal farklılıklar üzerinde etkili olur; çevre, farklı özelliklere sahip bireylerin hayatta kalma ve üreme olasılıklarını aynı düzeyde bırakmayabilir.

Örneğin bir bitki popülasyonunda suyu daha iyi koruyabilen küçük yapraklı bireyler ile daha geniş yapraklı bireyler bulunabilir. Nemli ortamda geniş yapraklar daha fazla ışık toplamaya yardımcı olabilirken, ortam kuruduğunda küçük yapraklı ve daha az su kaybeden bitkiler hayatta kalıp daha çok tohum oluşturabilir. Bu özellik kalıtsalsa, sonraki kuşaklarda küçük yaprakla ilişkili allellerin oranı artabilir. Böylece çevredeki değişim, popülasyonda bulunan kalıtsal çeşitliliğin dağılımını etkiler.

Mutasyonun yanı sıra genetik sürüklenme ve gen akışı da popülasyonların allel sıklıklarını değiştirebilir; genetik sürüklenmede değişim rastlantısal, gen akışında ise bireylerin popülasyonlar arasındaki hareketiyle gerçekleşir. Bu mekanizmaların ayrıntılı incelenmesi ayrı bir konudur.

Doğal seçilim ve adaptasyon ilişkisi

Doğal seçilim, kalıtsal özellikleri nedeniyle bulundukları çevrede daha başarılı olan bireylerin daha fazla yaşaması ve üremesi sonucunda bu özelliklerin sonraki kuşaklarda yaygınlaşmasıdır. Süreç üç temel koşula dayanır: Popülasyonda bireyler arasında farklılık bulunur, bu farklılıkların en azından bir bölümü kalıtsaldır ve canlıların tümünün aynı anda hayatta kalıp üremesine yetecek kaynaklar bulunmayabilir. Bu koşullarda bazı bireyler daha fazla yavru bırakır; onların kalıtsal özellikleri de daha sık görülmeye başlar.

Adaptasyon, bir canlının bulunduğu çevrede yaşama ve üreme başarısını artıran kalıtsal özelliktir. Bir özelliğin adaptasyon sayılması için yalnızca yararlı görünmesi yetmez; özelliğin kalıtsal olması ve belirli çevre koşullarında seçilerek popülasyonda yaygınlaşması gerekir. Bu yüzden bir özellik her ortamda avantajlı değildir. Su bakımından zengin bir ortamda geniş yapraklar yararlı olabilirken, kuraklık başladığında su kaybını azaltan küçük yapraklar avantaj sağlayabilir. Çevre değişince doğal seçilimin etkilediği özelliklerin yönü de değişebilir.

Galápagos'taki ispinozlar bu ilişkiyi gösteren somut bir örnektir. Yağışın fazla olduğu bir dönemde küçük ve yumuşak tohumlar bol bulunduğunda küçük gagalı kuşlar daha iyi beslenmiş, daha fazla hayatta kalmış ve daha çok yavru bırakmıştır. Gaga boyutu kalıtsal olduğundan, sonraki kuşaklarda küçük gagalı bireylerin ortalama oranı artmıştır. Burada çevre küçük gagayı sonradan üretmemiştir; popülasyonda zaten bulunan gaga çeşitliliği arasından belirli koşullarda avantajlı olan özellik daha fazla aktarılmıştır.

Doğal seçilim kusursuz canlılar üretmez ve evrim bir hedefe yönelmez. Yalnızca o andaki çevrede üreme başarısını artıran özelliklerin yaygınlaşmasına katkı sağlar. Türleşmenin ve büyük ölçekli evrimsel değişimlerin ayrıntılı süreçleri ise ayrı bir makalenin konusudur.

Evrimsel değişimin temel kanıtlarına giriş

Evrimsel değişim; fosiller, karşılaştırmalı anatomi, biyocoğrafya ve moleküler benzerlikler gibi birbirinden farklı kanıtlarla incelenir. Fosiller, geçmişte yaşamış canlıların özelliklerini ve canlı gruplarındaki değişimlerin uzun zaman aralıklarında izlenebilen örüntülerini gösterir. Karşılaştırmalı anatomi, farklı canlıların vücut yapılarındaki benzerlik ve farklılıkların ortak özelliklerin değişerek çeşitlenmesiyle açıklanmasına yardımcı olur.

Biyocoğrafya, canlıların yeryüzündeki dağılımını ve özellikle birbirinden ayrı bölgelerde yaşayan akraba grupların farklı özellikler kazanmasını ele alır. Moleküler benzerlikler ise DNA ve protein gibi moleküllerdeki ortaklıkları karşılaştırarak canlılar arasındaki akrabalık ilişkileri hakkında bilgi verir. Bu kanıt türleri birlikte değerlendirildiğinde, canlıların değişmez varlıklar olmadığı ve popülasyonların zaman içinde farklılaşabildiği sonucunu destekler.

Küçük ölçekli, popülasyon içindeki değişimler mikroevrim; daha geniş zamanlarda ve daha büyük farklılıklarla ortaya çıkan değişimler makroevrim olarak adlandırılır. Bu iki kavramın kapsam ve süreç bakımından ayrıntılı karşılaştırması ayrı bir başlıkta incelenir.

Bakterilerde antibiyotik direnci

Bakteri popülasyonunda antibiyotiğe direnç sağlayan kalıtsal özellikler başlangıçta düşük sıklıkta bulunabilir. Antibiyotik uygulandığında dirençsiz bakteriler ölürken dirençli olanlar yaşamaya ve bölünmeye devam eder; böylece sonraki kuşaklarda dirençli bakterilerin oranı artar. Antibiyotik, direnci amaçlı olarak oluşturmaz; mevcut farklılıklar arasından dirençli bakterileri seçer. Antibiyotik direncinin tıbbi açıdan ayrıntılı açıklaması ayrı bir başlıkta ele alınır.