adaptasyon - Tıpacı

29. Nisan 201629. Nisan 2016

Öğrenme Kabiliyetine Sahip İlk Tek Hücreli Organizma Keşfedildi

Bilim insanları ilk kez sinir sisteminden yoksun bir organizmanın öğrenebilme kabiliyetine sahip olabileceğini gösterdi. Toulouse III Üniversitesi, Centre de Recherches sur la Cognition Animale merkezinden bir ekip tarafından yapılan araştırmada tek hücreli Physarum polycephalum organizmanın , bir çeşit öğrenme kabiliyeti olan habituasyona(alışma davranışı) sahip olduğunu gösterdi. Bu keşif sayesinde evrimdeki öğrenme kabiliyetinin köklerine ışık tutularak, ilk sinir sistemi ve beynin görülmesinden önceki oluşumlar incelenebilecek. Ayrıca bu çalışma virüsler ve bakteriler gibi çok basit organizmaların öğrenme kapasitelerine ilişkin yeni soru işaretleri doğurdu. Bulgular 27 Nisan’da Proceedings of the Royal Society B dergisinde yayınlandı.

Öğrenme kabiliyeti ve hafıza hayvanlar aleminde anahtar bileşenlerdi. Hayvanların tecrübe etmeleri ve adaptasyon davranışı, hayvanların potansiyel tehlikelere ve dalgalanmalara karşı hayatta kalabilmeleri için oldukça önemlidir. Genelde bu kabiliyet beyni ve sinir sistemi olan organizmalara bahşedilmiştir. Buna rağmen, tek hücreli canlılar değişime adapte olma ihtiyacı duyarlar. Peki öğrenme kabiliyeti sergileyebilirler mi?

Bakteriler önemli ölçüde adapte olabilirler fakat bu birkaç nesil boyunca gelişim ve evrim gerektirir. İşte biyologlardan oluşan bir ekip tek hücreli bir organizmanın öğrenebileceğine dair bir kanıt aradı . Araştırmacılar dev bir tek hücreli küf(cıvık mantar), Physarum polycephalum’u seçti. Bu dev hücre gölgeli , soğuk alanlarda [1] bazı kabiliyetleri olduğunu kanıtladı. Tuzaklardan kaçınma, bulmaca çözme ve beslenmesini optimize etme[2] , gibi özellikleri olsa da bugüne kadar öğrenebilme kabiliyeti hakkında çok az şey biliniyordu.

9 günlük deneyde farklı küf gruplarını acı ama zararsız maddeleri geçereek besin kaynağına ulaşması incelendi. İki gruptan biri kinin veya kafein emdirilmiş köprülerle karşılaşırken, diğer kontrol grubunun karşılaştığı köprüde madde emdirilmemişti. Başlangıçta acı maddelere doğru ilerlemekte isteksiz olan küf sonra bunun zararsız olduğu fark etti ve hızla köprüyü geçti, 6 gün sonra kontrol grubu gibi ile aynı şekilde davranış göstermeye başladı. Hücre maddenin zararsız olduğunu anlayarak maddeden korkmamayı öğrendi ve habituasyon fenomenini gerçekleştirdi. Acı maddeye maruziyetinin geçmesinden 2 gün sonra ise, protist tekrar güvenmeme davranışına döndü. Ayrıca bu tek hücreli canlı kafeine alıştığından kinine tekrar güvenmeme davranışı gösterdi. Bu da habituasyonun belli bir maddeye karşı spesifik olduğunu gösteriyor.

Habituasyon ilk öğrenme formlarından biridir ve deniz salyangozunda[3] karakterize edilmiştir. Öğrenme formu bütün canlılarda olsa da, daha önce nöral olmayan bir canlıda gözlenmedi. Bu cıvık mantar türü, 500 milyon yıl önce oluşmuş bitki,mantar ve hayvanların uzak kuzeni ve öğrenmenin kökenin gelişimini anlamada önem taşıyor. Ayrıca bu çalışma sayesinde, bakteri ve virüsler gibi basit organizmalarda öğrenme tipleri çalışabilecek.

Kaynak :

[1] This single cell, which contains thousands of nuclei, can cover an area of around a square meter and moves within its environment at speeds that can reach 5 cm per hour. [2] See “Even single-celled organisms feed themselves in a ‘smart’ manner.”https://www.sciencedaily.com/releases/2010/02/100210164712.htm [3] Mild tactile stimulation of the animal’s siphon normally causes the defensive reflex of withdrawing the branchiae. If the harmless tactile stimulation is repeated, this reflex diminishes and finally disappears, thus indicating habituation.

Araştırma Referansı : Romain P. Boisseau, David Vogel, Audrey Dussutour. Habituation in non-neural organisms: evidence from slime moulds. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 2016; 283 (1829): 20160446 DOI: 10.1098/rspb.2016.0446

4. Mart 2016

Yetişkin Beynindeki Yeni Nöron Oluşumları Çevreye Adaptasyon Sağlıyor

İnsan beyninin yetişkinlikte de yeni nöronlar üretmeye devam edebilmesi sinirbilimin temel dogmalarını yerle bir etti ama bu nöronların davranış ve bilişsel alandaki görevleri henüz bilinmiyor. Daha önce Ekim ayında Trends in Cognitive Sciences ‘da yayımlanan çalışmada yetişkin hipokampüslerinde (beynin öğrenme ve hafıza ile ilgili en çok aktiviteye sahip bölgesi ) yeni nöron oluşumlarının gözlendiği bildirilmişti.

Araştırmacılar bu tip yeni nöron oluşumunun, hayvan türlerinde çevreye , çevredeki değişimlere ve adaptasyonüzerine nasıl yardımcı olduğunu tartışmaya devam ediyorlar. Bu fikirleri test etmek için mümkün olduğunca doğal deneyler dizayn edildi, laboratuar kemirgenleri daha doğal ve sosyal ortamlarına benzer kurgular içinde gözlemlendi. Burada amaç sosyal statünün yeni nöron yapımını nasıl etkilediğini gözlemlemekti.

Yeni nöronlar hipokampüsü muhtemel çevresel değişikliklere adapte etmeye yarıyor. Spesifik olarak ödül ve stress mekanizmalarıyla ilgili deneyler bireyin beynini optimize etmesini sağlıyor. Yine de adaptif önemin anlaşılması için daha doğala özdeş deney dizaynları gerekli bir adım olarak görülüyor.

Son yıllarda, her geçen gün daha da kesinleşen bir bilgi var ki ; memeli beyni değişen çevresel şartlardan son derece etkilenmektedir. Stres yaratıcı günlük tecrübeler, hipokampüs bölgesinde oluşan yeni nöron sayısını son derece azaltıyor. Aksine, ödül mekanizmasını harekete geçiren tecrübeler ile (fiziksel egzersiz, çiftleşme, sosyal paylaşım) yeni hipokampüs nöronlarının oluşumunu dramatik oranda artırıyor.

Yetişkinlikte yeni nöronların oluşması çok önemli davranışsal ve bilişsel sonuçlar ortaya çıkarabilir. Strese bağlı yeni nöron oluşumunun azalması, hipokampüse üzeri bilişsel aktivite (obje hafızası, uzamsal yön bulma ve öğrenme gibi) yapılmamasına bağlanıyor. Stres sebebi olan yaşantıların hipokampüse bağlı anksiyete davranışlarını artırdığı da biliniyor. Buna karşın ödül mekanizmaları anksiyete davranışlarını da düşürüyor ki bu da bilişsel görevlerin başarısına bağlanıyor.

Nöronların adaptif önemi konusunda bir anlaşmazlık olsa da , bilimciler günlük aktivitenin beyni değiştirdiğinekanaat getiriyor. Geleceği kestirmenin en iyi yolu geçmişe bakmak olduğu için stres yaratıcı bir ortamda adaptasyon stres ile modellenmiş bir beyinden anlaşılabiliyor.

Gel gelelim, bu yöndeki stres üzerinden yapılan deneyler ödül deneylerinden çok daha az olduğu için, sistem yanlış adaptasyon sonuçları , şiddeti ve sıklığı ortaya çıkarabiliyor.

Genel olarak tüm çalışmalar kurulmuş laboratuvar ortamlarında yapıldığından gerçek dünyadaki iz düşümler kestirilemiyordu. Açık izlenebilir bir oyuklar sistemi kullanmak ve içine açık alanlar geçitler ve tüpler kurmak, araştırmacılar için baskınlık hiyerarşisini gözlemleyebilecekleri doğal bir ortam yaratılmasını sağladı. Burada sıçanların doğal ortamlarındaki stres, ödül mekanizmaları ve gerçek sosyallik durumları kolaylıkla ve doğal olarak ortaya çıktı.

Daha doğal ve gerçekçi dizaynlar ile dominant yetişkinlerde , ortalama erkek sıçanlara oranla daha fazla yeni nöron üretimi olduğu görüldü. Kompleks sosyal etkileşimleri, bireysel farkları maksimum düzeyde ölçmeyi sağlayacak set uplardan laboratuvar hayvanlarını alıp, insanları bu alana koymak deneyleri ve algımızı bir adım öteye taşıyacaktır.

Referans :

Bilimfili,
Maya Opendak, Elizabeth Gould. Adult neurogenesis: a substrate for experience-dependent change. Trends in Cognitive Sciences, 2015; DOI:10.1016/j.tics.2015.01.001

17. Şubat 2016

Dilin Evrimi-2: Neden Dili Evrimleştirdik?

Dil yetimiz bize bedavadan gelmedi. İnsanlar konuşabilmek için karmaşık beyin devreleri ve sofistike bir işleyiş evrimleştirmeleri gerekiyordu ve dahası bu yetiyi çocuklarına da öğretmek için yıllarını harcamalıydı. Peki neden bu bedeli ödedik?

En yaygın teorilerden birisi; dilin evrimsel bir adaptasyon olarak, insan topluluklarının değişen çevreye daha iyi uyum sağlamasını mümkün kılan bir hayatta kalma stratejisi olarak evrimleştiğidir. Burada da devreye doğal seçilim giriyor. Dil; insanların hayatta kalmasına yardımcı olmuştur. Peki nasıl? İlkel insanlar; avlanmak, çiftçilik yapmak ve kendilerini korumak için diğer insanlarla iletişim kurmak zorundaydı. Dili kullanarak bu iletişim kurma becerisini evrimleştirmek insan türüne belirgin bir hayatta kalma avantajı sağladı.

Öte yandan birçok insan; dil becerilerimizi büyük beyinlerimize, karmaşık el hareketleri yapabilmemize, özgün ses üretim yolumuza ve yüz kaslarımız üzerinde ince-ayar kontrolü sağlamamızı mümkün kılan FOXP2 genine dayandırıyor. Fakat kendi başlarına bu özellikler neden dili evrimleştirdiğimizi açıklamıyor. Çünkü beyni büyük olan -hatta bizden daha büyük beyinli- hayvanlar da var, el-kol hareketleri diğer primatlar içerisinde de yaygın ve bazı kuş türleri; bizdeki gibi bir FOXP2 genine ya da ses iletim yoluna sahip olmamalarına rağmen insan seslerini taklit edebiliyor.

Buna karşın, bizi diğer hayvanlardan ayıran en bariz özellik; simgelerimizin karmaşıklığı ve kooperatif sosyal davranışlarımızdır. İnsanlar aile bireyleri dışındaki diğer insanlarla iyilik, yardımlaşma ve eşya değişimi yapabilen tek türdür. Bizler, ayrıntılı emek paylaşımı yapabilir, çeşitli becerilerde uzmanlaşabilir ve ürettiklerimizi diğer insanlarla takas edebiliriz ve hatta aile dışındaki bireylerle de koordine bir halde çalışabilmeyi öğrendik, örneğin; ortak bir amaç etrafında farklı insanlarla bir araya gelebilir, birlikte hareket edebiliriz.

Sosyal davranışlarımızın karmaşıklığını otomatik olarak kabul ederiz, fakat bütün bu hareketlerimizi diğer insanlarla görüşme, anlaşma ve uzlaşma üzerine şekillendiririz. Bu durum da; bireyler arasında karmaşık bilginin ileri geri taşınmasını sağlayan bir kanal gerektirir, tıpkı bir USB kablosu gibi. İşte dil, bu kanaldır.

Karıncalar ve arılar gibi bazı böcekler dil olmaksızın bir ortaklaşa çalışma seviyesine sahiptirler. Fakat, bu canlılar oldukça yakın akraba aile gruplarına aittirler ve genetik olarak büyük oranda grubun faydasına davranmaya programlıdırlar. İnsan toplulukları ise çıkar elde etmeyi sağlayan kişiye karşı sorumluluk almak zorundadırlar. Kelimeler ve sembollerle, bu tarz insanları teşhir edebilir ve hilekârlıklarını ayyuka çıkarabiliriz. Öte yandan hakedenlere ise övgüler dizebiliriz.

Bütün bu karmaşık sosyal davranışlar; hayvanlar alemindeki hırlama, cıvıldama, koku yayma, renkler ve kükreme gibi özelliklerden fazlasını gerektirir. Bütün bunlar bize neden dili geliştiren tek canlı olduğumuzu gösteriyor: Sosyal davranışlarımızın karmaşıklığı dil olmadan gelişemezdi.

Kaynak: Kaynak:

Bilimfili,
The eloquent ape. (2016, 6 Şubat). NewScientist .

25. Ocak 2016

Evrimsel Süreçte Erkekler Neden Var Oldu?

Evrimsel seçilim tamamen verimliliğe dayalıdır. Peki bu süreçte erkeklerin varlığını sürdürmelerinin sebebi nedir? Ya da seks; üreme için neden baskın mekanizma olmuştur? Nature‘da yayımlanan yeni bir araştırmada bu sorular cevaplandı.

University of East Anglia’s School of Biological Sciences’dan Matt Gage; cinsel seçilimin (eş seçiminde erkeklerin dişi bireyler tarafından seçilebilmek için yarışmaları) yüksek düzeyde soy içi üremeden (ensest) kaynaklanan genetik stresin varlığı olsa bile, popülasyonların yok olmasını engellediği gibi popülasyonun genel sağlığını da güçlendirdiğini söylüyor.

Seksteki Sorunlar

İki farklı cinsiyetin varlığı; türün hangi bireyinin genlerinin bir sonraki nesile aktarılacağını belirleyen cinsel seçilim sürecini destekleyicidir. Gage seksin yaygın ve güçlü bir etki olduğunu ancak pratikte ortaya çıkan kalıtsal sorunlardan kaynaklı olarak neden böyle bir şeyin varolduğuna dair açıklama yapmanın zor olduğunu söylüyor.

Matt Gage:

“Seks, aseksüel üremeye kıyasla önemli sınırlandırmalara sahiptir. Sekste şu sınırlılıklar söz konusudur;

a) döllerin yarısı (erkekler) yavru üretmezler
b) yavrudaki genlerin yalnızca yarısı size aittir
c) eş bulma ve onunla çiftleşme için gereken bedelleri ödemek zorundasınız; zaman harcamalı, efor göstermeli ve “acı” çekmelisiniz
d) eğer tamamen adapte olmuş gen komplekslerini taşıyorsanız, bu genler cinsel birleşme ile bir sonraki nesile “bozulmuş” ve derişimi biraz daha seyrelmiş halde taşınır.

Seksin bu dört sonucu, yalnızca dişi yavruların erkeğe ihtiyaç duymadan yeni dişiler ürettiği aseksüel üremeye kıyasla ciddi sınırlandırmalar içerir. Peki durum böyleyse neden sex ve erkeklerin varlığı üremedeki baskınlıklardan birisi olarak evrimleşmiştir?” diyor.

Cinsel Seçilim Modeli Olarak Tribolium Un Böceklerinin Kullanılması

Araştırmanın bir parçası olarak, ekip kontrollü laboratuvar koşullarında Tribolium un böceklerinin 50 neslini 10 yılı aşkın bir süre boyunca gözlemlediler. Araştırma çerçevesinde türün üremek için neden sekse başvurduğunu ve cinsel seçilimin evrimdeki rolünü anlamaya çalıştılar.

Peki araştırma için neden Tribolium un böcekleri seçildi?

Tribolium un böcekleri üremenin evrimini anlık gözlemleyebilmek için en iyi modeldir ve oldukça fazla sayıda deneysel deneme durumu araştırmaya istatistiksel güç gerçeklik katar. Bu türün nesil üretme süresi yaklaşık bir aydır, bu da deneysel evrimin gerçekleştirilmesine ve böceğin soy ve popülasyonlarının kontrol edilen durumlar altında gözlemlenebilmesine olanak sunar.

Ayrıca Gage; Tribolium un böceklerinin; erkeklerin yavrular için doğrudan bir ilgi göstermediği gelişi güzel bir eşleşme aracılığıyla ürediklerini söylüyor. Bu durum doğada oldukça yaygındır, dolayısıyla bu canlıların “denek” olarak kullanılması bulguların daha genele yayılabileceğine olanak tanır.

Erkekler Genom Sağlığında Önemli Bir Role Sahipler

Deneylerde, cinsel seçilim etkisi; yoğun yarıştan (bir dişiye dokuz erkek oranında) yarışın olmadığı (bir dişiye bir erkek) bir duruma değiştirildi. Yani cinsel seçilim ortadan kaldırıldı. 7 yılın ve yaklaşık 50 nesilin ardından araştırma ekibi; soy içi çiftleştirme (ensest) yaptılar ve cinsel seçilimin olduğu popülasyonlarda (1 dişiye 9 erkek oranı) yok olma tehditinin, cinsel seçilim olmayan popülasyonlara (1 dişiye 1 erkek oranı) kıyasla yok olma tehdidini daha çabuk aşabildikleri sonucuna ulaştılar.

Cinsel seçilimin bulunduğu bazı popülasyonlar 20 nesil soy içi döllenme yapılmasına rağmen hayatta kalmayı başardılar. Buna karşın, cinsel seçilim etkisinin olmadığı popülasyonlar ise soy içi döllenmenin onuncu neslinde tamamen yok oldular. Gage bulguların; erkekler arasındaki yarışın popülasyonun genel genetik sağlığını geliştirdiğini gösterdiğini söylüyor.

Gage; erkekler ve seksin evrimsel süreçte varlığını sürdürmesinin iki temel sebebi olduğunu söylüyor ve ekliyor:

“Seks “kötü” genomları popülasyondan temizliyor ve/veya seks “iyi” genomların tür boyunca yayılmasına yardımcı oluyor.”

Seks, aseksüel üremeye kıyasla bazı sınırlılıklar içerse de evrimsel süreçte önemli bir parametre olan çeşitliliğin ortaya çıkmasına sebep oluyor. Çeşitliliği ortaya çıkaran iki cinsiyetli (erkek ve dişi) üreme biçimi evrimsel süreçte bir avantaj sunuyor. Dolayısıyla erkeğin evrimsel süreçteki varlığını sürdürmesi ve eşeyli üremenin (seks) süregelmesi popülasyonların genel genom sağlığını iyileştirerek türü yok olmaktan kurtarıp, çevreye uyumlu hale getiriyor.

Kaynak: Chuck Bednar, “Why does evolution allow males to exist?”, http://www.redorbit.com/news/science/1113392650/why-does-evolution-allow-males-to-exist-051815/