Etiket: Retina

300 yıldan fazla süredir devam eden araştırmaların sonunda, bilimciler nihayet bakterilerin dünyayı nasıl gördüğünü açığa çıkardı. Meğer bunu bizim yaptığımıza çok benzer biçimde yapıyorlarmış. İngiltere ve Almanya’da çalışan araştırmacılardan oluşan bir ekip tarafından, bakteriyel hücrelerin temelde mikroskobik bir göz küresigibi davrandıklarını, yani aslında dünyadaki en eski ve en küçük kameralar olduklarını belirten bir makale eLifedergisinde yayımlandı. “Bakterilerin dünyayı aynı bizim gibi gördüğü fikri oldukça heyecan verici,” diyor Queen Mary Üniversitesi’nden ekip lideri Conrad Mullineaux.

Siyanobakteriler (İng. cyanobacteria) su kütlelerinde bolca bulunur; ayrıca kayaların ve çakılların üzerinde yeşil kaygan bir katman da oluşturabilirler. Yapılan çalışmada kullanılan Synechocystis türü siyanobakteriler doğada taze su göllerinde ve nehirlerde yaşar. Yaklaşık 2.7 milyar yıl önce evrimleşen siyanobakteriler güneşten gelen enerjiyi kullanarak karbondioksiti oksijene çevirir. Fotosentez bu bakterilerin yaşamlarını sürdürmesinde kritik rol oynadığından, bilimciler onların ışığı nasıl algıladıklarını anlamanın peşindeydiler. Daha önce yapılan çalışmalardaışık algılayıcılarına (foto-sensörlere) sahip oldukları gösterilmiş ve bir ışık kaynağının konumunu algılayıp, ona doğru ilerledikleri ortaya konmuştu. Bu görüngüye “ışığa gitme” (ışığa göç, fototaksi. [İng. phototaxis]) adı verildi. Fakat böylesine küçük hücrelerin bunu nasıl başarabildiği anlaşılamamıştı.

Yeni yapılan çalışma bakterilerin bunu yapabilmelerini, hücre gövdesinin bir lens görevi görmesine borçlu olduklarını açığa çıkardı. Bakterinin görme mekanizması şöyle işliyor: Tek hücreli organizmanın küresel yüzeyine çarpan ışık, tıpkı minik bir lenste olduğu gibi odaklanıyor. Böylece hücrenin diğer yanında bir odak noktası oluşuyor. Bakteri hücresine düşen görüntü, retinadaki gibi ters oluyor. Ancak çözünürlüğü çok düşük olduğundan, bakteri miyop insanların görüşüne benzer biçimde nesnelerin sadece dış hatlarını seçebiliyor. Dakikalar içinde bakteriler “pili” adı verilen, minik dokunaç benzeri yapılar geliştiriyor. Odak noktasındaki yüksek ışık yoğunluğundan uzaklaşmak, dolayısıyla ışık kaynağına doğru ilerlemek için pililer üzerinde oldukları yüzeye tutunup, kendilerini geri çekiyorlar. Böylece bakterinin ilerlemesini sağlıyorlar. Çalışmada kullanılan synechocystis sp. PCC 6803 türü siyanobakterinin, Tip IV pililer ile ilerlediği, bir dizi fotoreseptör sayesinde ışık yoğunluğunu ve rengini ölçtüğü belirlendi.

Bakterilerin ışığa ilerleyişini açıklamak için yapılan önceki tüm girişimler sonuçsuz kalmıştı; çünkü sadece birkaç dalgaboyu uzunluğundaki bu organizmaların, hücrenin ön ve arka taraflarındaki ışık arasındaki farkı algılayamayacak denli küçük oldukları düşünülüyordu. Ancak bakterinin tüm gövdesi bir lens gibi işlediğinden, organizma ışığı odaklayabiliyor. Bu da hücre içinde bariz bir ışık miktarı farkı yaratıyor.

“Bakterilerin ışığa verdikleri tepki, onların davranışı hakkında yapılmış en eski bilimsel gözlemlerden biridir. bakterilerin optik nesneler olmasına ilişkin gözlemimiz sonradan apaçık belli bir şeymiş gibi geldi; ama görene dek bu hiç aklımıza gelmemişti. Buna daha önce hiç kimse dikkat etmemişti; üstelik mikroskop altında son 340 senedir incelenip durdukları halde,” diyor Mullineaux.

Bulgular, bakteriler ile daha karmaşık çok hücreli organizmalar arasındaki yakınsak evrime (aralarında doğrudan evrimsel bağ bulunmayan canlıların, geçirdikleri değişimlerle birbirlerine benzer özellikler geliştirmesine) iyi bir örnek oluşturuyor. “Işığın bakteriler tarafından algılanmasının fiziksel ilkeleri ile hayvanlardaki çok daha karmaşık görme duyusunun fiziksel ilkeleri benzer; fakat biyolojik yapılar farklı,” diyor Freiburg Üniversitesi’nden ekip üyesi Annegret Wilde.

Bir synechocystis hücresi, insan gözünden yarım milyar kat daha ufaktır. Gözdeki retinada olduğu gibi hücrenin arkasına düşen görüntü ters olur. Görüntü çözünürlüğünün çok daha düşük olmasının nedeni ise optik nesnelerin ince ayrıntıları ayırabilme becerisinin “açısal çözünürlük“e bağlı olmasıdır. İnsan gözünde bu 0.02 derece gibi etkileyici bir değer alır. Araştırmacılar synechocystis bakterisinde bu değerin yaklaşık 21 derece civarında olduğunu tahmin ediyorlar.

Kaynaklar:

• Bilimfili
• Phys.org, “Slime can see: Scientists discover that slime-forming bacteria act as optical objects”
  < http://phys.org/news/2016-02-slime-scientists-slime-forming-bacteria-optical.html >
• Freiburg Üniversitesi, “Shedding Light on Bacteria“
  < https://www.pr.uni-freiburg.de/pm/2016/pm.2016-02-09.17-en >

İlgili Makale: Nils Schuergers et al. Cyanobacteria use micro-optics to sense light direction, eLife, 2016; 5 DOI:10.7554/eLife.12620

Üst Görsel: Nils Schürgers, “Bakterinin küresel yüzeyine çarpan ışık, lenslerde olduğu gibi hücrenin diğer yanında bir odak noktası oluşturuyor.”