Genetik Keşif, İnsan Dilinin Evrimi Hakkında Bildiklerimizi Değiştirebilir
İnsana özgü bir NOVA1 gen varyantı konuşma dilinin ortaya çıkışını etkilemiş olabilir. Farelere verildiğinde, ses kalıplarını değiştirerek konuşma gelişimindeki rolüne işaret etti.
İnsan dilinin kökenleri gizemini koruyor. Gerçekten karmaşık konuşma yeteneğine sahip tek hayvan biz miyiz? Homo sapiens, uzaktaki bir tatlı su kaynağına ayrıntılı yol tarifi verebilen ya da dramatik bir gün batımının incelikli mor ve kırmızılarını tarif edebilen tek hominid miydi?
Neandertaller gibi yakın akrabalarımız muhtemelen boğazlarında ve kulaklarında konuşmalarını ve konuşulan dili duymalarını sağlayabilecek anatomik özelliklere sahipti. Ayrıca konuşma yeteneğiyle bağlantılı bir genin varyantını da bizimle paylaşıyorlardı. Yine de, sadece modern insanlarda dil üretimi ve anlama için kritik olan genişlemiş beyin bölgeleri buluyoruz.
Şimdi Rockefeller Üniversitesi’nden araştırmacılar ilgi çekici bir genetik kanıt ortaya çıkardılar: sadece insanlarda bulunan ve konuşma dilinin ortaya çıkışını şekillendirmeye yardımcı olmuş olabilecek bir protein varyantı.
Nature Communications’da yayınlanan bir çalışmada, Rockefeller araştırmacısı Robert B. Darnell’in laboratuvarındaki araştırmacılar, beyinde sinirsel gelişim için çok önemli olduğu bilinen bir RNA bağlayıcı protein olan NOVA1’in sadece insanlarda bulunan bu varyantını farelere yerleştirdiklerinde, farelerin birbirlerine seslenirken çıkardıkları sesleri değiştirdiğini keşfettiler.
Çalışma aynı zamanda bu varyantın, atalarımızın melezleştiği arkaik insanlar olan Neandertallerde ya da Denisovalılarda bulunmadığını da doğrulamıştır ki bu durum günümüzde birçok insan genomunda kalan genetik izlerinden de anlaşılmaktadır.
Moleküler Nöro-Onkoloji Laboratuvarı başkanı Darnell, “Bu gen, erken modern insanlarda kapsamlı bir evrimsel değişimin parçası ve konuşma dilinin potansiyel eski kökenlerine işaret ediyor” diyor. “NOVA1 gerçek bir insan ‘dil geni’ olabilir, ancak kesinlikle insana özgü birçok genetik değişiklikten yalnızca biri.”
Yapım aşamasında otuz yıl
Ses yolunun anatomik adaptasyonları ve karmaşık sinir ağları dil yeteneklerimizi mümkün kılar. Ancak bunların arkasındaki genetik yapı tam olarak anlaşılamamıştır.
Teorize edilen genetik dil sürücülerinden biri, erken beyin gelişiminde yer alan bir transkripsiyon faktörünü kodlayan FOXP2’dir. Bu gende mutasyon olan kişiler, dudak ve ağız hareketlerini sesle koordine edememe de dahil olmak üzere ciddi konuşma kusurları sergiler. İnsanlarda FOXP2’de diğer primatlarda veya memelilerde bulunmayan iki amino asit ikamesi vardır – ancak Neandertallerde de vardı, bu da varyantın her iki insan soyunun bir atasında ortaya çıktığını düşündürmektedir. Ancak FOXP2 ile ilgili bazı bulgular tartışmalı ve insan dil gelişimindeki rolü belirsizliğini koruyor.
Şimdi NOVA1 bir aday olarak ortaya çıktı. Bu gen, ilk kez 1993 yılında Darnell tarafından klonlanan ve karakterize edilen, beyin gelişimi ve nöromüsküler kontrol için anahtar olan nörona özgü bir RNA bağlayıcı protein üretir. Memelilerden kuşlara kadar biyosferin geniş bir alanında hemen hemen aynı formda bulunur, ancak insanlarda bulunmaz. Bunun yerine, protein zincirindeki 197. pozisyonda (I197V) izolösinden valine tek bir amino asit değişikliği ile karakterize edilen kendi benzersiz formumuza sahibiz.
NOVA1’in fare beynindeki ekspresyon modeli. NOVA1 yeşil, çekirdekler (DAPI) mavi. Kredi: Rockefeller Üniversitesi Moleküler Nöroonkoloji Laboratuvarı
Darnell’in laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı olan ilk yazar Yoko Tajima, I197V’nin modern insanları diğer organizmalardan ayıran tek amino asit ikamesi olmadığını belirtiyor. Bunlardan birkaçı beyin gelişiminin ayrılmaz bir parçası olabilir. “Bu tür değişiklikler, Homo sapiens’in ortaya çıkmasına, genişlemesine ve hayatta kalmasına katkıda bulunan özelliklerin kazanılmasında önemli roller oynamış olabilir” diyor.
RNA bağlayıcı proteinlerin gen ifadesini nasıl modüle ettiği konusunda uzman olan Darnell, 1990’ların başından bu yana NOVA1’i araştırıyor ve meslektaşlarıyla birlikte ilk kez POMA adı verilen ve aşırı motor işlev bozukluğuna neden olabilen nörolojik bir otoimmün bozukluğun tetikleyicisi olarak tanımladı. Son zamanlarda NOVA1 genetik varyantlarının gelişimsel dil ve motor zorluklarla ilişkili olduğu vakaları tanımlamaya başladılar.
“NOVA1’i anlamak benim için kariyerim boyunca süren bir çaba oldu” diyor.
Tajima liderliğindeki mevcut çalışmada, farelerde bulunan yaygın NOVA1 proteinini insan varyantı I197V ile değiştirmek için CRISPR gen düzenlemesi kullanıldı. Daha sonra, fare orta beynindeki NOVA1’in RNA bağlanma bölgelerini belirlemek için Darnell tarafından geliştirilen bir yöntem olan çapraz bağlama immünopresipitasyon (CLIP) analizi gibi ileri teknikler kullandılar.
Büyük keşif
İlk kayda değer keşif, insan varyantının nöral gelişim veya motor kontrolle ilgili RNA bağlanması üzerinde hiçbir etkisinin olmamasıydı. Tam olarak yerine geçtiği kişi gibi çalışıyordu.
Peki ne yapıyordu? İkinci önemli bulgu onlara bir ipucu verdi: insan varyantından büyük ölçüde etkilenen bağlanma bölgeleri, seslendirme ile ilgili RNA’ları kodlayan genlerde bulunuyordu.
Tajima, “Dahası, bu seslendirme ile ilgili genlerin çoğunun NOVA1‘in bağlanma hedefleri olduğu da bulundu, bu da NOVA1’in seslendirmeye dahil olduğunu gösteriyor” diyor.
“Vay canına diye düşündük. Bunu beklemiyorduk” diyor Darnell. “Bilimde gerçekten şaşırtıcı anlardan biriydi.”
Darnell’in laboratuvarı daha sonra, ses öğrenmenin altında yatan moleküler ve genetik mekanizmaları inceleyen Erich D. Jarvis başkanlığındaki Rockefeller Dil Nörogenetiği Laboratuvarı ile güçlerini birleştirdi.
Değişen iletişim
Sonraki birkaç yıl boyunca, işbirlikçiler farklı bağlamlarda çeşitli yaşlardaki fareler arasında seslendirme üzerindeki etkiyi araştırdılar. Hem her iki cinsiyetten yavrular hem de yetişkin erkekler arasında değişmiş ses kalıpları buldular.
Darnell, “Tüm yavru fareler annelerine ultrasonik gıcırtılar çıkarır ve dil araştırmacıları değişen gıcırtıları dört ‘harf’ olarak kategorize eder – S, D, U ve M,” diyor. “İnsana özgü I197V varyantına sahip farelerin çıkardığı gıcırtıları ‘harf çevirisine’ tabi tuttuğumuzda, bunların vahşi tip farelerinkinden farklı olduğunu gördük. Bazı ‘harfler’ değişmişti.”
Araştırmacılar, kızgınlık dönemindeki dişi yetişkin farelere maruz kalan erkek yetişkin farelerin umut dolu çiftleşme çağrılarını incelediklerinde de benzer örüntüler buldular. “Dişi farelerle farklı şekilde ‘konuşuyorlardı’” diyor. “Seslendirmedeki bu tür değişikliklerin evrim üzerinde nasıl derin bir etkisi olabileceği tahmin edilebilir.”
İnsan unsuru
I197V’nin insan evrimi üzerindeki potansiyel etkisi bir sonraki odak noktaları oldu. Araştırmacılar, en yakın insan akrabalarımız olan ve çoğunlukla Avrupa’da yaşamış Neandertaller ile adını keşfedildikleri Orta Asya mağarasından alan Denisovalılarda bulunmadığını doğrulamak için sekiz insan genomunu üç yüksek kapsama sahip Neandertal genomu ve bir yüksek kapsama sahip Denisovalı genomu ile karşılaştırdılar.
Beklendiği gibi, yaklaşık 250.000-300.000 yıl önce ayrıldığımız düşünülen arkaik akrabalarımız, insan olmayan tüm hayvanlarla aynı NOVA1 proteinine sahipti.
Daha sonra, dünyanın dört bir yanındaki insanlardan alınan kısa dizi varyasyonlarının bir kataloğu olan dbSNP veritabanındaki 650.058 modern insan genomunu taradılar. Eğer I197V’ye bir alternatif varsa, burada bulunacaktı.
Bu 650.058 kişiden altısı hariç hepsi insan varyantına sahipti. Bu altı kişi arkaik varyanta sahipti; örneklerin kimliği gizlendiği için bu kişilerle ilgili ayrıntılar bilinmiyor.
“Verilerimiz, Afrika’daki modern insanların atasal bir popülasyonunun I197V insan varyantını evrimleştirdiğini ve daha sonra, belki de vokal iletişimle ilgili avantajlar sağladığı için baskın hale geldiğini gösteriyor” diyor. “Bu popülasyon daha sonra Afrika’yı terk etti ve dünyaya yayıldı.”
Hastalık ve bozukluklar
Gelecekte, Darnell’in laboratuvarı NOVA1’in dil işlevini dil veya gelişimsel bozuklukları göz önünde bulundurarak nasıl düzenlediğini araştıracak.
Tajima, “Bu konuları anlamanın, beynin sesli iletişim sırasında nasıl çalıştığına ve yanlış düzenlenmesinin belirli bozukluklara nasıl yol açtığına dair önemli bilgiler sağlayacağına inanıyoruz” diyor.
Örneğin, çeşitli bozukluklar kişiyi konuşamaz hale getirdiğinde sinir yolları devreye girebilir. Belki de sözel olmayan otizmin gelişimini etkiliyordur; NOVA1 otizm spektrum bozukluğu ile bağlantılı birçok genden biridir. Ve 2023 yılında laboratuvar, nörolojik semptomları arasında konuşma gecikmesi olan NOVA1 haploinsufficiency hastasını rapor etti.
Darnell şöyle ekliyor: “Keşfimiz, gelişimsel bozukluklardan nörodejeneratif hastalıklara kadar birçok açıdan klinik öneme sahip olabilir.”
Kaynak: https://scitechdaily.com
Şaşırtan Keşif: Balina Şarkıları Yapısal Olarak İnsan Diline Benziyor!