Alper Demirezen
Giriş
Lehigh’deki Layden Laboratuvarı yakın zamanda beyin nörogenezinde yer alan gen yollarının merkezi sinir sisteminin evrimsel gelişiminden önce geldiğini göstermiştir. Başka bir deyişle, doğa, beyinlerimizi geliştirmek için bizden ve evrim ağacındaki diğer hayvanlardan önce var olan çok daha basit türlerin planlarını kullanıyor.
Biyolojik bilimler doçenti ve Layden Laboratuvarı başkanı Michael Layden, deniz anemonlarının, insanları ve diğer hayvanların çoğunu içeren iki yaşamlıların kardeş taksonu olan knidliler olduğunu söyledi. “Araştırmamız, bu gen programlarının knidliler ve bilateria’nın ortak atasından miras alınmış olabileceğini ve beyin gelişimi için özel olarak adapte edilmemiş olabileceğini göstermektedir.”
Scientific Reports’ta yayımlanan sonuçlar, Nematostella vectensis ya da diğer adıyla yıldız deniz anemonundaki gen süreçleri ve ilkel sinir ağları üzerine yapılan kapsamlı araştırmalardan elde edildi.
Bu, insanlar da dahil olmak üzere hayvanların merkezi sinir sistemlerinin evrimine ilişkin cevaplanmamış endişeleri çözmeye yönelik önemli bir adımdır.
Tüm beyinlerin homolog (tek bir ortak atadan türemiş) ya da yakınsak (önceden var olan genlerin bu yeni amaç için yeniden tasarlanmasıyla çeşitli hayvanlarda bağımsız olarak oluşmuş) olup olmadığı uzun zamandır bilim insanları için bir bilmece olmuştur.
Bilim insanları için süregelen sorulardan biri, tüm beyinlerin homolog mu olduğu, yani ortak bir atadan mı geldiği, yoksa yakınsak mı olduğu, yani mevcut genlerin bu yeni kullanım için seçilmesiyle farklı hayvanlarda bağımsız olarak mı geliştiğidir.
Layden Laboratuvarı bir çözüm arayışıyla, beyin gelişimine rehberlik eden aynı gen kalıplarının, anemonların beynin bir parçası olmayan daha temel sinir ağının oluşumu sırasında da mevcut olup olmadığını görmek için deniz anemonlarını inceledi.
Eğer doğrulanırsa, bu bulgu, beyni şekillendirmek için yeni, ayırt edici bir işlevin ortaya çıkmasına gerek olmadığını ima ederek homolog teoriye karşı kanıt sağlayacaktır.
Belirli genlerin ifadesini düzenlemek için araştırmacılar ilk olarak Nematostella embriyolarına henüz tek hücreliyken mRNA enjekte ettiler. Ardından, çeşitli nöron tiplerine özgü işaretleyici genler kullanarak, nöral gelişimdeki değişiklikleri değerlendirdiler.
Nematostella’nın çok daha basit olan sinir ağının, beyni şekillendiren aynı gen programı tarafından benzer şekilde ön-arka eksen boyunca şekillendirildiğini keşfettiler. Buna ek olarak, diğer tüm hücre türlerinin de sinir ağlarındaki genler tarafından bölgeselleştirildiğini keşfettiler; bu genler, sinir sisteminin çeşitli kısımlarına hücrelerin atanması süreci olan bölgeselleştirmeye dahil oluyor. Dolayısıyla, beynin şekillenmesinden daha fazla rol oynuyorlar.
Bu keşif, merkezi sinir sisteminin şekillenmesinin, bir atada var olan ve birçok modern türde hala belirgin olan yaygın olarak aktif bölgeselleşme programlarının birlikte seçilmesi yoluyla ortaya çıktığı teorisini desteklemektedir.
Layden, “En azından bulgularımız, korunmuş bölgeselleşme programlarının bilateryen beyinlerin homolojisini desteklemek için yeterli olduğu argümanını reddetmektedir” dedi. “Bulgularımız birlikte seçilme hipotezini destekliyor çünkü eksenel programların bağımsız olarak birlikte seçilmesi için yeni bir işlevin evrimleşmesi gerekmiyor.”
Bu araştırma, bilim insanlarının kendi doğamız hakkında içgörü kazanmak için diğer türlere nasıl baktıklarının bir örneğidir. Nematostella’nın farklı ama benzer sinirsel yenilenme sürecinin (yaralı veya ölü sinir hücrelerinin yeniden büyümesi veya onarılması) altında yatan süreçler de Layden’in grubu tarafından araştırılmaktadır.
Bu mekanizmalar hakkında bilgi edinmenin, rejeneratif tıp gibi ileriye dönük insan kullanımlarının geliştirilmesine katkıda bulunabileceğini düşünüyor.
Aslında, sölenterlerin basit sinir ağlarıyla karşılaştırıldığında, evrim hayvanlarda tamamen gelişmiş merkezi sinir sistemlerinde dikkate değer ilerlemeler sağlamıştır. İnsanlar ve cnidarianlar, kendi türleri içinde çok farklı ihtiyaçlara uyacak şekilde gelişmiş oldukça çeşitli nörolojik sistemlere sahiptir. Ancak, temel tasarım hala aynıdır.
Layden, “Bu hayvanların sinir sistemlerini nasıl oluşturduklarını araştırarak, yapı taşlarını anlayabiliriz” dedi. “Nereden başladığınızı bilmiyorsanız, bulunduğunuz yere nasıl geldiğinizi bilmek zordur.”
Kaynak: https://phys.org/news/2023-11-brain-regulatory-predates-central-nervous.html
Görsel Kaynak: https://phys.org/news/2023-11-brain-regulatory-predates-central-nervous.html
İleri Okuma İçin: Dylan Faltine-Gonzalez et al, The brain regulatory program predates central nervous system evolution, Scientific Reports (2023).
Editör: Ömer DEMİR