Yüz milyonlarca yıldır, iğne ucu büyüklüğündeki gözleme şeklindeki hayvanlar, lezzetli mikroplar ve algler bulmak için denizlerde dolaşıyorlardı. Bunlara plakozoanlar denir ve en basit büyük hayvan soyları arasındadır.
Her ne kadar basit olsa da, bir araştırma ekibi plakozoanlarda nöron benzeri hücrelere dair ikna edici kanıtlar buldu. Ve bu hayvanların ne kadar süredir var olduğu göz önüne alındığında, placozoanların, insanlar da dahil olmak üzere daha karmaşık hayvanların sinir sistemleri için bir plan görevi görmesi mümkün. Çalışma Salı günü Cell dergisinde yayınlandı.
Mikroskop altında baktığınızda ilk bakışta placozoanların amip olduğunu düşünebilirsiniz. Ancak organizmalar hayvanlardır. Hayat ağacında, ctenophores veya poriferans gibi soylardan ziyade cnidarians (deniz anemonları ve mercanları içerir) veya bilateriyenler (omurgalıları içeren üst grup) ile daha yakından ilişkilidirler. Bu diğer hayvan soyları, nöronlar olarak bilinen sinir hücreleri tarafından kontrol edilen bir sinir sistemine sahipken, plakozoanların farklı olduğu düşünülüyordu.
İspanya’nın Barselona kentindeki Genom Düzenleme Merkezi’nde araştırmacı olan Xavier Grau-Bové, “Hiç kimse bu organizmaların nöronlara benzeyen herhangi bir şeye sahip olduğunu düşünmezdi” dedi.
Plakozoan cisimleri basit ve yalnızca üç hücre katmanı kalınlığındadır. Ancak bu, etrafta süzülmek, yiyecekleri emip sindirmek ve çevreye tepki vermek için yeterlidir. Bu davranışların bazıları, nöronlar tarafından kontrol edilmek yerine, çevredeki hücreleri aktive eden kısa amino asit zincirlerini serbest bırakan peptidik hücreler tarafından düzenlenir.
Peptid hücrelerinin aktivitesi, insanlarınki gibi daha karmaşık sinir sistemlerini andırdığından Dr. Grau-Bové ve meslektaşları, bu hücrelerin ve bunların bağlantılarının, eski bir hayvan atasının sinir sistemini temsil edebilme ihtimalinin ilgisini çekti.
Araştırma ekibi, dört placozoan türünden 65.000’den fazla ayrı hücrede gen ifadesini (DNA parçalarının hücresel proteinler yapmak için kullanılan RNA’ya dönüştürüldüğü) analiz ederek başladı. Placozoanların 14 tip peptidik hücreye sahip olduğunu keşfettiler; bunlar aynı zamanda cnidarians ve bilateriyenlerdeki nöronların inşası için de önemli. Ancak aynı zamanda peptidik hücrelerin elektriksel aktiviteye sahip olmadıkları ve mesaj alamadıkları için gerçek nöronlar olmadığını da buldular.
Araştırmacılar daha sonra peptit hücreleri ile plakozoanlardaki diğer hücreler arasındaki olası etkileşimleri gösteren bir harita oluşturdular. Karmaşık bir sinyal ağı ve spesifik nöropeptit ve reseptör çiftlerini tanımladılar. Bu hücresel ilişkiler, bilim adamlarının kimyasal beyin hipotezi dediği şeyi, erken sinir sistemlerinin, bir hayvanın her tarafına yayılacak ve belirli protein reseptörlerine bağlanacak kimyasal sinyallerle birbirine bağlanan hücre ağları olarak evrimleştiği fikrini desteklemektedir.
Bilim adamları daha sonra peptid hücrelerini diğer hayvan türlerindeki nöronlar veya nöron benzeri hücrelerle karşılaştırdılar. Genlerin peptidik plakozoan hücrelerde kullanılma şekli ile cnidarians ve iki taraflı hayvanlarda nöronların işlev görme şekli arasında güçlü benzerlikler olduğunu doğruladılar. Bu, ilk sinir sistemlerinin, yüz milyonlarca yıl boyunca elektrik sinyalleri gönderen karmaşık hücrelere dönüşmeden önce, bir zamanlar bugünkü plakozoanlarda görülenlere benzediğini ileri sürdü.
Çalışmada yer almayan Yale Üniversitesi’nden moleküler evrimsel biyolog Jacob Musser, “Bu peptit hücrelerinin nöronlarla genetik benzerliğini gösteren sonuçlar çok çarpıcıydı” dedi. “Bu, sinir sisteminin ortaya çıkmasından önce bazı sinir mekanizmalarının hücrelere paketlendiğini ve bir tür iletişim için kullanıldığını gösteriyor.”
Dr. Musser, taraklı denizanasını da içeren ktenoforlar gibi daha yaşlı hayvan soylarında sinir sistemi gelişimi çalışmalarına benzer yaklaşımları uygulamayı sabırsızlıkla beklediğini söyledi. Belirli sinir sistemlerinin evrimdeki yeri belirsizliğini koruyor.
Araştırmaya dahil olmayan, Yeni Zelanda’daki Otago Üniversitesi’nden hesaplamalı evrimsel sinir bilimci Michael Paulin, placozoanların erken hayvan sinir sistemlerinin en iyi yaşayan modeli olduğunu söyledi. “Sinir sistemine sahip hayvanların atalarının plakozoanlar olmasının” mümkün olduğunu düşündü ve onları incelemenin “beynimizdeki tüm bu nöronların ne yaptığını anlamamıza yardımcı olabileceğini” ekledi.
Genomik Düzenleme Merkezi’ndeki çalışmanın yazarı Arnau Sebé-Pedrós, placozoanların insanlara kıyasla basit olmasına rağmen “tüm sistemin karmaşıklığı beklenenden çok daha yüksek” dedi. Ancak “evrimsel biyoloji tarihsel bir bilimdir” ve ek araştırmaların her zaman yaşamın bugünkü haline nasıl geldiğine dair yeni anlayışlara yol açabileceğini söyledi.
Her ne kadar basit olsa da, bir araştırma ekibi plakozoanlarda nöron benzeri hücrelere dair ikna edici kanıtlar buldu. Ve bu hayvanların ne kadar süredir var olduğu göz önüne alındığında, placozoanların, insanlar da dahil olmak üzere daha karmaşık hayvanların sinir sistemleri için bir plan görevi görmesi mümkün. Çalışma Salı günü Cell dergisinde yayınlandı.
Mikroskop altında baktığınızda ilk bakışta placozoanların amip olduğunu düşünebilirsiniz. Ancak organizmalar hayvanlardır. Hayat ağacında, ctenophores veya poriferans gibi soylardan ziyade cnidarians (deniz anemonları ve mercanları içerir) veya bilateriyenler (omurgalıları içeren üst grup) ile daha yakından ilişkilidirler. Bu diğer hayvan soyları, nöronlar olarak bilinen sinir hücreleri tarafından kontrol edilen bir sinir sistemine sahipken, plakozoanların farklı olduğu düşünülüyordu.
İspanya’nın Barselona kentindeki Genom Düzenleme Merkezi’nde araştırmacı olan Xavier Grau-Bové, “Hiç kimse bu organizmaların nöronlara benzeyen herhangi bir şeye sahip olduğunu düşünmezdi” dedi.
Plakozoan cisimleri basit ve yalnızca üç hücre katmanı kalınlığındadır. Ancak bu, etrafta süzülmek, yiyecekleri emip sindirmek ve çevreye tepki vermek için yeterlidir. Bu davranışların bazıları, nöronlar tarafından kontrol edilmek yerine, çevredeki hücreleri aktive eden kısa amino asit zincirlerini serbest bırakan peptidik hücreler tarafından düzenlenir.
Peptid hücrelerinin aktivitesi, insanlarınki gibi daha karmaşık sinir sistemlerini andırdığından Dr. Grau-Bové ve meslektaşları, bu hücrelerin ve bunların bağlantılarının, eski bir hayvan atasının sinir sistemini temsil edebilme ihtimalinin ilgisini çekti.
Araştırma ekibi, dört placozoan türünden 65.000’den fazla ayrı hücrede gen ifadesini (DNA parçalarının hücresel proteinler yapmak için kullanılan RNA’ya dönüştürüldüğü) analiz ederek başladı. Placozoanların 14 tip peptidik hücreye sahip olduğunu keşfettiler; bunlar aynı zamanda cnidarians ve bilateriyenlerdeki nöronların inşası için de önemli. Ancak aynı zamanda peptidik hücrelerin elektriksel aktiviteye sahip olmadıkları ve mesaj alamadıkları için gerçek nöronlar olmadığını da buldular.
Araştırmacılar daha sonra peptit hücreleri ile plakozoanlardaki diğer hücreler arasındaki olası etkileşimleri gösteren bir harita oluşturdular. Karmaşık bir sinyal ağı ve spesifik nöropeptit ve reseptör çiftlerini tanımladılar. Bu hücresel ilişkiler, bilim adamlarının kimyasal beyin hipotezi dediği şeyi, erken sinir sistemlerinin, bir hayvanın her tarafına yayılacak ve belirli protein reseptörlerine bağlanacak kimyasal sinyallerle birbirine bağlanan hücre ağları olarak evrimleştiği fikrini desteklemektedir.
Bilim adamları daha sonra peptid hücrelerini diğer hayvan türlerindeki nöronlar veya nöron benzeri hücrelerle karşılaştırdılar. Genlerin peptidik plakozoan hücrelerde kullanılma şekli ile cnidarians ve iki taraflı hayvanlarda nöronların işlev görme şekli arasında güçlü benzerlikler olduğunu doğruladılar. Bu, ilk sinir sistemlerinin, yüz milyonlarca yıl boyunca elektrik sinyalleri gönderen karmaşık hücrelere dönüşmeden önce, bir zamanlar bugünkü plakozoanlarda görülenlere benzediğini ileri sürdü.
Çalışmada yer almayan Yale Üniversitesi’nden moleküler evrimsel biyolog Jacob Musser, “Bu peptit hücrelerinin nöronlarla genetik benzerliğini gösteren sonuçlar çok çarpıcıydı” dedi. “Bu, sinir sisteminin ortaya çıkmasından önce bazı sinir mekanizmalarının hücrelere paketlendiğini ve bir tür iletişim için kullanıldığını gösteriyor.”
Dr. Musser, taraklı denizanasını da içeren ktenoforlar gibi daha yaşlı hayvan soylarında sinir sistemi gelişimi çalışmalarına benzer yaklaşımları uygulamayı sabırsızlıkla beklediğini söyledi. Belirli sinir sistemlerinin evrimdeki yeri belirsizliğini koruyor.
Araştırmaya dahil olmayan, Yeni Zelanda’daki Otago Üniversitesi’nden hesaplamalı evrimsel sinir bilimci Michael Paulin, placozoanların erken hayvan sinir sistemlerinin en iyi yaşayan modeli olduğunu söyledi. “Sinir sistemine sahip hayvanların atalarının plakozoanlar olmasının” mümkün olduğunu düşündü ve onları incelemenin “beynimizdeki tüm bu nöronların ne yaptığını anlamamıza yardımcı olabileceğini” ekledi.
Genomik Düzenleme Merkezi’ndeki çalışmanın yazarı Arnau Sebé-Pedrós, placozoanların insanlara kıyasla basit olmasına rağmen “tüm sistemin karmaşıklığı beklenenden çok daha yüksek” dedi. Ancak “evrimsel biyoloji tarihsel bir bilimdir” ve ek araştırmaların her zaman yaşamın bugünkü haline nasıl geldiğine dair yeni anlayışlara yol açabileceğini söyledi.