Doğal seçilim mekanizması

DOĞAL SEÇİLİM

Doğal seçilim mekanizması

 Bir önceki konuda evrime dair kanıtları inceledik

 Bu konu ise bunun NASIL olduğunu incelemektedir

 Darwin gözlemlediği örüntüleri süreç ile ilişkilendirdi

 İddiaları bu yüzden çok akıllıcaydı...

 Tezi, değişim yoluyla türeme üzerine bilimsel

tartışmaları tamamen bitirecek kadar ikna ediciydi

 Evrim o zaman da bugün de kanıtlanmış bir olgudur

1 Doğal seçilim yoluyla evrim

Darwin’in dört önermesi:

1. Popülasyonu oluşturan bireyler farklılık (varyasyon) gösterir

2. Farklılığın bir kısmı yeni nesillere aktarılır

3. Her nesilde bazı bireyler hayatta kalmak ve üremek bakımından diğerlerine göre daha başarılıdır

4. Hayatta kalma ve üreme rastgele değildir; bireyler arasındaki farlılıklara bağlıdır

◦ Koşullara en uygun farklara sahip bireyler hayatta kalır ve ürer

◦ Bu doğal seçilimdir veya «En uygun olanın hayatta kalması»

Darwinist evrim:

Popülasyonların zaman içinde kademeli olarak değişmesi

Bireyler arasında farklar bulunur

Farklar kalıtılır

Hayatta kalıp üreyebilenler daha

fazla sayıda birey dünyaya getirir Bazı çeşitler diğerlerine göre daha fazla hayatta kalır ve ürer

Sonuç: Popülasyonun bileşimi bir nesilden diğerine geçerken değişir

Az acı Acı

1.1 Uyum gücü (fitness) ve uyum (adaptasyon)

Hayatta kalma ve üremede daha başarılı olan ve bir sonraki nesilde yavruları popülasyonun daha büyük yüzdesini oluşturan bireyler iyi uyan bireylerdir

Uyum gücü bireylerin bulundukları ortamda hayatta kalma ve çoğalma yeteneğidir

Adaptasyon (uyum) bir bireyin bulunduğu çevrede

uyum gücünü, diğer bireylere göre, artıran özelliktir

Adaptasyon, Doğal Seçilim yoluyla meydana gelen evrimsel değişimlerin tümüne verilen isimdir

Her adaptasyon, evrimsel değişim olmak zorundadır; ancak her

evrimsel değişim, adaptasyon değildir!!!

"Adaptasyon" sözcüğünün

kullanılma nedeni, bir evrimsel

değişimin Doğal Seçilim yoluyla olup olmadığını belirtmektir

1.1 Uyum gücü (fitness) ve

uyum (adaptasyon)

1.2 Darwin’in dört önermesi

Alfred Russel Wallace Darwin’le aynı sıralarda doğal seçilim teorisini geliştirmiştir

Wallace neden meşhur olamamış?

◦ Darwin bunu daha önce düşünmüş ve

◦ Kitabı bu teoriye en iyi açıklamayı getirmiştir

Dört önermenin her biri ve bunların mantıksal

sonuçları birbirinden bağımsız olarak doğrulanabilir

◦ Ne gizlenen varsayımları ne de sorgulanmadan kabulü istenen bir şeyi vardır!!!

◦ Hipotez sınanabilir!!!

2 Galapagos ispinozlarında gaga şeklinin evrimi – 4 önermenin sınanması

Peter ve Rosemary Grant

◦ Darwin’in ispinozlarını 1973’ten beri çalışmaktadır

◦ Türler vücut büyüklükleri ve renk açısından benzerdir fakat gaga boyutları ve şekilleri açısından olağanüstü farklılık gösterir

◦ Gaga morfolojisindeki farklar beslenme alışkanlıklarına bağlıdır

◦ Böcek, tohum, nektar, parazit, yaprak, meyve

Daphne Major adasındaki yer ispinozları:

◦ Çok küçük bir ada

◦ Diğerlerinden uzak

◦ İyi bir doğal laboratuvar

◦ Bu adaya veya adadan göç zordur

2 Galapagos ispinozlarında gaga şeklinin evrimi

– 4 önermenin sınanması

Geospiza fortis, orta boy bir yer ispinozu

◦ Adada 1200 ispinoz bulunmakta

◦ Hepsi işaretlenmiş durumda

◦ Tohum ile beslenir

◦ Tohumu gagasının tabanıyla kavrar ve güç kullanarak kırar

◦ Tür içinde gaga büyüklüğü değişkendir

◦ Büyük gagalılar büyük tohum türlerini,

◦ Daha küçük gagalılar küçük tohum türlerini yer

2 Galapagos ispinozlarında gaga şeklinin evrimi

– 4 önermenin sınanması

Galapagos

ispinozlarının evrimi

Orta boy yer ispinozu

1. önermenin sınanması: Popülasyon çeşitlilik gösterir mi?

◦ Gaga yüksekliği tür içinde değişkendir

◦ 1. önerme doğrulanmıştır

2 Galapagos ispinozlarında gaga şeklinin evrimi – 4 önermenin sınanması

İspinoz sayısı

Gaga yüksekliği (mm)

2. önermenin sınanması: Farklılıkların bir kısmı kalıtsal mıdır?

◦ Gaga yüksekliği farkları genetik veya çevresel olabilir

◦ Kalıtım derecesi hesaplanmalıdır

◦ Popülasyonda gözlenen çeşitliliğin ne kadarının genlerdeki çeşitlilik sebebiyle olduğu

◦ Ebeveynler ve yavruların karşılaştırılması gerekir

◦ Kalıtsal ise yavrular ebeveynlere benzemelidir

2 Galapagos ispinozlarında gaga şeklinin evrimi

– 4 önermenin sınanması

G. Fortis’te gaga yüksekliği kalıtsal mıdır?

EVET

Yavru ortalama gaga yüksekliği (mm)

Ebeveyn ortalama gaga yüksekliği (mm)

3. önermenin sınanması: Bireyler hayatta kalma ve üreme başarıları bakımından farklı mıdır?

◦ İspinozların her nesilde %89’unun üreyemeden önce öldüğü gösterildi

◦ Kesinlikle bireylerin bazıları hayatta kalma ve üreme açısından daha başarılıdır

2 Galapagos ispinozlarında gaga şeklinin evrimi

– 4 önermenin sınanması

4. önermenin sınanması: Hayatta kalma ve çoğalma rastgele değil midir?

◦ 1977’de adada şiddetli bir kuraklık yaşandı

◦ İspinoz popülasyonunun %84’ü öldü

◦ Kuraklıktan sonra sağ kalan kuşlar yeniden ölçüldü

◦ En yüksek gagalı kuşlar diğerlerinden daha çok hayatta kaldı

◦ Kuraklıkta sadece bir bitki çok meyve üretti

◦ Tribulus cistoides büyük ve sert tohumludur

◦ Sadece yüksek ve dar gagalı kuşlar bunları kırabiliyordu

2 Galapagos ispinozlarında gaga şeklinin evrimi

– 4 önermenin sınanması

Kuraklık sırasında

doğal seçilim yüksek

gagalı kuşları seçti

İspinoz sayısıİspinoz sayısı

Gaga yüksekliği

1976 tüm Daphne ispinozları

1978 hayatta kalanlar

Yeni doğanlar

kuraklıktan sonra yüksek gagalılardı

1976, kuraklıktan önce doğan yavrular

1978, kuraklıktan sonra doğan yavrular İspinoz

sayısı

İspinoz sayısı

Üreme açısından belirli kuşların başarılı olduğunu göstermek için yeni doğan nesilde de gaga boyunun yüksek olduğunu

göstermek gerekir!!!

4. önermenin sınanması: Hayatta kalma ve çoğalma rastgele değil midir?

◦ Kuraklık boyunca doğal seçilim yüksek gagalıların lehine işledi

◦ Diğer kuşlar öldü

◦ El Niño tam tersi bir etki yaptı

◦ Çok yağışlı bir yıl, küçük ve yumuşak tohumlar üretti

◦ Küçük boyutlu ve sığ gagalı kuşlar diğerlerine göre hayatta kalma ve üremede daha başarılı oldu

◦ Doğal seçilim dinamiktir

2 Galapagos ispinozlarında gaga şeklinin evrimi

– 4 önermenin sınanması

Popülasyon evrimleşti mi?

◦ İspinoz popülasyonu üzerinde doğal seçilim etkili oldu

◦ Evrim, seçilimin bir sonucudur

◦ Nesiller boyunca popülasyonlardaki değişimdir

◦ Evrimin gerçekleştiğini anlamak için karakterlerin zaman içinde değiştiğini görmek gerekir

2 Galapagos ispinozlarında gaga şeklinin evrimi

– 4 önermenin sınanması

Daphne Major

ispinozlarında 30 yıllık evrim

Gaga büyüklüğüGaga şekliVücut büyüklüğü

Sivri

Küt

Eğer evrim

gerçekleşmemiş olsaydı özelliklerin pembeyle gösterilen aralıklarda kalması gerekirdi

3 Doğal seçilimin doğası

Doğal seçilim süreci basit olsa da bazen bunu anlamak zor olabilir

Çünkü doğal seçilim yoluyla evrim, temelinde popülasyon özelliklerinde istatistiksel bir dağılımdır

Doğal seçilimle ilgili popüler fakat yanlış fikirler bulunur Doğal seçilim nedir ne değildir?

1. Doğal seçilim bireyler üzerinde çalışır fakat evrim popülasyonlarda meydana gelir

◦ Virüsler ilaca veya ispinozlar tohum değişimlerine maruz kaldığında seçilen bireyler değişime uğramadı

◦ Başarılı bireyler seçilim olayına uğradılar ve diğerlerine göre daha fazla yavru ürettiler

◦ Dolayısıyla bireyler değil, popülasyonlar değişti

3 Doğal seçilimin doğası

2. Doğal seçilim fenotipler üzerinde etkilidir fakat evrim allel sıklığında değişmelerden oluşur

◦ Eğer yüksek gaga kalıtsal olmasaydı, yüksek gagalı bireyler kuraklıkta hayatta kalacaktı fakat evrim meydana gelmeyecekti çünkü bu özellik yavrulara geçmeyecekti

◦ Doğal seçilim sadece genetik temeli olan karakterler üzerinde çalışır

◦ Sonuçta popülasyonda yüksek gaga alleli arttı

3 Doğal seçilimin doğası

3. Doğal seçilim ileriye bakmaz, geçmişle ilgilidir

◦ Her yeni nesil, bir önceki neslin çevresel koşullar ile seçiliminin ürünüdür

◦ Yüksek gagalı ispinozlar ebeveynlerinin neslinin maruz kaldığı değişimlere uyumludur

◦ Eğer yeni bir çevre değişimi olursa buna uyumlu olmayabilirler

◦ Organizmalar gelecekteki koşullara değil geçmiş koşullara uyumludur

3 Doğal seçilimin doğası

4. Doğal seçilim mevcut özellikler üzerinde işlediği halde yeni özellikler evrimleştirebilir

◦ Var olan bir farklılığı seçebilir

◦ Bir tohumu kırmak için o anda yeni bir gaga yaratamaz

◦ Zaman içinde doğal seçilim yeni karakterler üretebilir

◦ Her nesilde yeni mutasyon ve rekombinasyonlar olur ve doğal seçilim bunlar üzerinde etki eder

3 Doğal seçilimin doğası

Ör: Dev pandanın baş parmağı

◦ Bambuyu kavramak için kullanırlar

◦ “baş parmak” aslında değişime uğramış bilek kemiğidir

◦ Bu kemiğin boyutları muhtemelen farklılık göstermekteydi ve uzun olanları seçilime uğradı

◦ Ön adaptasyon: yeni bir amaç için kullanılan ve sonunda seçilim yoluyla tamamen yeni bir yapıya dönüşen özellik

3 Doğal seçilimin doğası

Dev pandanın baş parmağı

Baş parmak

Baş parmak 5 parmak

5. Doğal seçilim mükemmel değildir

◦ Sadece var olan farklılıklar üzerinde çalışabilir

◦ Seçilen kuşların çoğunun gagası ayrıca genişti ama uyum gücünü artırmıyordu

◦ Doğal seçilim mükemmel gagayı yapamaz çünkü bunun için gerekli tüm gen

çeşitliliği aynı anda bulunamaz

◦ Mükemmelik değil adaptasyon

3 Doğal seçilimin doğası

6 . Doğal seçilim rastgele değildir fakat ilerletici de değildir

◦ Çevreye uyum anlamında daha iyi yapar fakat gelişmiş yaşam formları yönünde direten hiçbir eğilimi yoktur!!!

◦ Daha karmaşık organizmalara doğru eğilim varmış gibi görünebilir fakat bazı organizmalar daha basitleşmiştir

◦ Kıl kurtları – sindirim sistemini kaybetmiş

◦ Yılan – ayaklı atalardan türemiştir

◦ Eski kuşlar dişlere sahipti

Bazı organizmalar daha eski, bazıları daha yeni soy hatlarının türevidir fakat hiçbiri daha düşük veya yüksek değildir!!!

3 Doğal seçilimin doğası

4 Darwinizmin evrimi

«Evrimin ışığı olmaksızın biyolojide hiçbir şey bir anlam taşımaz.» Theodosius Dobzhansky, 1973.

Darwin’in ilk önerisinden 70 yıl sonra ancak standart görüş haline geldi.

Modern Sentez - 1932-53:

◦ Kademeli evrim, doğal seçilimin üzerine çalıştığı küçük genetik değişmelerden ortaya çıkar

◦ Türlerin ve yüksek taksonların kökeni, doğal seçilimin bireyler üzerinde çalışması ile açıklanabilir

◦ EVRİM yüksek uyum gücü ile ilişkili alellerin bir nesilden diğerine frekanslarının artmasıdır

Darwin’in önermeleri yeniden biçimlendirildiğinde:

1. Mutasyonlar, ayrılma ve bağımsız düzenlenme ile karışan alellerin yeni kombinasyonlarının sonucu olarak, bireyler çeşitlilik gösterir

2. Bireyler alellerini yeni nesillere aktarır

3. Çoğu nesilde yaşayabilecek olandan fazla döl üretilir 4. Hayatta kalan ve üreyen ya da en fazla çoğalan bireyler,

bunları çevrelerine en iyi adapte eden alellere sahip olan bireylerdir.

4 Darwinizmin evrimi

Darwin’in de şüphelendiği gibi doğal seçilim evrimin tek sebebi değildir:

Genellikle birinci sebebidir

Diğer mekanizmalar – göç, mutasyon, genetik sürüklenme - sonraki konularda işlenecektir

4 Darwinizmin evrimi

5 «Bilimsel yaratılışçılık» ve akıllı tasarım üzerine tartışma

Doğal seçilim ve evrimin geçerliliği üzerine bilimsel tartışmalar 1900’lü yılların başında sona ermiştir!!!

Fakat politik ve felsefi tartışmalar halen devam etmektedir.

Tartışmanın tarihi:

Maymun davası (1925)

◦ Biyoloji öğretmeni olan John Scopes Tennessee eyaletinde evrim öğretilmesi yasak olduğu halde Darwinizm okuma ödevi verdi

Scopes suçlu bulunup 100 dolar para cezasına çarptırıldı fakat dava sırasındaki tartışmalar pek çok soruyu

beraberinde getirdi

Evrim lehine bir zafer olarak algılandı. Çünkü tutucu bir hatip olan dava avukatı yaratılışın altı gününün 24 saatten fazla sürmüş olabileceğini öne sürdü

◦ Yaratılışçı bakış açısında tutarsızlık ve dağılma başladı

5 «Bilimsel yaratılışçılık» ve akıllı tasarım

üzerine tartışma

1968’de ABD anayasa mahkemesi evrim öğretimi yasağı konusundaki yasayı kaldırmıştır

◦ Sebep kilise ile devletin ayrımına dayanıyordu

Bunun üzerine yaratılışçılık görüşü savunucuları «Yaratılış bilimi» olarak evrim teorisine alternatif bir teorinin okullarda okutulması ve eşit

zaman ayrılması için dava açtılar

1987’de anayasa mahkemesi dini bir görüşün kamu okullarında okutulamayacağı kararına vardı

2005’te akıllı tasarım teorisinin okutulması üzerine bir davada yine anayasanın 1. maddesine aykırı olduğu gerekçesiyle izin verilmedi.

5 «Bilimsel yaratılışçılık» ve akıllı tasarım

üzerine tartışma

Akıllı Tasarım Teorisi

◦ Organizmaların karmaşık ve mükemmel olmaları doğal seçilimin rastgele mutasyonları seçmesiyle nasıl

açıklanır?

◦ Aslında bu soruyu Darwin kendi kitabında sormuş ve buna bir bölüm ayırmıştı

◦ «Bazı organların mükemmeliği»

◦ Omurgalıların gözleri örneği...

◦ Bu ancak bilinçli bir varlığın işi olmalıdır

5 «Bilimsel yaratılışçılık» ve akıllı tasarım

üzerine tartışma

Karmaşıklık:

Rastgele değişme nasıl düzene yol açmaktadır?

◦ Mutasyon ve çeşitlilik rastgeledir fakat doğal seçilim rastgele değildir

◦ Koşullara uyum gücünü artıran karakterler seçilmektedir

◦ Bizim doğal dünyada karmaşık olarak algıladığımız

özellikler, adaptasyonlardır - yani uyum gücünü artıran yapı veya davranışlardır.

Omurgalı gözü gibi mükemmel yapılar küçük kademeli değişimlerle nasıl oluşabilir?

Darwin’e göre, omurgalı gözü daha basit gözlerden türemiş olmalıydı

Buna örnekler bulunmaktadır: diğer organizmaların gözleri incelendiğinde omurgalı gözüne doğru evrimsel değişim fark edilir

"İndirgenemez Komplekslilik" hipotezi günümüzde bilim tarafından

çürütülmüş ve hatta ileri süren bilim insanı olan Michael Behe tarafından bile terk edilmiş; ancak bu terk ediş ve çürütülme önemsenmeden inatla karşımıza çıkarılmaktadır

Göz ve beyin gibi organlar, indirgenemez bir biçimde karmaşıktır.

Mükemmellik

• Göz de, tıpkı elektrik ağları gibi bir prensiple çalışmaktadır ve gözün işleme biçimi,

son derece basit ve anlaşılırdır

• İlk "gözsü" yapıların günümüzden 600 milyon yıl önce evrimleştiği düşünülmektedir.

• Göz, tek bir atada, bir defa evrimleşip tüm canlılara bu şekilde aktarılmamıştır.

• evrimsel süreçte 50'den fazla defa, birbirinden bağımsız olarak evrimleşmiştir

• İlk "gözsü" yapılar: 600 milyon yıl önce.

• Işığın yönünü ayırt edebilecek çok hücreli optik sistemler göz lekeleri olarak başlamış

Yumuşakça gözü evrimi

İnsan gözünün ışığa duyarlı hücreleri ışığa doğru değil, gözün arkasına doğru bakmaktadır. Optik sinirler ışığa dönük tarafta birleştiğinden kör nokta oluşur.

Ahtapot gözünde ise sinirler gözün arkasından çıkarlar ve ağ tabakanın önünden geçip ışığı kesmezler ve kör nokta yoktur.

Göz mükemmel midir?

İnsan

Ahtapot

Optik sinir Reseptör hücreler Optik sinir

Kör nokta

Reseptör hücreler

Bazı kusurlar:

Zürafaların boynu, C vitamini sentezleyememek, fotosentez yapamamak, 20 yaş dişi

Bunları hangi şekilde açıklamak daha mantıklı?

20 yaş dişi

Bu sinir en çok hasar gören sinirdir ve pek çok bozukluğa sebep olur

AortAort yayı

Sol larinks siniri

sağ larinks siniri

Vagus siniri

Sol larinks siniri

Aort yayı sağ larinks siniri

Kalp

Embryolojik gelişim balık

Memeliler Vagus siniri

Vagus siniri

Solungaç yarıkları

Sağ larinks siniri

Sol larinks

siniri Aort yayı

Kalp Kalp

Ağız Ağız

Akciğer atardamarı

oEvrim sınanamaz

oYeni türlerin oluştuğu gözlemlenemez, dolayısıyla evrim ispatlanamaz – dolayısıyla sadece bir inanç meselesidir

3.5 «Bilimsel yaratılışçılık» ve akıllı tasarım üzerine

tartışma - Diğer itirazlar

Çatışmayı motive eden nedir?

Aslında konu bilimsel kanıtlar veya din ile uyum değildir

Evrimin lise kitaplarına konulup konulmaması gerektiği konusundaki bir tartışmada:

«Çocuklara kim oldukları ve buraya nasıl geldiklerinin öğretilmesinin, neden burada oldukları, görevlerinin neler olduğu, nasıl yaşamaları gerektiği ile bir ilgisi var mıdır?»

Esas endişe evrimin, insan ahlakı ve davranışı için ne anlama geldiğidir.

Halbuki bu iki olgu tamamen ayrı temellerden köken alırlar.

1 HIV/AIDS

Salgınının Geçmişi

AIDS, türümüzün yaşadığı en yıkıcı salgındır

HIV Gerçekleri

2017 - tüm dünyada 36.9 milyon [31.1 milyon–43.9 milyon] insan HIV ile yaşamakta.

21.7 milyon [19.1 milyon–22.6 milyon] insan antiretrovirüs tedavisi görmekte.

2017’de 1.8 milyon [1.4 milyon–2.4 milyon] insan ilk defa HIV ile enfekte oldu.

2017’de 940 000 insan AIDS-ile ilişkili hastalıklardan öldü.

Salgının başlangıcından itibaren toplam 77.3 milyon insan HIV’e yakalandı.

Salgının başlangıcından itibaren 35.4 milyon insan AIDS-ile ilişkili hastalıklardan öldü.

54

1996’daki yükselişinden sonra yeni HIV enfeksiyonları %47 azaldı.

1996’da 3.4 milyon yeni enfeksiyon varken, 2017’de 1.8 milyon yeni enfeksiyon görüldü.

2010’dan bu yana yetişkinlerde yeni HIV enfeksiyonu görülme sıklığı %16 azaldı.

2010’dan bu yana çocuklarda yeni HIV enfeksiyonu görülme sıklığı

%35 azaldı.

HIV Gerçekleri – iyi haberler 

1990-2015 AIDS sebepli ölüm, yeni HIV enfeksiyonu, HIV ile yaşayan insanlar

Yeni HIV enfeksiyonları

Soldaki y-ekseni HIV ile yaşayan insan sayısı

Sağdaki y-ekseni

AIDS’le ilişkili ölümler Soldaki y-ekseni

HIV salgını:

HIV, 1980 ve 1990’larda başlayan birbiriyle ilişkili fakat iki ayrı salgın ile yayılmıştır

1.Sahra altı Afrika ile güney ve güneydoğu Asya’da heteroseksüel erkek ve kadınlar arasında

2.ABD ve Avrupa’da homoseksüel erkekler ve damar yolu ile uyuşturucu kullanıcıları arasında.

Az gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde hastalığın yayılım hızı daha yüksektir

Sorular:

• Gelecek vadeden azidotimidin (AZT) gibi AIDS ilaçları neden uzun vadede etkisiz olmuştur?

• HIV insanları neden öldürür?

• Neden bazı insanlar HIV enfeksiyonuna karşı dirençlidir veya enfekte olsalar da hastalık geliştirmezler?

• HIV nereden gelmiştir?

• Bunlar evrim biyolojisiyle alakalı görünmeyebilir fakat evrim iki noktanın anlaşılmasına adanmış bir bilimdir:

1. Değişen çevre koşullarında popülasyonlar nasıl değişir?

2. Yeni türler nasıl ortaya çıkar?

1.1.1 HIV nedir?

Ters

transkriptaz

HIV virüsü

RNA genomu (2 kopya) Gp120 (yüzey proteini)

Gp41 (gp120 için tutunma proteini)

İntegraz Proteaz

• Zorunlu hücre içi paraziti

• Bağışıklık sisteminin makrofaj ve T hücrelerini enfekte eder

• Çoğalmak için bu hücrelerin enzimlerini ve enrjisini kullanır ve konak hücre süreç sonunda ölür

HIV’in yaşam döngüsü

Ters

transkriptaz

İntegraz

Proteaz

RNA genomu (2 kopya) Gp120 (yüzey proteini)

Gp41 (gp 120 için tutunma proteini)

HIV hücre dışı formu=

virion

HIV’in gp120 proteini konak hücrenin CD4 ve onun

yardımcı reseptörüne bağlanır HIV’in RNA genomu, ters transkriptaz, integraz ve proteazı konak hücreye girer Ters transkriptaz HIV’in RNA şablonundan HIV DNA’sı sentezler

İntegraz HIV DNA’sını konak genomu içine yerleştirir. HIV mRNA’sı konak RNA polimerazı tarafından HIV DNA’sı kullanılarak sentezlenir

Konak hücrenin ribozomları HIV mRNA’sından HIV ön

proteinlerini sentezler. Proteaz bunları keserek olgun virüs proteinlerini oluşturur

Yeni viriüsler konak hücrenin içinde oluşur

Yeni virüsler konak hücre zarından dışarı çıkar Makrofaj veya T hücresi

(konak hücre)

Koreseptör CD4

Konak DNA

Konak çekirdeği

https://youtu.be/PlSvywlLuNw

HIV konak hücrenin kendi enzim mekanizmasını kullanır.

◦ RNA polimeraz, ribozomlar, tRNA’lar

Bu sebeple viral hastalıkların tedavisi çok güçtür.

◦ Virüsün yaşam döngüsünü bozacak herhangi bir ilaç,

hücrenin de yaşamını engeller ve yan etkileri fazla olur!!!

1.1.2 HIV nasıl AIDS’e yol açar?

HIV, makrofaj ve yardımcı T hücrelerini enfekte eder (CD4⁺ hücreleri).

Bu hücreler öldüğünde bağışıklık sistemi çöker. Kişi bakteri ve mantar enfeksiyonlarına kolaylıkla yakalanır.

AIDS denilen evre kişinin farklı enfeksiyonlara yakalanmasıdır Ölüm genellikle 2 yıl içinde gerçekleşir

Haftalar Yıllar

Enfeksiyondan itibaren geçen zaman

CD4 T-hücresi sayısı (hücre/mm3 kan) Viral yük1 ml plazmadaki HIV RNA kopyası)

Akut Kronik

Evre

2 AZT neden kısa vadede çalıştı fakat

uzun vadede başarısız oldu?

AZT ters transkriptazı durdurur

AZT yapısı timidine çok benzer.

AZT’deki timidinde, normalindeki hidroksil grubu (-OH) yerine azid grubu (-N₃) bulunur.

Ters transkriptaz yeni sentezlediği zincire daha fazla nükleotit ekleyemez.

https://www.youtube.com/watch?v=1so7D5twHSE

AZT’nin etkinliği

Bazı yan etkilere rağmen ilk denemelerde AZT işe yaradı.

Birkaç yıl kullanımdan sonra hastalar tedaviye cevap vermemeye başladı ve CD4 hücre sayıları tekrar düştü.

Neden?

◦ ters transkriptaz mutasyon geçirip artık AZT’den etkilenmeyebilir mi?

AZT’ye duyarlı ve dirençli ters transkriptazlar arasındaki fark

Duyarlı Dirençli

Ters

transkriptaz

Ters

transkriptaz

Ters transkriptazda mutasyonlar nasıl meydana gelir?

Ters transkriptazın RNA’dan DNA sentezlerken hata payı vardır.

Bu hatalar diğer genlerle birlikte ters transkriptaz

geninde de değişime yol açar.

HIV popülasyonları nasıl evrimleşir?

1. Ters transkriptazın DNA sentezlerken yaptığı hatalar kendi gen dizisinde mutasyonlar oluşturur. Bazı mutasyonlar AZT direnci sağlar.

1. Bir insan içinde enfeksiyon boyunca binlerce virüs nesli oluşur.

2. Bu da yüzlerce farklı ters transkriptaz üretimi demektir

3. Bunlardan bir veya birkaçı AZT’yi artık timidin olarak kullanamayabilir ve AZT’ye direnç kazanmış olur.

2. AZT varlığında dirençli mutant tipler diğerlerine göre daha iyi ürer.

3. Bu mutasyona sahip olan virüsler genlerini bir sonraki nesile aktarır. Diğerleri üreyemez.

4. Böylece dirençlilerin sayısı giderek artar ve duyarlı olanlar kaybolur.

AZT’ye duyarlı virüs

AZT’ye kısmen dirençli virüs AZT’ye yüksek dirençli virüs

Ters transkriptaz hataları değişken bir popülasyon oluşturur.

Bazı tipler AZT direncinde fark gösterir.

Direnç sonraki nesillere aktarılır

AZT tedavisi süresince çoğu virüs

çoğalamaz

Sağ kalan tipler AZT varlığında

çoğalabilenlerdir zaman

•İŞTE BU DOĞAL SEÇİLİM YOLU İLE EVRİMDİR!!!

•Bu sürecin bilinçli olmadığı, tamamen tesadüfi olduğu her zaman akılda tutulmalıdır.

•AZT tedavisi gören her hastada aynı tip mutasyonlar görülmüştür.

•Bu mutasyonlara sahip virüs tipleri, AZT ortamında üreyebildiği ve diğerleri üreyemediği için sayıları giderek artmıştır = DOĞAL

SEÇİLİM

Direncin nasıl evrimleştiğini anlamak daha iyi tedaviler geliştirilmesine yardım eder

•Her ilaç için birkaç mutasyon virüsü dirençli hale getirebilir.

•Eğer bir yerine birkaç ilaç bir arada kullanılırsa virüsün direnç kazanması için daha fazla mutasyon gerekir.

• Bu da virüsü yok etmek için zaman kazandırır.

•Bu çoklu ilaç tedavilerine Yüksek Aktiviteli Anti- Retroviral Tedavi (HAART) adı verilir.

• Günümüzde bu şekilde sürdürülmektedir

Kullanımda veya geliştirilmekte olan ilaçlar

Ters transkriptaz inhibitörleri (engelleyici)

◦ AZT

◦ 3TC

Proteaz inhibitörleri

◦ Indinavir

Kaynaşma inhibitörleri

Integraz inhibitörleri

Dirençli tipler

AZT varlığında üremede en başarılı olanlar mutasyona uğramış yeni HIV tiplerdir.

Peki bu dirençli tipler, AZT tedavisi kesildiğinde de aynı yüksek verimlilikte çoğalabilir mi?

HAYIR. Tedavi durdurulduğunda virüs

popülasyonundaki AZT-dirençli virüslerin oranı

tedavi öncesindeki seviyelere düşmektedir.

Mutasyonlar ve çevre

•Mutasyonlar rastgele oluşur - fakat

• Hayatta kalan ve üreyebilen genetik değişime sahip tipi seçen ÇEVREdir.

•Yani, belirli bir çevresel koşulda hayatta kalma ve üremeyi sağlayan karakterler popülasyonda yayılır

• Ölüme sebep olan karakterler ise kaybolur.

• AZT varlığında doğal seçilim mutant virüsleri, AZT yokluğunda ise doğal seçilim mutant olmayan virüsleri destekledi

Doğal seçilim yoluyla evrim tek yönlü ve geri çevrilemez midir?

HAYIR

3 HIV neden

ölümcüldür?

•Evrim biyologlarının öğrendiği ilk düşünme şekli ilgilenilen organizmanın yerine kendini koymaktır.

•HIV popülasyonunun konak içerisindeki ani evrimi, o kişinin bağışıklık sistemi çöküşünü hızlandırır.

• Bu aslında öngürülü bir süreç değildir çünkü konağın ölümü HIV popülasyonunun da ölümü demektir

• Virüsler hücre dışında yaşayamaz

•O zaman neden konağa daha az zarar vererek kendi çoğalma süresini uzatmıyor?

• Neden konağı hızlı bir şekilde öldürmek avantajlı?

Bağışıklık sisteminin tepkisi

•Bağışıklık sistemi antikorlar ve T-hücrelerini içeren bir tepki verir.

• Bunlar virüs üzerinde veya konak hücreler üzerinde bulunan moleküllere bağlanır.

• Antikorlar ve T-hücrelerinin belirli bir moleküle karşı aktifleşmesi 1 hafta gibi bir süre gerektirir.

•Bir HIV popülasyonu her gün 100 milyon yeni virüs

oluşturabilir

Ölümcüllük ve bulaşma arasında bir ilişki

•HIV’in konağı öldürmeyen nadir tipleri de vardır.

• HIV-2

• Viral yük daha düşüktür.

•Evrimsel bakış açısı.

• Konağın yaşam süresinden sonra da var olabilmek için, başarılı bir virüs tipinin başka bir konağa geçiş yapması gerekir.

• Dolayısı ile virüslerin seçilime uğradığı iki aşama vardır:

• Bir konakta sağ kalabilme.

• Yeni konağa geçiş yapabilme.

• İkinci aşama birinciden daha önemlidir.

• Viral yük fazla = bulaşma fazla

• Viral yük aşırı olursa bulaşmadan önce konak ölür

• Az viral yük = bulaşma az = nadir görülür

4 Neden bazı insanlar HIV enfeksiyonuna karşı dirençlidir?

HIV’e tekrar tekrar maruz kalan bazı insanlarda enfeksiyon gelişmez?

Bu bireylerin bazılarında CCR5 (T hücresi üzerindeki

HIV’in bağlandığı koreseptör) mutasyona uğramıştır ve HIV bağlanamaz.

◦ CCR5-D32

CCR5-D32 allel frekansı

Araştırmacılar HIV çeşitliliğini anlamak için filogenetik ağaçlar oluşturmuştur.

HIV-1’in şempanzelerde görülen bir SIV (simian

immunodeficiency virüs)

türünden insanlara geçtiği ve evrimleşerek HIV-1 formunu aldığı görülmüştür.

◦ Bu geçiş tarih boyunca bir defadan fazla olmuş ve farklı HIV-1 çeşitleri oluşmasını sağlamıştır.

◦ Bu çeşitlilik ve HIV’in hızlı evrimleşme kapasitesi aşı üretimini zorlaştırmaktadır.

HIV kökeni

İki ana HIV tipi: HIV-2 ve HIV- 1, iki farklı kaynaktan

gelmiştir.

HIV-2 isli mangabey maymunundan,

HIV-1 şempanzelerden gelmiştir.

UYGULAMA

Doğal seçilim simülasyon

EvoDots programı:

https://wps.pearsoned.co.uk/ema_ge_freeman_evol_5/252/64670/165 55556.cw/index.html

Program dosyası ve açıklamaları Teams’de «dosyalar» ve sakai’de «Ders içerikleri» altında bulabilirsiniz.

Soru 11

A) Eğer verilen bir popülasyon için Darwin’in dört önermesi doğru ise, evrimin olmaması için bir neden var mıdır? Bu, çoğu günümüz

popülasyonunda evrimin olup olmadığıyla ilgili ne söylemektedir?

B) İspinoz gaga verilerinin Darwin’in önermelerini nasıl kanıtladığı üzerine düşününüz.

◦ i) eğer gaga yükseklikleri değişken olmasaydı 14. slayttaki grafik nasıl görünecekti

◦ ii) eğer gaga yüksekliği değişken fakat varyasyon kalıtsal olmasaydı 20.

slayttaki grafik nasıl görünecekti

◦ iii) 16. slayttaki grafikte kuraklıktan sonra 1978 verisi için çizilen eğri, kuraklık öncesi 1976 verisi için çizilen eğriden neden da yukarıdadır?