Katalog

ZOO LOJ İ Leoparların lekeleri nasıl oluşuyor? Çeviri: Gülşat Aygen . H ayvanların post şekillerindeki çeşitlilik, şekillerin açıklanmasında da çeşitlilik yaratmakta. Şekillerin oluşumundaki genetik etki dışında kalan/asıl mekanizma henüz bilinmiyor. Bilim adamları, bütün çeşitler için olmasa bile bazı post çeşitleri için embriyonik gelişımden kaynaklanan matematıksel bir model çıkartılabileceği görüşündeler. Bu modelin en önemli yanlarından biri, leopar, çita, jaguar, zebra ve zürafa postlarının çarpıcı bir benzerliktaşıması. Kedi aılesıyle zebraların üstündeki lekeler çok çeşitlilik göstermesine kaışın, her türün kendisıne ait bir özellığı var. Buna bağlı olarak söz konusu model şekiller sadece belirli formlar alabiliyor. Böylece bu konudaki evrimin açıklanması da mümkün. Embriyonik aşamada şekilleri oluşturanın ne olduğu henüz bilinmiyor. Post şekilleri konusunda doğrulukları kesinleşmiş bilgiler de var. Flzlksel olarak lekelerin anlamı, farklı renktekl tüylerln bulunduğu yerlerdir. Tüy renkleri melanosit adı verilen ve epidermisin en altında bulunan pigment hücrelerince belirleniyor. Memeiilerde tenrrel olarak sadece iki çeşit melanin bulunur: eumelanin (Yunanca 'eu' iyi ve 'melas' siyah sözcüklerinden gelir) siyah ve kahverengi tüyleri oluşturur. Phaeos ise sarı ve kırmızıya çalan renkte tüylerden sorumludur. Melanositlerin melanin oluşturup oluşturmamasının kimyasal aktivatör ve inhibitörlerin bulunup bulunmamasına bağlı olduğunainanılmakta. Bu kimyasal maddelerin ne oldukları bilınmemesine rağmen gözlernlenen her post şeklinin kimyasal bir şekil düzeneğin yansıması olduğu düşünülmekte. Böyle bir düzenek varsa epidermisin içinde ya da hemen altında bulunmalıdır. Melanositlerin bu şekli "okuma" rolü taşıdığı sanılmakta. Tanımlayacağımız model böyle bir ön şekll açıklayabilir Bu çalışmaların çoğu Alan M. Turlng'in (1) modeli üstünde geliştirilmiştir. 1952'de kuramsal bıyolojinin en önemli belgelerin Valais keçisinde (Copra Aegagrus • reaksiyonditüzyon mekanizmasının canlı bir ömeğlni görebilirsiniz. „ • lanin üretmeyen pigment hücreleri oluştururlar. Reaksiyonlann, aktivatörün lokal olarak konsantrasyonunu arttırdığını farz edersek, inhibitörün de harekete geçeceğini düşünebiliriz. Eğer inhibitör aktivatörden daha hızlı difüze olursa yüksek inhibitör konsantrasyon bölgesi içinde bir yüksek aktivatör adası oluşacaktır. Orman örneği Bu tür bir aktivatörinhibitör mekanizmasının morfojen konsantrasyonlarının uzamsal şekillerinı nasıl oluşturduğunu şöyle anlayabilıriz: Yangına uygun çok kuru bir orman düşünelim. Olası bir yangın tehlikesini azaltmak için ormanın çeşitli yerlerine itfaiye malzemeleri ve helikopterler yerleştirilmiştir. Bir yangın çıktığını düşünelim (aktivatör). Bu durumda yangının cephesi dışa doğru genişlemeye başlar. O bölgede yangını söndürmeye yetecek kadar yangın söndürme malzemesı (inhibitör) yoktur. Ama helikopterler söz konusu bölgeye ulaşıp ağaçlara yangın söndürücü kimyasal maddeler sıkabilirler. Yangın bu ağaçlara ulaştığında sona erer. Yangın ormanın birden çok yerinde dağınık olarak başlarsa, yangın pek çok yerden yayılmaya başlar (aktivasyon dalgaları). Bu durumda helikopterlerin (inhibisyon dalgaları) çok daha hızlı hareket edip yangının önüne geçmeleri, birden çok alanda ilaçlama yapmaları gerekir. Bu senaryonun sonucunda oımanda yanan ağaçların neden olduğu siyah bölgelerle etraflarında korunabilmiş yeşil ağaçlar oluşur. Bu siyah ve yeşil şekillerin çeşidi modelin parametrelerine göre değişir ve matematiksel analizden elde edilebilir. Bilim adamları memelilerin post şekillerini oluşturan evrensel bir mekanizmanın ancak difüzyona bağlı uzamsal şekilleri açığa vuran bir reaksiyondifüzyon sistemi olabileceği görüşündeler. Bu tür şekiller, kimyasal reaksiyonun yer aldığı bölgenin geometrisine ve boyutlarına göre değişim gösterir. Buna bağlı olarak reaksiyonlann gerçekleştiği tarihte embriyonun şekil ve boyutları uzamsal şekilleri belirler. Bu makaledeki sayısal ve matematiksel sonuçlar Thomas'ın çalışmalarından çıkan modele dayalıdır. İlginç olan, uzamsal şekillerin ilk aşamasını reaksiyondifüzyon mekanizmasıyla açıklamak, ince tabakaların veya davul yüzeylerinin titreşimlerini tanımlamak için ortaya konan matematik problemine çok benzemesidir. Davulun yüzeyi küçükse titreşimlere dayanamayacaktır. Reaksiyondifüzyon bölgesine tekabül eden bir davul yüzeyinin dikdörtgen olduğunu farz edelim. Dikdörtgenin boyutları arttırıldıkça olası titreşimler giderek artarak komplike modlar ortaya çıkartırlar. Geometrik şeklin olası titreşim modla de, Turing, post şekilleri için kimyasal bir mekanizma geliştirdi. Biyolojik formun, morfojen adını verdlğl kimyasal maddelerln konsantrasyonundaki ön şekil düzeneği takip ettiğini öne sürdü. Moriojenlerin varlığı hâlâ tartışılmasına rağmen Turing'in modeli deneysel sonuçlar vermektedir. Turing çalışmalarına morfojenlerin birbirleriyle reaksiyona girerek hücrelere difüze oldukları varsayımıyla başladı. Sonra morfojenlerin uygun bir şekilde reaksiyona girip difüze oldukları koşulda morfojen konsantrasyonlarının uzamsal şekillerinin hücrelerde tek tip dağılımdan kaynaklanabileceklerine ilişkin bir matematiksel model oluşturdu. Bu model şimdi reaksiyondifüzyon adıyla tanınan bir model grubu oluşturmuş bulunuyor. Bu modellerin uygulanabilmesi için lekenin büyüklüğünün her hücre çapından büyük olması gerekiyor. örneğin leoparın postuna uygulanabiliyor çünkü bir leop'ar lekesindeki hücre sayısı 100'lük gruplar halindedir. Reaksiyondifüzyon modellerinde morfojenlerin birinın aktivatör rolü oynayarak melanositlerin bir çeşit, örneğin siyah melanin üretirken, digeri inhibitör olarak me 12 Bir kıstm hayvanlarda görülür bir benzerlik taşıyan şekiller maydana getiren topkime • dağılma mekanizmasına kesin model denir Yukandaki şekillerde çeşitli genişliklerin gösterildiği leopar. jaguar ı « çita kuyruklan görülüyor. rını nasıl etkilediğl açıktır. Bölge darsa sadece bir boyutlu şekiller oluşabilir iki boyutlu şekiller için bölgenin eninin en a? boyu kadar olması gerekir. Örneğin titreşimlerin gerçekleşeceği bir silindirin yarı çapı çok küçük olunca sadece bir boyutlu modlar ölabilir. Diğer bir deyişle sadece halka şekiller oluşabilir. Oysa yarıçap yeterince büyük olursa, yüzeyde rki boyutlu şekiller oluşabilir. James O. Murray bir dizi reakdif parametreleri seçerek bütün hesaplamalarında bunları sabit tutmuş. Sadece söz konusu bölgenin boyutlarını ve geometrik yapısını değiştirmiş. Sonuç olarak koyu ve açık renkli bölgeler, morfojenlerden birinin homojen sabit durumdaki konsantrasyondan az ya da çok bulunduğu yerlerde oluşmuş. Parametrelerde ve başlangıç koşullarındaki bu sınırlamalara rağmen ortaya çıkan olası şekillerin çeşitliliği dikkat çekicidir. Bu modelin sonuçlarını hayvan postlarındaki şekıllerle karşılaştırmak için Murray, hayvanların kuyruklarmdaki ve bacaklarındaki şekillerin modellerini çıkartmak amacıyla giderek incelen silindirler yapmış. Sonuçta, tıpkı titreşim plakalarındaki gıbi, noktalarla işaretlenmiş iki boyutlu bölge, yeterince inceltildiğınde, noktalar çizgiler oluşturmuş. Bu tür şekillerin en iyi örnekleri, leopar (Panthera pardus), çita (Acinonyx x jubatus), jaguar (Panthera onca) ve sansar benzeri bir hayvan olan (genetta genetta) jenettir Leoparın postundaki lekeler (benekler) neredeyse kuyruğunun ucuna kadar ulaşır. Çita ve jaguarın kuyruklarında ise çizgili kısımlar da vardır. Jenetin kuyruğu tamamen çizgilidir. Bu gözlemler dört hayvanın embriyonik yapısı hakkında bılinenlere uygun düşüyor. Leopar doğmadan önce kuyruğu kısadır ve uca doğru giderek incelir. Bu nedenle lekeler en uca kadar bulunur. (Yetişkin bir leoparın kuyruğu daha uzun olmasına karşın lekeleri taşır). Oysa jenet embriyonunun sabit çaplı, oldukça ince bir kuyruğu vardır. Bu nedenle jenet kuyruğunda lekeler bulunmaz Hayvanların postlarındaki leke ve çizgileri şekil olarak incelemenin yanı sıra renkler üstündeki çalışmalar da sürüyor Hayvanların rengini etkileyen pek çok faktörün arasında ısı, nem, beslenme, hormonlar ve metabolik oran en önemlileridir. Bu tür faktörlerin etkileri çeşitli parametreler kullanılarak taklit edilebilir. Ancak şekillerle melanin pigmentlerinin ilişkisi bilinmeden bunun denenmesi anlamsızdır. Bu arada reaksiyondifüzyon modeli ile geometrik biçim ve boyutları değiştirerek ne kadaı çok post şekli oluşturulabıleceğını görmek çalışmaları teşvik edici bir unsurdur Ancak bu basit teori mutlaka deneysel gözlemlerin onayından geçmek zorundadır. I I (Scientlflc Amerlcan/Mart'88)