Antik DNA: Neandethaller Ne Yerdi? Atalarımız da Uçuktan Muzdarip miydi?

Antik DNA (yaygın kullanılan kısaltması ile aDNA) geçmişte yaşamış canlılara ait organik kalıntılardan elde edilen DNA moleküllerine verilen ad. Bu DNA’nın izole edilmesi ve biyoinformatik araçlarla analiz edilmesi yoluyla geçmişe dair önemli bilgiler elde edebiliyoruz. Bir açıdan, bir tür zaman yolculuğuna ya da eski ve küçük DNA parçacıklarının peşinde bir tür hazine avcılığına benzetilebilir. Bu eski ve küçük DNA parçacıkları büyük sorulara yanıtlar sunuyor ve önemli yeni sorular soruyor. Geçmişte yaşanmış göçler, hastalıklar, salgınlar, farklı kültür özellikleri ve topluluklar arasındaki genetik etkileşimler gibi tarih bulmacasının eksik birçok parçasına, antik DNA yardımıyla yanıtlar bulmaya çalışıyoruz. Örneğin, yaklaşık 6 yıl önce paylaştığımız, antik Egelilerin kökeni hakkındaki haberde olduğu gibi.

Antik DNA çalışmalarının başlangıcı çok da eski olmayan bir tarihe, 1980’li yıllara dayanıyor. Russel Higuchi ve ekibinin 1984 tarihinde, soyu tükenmiş bir zebra alt türü olan Quagga’ya (Equus quagga quagga) ait bir müze materyalinin kurumuş kas dokularından DNA izole edişi, aDNA çalışmalarının başlangıcı kabul ediliyor. Bu örnekteki DNA kalıntıları, hayvanın ölümünden sonra 150 yıla göğüs germiş ve izole edilip sekansları çıkarılabilmişti. Ertesi yıl ise İsveçli bilim insanı Svante Pääbo, 2400 yıllık bir Mısır mumyasından DNA izole etti ve insan türü üzerinde gerçekleştirilen ilk aDNA çalışmasına imza attı. Böylece, bu konudaki çalışmaların yakın zamana ait müze materyalleriyle sınırlı kalmasına gerek olmadığını göstermiş oldu. Pääbo daha sonraları da bu alanda çalışmalarını sürdürdü ve 2022 yılında Nobel ödülüne layık görüldü.

1980’lerin sonuna doğru, PCR (Polimeraz Zincir Tepkimesi) tekniğinin geliştirilmesiyle, aDNA çalışmaları da ivme kazandı. Özellikle 1990’lı yıllarda yapılan ve kehribar içerisinde korunmuş fosillerden on milyonlarca yıllık aDNA elde edilen çalışmalar sanıyoruz ki herkesin aklına Michael Crichton’un meşhur romanından uyarlanan Jurassic Park filmini getirecektir. Ancak büyük ilgi uyandıran bu çalışmalar sonraları metodolojik olarak eleştirildiler ve tekrarlanma girişimleri her seferinde başarısız oldu. Üzgünüz Jurassic Park…

Sonraki yıllarda ise Neandertal insanı ve mamut gibi soyu tükenmiş türlerin kalıntılarından aDNA elde edildi ve o zamana kadar sadece morfolojik olarak incelenebilmiş olan bu canlılar hakkında genetik açıdan da bilgi elde edilmesi mümkün oldu. Bu da bize mamutların genetik açıdan Asya fillerine, Afrika fillerine kıyasla daha yakın olduklarını, günümüz insanlarının da %1 ila 4 arasında Neandertal DNA’sına sahip olduklarını öğrenme imkânı sundu.

Antik DNA’nın ortaya koyduğu bir diğer önemli bilgi de insan iskelet kalıntılarının ait olduğu bireylerin cinsiyeti. İskelet kalıntıları osteolojik (kemik yapısına dayanan) yöntemlerle incelendiğinde, ölüm yaşı ve cinsiyet tahminleri yapılması mümkün. Bu metotlar yüksek doğruluk oranına sahip olsa da kesinlik teşkil ettiklerini söyleyemeyiz. İskeletler her zaman cinsiyet tahmini yapılmasına imkân verecek kadar korunmuş olmayabiliyor. Bu noktada aDNA devreye giriyor ve iskelet kalıntılarının cinsiyetlerini moleküler olarak tayin etmeye yarıyor. Bu da, geçmişteki toplulukların sosyal ve kültürel dinamiklerinin anlaşılması adına önemli bilgiler sağlıyor. Örneğin 2022 yılında yapılan bir çalışmada, hayvan postları üzerine yatırılarak gömülmüş olan ve zengin mezar hediyelerine sahip bir mezardan çıkartılan bireyin aDNA’sı incelendiğinde bireyin XXY kromozomlarına sahip (Klinefelter sendromlu) olduğu görülmüştü. Birlikte gömülen bireylerin akrabalık ilişkileri, eski çağlarda yaşamış toplumlarda kadın-erkek arası iş birliğinin nasıl olduğu, bu toplulukların ana yerli mi yoksa ata yerli mi olduğu gibi konular antik DNA’nın yanıt bulmaya çalıştığı sorulardan.

Geçmişteki insan topluluklarının beslenme alışkanlıklarını ve kültürel kazanımlarını da aDNA’dan okumak mümkün. Belçika ve İspanya’daki mağaralarda bulunan 50 bin yıllık diş plaklarından elde edilen aDNA, Neandertallerin beslenme biçimlerine dair ilginç bilgiler vermişti. Araştırmacıların 2017 yılında yayımladıkları araştırma sonuçlarına göre; Belçika’daki Neandertal grubu yünlü gergedan ve yaban koyunu ile beslenmiş, İspanya’daki diğer grup ise vejetaryen beslenme tarzını tercih etmişti. Ayrıca, İspanya’daki gruba ait bir örnekte bağırsak paraziti izine rastlanmış, daha da şaşırtıcı olanı ise bu bireyin aspirine benzer medikal özellikleri olan kavak ağacı kabuğu tükettiği görülmüştü.

Ya zorluklar?

Antik örnekler ile çalışılırken en büyük zorluk DNA molekülünün zaman içinde bozulması. Uzun moleküller daha kısa parçalara ayrılıyor ve DNA molekülünde yer alan bazlar zaman içinde değişiyor. Molekülün uçlarına yakın kısımlar başta olmak üzere, belirli DNA bölgeleri bu bozulmaya (degradasyon) çok daha müsait. Öte yandan, bahsettiğimiz bozulmalar örneklerin yaşı hakkında da bilgi veriyor.

Sıcaklık, nem, pH değeri gibi ortam koşulları ve mikroorganizmaların varlığı, DNA’nın bozulma hızı üzerinde etkili. DNA en iyi soğuk iklimlerde korunuyor. Şimdiye dek izole edilebilmiş en eski DNA molekülleri yine böyle bir alana, Grönland’a aitti. Fakat 2013 yılında Alman bir araştırma ekibi, 300.000 yıldan daha eski bir ayıya (Ursus deningeri) ait mitokondri genomunu elde ettiğine, aDNA’nın permafrost dışında kalan bölgelerde de yüzlerce yıl korunabildiği gösterilmiş oldu. Tam bu noktada, mitokondri DNA’sının çekirdek DNA’sından iki kat daha yavaş bozulduğunu da belirtelim.

Örnekler çıkarıldıktan sonraki saklama süreci de aDNA yapısının bozulmasında etkili. Özellikle de saklama koşulları (sıcaklık ve nem gibi) değişkenlik gösteriyorsa DNA’nın bozulma hızı artabiliyor.

Antik DNA örnekleriyle ilgili diğer bir zorluk ise kontaminasyon. En çok dikkat gerektiren hususlardan biri, örneklerin modern insan DNA’sı ve mikroorganizma DNA’sı ile kirlenmemesi.

Antik DNA çalışmalarının önündeki zorlukların aşılması uzun yıllar aldı. Çalışmaların standart ve güvenilir bir hale gelmesi ise ancak 2000’lerin sonunda, Yeni Nesil Dizileme (Next Generation Sequencing – NGS) teknolojilerinin gelişimiyle mümkün oldu. Araştırmacılar 2010 yılında ilk kez bir antik örnekten tüm genom dizilimi elde etmeyi başardılar ve aDNA çalışmaları büyük bir ivme kazanmaya başladı.

Gelelim 2023 yılına…

İlk antik genom diziliminin elde edildiği 2010 yılından bugüne 10.000’den fazla bireyin genom dizilimi elde edildi. Teknolojik gelişmelerin sağladığı ivmeyle, sadece son 4 ayda bile antik çağlara dair bir sürü yeni bilgi edindik. Binlerce yıl öncesine ait mikroorganizmaların antik DNA’sı bize, herpes ve Epstein-Barr gibi ağız yoluyla bulaşan virüslerin atalarımız arasında yaygın olduğunu söyledi. Paleolitik döneme ait, geyik dişinden bir kolyenin üzerindeki ter ve deri kalıntılarını inceleyen araştırmacılar, bu kolyeyi yaklaşık 20.000 yıl önce takan kişinin Kuzey Avrasyalılar ile aynı soydan gelen bir kadın olduğunu ortaya çıkardılar.

Avrupa’nın en eski doğal mumyası olan Ötzi’nin genomunu 2012 yılında elde etmeyi başaran araştırmacılar, atalarının Kafkas steplerinde yaşadığını düşünmüşlerdi. Ancak Ötzi’nin 5.200 yıldan daha yaşlı olması, kökenini çıkmaza sokmuştu. Çünkü aynı atalara sahip Orta Avrupa örnekleri en fazla 4.900 yıl öncesine aitti ve Ötzi onlarla aynı kökenden gelmek için fazla yaşlıydı. Alman antropolog Johannes Krause, ekibiyle birlikte, İtalya’nın Tyrol kentindeki müzede bulunan örnek üzerinde yeniden genetik incelemelerde bulundu. Geçtiğimiz ay içinde yayımladıkları sonuçlara göre, daha önce incelenen genom yoğun şekilde modern insan DNA’sıyla kontamine olmuştu ve bu nedenle de Kafkas stepleri kökeni tamamen geçersizdi. Fakat yeni bulgular da kafa karıştırmaya devam ediyor. Ötzi’nin genetik mirasının yüzde 90’ının Anadolu’dan köken alan Neolitik dönem tarımcılarından geldiğini bulan ekip, bir Bakır Çağı insanı için bu oranın yine de çok yüksek olduğunu belirtiyor. Ötzi’nin düşünüldüğünden daha koyu bir tene sahip olduğu, ayrıca erkek tipi kellik, tip 2 diyabet ve obezite ile ilişkili metabolik sendrom riskini artıran genleri de taşıdığı ortaya çıkarıldı.

İnsanlığın Neolitik’te avcı-toplayıcı yaşamdan tarım ve hayvancılık da yaptığı yerleşik yaşama geçişi, Neolitik Devrim olarak biliniyor. İnsanlık tarihinin bu en önemli kilometre taşlarından birinde yaşanan gelişmeleri ve yansımalarını elbette böyle kısaca özetleyebilmek mümkün değil. Fakat türlerin evcilleştirilmesinin ve insan popülasyonlarının artmaya başlamasının da önünü açan bu atılımın nerede başladığı, neyle ve nasıl tetiklendiği de bilim dünyasının uzun zamandır yanıtını aradığı sorulardan. Bu konuda öne atılan o kadar çok farklı görüş ve model var ki başlı başına ayrı bir Derin Bakış konusu olur. İspanya, İsveç, Fas, Avustralya ve Güney Afrika’dan araştırmacıların yürüttüğü ve sonuçlarını Nature’da yayımladıkları yepyeni bir çalışma ise tarihi yeniden yazacak nitelikte. Kuzeybatı Afrika’daki üç önemli alanda yaşamış ve farklı kökenlerden geldikleri bilinen Neolitik insan topluluklarına ait genomların incelenmesi, burada yaklaşık 7.400 yıl önce gerçekleşen değişimin, bölgeye gelen Avrupalı çiftçilerce başlatıldığını öneriyor. Yani sanıldığının aksine, Neolitik topluluklar sadece tek göç yolu izleyerek Anadolu’dan çıkıp Kuzey Afrika’ya gelmemiş; ta o yıllarda bile Cebelitarık Boğazı’nın diğer yakasıyla da kültür ve gen alışverişi gerçekleşmiş. Fakat bölgedeki popülasyon o zamana kadar da izole kalmayı ve genetik süreklilik göstermeyi başarmış –Akdeniz’in iki yakası arasında gen akışı ancak Erken Neolitik’te başlamış.

Önümüzdeki aylarda ve yıllarda bizi daha ne gibi saklı öyküler bekliyor bilmiyoruz, ama insanlık tarihinin gün yüzüne çıkarılacak her parçası beraberinde hem yeni yanıtları hem de yeni soruları getirecek. Ve bu son derece heyecan verici!