Yapay Zekâ Genetik Çeşitliliğe Işık Tutuyor

Yapay zekânın önlenemez yükselişi, neredeyse her alanda yeni ufuklar açıyor. Bu hızlı gelişme, özellikle bilimsel araştırmalarda önemli değişikliklere yol açıyor ve evrimsel biyoloji gibi karmaşık alanlarda yenilikçi yaklaşımlar sunuyor.

Şimdilerdeyse öncü bir çalışma, bir türün genetik çeşitliliğine en önemli katkıyı sağlayan faktörlerin neler olduğunu anlamak için yapay zekâ ve makine öğreniminin gücünü arkasına alıyor.

Ohio Devlet Üniversitesi’nden evrim, ekoloji ve organizma biyolojisi profesörü Bryan Carstens ve Arizona Üniversitesi’nden doktora sonrası araştırmacı Emanuel Fonseca’nın Haziran 2024 tarihli makalesi Molecular Phylogenetics and Evolution dergisinde yayımlandı.

Canlılar evrimsel tarihleri boyunca popülasyon büyüklüğündeki değişiklikler, göçler, genetik darboğazlar, habitat kaybı, iklim değişikliği ve jeolojik olaylar gibi bir dizi sürece maruz kalırlar. Tüm bunlar sonucunda da genetik çeşitlilik ortaya çıkar. Ancak bu noktada neyin daha fazla rol oynadığını; hangi süreçlerin genetik çeşitliliği daha fazla etkilediğini bulmak kolay değildir. Zira, her bir türün kendine özgü bir evrimsel geçmişi ve buna yanıt olarak ortaya koyduğu bir evrimi/genetik çeşitliliği vardır. Örneğin, iki yakın tür geniş bir alanda birlikte dağılım gösteriyor olsa ve benzer çevresel ve jeolojik süreçler altında evrimleşmiş olsalar dahi genetik çeşitliliklerini etkileyen ana faktörler farklı olabilir.

Bu noktada Fonseca ve Carstens’in aklındaki soru şuydu: “Makine öğrenimi ve yapay zekâ bir türün evrimsel geçmişi hakkında neler söyleyebilir?”

Araştırmacılar bunu test etmek için Brezilya’nın Kuzeydoğusuna özgü iki kuzen kurbağayı; Leptodactylus troglodytes ve Rhinella granulosa’yı birbirinden ayıran faktörleri anlamaya çalıştılar. Bu iki tür, aynı bölgede yaşamalarına rağmen evrimsel tarihlerinde farklılıklar vardır. Örneğin, Leptodactylus troglodytes yağışlı mevsim boyunca sürekli olarak ürerken; Rhinella granulosa’nın üreyebilmesi için yoğun yağışlar gereklidir ve bu yoğun yağış döneminde hızla ürerler.

Araştırmacıların bu türleri seçmesininse bir sebebi var. Her iki türde, “tarihsel nüfus değişimleri” ve “çevresel faktörlerin etkisi” bakımından daha önce incelenmişler, ancak buradaki sorunu Bryan Carstens şöyle tanımlıyor: “Bu çalışmadan önce, her iki etkiyi aynı çerçevede araştıramadığınız için soruları bağımsız olarak sormak zorundaydık”. Bir diğer deyişle, önceki araştırmalar bu kurbağaların genetik çeşitliliği üzerinde tarihsel nüfus değişimlerinin ve çevresel faktörlerin etkilerini araştırırken bunu ayrı veri kümeleri üzerinde yürütmüş ve bu da hangi faktörün daha önemli olduğunu ayırt etmeyi zorlaştırmış. Bu çalışma ile birlikte ilk kez, yapay zekâyı kullanarak her iki sürecin eşit olarak değerlendirilebilmesi mümkün kılınmış.

Bu noktada bu iki kavramı ve genetik çeşitlilik üzerindeki etkilerini açmak faydalı olacaktır. Tarihsel nüfus değişimleri ve çevresel süreçler, türlerin evrimsel gelişimini şekillendiren iki önemli faktördür. Tarihsel nüfus değişimleri, bir türün evrimsel tarihinde yaşadığı büyük ölçekli nüfus olaylarını ve bu olayların genetik çeşitlilik üzerindeki etkilerini ifade eder. Örneğin, bir türün nüfusunun ani bir şekilde azalması, genetik daralma olarak bilinen bir olaya yol açabilir. Bu durum, kalan bireylerin genetik çeşitliliğini sınırlayarak, türün evrimsel potansiyelini etkileyebilir.

Öte yandan çevresel süreçler, çevresel ve coğrafi faktörlerin türlerin genetik yapısını nasıl etkilediğini açıklar. Çevrede meydana gelen değişiklikler, örneğin habitatların parçalanması, türlerin izole olmasına ve bu izole popülasyonlarda genetik farklılıkların birikmesine neden olabilir. Bu farklılıklar, türlerin adaptasyon süreçlerini yönlendirebilir ve yeni evrimsel yollar açabilir. Bu süreçlerin her ikisi de türlerin evrimsel tarihlerini ve genetik çeşitliliklerini anlamak için önemli araçlardır ve türlerin evrimsel stratejilerini ve adaptasyonlarını anlamamıza yardımcı olurlar.

Ortaya çıkan sonuçlar, Leptodactylus troglodytes’in sahip olduğu genetik çeşitliliğin çoğunlukla son 100.000 yılda meydana gelen habitat değişimlerine yanıt olarak popülasyon demografik olayları tarafından şekillendiğini göstermiş. Diğer yandan Rhinella granulosa’daki çeşitliliği var eden ana etmenin, çoğunlukla arazi faktörleri -coğrafi mesafe ya da uygun olmayan habitat- sebebiyle, nispeten daha izole kalan kurbağaların genetiğini şekillendirdiğini ortaya koymuş.

Çalışma alanını, biyolojik çeşitliliğin nasıl oluştuğunu anlamak; evrimsel süreçlerin farklı oranlardaki katkılarını değerlendirmek ve popülasyon genetik yapısına katkıda bulunan ekolojik ve çevresel güçleri çıkarsamak olarak tanımlayan Carstens, araştırmacıları sonuçlarında ortaya çıkabilecek yanıltıcı örüntülere dikkat etmeleri konusunda uyarıyor. Carstens ayrıca, “Yaptığımız hiçbir analiz, milyonlarca yıldır bu türler için önemli olan her bir faktörü yakalayamayacaktır. Dolayısıyla, esasen herhangi bir modelin verilere uyabileceği kadar geniş bir yelpazeye sahip olmadan bir dizi olasılığa izin vermeliyiz” dedi.

Bu heyecan verici çalışma, teknolojik gelişmelerin gelecekte farklı soruları yanıtlamak ve yeni hipotezleri test edebilmek için araştırmacılara nasıl yardımcı olabileceğini ortaya koyuyor. Yapay zekâ ve makine öğrenmesi teknolojileri, kısa zamanda büyük potansiyel ortaya koyan teknolojiler. Gelecekteyse bu modellemelerin daha gelişmiş ve kapsamlı hale gelmesi bekleniyor. O zamana kadar hayal gücümüzü zorlayarak bilimin, bitmek tükenmek bilmeyen merakının karanlık bir dünyadaki mum ışığından büyük bir aleve dönüşüp yolumuzu nasıl aydınlattığını merak ve hayranlıkla izleyelim!