Güvercinlerin Yön Bulma Sırrı Karaciğerlerinde Çıktı

Hızlı Erişim / İçindekiler

• Kuşların Manyetik Duyusuna Dair Tarihi Arayış
• Karaciğer Hücrelerindeki Güçlü Manyetik Özellikler
• Bulutlu Havalarda Kaybolan Güvercinler
• Manyetik Sinyaller Beyne Nasıl Ulaşıyor?

Posta güvercinlerinin ve göçmen kuşların binlerce kilometrelik mesafeleri hiç şaşırmadan aşarak yuvalarını bulabilmesi, yüzyılı aşkın süredir biyolojinin en büyük bilmecelerinden biri kabul ediliyordu. Kuşların yön bulmak için Dünya'nın manyetik alanından yararlandığı bilinse de, bu görünmez dalgaları vücutlarının neresiyle ve nasıl algıladıkları bir türlü somutlaştırılamamıştı. Science dergisinde yayımlanan yeni bir araştırma, bu gizli pusulanın kuşların gözlerinde ya da gagalarında değil, hiç beklenmedik bir organda, yani karaciğerde saklandığını ortaya koydu. Bilim insanları, karaciğerde bulunan ve demir yüklü olan özel bağışıklık hücrelerinin, gezegenin manyetik alanını algılayan mikroskobik birer sensör gibi çalıştığını keşfetti. Bu bulgu, canlıların dış dünyayı algılama biçimlerine dair yerleşik teorileri tamamen sarsacak niteliktedir.

Kuşların Manyetik Duyusuna Dair Tarihi Arayış

Kuşların navigasyon yetenekleri üzerine çalışan uzmanlar, on yıllar boyunca farklı teoriler üzerinde yoğunlaştı. Öne sürülen hipotezlerin ilki, kuşların gözlerinde yer alan ve ışığa duyarlı olan kriptokrom moleküllerinin manyetik alanı görmelerini sağladığı yönündeydi. Bir diğer popüler teori ise kuşların gagalarında yer alan mikroskobik demir parçacıklarının bir pusula iğnesi gibi çalıştığını savunuyordu. Ancak yıllar süren laboratuvar testlerine ve saha gözlemlerine rağmen, bu fikirlerin hiçbiri deneysel olarak tam anlamıyla kanıtlanamadı. Süreç tıkandığı esnada immünoloji, fizik ve hayvan davranışı alanlarından uzmanları bir araya getiren disiplinler arası yeni bir ortaklık, yön bulma mekanizmasını bambaşka bir perspektiften ele aldı.

Bonn Üniversitesi, Essen Üniversitesi ve Max Planck Hayvan Davranışları Enstitüsü (MPI-AB) araştırmacıları, daha önce manyetik algıyla ilişkilendirilen göz, gaga ve beyin gibi organları yeniden inceledi. Ancak bu kez analiz listesine karaciğer ve dalak da dahil edildi. Dokulardaki manyetik alanı ve hücre seviyesindeki tepkileri ölçmek için "titreşimli örnek manyetometrisi" ve "manyetik hücre ayrıştırma" gibi ileri fiziksel yöntemler kullanıldı. Bu bilimsel haberler içinde heyecan yarattı, çünkü daha önce sadece kan temizlemekle görevli olduğu düşünülen bir organın, navigasyon gibi hayati bir bilişsel süreçte başrole yerleşebileceği yönünde ilk somut ipuçları elde edildi.

Karaciğer Hücrelerindeki Güçlü Manyetik Özellikler

Yapılan doku analizlerinde, incelenen tüm organlar arasında karaciğerin açık ara en yüksek demir konsantrasyonuna sahip olduğu ve en güçlü manyetik reaksiyonu gösterdiği saptandı. Karaciğer ve dalağın eski alyuvarları (kırmızı kan hücreleri) parçalamakla görevli olduğunu belirten Dr. Clivia Lisowski, bu yıkım sürecinin bir çıktısı olarak organda yoğun miktarda demir depolandığını ifade ediyor. Hücre düzeyindeki incelemeler, bu demirin oksit nanopartikülleri şeklinde kristalleştiğini ve bu sayede hücreleri "süperparamanyetik" yani dış manyetik alanlara karşı aşırı duyarlı hale getirdiğini gösterdi. Fizik profesörü Ulf Wiedwald, karaciğer dokusunda tespit ettikleri manyetik tepkinin, vücudun diğer bölgelerine kıyasla ölçülebilir düzeyde çok daha baskın olduğunu vurguluyor.

Araştırmacılar, bu süperparamanyetik özellikten doğrudan karaciğerde yerleşik olarak bulunan "makrofaj" isimli bağışıklık hücrelerinin sorumlu olduğunu belirledi. Makrofajlar normal şartlarda vücuda giren yabancı maddeleri yutan ya da yaşlanmış hücreleri geri dönüştüren savunma elemanlarıdır. Fakat güvercinlerin karaciğerindeki makrofajlar, içerdikleri yoğun demir kristalleri sayesinde adeta biyolojik birer pusula iğnesine dönüşmüş durumdadır. Bonn Üniversitesi Moleküler Tıp ve Deneysel İmmünoloji Enstitüsü Direktörü Prof. Christian Kurts, bağışıklık hücrelerinin manyetik alanlar için birer sensör görevi görebileceğini asla tahmin etmediklerini, bu keşfin hayvanlar alemindeki algı mekanizmalarına dair tamamen yeni bir kapı araladığını belirtiyor.

Bulutlu Havalarda Kaybolan Güvercinler

Karaciğerdeki bu demir zengini hücrelerin yön bulma eyleminde gerçekten kullanılıp kullanılmadığını test etmek amacıyla Almanya'daki Max Planck Enstitüsünde özel bir deney serisi tasarlandı. Deney için seçilen güvercinler, daha önce yuvalarından 20 kilometre uzaklıktaki farklı noktalardan salınarak geri dönmek üzere eğitilmiş kuşlardan oluşuyordu. Bilim insanları, kontrollü bir tıbbi müdahaleyle güvercinlerin karaciğerindeki bu özel makrofaj hücrelerini geçici olarak devre dışı bıraktı ve kuşların uçuş performanslarını takip cihazlarıyla izlemeye başladı.

Sonuçlar, hava durumuna bağlı olarak dramatik bir değişkenlik sergiledi. Güneşli günlerde salınan kuşlar, karaciğerlerindeki hücreler olmasa bile yönlerini kolayca bularak yuvalarına dönmeyi başardı. Çünkü güvercinler, manyetik alanın yokluğunda gökyüzündeki güneşi konum belirleyici bir referans noktası olarak kullanabiliyordu. Ancak gökyüzünün tamamen bulutlarla kaplı olduğu ve güneşin görünmediği günlerde, makrofajları olmayan kuşlar yön duygularını tamamen yitirdi ve yollarını bulmakta büyük zorluk çekti. Bu durum, kuşların uçuş esnasında güneşten gelen görsel veriler ile karaciğerlerinden gelen manyetik verileri senkronize bir şekilde işlediğinin en net kanıtı oldu.

Manyetik Sinyaller Beyne Nasıl Ulaşıyor?

Karaciğer hücreleri ile yön bulma yeteneği arasındaki bu güçlü bağ kurulduktan sonra, araştırmacılar bu yerel manyetik verinin beyne hangi hat üzerinden iletildiğini sorgulamaya başladı. Elektron mikroskobu kullanılarak yapılan mikroskobik incelemelerde, demir yüklü makrofajların doğrudan sinir liflerinin hemen yanı başına konuşlandığı, adeta onlara temas edecek kadar yakın mesafede dizildiği saptandı. Bu anatomik yerleşim, karaciğerde oluşan manyetik uyarının sinir sistemi aracılığıyla doğrudan beyne aktarılabileceği bir biyolojik otobanın varlığını doğruluyor.

Max Planck Hayvan Davranışları Enstitüsü Direktörü Prof. Martin Wikelski, kuşların navigasyon sisteminde bağışıklık sisteminin bir parçası olan hücrelerin rol oynamasının, ekolojik algı modellerini temelden değiştireceğini ifade ediyor. Keşif, sadece kuşlarla sınırlı kalmayıp, ışığın hiç ulaşmadığı derin denizlerde yollarını bulan köpekbalıkları gibi diğer göçmen türlerin de benzer içsel mekanizmalara sahip olabileceği ihtimalini doğuruyor. Hatta araştırmacılar, insanların da farkında olmadan Dünya'nın manyetik alanına mikro düzeyde tepki veriyor olabileceğini, ancak bu biyolojik sinyalleri modern yaşam içinde henüz tam olarak anlamlandıramadığımızı düşünüyor.

Kaynak: sciencedaily.com The secret to pigeons’ incredible navigation was hiding in their liver

BilimBox Yorumu: Yıllardır kuşların kafasının içinde, özellikle gaga kemiğinde ya da göz ağtabakasında teknolojik birer donanım gibi kusursuz kuantum pusulaları arayıp durduk. Oysa doğanın çözümü çok daha pragmatik ve evrimsel olarak muazzam bir geri dönüşüm zekasına dayanıyor: Vücudun atık demirini temizleyen karaciğer hücrelerini birer manyetik sensöre dönüştürmek. Bağışıklık sistemi ile yön bulma gibi tamamen nörolojik bir sürecin karaciğer gibi metabolik bir merkezde kesişmesi, canlı organizmasını kompartımanlara ayırarak inceleyen geleneksel tıp ve biyoloji yaklaşımına harika bir ders niteliğindedir. Bu keşif, gelecekte biyo-navigasyon sistemlerinin geliştirilmesinden tutun, okyanuslardaki canlıların manyetik kirlilikten nasıl etkilendiğini anlamamıza kadar çok geniş bir alanda ezberleri bozacaktır. Vücudun savunma mekanizmasının aynı zamanda coğrafi bir rehber olarak çalışması, evrimin kaynakları ne kadar verimli kullandığının en somut kanıtıdır.