ABD’deki Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) araştırmacıları, boyutunu, şeklini ve davranışını kökten değiştirebilen, filtreyle beslenmeyi bırakıp genetik olarak kendisiyle özdeş akrabalarını avlayarak tüketen yamyam bir “süper dev”e dönüşebilen mikroskobik organizma keşfetti.
Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) dergisinin kapak konusu olarak yayınlanan çalışma, tek hücreli organizmaların karmaşık ve düzenlenmiş gelişim süreçleri gerçekleştirebildiğini ortaya koyuyor. Bu tür süreçler bugüne kadar büyük ölçüde yalnızca çok hücreli hayvanlarda incelenmişti.
Araştırmanın konusu olan Euplotes gigatrox, Karayipler’deki Curaçao Adası’nda bir deniz suyu filtrasyon sisteminden elde edilen yeni bir silli protist (ciliate/silliler) türü. Silliler, protistaların en önemli gruplarından biri ve denizlerde, tatlı sularda ve toprakta yaşamlarını sürdürür.
Normal şartlarda bakterilerle beslenen bu tek hücreli canlılar (Euplotes gigatrox) popülasyon gelişiminin belirli evrelerinde kendi klonlarını (genetik ikizlerini) avlayan “süper dev”e dönüşebiliyor. Böylece, normal hücrelerin iki katı büyüklüğe ve devasa bir ağza ulaşan süper devler, yüzme yeteneklerini büyük oranda kaybedip sadece yüzeyde yürüyerek her 10 dakikada bir kendi türdeşlerini yutuyor. Makale, bilim dünyasında genellikle sadece çok hücreli canlılara özgü olduğu düşünülen bu karmaşık ve kontrollü gelişimsel süreçlerin tek bir hücre içinde de yönetilebildiğinin kanıtlandığını ileri sürüyor.
Phys org’un haberine göre, makalenin baş yazarı ve RPI Biyolojik Bilimler Bölümü öğretim üyesi Dr. Ben T. Larson, “Bu, normalde hayvan gelişimiyle ilişkilendirdiğimiz bir davranışı sergileyen tek bir hücre” ifadelerini kullandı.
Yamyam tek hücrenin gelişim evresi
Davranışsal değişim yalnızca beslenme biçimiyle sınırlı değil. Normal hücreler yüzeylerde yürüyebilir ve sıvı ortamda helisel yörüngeler izleyerek zarif biçimde yüzebilir. Buna karşılık süper devler yalnızca yürümekte, yüzeyde hareket eden avları takip etmeye uygun dairesel rotalar izlemekte ve yüzeyden uzaklaştırıldıklarında yüzmek yerine kontrolsüz biçimde takla atmakta.
Larson, “Süper dev oluşumu bir ödünleşimdir (trade-off). Bu hücreler daha etkili avcılara dönüşürken yüzme yeteneklerini kaybeder ve bakterilerle beslenmek yerine tamamen farklı bir av kaynağını kullanmaya başlar.” dedi.
Araştırmacılar dönüşümün moleküler temelini incelemek amacıyla normal hücrelerin, süper devlerin ve yakın zamanda süper dev durumundan geri dönmüş hücrelerin tek hücre transkriptomlarını diziledi.
Sonuçlar, süper devlerin gen ifadesi bakımından belirgin şekilde farklılaşmış bir gelişim evresi olduğunu gösterdi. Hücre döngüsü düzenlenmesi, protein üretimi ve zar organizasyonu gibi birçok biyolojik süreçte kapsamlı gen ekspresyonu değişiklikleri tespit edildi.
Süper dev durumundan geri dönen hücreler de kendilerine özgü moleküler bir imza taşımaktaydı. Bu imzanın, dönüşümü tetikleyen biyolojik yolları geçici olarak baskıladığı düşünülüyor. Yakın zamanda geri dönüş yapmış hücrelerden oluşturulan popülasyonlarda yeni süper devlerin ortaya çıkışı, normal hücrelerden oluşturulan popülasyonlara kıyasla daha yavaş ve daha düşük sıklıkta gerçekleşti. Bu durum çevresel koşullardan bağımsız olarak gözlendi.
Hücresel farklılaşmayı incelemek için yeni bir model
Süper dev oluşumu genellikle popülasyonların hızlı büyüme evresinden durağan evreye geçtiği dönemlerde ortaya çıkar. Bu dönüşüm özellikle küçük avların çok bol olmadığı koşullarda gözlemlenir. Süper devler yalnızca küçük avların kıt, normal hücrelerin ise bol olduğu durumlarda varlığını sürdürebilir.
Süper devlerin oranı hiçbir zaman popülasyonun yaklaşık yüzde 5’ini aşmamakta. Bu durum, popülasyonun küçük bir kısmının farklı bir besin kaynağını kullanmak üzere uzmanlaşmasını sağlayan bir “risk dağıtma” (bet-hedging) stratejisiyle uyumlu.
Makale sonuçları, tüm yaşamsal işlevleri tek bir hücre zarı içerisinde gerçekleştirmek zorunda olan tek hücreli organizmalardaki gelişim süreçlerini incelemek için yeni bir çerçeve sunuyor.
“Gelişim biyolojisine ilişkin bilgilerimizin büyük bölümü hayvan çalışmalarından geliyor” diyen baş yazar Larson, artık yaşam ağacının tamamen farklı bir dalında yer alan tek hücreli bir organizmada, benzer gelişim süreçlerini inceleyebileceğimiz yeni bir sistemin olduğunu belirtti.