Bilim adamları, denizanası sinir sistemini incelemek için görünüşte-basit yeni bir model geliştirdiler.
Denizanaları beyinsiz olabilir, ancak basit sinir sistemleriyle şaşırtıcı derecede karmaşık işler yapabilirler. Şimdi ise araştırmacılar, denizanasının genleriyle oynayarak hayvanların iç işleyişini gözetlemenin bir yolunu buldular.
Yeni çalışmada araştırmacılar, merkezinde tüp benzeri bir ağza sahip şeffaf, şemsiye şeklinde bir denizanası türü olan Clytia hemisphaerica‘yı kullanarak bir model oluşturdular. Ufacık denizanası çapı sadece 0.4 inç (1 santimetre) olacak şekilde büyür, bu da ekibin tüm denizanasını mikroskop altına yerleştirebileceği ve tüm sinir sistemini bir kerede gözlemleyebileceği anlamına gelir.
Merkezi Bir Kontrol Olmadan Denizanaları Nasıl Bu Kadar Koordineli Davranışlar Sergileyebiliyor?
İnsan beyni vücut için merkezi bir kontrol merkezi görevi görürken, denizanalarının sinir sistemlerinde böyle bir yapı yoktur. Bunun yerine, birçok denizanası, vücutlarının merkezinden simetrik olarak yayılan yaygın bir sinir “ağı” taşır; buna ek olarak, denizanasının yarım ay şeklindeki kısmı olan çanın etrafını saran bir sinir halkasına sahiptirler. Current Biology dergisindeki 2013 tarihli bir rapora göre, bazı denizanalarında sinir ağları yoktur ve yalnızca sinir halkaları vardır, ancak C. hemisphaerica bu yapıların her ikisine de sahiptir.
Asıl soru şu ki, hareketleri üzerinde merkezi bir kontrol olmaksızın, bu genç denizanaları nasıl koordineli davranışlar sergileyebiliyor? Örneğin, bu kabarcıklı yaratıklar, su sütunundan karidesleri nasıl kapar ve ardından atıştırmalıkları boru şeklindeki ağızlarına doğru çekmek için nasıl ikiye katlar?
Bu soruyu cevaplamak için ekip, kalsiyum ile temas ettiğinde yeşil renkte parlayan GCaMP adlı proteini kodlayan genetik bir modifikasyona sahip olan bir grup C. hemisphaerica yetiştirdi.
California Institute of Technology’de biyoloji ve biyoloji mühendisliği alanında doktora sonrası araştırmacı olan çalışmanın ilk yazarı Brandon Weissbourd, özel parlayan proteinin denizanası genomundaki bir yere yerleştirildiğini ve böylece yalnızca aktif nöronlarda yandığını söyledi. Weissbourd, Live Science’a gönderdiği e-postada şöyle diyor: “Nöronlar aktif olduğunda, [nöronların içindeki] kalsiyum miktarı artar, böylece Camp daha floresan olur. Bu, sinirsel aktivitenin yanıp sönüyor gibi görünmesi anlamına gelir.”
Ancak denizanası doğal olarak ışıldamaktadır. Ekip, mühendislik çalışmalarının daha net bir şekilde yanıp söndüğünü görmek için, yerleştirdikleri GCaMP’ni parlaklığını gölgede bırakan farklı bir floresan protein kodlayan özel bir geni etkisiz hale getirmek için de CRISPR kullandığını söyledi.
Aktif Nöronlar, Dairesel Bir Pasta İçinde Tek Bir Pizza Dilimi Gibi Şekillendi !
Denizanalarının minyatür ışık gösterilerine dönüşmesiyle ekip, tipik beslenme davranışları sırasında hangi nöronların yandığını görmek için bir dizi deney yaptı. Denizanası, bir salamura karidesine yapıştığında veya ekip tarafından yapılan bir “karides özü” ile temas ettiğinde, karidesin yakınında fiziksel olarak bir grup nöronun aniden yandığını buldular.
Bu aktivasyon, tıpkı bir su birikintisine atılan bir taşın tüm yüzey boyunca dalgalanmalar göndermesi gibi, tüm denizanası boyunca dalgalanmadı. Bunun yerine, karidesli atıştırmalığa tepki olarak yalnızca çanın iyi tanımlanmış, kama şeklindeki bölgesinde nöronlar aydınlandı. Bir açıklamaya göre, bu aktif nöronlar, dairesel bir pasta içinde tek bir pizza dilimi gibi şekillendi. Ekip, önce karidese en yakın olan nöronların aydınlandığını ve ardından bir dizi flaş ışığının dilimin geri kalanını aydınlatacağını buldu.
Örneğin, eğer bir karides, pizza diliminin uzak kenarına “kabuğunun” üzerine yerleştirilirse, önce kabuk yanar, ardından dilimin geri kalanı yanar. Bu dalgalanma etkisi, denizanasının karidesi ağzına götürmek için çanının köşesinde katlanmasıyla aynı zamana denk geldiği görülmüştür.
Weissbourd, ekibin görünüşte yapılandırılmamış sinir ağı içinde bu düzeyde bir organizasyon gözlemlemeyi beklemediğini söyledi. “Ağ içinde içsel bir yapının bulunması kesinlikle şaşırtıcıydı” dedi.
Sonraki Hedef Denizanaları Türlerindeki Farklı Davranışlar
Weissbourd, ileriye dönük olarak, ekibin denizanasının sadece beslenmekle kalmayıp tüm davranışları üzerinde nasıl kontrol uyguladığını araştırmayı ve C. hemisphaerica’ya göre daha farklı davranışlar sergileyen farklı denizanası türlerini incelemeyi planladıklarını söyledi. Örneğin, bazı denizanaları C. hemisphaerica ile benzer bir yiyecek geçirme davranışı sergilerken, diğerleri bunun yerine dokunaçlarından yiyecek koparmak için uzun erişimli ağız kısımlarını kullanır. Weissbourd şöyle diyor: “Denizanasının çeşitliliği ve birçoğunun küçük ve şeffaf olduğu düşünüldüğünde, sinir sistemlerinin nasıl geliştiğini anlamak için gelecekte heyecan verici bir platform sağlayabileceklerini düşünüyorum.”
Parlayan denizanası üzerine yaptıkları bu çalışmalar, en basitinden en karmaşığa kadar tüm sinir sistemlerini yöneten temel ilkelere de ışık tutma şansını arttırdı. Weissbourd Live Science’a verdiği demeçte, “Bu, daha basit sinir sistemlerinin, insan beyninin aydınlatılabilmesi açısından önemli bir adım olarak insan beyninin nasıl çalıştığını anlamaya yönelik deneysel ve teorik yaklaşımların geliştirilmesine, -ki bu oldukça karmaşıktır -yardımcı olacağı bir fikirdir” dedi.
Çeviren: Murat Kaya