Yumurtlama, denizde bulabileceğiniz temel yaşam aktivitelerinin başında gelir. Bu biyolojik mekanizma, uyun altında yaşayan pek çok canlı için sürdürülebilir bir yaşam döngüsünü sağlamakla kalmaz, aynı zamanda devam etmek zorunda olan beslenme aktivitesinin de temel bir unsurudur.
Geleneksel anlamda denize baktığımızda her an her yerde meydana gelebilecek bir olaymış gibi görünse de, çoğu deniz türü için yumurtlama yalnızcaayın belli evrelerinde meydana gelen fizyolojik bir olaydır. Bilimin anlamaya çalıştığı şeylerin arasında, bu yumurtlama ile ay arasındaki ilişki de geliyor.
Kızıldeniz'de, Akabe Körfezi'nde dalış yapan Tom Shlesinger, birbirine sıkıca yaklaşmış olan mercanların, koloni halinde sarı bir sprem ve renkli bir yumurtayı bırakması olayına şahit olanlardan.
Bazı mercan türleri pembemsi-morumsu renkte demetler salarken, diğerleri sarı, yeşil, beyaz veya diğer çeşitli tonlarda demetler salmakta. İsrail'in Eilat kentindeki Tel Aviv Üniversitesi ve Üniversiteler Arası Deniz Bilimleri Enstitüsü'nde deniz ekoloğu olan ve uzun yıllar dalış sırasında gösteriye tanık olan Shlesinger, karşılaştığı bu manzara için Oldukça hoş, estetik bir duygu diyor.
Mercanlar genellikle akşamları ve geceleri 10 dakika ila yarım saat gibi dar bir zaman aralığında yumurtlar. Shlesinger, Zamanlama o kadar kesin ki, meydana geldiği zamana kadar saatinizi ayarlayabilirsiniz diyor.
Deniz yaratıklarında ay tarafından kontrol edilen ritimler yüzyıllardır gözlemlenmekte. Örneğin, 1492'de Kristof Kolomb'un, sırayla yükselen ve alçalan küçük bir mumun alevi gibi, ay-zamanlı çiftleşme dansı yapan bir tür parıldayan deniz solucanıyla karşılaştığına dair hesaplanmış tahminler var. Deniz midyeleri, mercanlar, çok zincirli solucanlar ve bazı balıklar gibi çeşitli hayvanların üreme davranışlarını ay ile senkronize ettikleri düşünülmektedir. Bunun en önemli nedeni, bu tür hayvanların - örneğin Great Barrier Reef'teki yüzden fazla mercan türünün - döllenme gerçekleşmeden önce yumurtalarını bırakması ve senkronizasyonun yumurta ile sperm arasında karşılaşma olasılığını en üst düzeye çıkarmasıdır.
Peki bu mekanizma nasıl çalışıyor?
Bu, uzun zamandır yanıtı merak edilen bir gizem, fakat uzmanlar sorunun yanıtını bulmaya her zamankinden daha yakınlar. En az 15 yıldır, mercanların diğer birçok tür gibi, kriptokromlar adı verilen ışığa duyarlı proteinler içerdiğini biliyorlardı ve, son zamanlarda taşlı mercan Dipsastraea speciosa'da, gün batımı ile ayın doğuşu arasındaki karanlık dönemin birkaç gün sonra yumurtlamayı tetiklemek için anahtar göründüğünü bildirdiler.
Kıl solucanı aslen Napoli Körfezi'nden gelir, ancak 1950'lerden beri laboratuvarlarda yetiştirilmektedir. Viyana Üniversitesi'nden bir kronobiyolog olan Kristin Tessmar-Raible, bu tür araştırmalar için özellikle çok uygun olduğunu söylüyor. Üreme mevsimi boyunca, dolunaydan birkaç gün sonra yumurtlar. Yetişkin solucanlar karanlık bir saatte toplu halde su yüzeyine yükselir, bir aşk dansı yapar ve gametlerini serbest bırakır. Üreme sonrasında patlar ve ölürler.
Tessmar-Raible, yaratıkların ayın günlerine ve ardından günün saatlerine kadar bu tür hassas zamanlama için ihtiyaç duyduğu araçların, bir toplantı ayarlamak için ihtiyaç duyduğumuz şeylere benzer olduğunu söylüyor. "Farklı türde zamanlama sistemlerini entegre ediyoruz: saat, takvim" diyor. Solucanın durumunda, gerekli zamanlama sistemleri, günlük - veya sirkadiyen - saatin yanı sıra aylık hesaplaması için başka bir dairesel saattir.
Solucanın zamanlamasını keşfetmek için Tessmar-Raible'ın grubu, solucanda kriptokrom yapmak için talimatlar taşıyan genler üzerinde deneyler başlattı. Grup, özellikle L-Cry adı verilen kıl solucanlarındaki bir kriptokroma odaklandı. Eşzamanlı yumurtlamaya dahil olduğunu anlamak için, L-cry genini etkisiz hale getirmek ve solucanın ay saatine ne olduğunu gözlemlemek için genetik hileler kullandılar. Ayrıca L-Cry proteinini analiz etmek için deneyler yaptılar.Hikaye tam olmaktan uzak olsa da, bilim insanlarının elinde proteinin çok önemli bir şeyde kilit bir rol oynadığına dair kanıtlar var: güneş ışığını ay ışığından ayırmak.
Bu rol çok önemli, çünkü aynı gece senkronize olmak ve yumurtlamak için yaratıkların kabaca 29.5 günlük döngüsünde ayın parlak olduğu ve tüm gece boyunca sürdüğü dolunadan daha sönük, daha kısa süreli aydınlık sağladığı süreye kadar kalıplarıyla adım adım uyum sağlamaları gerekir.
Bilim insanları, L-Cry olmadığında solucanların uygun şekilde ayrımcılık yapmadığını buldu. Hayvanlar, laboratuvarın içinde güneş ışığının gerçek güneşten daha sönük ve ay ışığının gerçek aydan daha parlak olduğu yapay ay ışık ve karanlık döngüleriyle sıkı bir şekilde senkronize oldular. Başka bir deyişle, L-Cry içermeyen solucanlar, gerçekçi olmayan ışık döngülerine kilitlendi. Buna karşılık, L-Cry proteinini barındıran normal solucanlar, gece aydınlatması kıl kurdunun doğal ortamına daha yakın olduğunda, daha seçiciydiler ve ay saatlerini doğru bir şekilde senkronize etme konusunda daha iyi bir iş çıkardılar.
Araştırmacılar, L-Cry'nin ay zaman işleyişinde önemli bir oyuncu olduğuna ve güneş ışığını ay ışığından ayırt etmeye yardımcı olduğuna dair başka kanıtlar da elde ettiler. L-Cry proteinini saflaştırdılar ve her bir yarısının flavin olarak bilinen ışığı soğuran bir yapıya sahip olduğu, birbirine bağlı iki protein şeridinden oluştuğunu buldular. Her flavinin ışığa duyarlılığı çok farklıdır. Bu nedenle L-Cry, hem güneş ışığına benzer güçlü ışığa hem de ay ışığına eşdeğer loş ışığa - yoğunluğun beş katının üzerindeki ışığa - ancak çok farklı sonuçlarla yanıt verebilir.
Örneğin, dört saatlik loş "ay ışığına" maruz kaldıktan sonra, proteinde ışığa bağlı kimyasal reaksiyonlar - fotoindirgeme - meydana geldi ve altı saatlik sürekli "ay ışığına" maruz kaldıktan sonra maksimuma ulaştı. Bilim adamları, altı saatin önemli olduğunu, çünkü solucanın yalnızca dolunay olduğu zamanlarda altı saatlik ay ışığıyla karşılaşacağını belirtiyor. Bu nedenle bu, yaratığın aylık ay döngüleriyle senkronize olmasına ve yumurtlamak için doğru geceyi seçmesine izin verecektir.
IMB Mainz ve Johannes Gutenberg Üniversitesi Mainz'de yapısal biyolog olan Eva Wolf ve bu çalışmada Tessmar-Raible ile birlikte çalışan Eva Wolf, "Ayın evrelerini ölçebilen bir proteini tanımlayabilmeyi çok heyecan verici buluyorum" diyor.
Solucan güneş ışığını değil de ay ışığını algıladığını nasıl biliyor?
Bilim adamları, ay ışığı koşulları altında, iki flavinden yalnızca birinin foto-indirgendiğini buldu. Parlak ışıkta, aksine, her iki flavin molekülü de çok hızlı bir şekilde ışıkla indirgendi. Ayrıca, bu iki tip L-Cry, solucan hücrelerinin farklı bölümlerinde son buldu: hızla yok edildiği sitoplazmada tamamen ışıkla indirgenmiş protein ve çekirdekte kısmen ışıkla indirgenmiş L-Cry proteinleri.
Sonuç olarak, yazarlar 2022'de yayınlanan bir raporda, güneş ışığı tespiti için çok daha az hassas bir ışık sensörü ile ay ışığı tespiti için oldukça hassas bir düşük ışık sensörüne sahip olmaya benzer.
Hikayenin geri kalanında pek çok şey kaldı elbette. Örneğin, L-Cry moleküllerinin iki farklı kaderi solucanın içinde farklı biyolojik sinyaller iletiyor olsa da, araştırmacılar bunların ne olduğunu henüz bilmiyorlar. Bilim insanları, L-Cry proteininin güneş ışığını ay ışığından ayırt etmek için anahtar olmasına rağmen, diğer ışık algılayan moleküllerin dahil olması gerektiğini söylüyor
Ayrı bir çalışmada, araştırmacılar, bir solucan yumurtlamaya başladığında meydana gelen yüzme aktivitesi patlamasını (solucanın "düğün dansı") kaydetmek için laboratuvardaki kameraları kullandılar ve bunu genetik deneylerle izlediler. Ve belirlenen yumurtlama gecelerinde, solucanın doğru bir ila iki saatlik pencerede - o gecenin gün batımı ile ayın doğuşu arasındaki karanlık kısmı - yumurtlaması için başka bir molekülün anahtar olduğunu doğruladılar.
Bilim insanları, r-Opsin adı verilen molekülün ışığa karşı son derece hassas olduğunu buldu; ortalama insan gözünde bulunan melanopsin'den yaklaşık yüz kat daha fazla. Araştırmacılar, solucanın günlük saatini ayın doğuşu sensörü olarak hareket ederek değiştirdiğini öne sürüyorlar. Buradaki fikir, r-Opsin sensöründen gelen sinyal ile L-Cry'den gelen ve ne tür bir ışık olduğuna dair bilgi birleştirmenin, solucanın yumurtlama gecesinde yüzeye çıkıp gametlerini serbest bırakmak için doğru zamanı seçmesine izin verdiği.
Yerleşik kronometreler
Biyologlar, bu kadar çok deniz canlısındaki aktiviteleri senkronize etmek için gereken kronometreleri birbirinden ayırdıkça, sorular ortaya çıkıyor. Bu kronometreler tam olarak nerede? Drosophila ve fareler gibi biyolojik saatlerin iyi çalışıldığı türlerde, bu merkezi zaman tutucu beyinde bulunur. Deniz kıl kurdunda, ön beyninde ve gövdesinin periferik dokularında saatler bulunur. Ancak mercanlar ve deniz şakayığı gibi diğer canlıların beyinleri bile yoktur. Merkezi bir saat gibi davranan bir nöron popülasyonu var mı, yoksa çok daha dağınık mı?
Deniz anemonu Nematostella vectensis'in kronobiyolojisini inceleyen Woods Hole Oşinografi Enstitüsü'nde deniz biyoloğu olan Ann Tarrant, gerçekten bilmiyoruz diyor.
Bilim insanları, ayrıca deniz canlılarıyla birlikte yaşayabilen mikropların oynadığı rolü bilmekle de ilgileniyorlar. Örneğin Acropora gibi mercanlar, genellikle hücrelerinde simbiyotik olarak yaşayan alglere sahiptir. Tarrant, Bunun gibi alglerin de sirkadiyen ritimleri olduğunu biliyoruz diyor. Yani bir mercan ve bir alg birlikte olduğunda, bunun nasıl çalıştığını bilmek karmaşık.
Araştırmacılar, ışık kirliliği olan bir dünyada mercan yumurtlaması gibi muhteşem senkronize olayların kaderi konusunda da endişeliler. Mercan saat mekanizmaları kıl kurdununkine benziyorsa, canlılar doğal dolunayı nasıl doğru bir şekilde algılayabilir? 2021'de araştırmacılar, ışık kirliliğinin Hint-Pasifik Okyanusu'nda bulunan iki mercan türünde (Acropora millepora ve Acropora digitifera) yumurtlamayı bozabileceğini gösteren laboratuvar çalışmalarını bildirdi.
Shlesinger ve meslektaşı Yossi Loya, Kızıldeniz'deki çeşitli mercan türlerinde, doğal popülasyonlarda tam da bunu gördü. 2019'da rapor veren bilim adamları, dört yıllık yumurtlama gözlemlerini 30 yıl önceki aynı siteden alınan verilerle karşılaştırdı. İnceledikleri beş türden üçü, yumurtlama eşzamansızlığı gösterdi, bu da resifte daha az yeni, küçük mercan örneğine yol açtı veya hiç olmadı.
Shlesinger, yapay ışığın yanı sıra endokrin bozucu kimyasal kirleticiler gibi başka suçluların da olabileceğine inanıyor. Bunu anlamak ve bazı türlerin neden etkilenmediğini öğrenmek için çalışıyor.
Bugüne kadar yaptığı su altı gözlemlerine dayanarak Shlesinger, baktığı 50 küsur türden yaklaşık 10 tanesinin, kuzey kısmı mercanlar için iklim değişikliği sığınağı olarak kabul edilen ve kütle yaşamamış olan Kızıldeniz'de asenkronize olabileceğine inanıyor. ağartma olayları Bunun gibi sorunları dünyanın başka yerlerinde ve daha fazla türde duyacağımızdan şüpheleniyorum diyor.
Kaynak: knowablemagazine.com
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder