Elektrikli balıklarda büyük beyin evrimi

Elektrik sinyali gönderen Mormirid balıklarındaki araştırma, bazı beyin yapılarının beynin geri kalanından bağımsız olarak, tek başlarına anatomik ve fonksiyonel evrim geçirdiğini düşündürüyor.
soL - Bilim ve Aydınlanma / Ozan Akşar
Salı, 05 Şubat 2019 12:20

Afrika'nın tatlı sularında yaşayan Mormirid ailesindeki balıkların beyin büyüklüğünün bedenlerine olan oranı insanlarınkine benzemektedir.

Washington Üniversitesindeki araştırmacılar fil balıkları olarak da bilinen Mormirid balıklarının beyin bölgelerinin son derece detaylı bir haritasını çıkardılar. Current Biology dergisinde yayınlanan yeni bir çalışmaya göre, beyincik bölgesinin Mormirid balıklarında Mormiridler ile akraba olan diğer balıklara göre daha büyük olması, Mormirid türlerinin avını bulmak ve diğer balıklar ile iletişim kurabilmek için kullandığı düşük voltajdaki elektriği kullanması ile ilişkilendiriliyor.

Mormirid türlerinde beyinciğin diğer balıklara göre daha büyük olması özellikle bu balık hakkında çalışanlar için sürpriz olmazken araştırmacıların yaptıkları yeni ölçümler, sinir sistemi anatomisinde uzun zamandır merak edilen soruların nasıl aydınlatabilineceği yönünde bilim insanlarına ilham veriyor.

Beyinler büyüdükçe, beynin tüm bölgelerinin de büyümesi öngörülebiliyor mu? Ya da doğal seçilim beynin farklı bölgelerinde bağımsız hareket ederek beynin bazı kısımları, onları kullanmak için farklı nedenleri olan hayvanlarda büyümüş müdür?

200'den fazla türü bulunan Mormirid balıklarının bazıları özel elektro-alıcı sistemleri nedeniyle araştırmacılar tarafından yoğun olarak çalışılmış. Araştırmacılar, bu balıkların iletişim ve yol bulma için elektriksel sinyal gönderimini nasıl kullandıklarına dair uzun zamandır cevap arıyorlar.

Yapılan çalışmada araştırmacılar, Mormirid ailesindeki altı türden, yakın akraba sayılan bir türden ve üç uzak akraba balık türünden bireyleri karşılaştırmayı seçmişler.
Araştırmacılar, balıkların beyinlerinin yumuşak dokusunun tam taranmasını toplamak için mikro-CT (Micro-Computed Tomography/ Bilgisayarlı Tomografi) teknolojisini kullanmışlar, daha sonra dokudaki farklı bölgeleri tanımlayan dikkat çekici noktaları tespit etmişlerdir. Oluşturdukları üç boyutlu haritalar, beynin tek tek bölgelerinin hacmini büyük bir hassasiyetle ölçülmesini ve karşılaştırılmasını sağlamıştır.

Karşılaştırdıkları balıkların hepsinde, toplam beyin büyüklüğü arttıkça, beyin içindeki münferit bölgelerin büyüklüklerinin de tahmin edilebilir bir şekilde arttığı görülmüştür. Bununla birlikte, Mormirid türlerinde, beyincik büyüklüğünün toplam beyin büyüklüğüne bakarak tam olarak tahmin edilemeyeceğini bulmuşlardır.


[Soy ağacında açık yeşil elektro-alıcının aktif olmadığı, koyu yeşil hat ise aktif olduğu evrimsel ilişkiyi gösteriyor. Foto-grafikte üst iki sıra mormirid ailesinin, üçüncü sıra ise dış grubun beyin tomografisini gösteriyor. Mavi bölge beyincik.]

Diğer bir deyişle, elektrikli balıklar, elektriği olmayan balıklara göre çok daha büyük beyinciklere sahiptir. Elektrikli balıklar, akrabaları olan elektriksiz kuzenlerinden daha büyük arka beyinlere sahiptir.

Beynin bir bölümünün beynin diğer bölümlerinden bağımsız olarak daha küçük ya da daha büyük olduğunun görülmesi, sinir sistemi anatomisini inceleyen uzmanlar tarafından mozaik evrime1 örnek olarak gösterilmektedir. Mozaik değişikliklerin nispeten nadir olduğu düşünülmektedir ve bu konudaki mevcut araştırmaların çoğu, bu tür değişimlerin doğada meydana geldiği durumları belirlemeye odaklanmıştır.

Çalışmada, mozaiğin yalnızca Mormirid türü balıklar içinde arttığı görülmüştür. Mormirid türlerinde gördüğümüz şeylerden biri de diğer gruplardan farklı olarak elektro-alıcı sistemidir. Bu iki şey arasında potansiyel bir ilişki vardır.

Çalışmada ölçülen bazı Mormirid türleri son derece büyük beyinlere sahipti (yelpaze en küçük beyinli Mormirid türlerinden üç kat daha büyük olan türlere kadar genişliyor). Toplam boyuttaki bu farklılığa rağmen, grup içinde beyincikte mozaik değişikliklerine dair bir kanıt yoktu. Bu durum, mozaik değişimlerinin sadece büyük bir beynin evriminin sonucu olmadığının kanıtıdır. Buna karşılık, değişiklikler muhtemelen elektro-alıcı sistem gibi yeni özelliklerin evrimi ile ilgilidir.

Bu çalışma Mormirid balıklarının neden bu kadar büyük beyinciklere sahip olduklarını kesin olarak söyleyemezken araştırmacılar, beyinciğin işin büyük kısmını yapıyor olabileceğini düşünüyorlar. Örneğin bu türlerde beyinciğin motor planlama ve hareket ederken, çevreye elektrik sinyallerini gönderirken aldığı geribildirimleri öngörme gibi işlevleri olabilir. 

Mozaik değişimlerin, beyin yapılarının evriminde önemli bir faktör olduğu karşılaştırmalı veriler dahilinde analiz edilmektedir. Bazı beyin yapıları, beynin geri kalanından bağımsız olarak, tek başlarına ciddi anatomik ve fonksiyonel evrim geçirmişlerdir. Bu, hem basit beyin alt birimleri, hem de beynin daha hassas fonksiyonel yapıları için geçerlidir. Dolayısıyla mozaik evrimin beynin karmaşık yapıları arasındaki ilişkilerin oluşumunda önemli bir rol oynadığı görülmektedir.

1 Mozaik evrim hipotezi, tür içerisinde ve türler arasındaki karakterlerin farklı hızlardaki evrimine denmektedir.

2 Motor planlama, beynin bir fikri düşünebilme, daha sonra bir dizi alışılmadık eylemi hazırlama ve bu eylemlerde bulunma yetisidir.


Kaynakça:

Barton, R., Harvey, P. (2000). Mosaic Evolution of Brain Structure in Mammals, Nature, 405, 1055-1058, 29 June.

Carroll, R. L. (1997) Patterns and Processes of Vertebrate Evolution, Cambridge University Press, ISBN-13: 978-0521478090, Cambridge, 448 pp.

Ogliore, T. (2018). New Maps Hint At How Electric Fish Got Their Big Brains, Washington University in St. Louis. Erişim Adresi: https://source.wustl.edu/2018/11/new-maps-hint-at-how-electric-fish-got-...

Pough, F.V., Janis, C.M., Heiser, J.B. (2014). Omurgalı Yaşamı, (Çev. Sözen, M.), Nobel Akademik Yay. Eğt. Danş. Tic. Ltd. Şti, ISBN:978-605-133-835-4, Ankara, 635 s.

Science Daily, (2018). How Electric Fish Got Their Big Brains, Erişim Adresi: https://www.sciencedaily.com/releases/2018/11/181115145031.htm

Sukhum, K. V., Shen, J., Carlson, B. A. (2018). Extreme Enlargement of the Cerebellum in a Clade of Teleost Fishes that Evolved a Novel Active Sensory System, Current Biology, November 15, 16 pp. Erişim Adresi: https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(18)31405-2