Biyologlar - Biyolojiye Gerçekçi Yaklaşım

Tat hücreleri hayvanın yiyecek arama stratejisini nasıl kontrol edebilir?

Sinirbilimciler, Nematod solucanının nasıl yiyecek aradığını açıklamak için yeni bir bilgisayar modeli geliştirdiler ve tek beyin hücrelerinin hem çevreyi algılayabildiğini hem de bütün bir hayvanın yiyecek arama stratejisini kontrol edebildiğini ortaya çıkardı.

Leeds Üniversitesi ve Rotterdam'daki Erasmus Üniversitesi Tıp Merkezi'nde  görev yapan kalabalık bir bilim insanı ekibini içeren çalışma, mikroskobik nematod türleri Caenorhabditis elegans'ı içermektedir.   

Communications Biology dergisinde yayınlanan makalede; araştırmacılar bu hayvandaki duyu hücrelerinin sadece çevreden sinyaller almadığını, aynı zamanda hayvanın hareketini belirleyen karar verme sürecini yönlendirmek için bu bilgiyi işlediklerini gösterdi.   

Şimdiye kadar, bilim insanları genellikle duyu hücrelerinden gelen bilgilerin, karar verme ve davranışları kontrol etmek için hayvanın beynindeki diğer devrelere gönderildiğini düşünüyordu.   

Leeds Üniversitesi'nde görev yapan Sinirbilimci ve makalenin baş yazarı olan Profesör Netta Cohen, "bulgularının şaşırtıcı olduğunu - tuz tadım hücrelerinin yiyecek aramak için oldukça karmaşık bir stratejiyi yönlendirdiği basit mekanizmalar bulduk" dedi. 

Yiyecek arama modeli  

C. elegans türü, topraktaki çürüyen bitki örtüsü bölümlerindeki bakterileri besler. Bu yiyecek parçalarının büyüklükleri ve birbirinden biraz uzakta olması muhtemeldir, bunun sonucunda solucan kolonileri çoğalma veya yok olma olayına maruz kalır. Bireysel bir hayvan için, başarılı bir şekilde yiyecek aramak ölüm kalım meselesidir.   

Nematod hayatta kalma şansını artırmak ve besin  aramak için bir alanı rastgele çaprazlayacağı bir yiyecek arama stratejisi geliştirdi, eğer besin bulamazsa, hayvan olası besin olan başka alanları aramak için uzaklaşacaktır.  

Araştırmacılar yapılan deneyler sonucunda nematod tat sensörlerinin besin arama davranışını yönlendirmek için çevreden gelen bilgileri nasıl işlediğini açıklayan bir model geliştirdi.   

Bilim insanları nematodun  topraktaki tuz tadını "navigasyon" gibi kullanarak besine doğru hareket ettiğine ve daha sonra besin bulamazsa ortamdan uzaklaştığına inanıyorlar. 

Tuz tarafından çekilen duyu hücreleri  

C. elegans'ın sinir sistemi, tuzun varlığı ile uyarılan iki tat hücresi dahil olmak üzere 302 hücre içermektedir. Bu iki duyu hücresi birbirinden farklı tepkiler verir. Bu iki duyu hücresiden biri artan tuz seviyeleri ile uyarılırken, diğeri ise azalan tuz seviyesi ile uyarılır.   

Rotterdam'da Dr. Gert Jansen liderliğindeki araştırmacılar, hücrelerden biri aktif olduğunda diğerinin "uykuda" olduğunu keşfetmesi, bu bilimsel çalışmanın çıkış noktasını oluşturmuştur.

Profesör Cohen bu durumu şu şekilde açıklamaktadır. 

"Nematod tuzlu bir ortamı ilk kez algıladığında, artan tuz konsantrasyonlarına duyarlı olan duyu hücresi uyarılır ve hayvan tuzlu alana yönlendirmek için ihtiyaç duyduğu tüm bilgileri sağlar" diyor.    

Ancak C.elegans birkaç dakika sonra besinin yerini tespit edemezse, duyu hücresi duyarsız hale gelir. Bu sırada tuz seviyesinin azalmasıyla uyarılan diğer tat hücresi aktif hale gelir ve hayvanı tuz üzerinde tutmaya yardımcı olan keskin dönüşlere neden olur. Sonuç, C.elegans tercihen daha büyük tuz parçalarını keşfetmesidir.    

Her iki duyu hücresi de Nematodun tuz rezervi üzerinde besin aramasını sağlamak için çalışır. Peki Nematod besin bulamazsa ne olur? Gert Jansen ve araştırma ekibi, C.elegans tuza maruz kaldığında tuz algılama devresine iki ek duyu hücresinin daha dahil olduğunu keşfetti.  

Başlangıçta, bu ek iki duyu hücresinin Nematodu ortamdaki tehlikelere karşı uyardığı, onun aniden yön değiştirmesine ve zarar görmeden ortamdan kurtulmasına izin verdiği düşünülüyordu. Ancak bu çalışma,  zarardan kaçınma hücrelerinin yol bulma stratejisinin bir parçası olarak açılıp kapandığını ve tuzdan kaçınmak için keskin bir şekilde yön değiştirmesine izin vererek besin arama menzilini genişlettiğini ortaya koydu.  

Zamanla, tüm sensörler açık ve kapalı durumları arasında geçiş yapmaya devam ederek zengin ve dinamik bir besin arama stratejisini kontrol eder.

Profesör Cohenun açıklamalarına göre " duyu hücrelerine yerleştirilmiş bir mekanizma olduğunu düşünüyoruz. Son derece etkili olmakla birlikte şaşırtıcı bir şekilde hepsi sensörlerin içinde gerçekleşiyor, neredeyse tüm beyin hücrelerinin emrinde olan temel araç seti ile uygulanması çok kolaydır".  

Profesör Cohen "C. elegans besin aramak için tuz rezervlerinden gelen tüm ip uçlarını kullanabilirken, aynı mekanizmanın diğer hayvanlar tarafından sinyallere veya çevrenin diğer özelliklerine seçici olarak katılmak için kullanılabileceğinden şüpheleniyoruz". diyor. 

Geçtiğimiz günlerde, Profesör Cohen'in Leeds Üniversitesi'ndeki ekibi Nature dergisinde yayınlanan bir makalede, C. elegans'ın beyninin fiziksel organizasyonunun haritasını çıkardıklarını açıkladı.

Kaynak: https://phys.org/news/2021-09-cells-animal-foraging-strategy.html