Kalamarın derisi boyunca titrek tüyler: suyu duyan bir gövdenin haritası

Üstelik bu rastgele bir hayvan değil. Doryteuthis pealeii — uzun yüzgeçli kıyı kalamarı diye çevrilebilir — sinirbilimin klasik deney hayvanı. Hayvanın manto kaslarını işleten "dev akson", çapı 1,5 milimetreye varabilen bir sinir lifi; Alan Hodgkin ile Andrew Huxley, sinir hücresinin elektrik darbesini nasıl ürettiğini bu lifin içine elektrot sokarak çözmüş ve Nobel'i bu çalışmayla almıştı. Yani aynı hayvan önce sinirin nasıl ateşlediğini öğretti; şimdi aynı hayvanın derisi işitme sorularıyla karşımıza geliyor.

Önce bir ayrım: kalamarın "kulağı" nerede?

Burada iki ayrı duyu sistemi var ve karıştırmamak gerekiyor. Kalamarın ses algılayan organı derisi değil, başında gömülü bir çift statokist: içinde kireçli bir tanecik taşıyan, ivmeölçer gibi çalışan kese. T. Aran Mooney ve ekibinin 2010'da Journal of Experimental Biology'de yayımladığı çalışma, uzun yüzgeçli kalamarın statokistlerine elektrot yerleştirip sinir yanıtlarını ölçmüştü: hayvan 30 ile 500 hertz arasında yanıt veriyor, en alçak eşikleri 100-200 hertzde. Statokistler çıkarıldığında yanıtlar tüm frekanslarda yok oluyordu. Ekibin vardığı sonuç, kalamarın ses alanının basınç bileşenini değil parçacık hareketi bileşenini duyduğu; yani sudaki tanecikler ileri geri titreşirken bunu bir ivme olarak sezdiği.

Derinin üzerindeki tüy dizileri ise başka bir iş yapıyor: yakın mesafedeki su kıpırtısını, bir balık yüzerken ya da bir avcı yaklaşırken doğan yerel akımı algılıyorlar. Balıklarda ve kurbağalarda bu işlevi yan çizgi (lateral line) görür. Kafadanbacaklılardaki karşılığı bağımsız olarak evrimleşmiştir; literatürde "yan çizgi benzeri" ya da "epidermal çizgiler" diye geçer. Bernd Budelmann ile Horst Bleckmann 1988'de, sudaki dalgaların bu hatlarda elektrik yanıtı ürettiğini mürekkepbalığı (Sepia) ve Lolliguncula üzerinde göstermişti — ama o ölçümler hayvanların başındaki hatlarda yapılmıştı.

Yeni olan ne: mantoda hatlar, huni çevresinde alanlar

Haoming Wang, Carsten Wolff, Nicolas Pintozzi, Anna-Maria Petriv ve Brian M. McDermott'un bildirdiği harita üç şeyi birlikte veriyor. Birincisi, tüy demetleri hayvanın yüzeyi boyunca iki ayrı düzende diziliyor: ya sık ve belirgin hatlar halinde, ya geniş alanlar halinde. Yazarlar bunun ne balıklarda ne de daha önce kafadanbacaklılarda tarif edilmiş bir düzen olduğunu belirtiyor. İkincisi, mantonun üzerinde kalıplaşmış, hayvandan hayvana tekrarlanan dizilimler var; ekip bunlara yeni bir ad veriyor: manto yan çizgileri.

Üçüncüsü ve en ilgi çekici olanı, tüy demetlerinin boyunun bulunduğu yere göre değişmesi. Tüy demeti ne kadar uzunsa alçak titreşimlere, ne kadar kısaysa yüksek titreşimlere duyarlı olur; omurgalı kulağında frekans ayrımı kısmen böyle kurulur. McDermott'un kurum bülteninde aktardığına göre balıkların yan çizgilerinde demet boyu değişmez; kalamarda değişiyor.

Sinyal doğrudan kaçış motoruna gidiyor

Bildirimdeki en somut yeni bulgu belki de şu: manto yan çizgisi hücrelerinin sinir uzantıları stellat gangliyona uzanıyor. Stellat gangliyon, kalamarda yıldız biçimli bir sinir düğümü ve içinde "dev lif lobu" denen bölüm var. Biology Open dergisinde yayımlanmış bir incelemenin tarifiyle, bu lobdaki küçük nöronların aksonları birleşip manto kasını uyaran dev aksonu oluşturuyor ve uyarıldıklarında "kalamarın kaçış tepkisinin parçası olarak jet itişini çalıştırıyor"; aynı sistem solungaçlar üzerindeki su akışını da düzenliyor.

Yani derinin üzerindeki duyu hatları, hayvanı saniyenin küçük bir kesrinde geri fırlatan motorun kumanda merkezine bağlanıyor. Harita bunu anatomik olarak gösteriyor; devrenin gerçekten bir refleks gibi işlediği ise henüz ölçülmedi.

Kulağımıza benziyor, ama aynı malzemeden yapılmamış

Haberin kolayca yanlış anlaşılan yeri burası. "Kalamar bizim kulağımızdaki tüy hücrelerini taşıyor" cümlesi, ortak bir atadan miras alınmış aynı organ anlamına gelmiyor. Çalışmanın kendi özeti de kafadanbacaklı yan çizgilerinin balıklardan "tüy demetinin hücre iskeleti bileşimi, biçimi ve alıcı hücrenin konumu" bakımından ayrıldığını söylüyor.

Bizim iç kulağımızdaki tüy demeti stereosilya denen, içi aktin iplikleriyle doldurulmuş, merdiven basamağı gibi kademelenen çıkıntılardan kurulu. Kafadanbacaklılarda stereosilya yok; onun yerine gerçek silyum — mikrotübül iskeletli, hareketli tüy — var. Marta Solé ve ekibinin 2018'de Biology Open'da yayımladığı ölçümlere göre kafadanbacaklı epidermal çizgi hücrelerinde hücre başına yaklaşık 100 kinosilyum bulunuyor, her biri 10-20 mikrometre uzunluğunda ve içinde silyuma özgü 9x2+2 mikrotübül dizilimi var. Aynı ekip durumu doğrudan şöyle adlandırıyor: "gelişkin bir kafadanbacaklı ile bir omurgalı duyu sistemi arasında yakınsak evrim örneği."

Tablodaki kafadanbacaklı değerleri Solé ve ekibinin 2018 ölçümlerinden, omurgalı tarifi ise standart iç kulak anatomisinden geliyor. İki sistem aynı sorunu — suyun mekanik hareketini elektrik sinyaline çevirmeyi — birbirinden bağımsız olarak, farklı malzemeyle çözmüş. Kıyaslamanın değeri de buradan doğuyor: aynı problemin iki ayrı çözümü yan yana konabiliyor.

Nasıl baktılar, neye bakmadılar

Yöntem ışık tabakası mikroskobu. Sıradan bir mikroskop örneğin tamamını aydınlatır; bu hem görüntüyü bulanıklaştırır hem dokuyu yorar. Işık tabakası mikroskobunda lazer ince bir perde halinde yalnızca tek bir düzlemi aydınlatır; perde örnek boyunca kaydırılarak dilim dilim kayıt alınır ve bunlar üç boyutlu bir modelde birleştirilir. Case Western Reserve'ün kurum bülteninin anlatımıyla teknik, "örneğin tek bir düzlemini aydınlatarak" ayrıntılı üç boyutlu kayıt üretiyor ve dokuya zararı en aza indiriyor. Saydam, milimetrik bir kalamar yavrusu bu iş için neredeyse ideal.

Burada işin sınırını açıkça söylemek gerek. Bu bir anatomi çalışması. Yazarlar sonucu "bu çeşitli yan çizgiler büyük olasılıkla belirli türde yerel su hareketlerini kaydediyor" diye bağlamış; "büyük olasılıkla" ifadesi rastgele seçilmiş değil. Hiçbir tüy demetinden elektrik kaydı alınmış, hiçbir demet için frekans eğrisi çizilmiş değil. Dolayısıyla "demet boyu farklı frekanslara ayarlı" fikri, ölçülmüş bir ayar değil; demet boyu ile frekans arasındaki bilinen ilişkiden çıkarılan bir beklenti. İkinci sınır: incelenen hayvanlar serbest yüzen paralarva, yani yumurtadan yeni çıkmış yavrular. Yetişkin bir kalamarda aynı hatların aynı düzende durup durmadığı bu çalışmadan anlaşılmıyor. Üçüncüsü, yazı tam boy bir dergi makalesi hacminde değil; iki sayfalık kısa bir bildirim (36. cilt, 18. sayı, R971-R972).

Bu tüyler ne işe yarıyor? Karanlıkta kurtulmaya

Deri üzerindeki hatların işine dair en net davranış kanıtı bu çalışmadan değil, 2014'ten geliyor. Carly A. York ile Ian K. Bartol, Journal of Experimental Biology'de kısa kalamar (Lolliguncula brevis) ile yaz pisi balığı (Paralichthys dentatus) arasındaki karşılaşmaları izledi. Kalamarların tüy hücrelerini ilaçla — neomisin sülfat çözeltisiyle — devre dışı bıraktılar; bu teknik bir kafadanbacaklıya ilk kez uygulanıyordu. Sonuçlar, hatların tek başına belirleyici olmadığını ama boş da durmadığını gösterdi: ışıkta ve hücreleri sağlam grup karşılaşmaların tamamından sağ çıktı, ışıkta ama hücreleri devre dışı grupta oran düştü, karanlıkta ve hücreleri devre dışı grup en kötü sonucu verdi. Yazarların çıkarımı net: görme birincil duyu, ama yan çizgi benzeri sistem de avcıdan kurtulmaya katkıda bulunuyor.

Yeni harita bu tabloyu genişletiyor. Eğer hatlar yalnızca başta değil manto boyunca da uzanıyorsa, hayvanın arkadan yaklaşan bir şey için de bir çözünürlüğü olması beklenir — ki gözlerin göremediği yön tam olarak orasıdır.

İnsan işitmesiyle bağ kurulurken

McDermott bu işi bir işitme laboratuvarından yürütüyor; kendisi Case Western Reserve Tıp Fakültesi'nde kulak-boğaz-burun bölümünde doçent. Kurum bülteninde söylediği cümle şu: "Kalamarlar, vücut yüzeylerinde çeşitli bir tüy hücresi topluluğu taşıyan kafadanbacaklılardır; bu da yalnızca bu hayvanların hayatta kalmak için su hareketini nasıl algıladığına değil, insanda işitmenin ve sağırlığın nasıl oluştuğuna da ışık tutabilir." Gerekçesini de ekliyor: "Bir çocuk sağır doğduğunda ya da işiten biri işitmesini yitirdiğinde, çoğu zaman hasar gören şey tüy demetidir."

Mantık şöyle: insan iç kulağındaki tüy hücreleri kemiğin içinde, ulaşılması zor bir yerde duruyor ve yenilenmiyor. Saydam bir kalamar yavrusunun derisindeki tüy demetlerine ise dışarıdan dosdoğru bakılabiliyor. Bu, tüy demetinin nasıl kurulduğunu ve nasıl bozulduğunu izlemek için pratik bir pencere olabilir. "Olabilir" burada önemli: iskeleti bile aynı malzemeden olmayan iki yapı arasında hangi bulgunun taşınabileceği, ayrıca test edilmesi gereken bir soru.

Gürültü tarafında ise bağ daha somut. Solé ve ekibi 2018'de üç kafadanbacaklı türünün yavrularını 50-400 hertz arasında, tepe düzeyi 1 mikropaskala göre 175 desibele varan bir sese iki saat maruz bıraktıktan sonra duyu dokusuna baktı; kinosilyumların kaybolduğunu, birbirine kaynadığını, eğilip gevşediğini bildirdi. Daha çarpıcı bulgu şu: yavrularda hasar yetişkinlerden daha hızlı ilerliyor. Ekibin yorumuna göre bu, memeli iç kulağının ve kuş işitme organının gelişiminde tanımlanmış olana benzer bir "kritik dönem"e, yani sese duyarlılığın arttığı bir pencereye işaret ediyor.

Açık sorular

Harita bir başlangıç, sonuç değil. Sırada bekleyen somut sorular var:

• Manto yan çizgilerinden elektrik kaydı alınırsa, demet boyu gerçekten farklı frekanslara mı karşılık geliyor, yoksa boy farkı başka bir işi mi görüyor?
• Yetişkin bir Doryteuthis pealeii'de aynı hatlar duruyor mu, yoksa bu dizilim paralarvaya mı özgü?
• Stellat gangliyona giden uzantılar dev akson devresini doğrudan tetikliyor mu? Tetikliyorsa, derinin bir noktasına çarpan su akımından kaçış itişine kadar geçen süre nedir?
• Hatların yalnızca bir bölümünü devre dışı bırakmak mümkün mü? York ile Bartol'un yaklaşımı bütün hücreleri birden susturuyor; yerel bir müdahale, hangi hattın ne işe yaradığını söyleyebilir.

Bir de bu haritanın ortaya çıkardığı tuhaf durum var: kalamar, sinirbilimin en çok çizilmiş hayvanlarından biri. Yüz yıla yakın süredir aksonları ölçülüyor, sinapsları sayılıyor. Buna rağmen derisinin yüzeyinde duran, mikroskop altında görülebilecek yüzlerce duyu hücresi 2026'ya kadar haritalanmamış. En iyi bilinen deney hayvanında bile hâlâ bakılmamış yer kalıyor.

Fotoğraf: Smithsonian Environmental Research Center, CC BY 2.0, Wikimedia Commons