Soluduğumuz havayı temiz oksijen olarak alıp karbondioksit olarak atıyoruz yani karbondioksit aslında bizim için bir atık. Ancak durum tüysüz köstebek fareleri için biraz farklı. Bizler oksijen olmadan yaşayamazken bu fareler, karbondioksit olmadan yaşayamıyorlar.
Tüysüz köstebek fareleri, oldukça ilginç bir canlı türü. Araştırmalara göre fazla oksijene ihtiyaç duymuyorlar aksine nefes verdiğimizde dışarıya atık olarak saldığımız karbondioksiti almazlarsa nöbet geçiriyorlar. Hatta bilim insanları, bu buruşuk kemirgenlerin gazlı alanları tercih ettiğini keşfetti.
Peki bunun nedeni ne?
Genetik bir mutasyon nedeniyle, tüysüz köstebek fareleri, beyinlerindeki elektriksel aktiviteyi yatıştırmaya yarayan önemli bir yapıdan yoksunlar. Bu nedenle, 30 Nisan’da CurrentBiology dergisinde yayınlanan yeni bir araştırmaya göre nöbet geçiremiyorlar.
Bu mutasyon, tehlikeli gözükse de aslında köstebek farelerinin değerli enerji depolarının korumasını sağlıyor. Nöbet geçirmemek için enerji harcamaktansa beyin aktivitelerini kontrol altında tutabilmek için karbondioksit kullanmak zorunda kalıyorlar.
New York Şehir Üniversitesi Psikoloji doçenti Dan McCloskey, karbondioksitin, beyni tamamen devre dışı bırakmasa bile beyni yatıştırmada gayet iyi bir madde olduğunu söylüyor. McCloskey ayrıca, tekrarlayan nöbetlerle karakterize nörolojik bir durum olan epilepsiyi inceliyor ve tüysüz köstebek fareleri üzerinde çalışmasının, insanın sağlık durumu hakkındaki gizemleri de çözmeye yarayabileceğini düşünüyor.
Örneğin, 5 yaşın altındaki çocukların yaklaşık % 2 ila % 4’ü yüksek ateşten dolayı nöbet geçiriyor ve bu nöbet UpToDate sitesine göre “havale” olarak bilinen bir olgudur. EMBO Reports dergisinde yayınlanan 2014’te yapılan bir araştırma ise bazı çocukların, karbondioksit yokluğunda nöbetlere açık hale gelen tüysüz köstebek fareleri ile aynı genetik tuhaflığı paylaştığını ileri sürüyor.
Bu bağlantıyı açıklamak için daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyulacağı su götürmez bir gerçek. McCloskey ise köstebek fareleri çalışmasının, genetiğin yanı sıra hava kalitesinin ve solunum paternlerinin insan epilepsisinde önemli rol oynayabileceğini söylüyor.
McCloskey Live Science’a verdiği bir röportajda çevrelerindeki havaya karşı daha duyarlı olanlar birçok insan olduğunu söylüyor ve tüysüz köstebek farelerinin geçirdiği nöbetleri neyin tetiklediğine ve onları önleyen şeyin, gelecekte yapılacak insanlar üzerindeki çalışmalara rehberlik edip edemeyeceğine dair daha fazla araştırma yapılması gerektiğini de ekliyor.
İlginç Bağlantı
Peki bir Psikoloji profesörü olan McCloskey tüysüz köstebek fareleri ile epilepsili çocukları nasıl ilişkilendirdi? “Her şey eşimin kardeşinden aldığım bir takvim ile başladı.” diyerek başlıyor anlatmaya.
“17 Nisan 2007 tarihli bir takvim yaprağında şu ifadeler yer alıyordu: ‘Afrika’daki tüysüz köstebeklerin ne bir köstebektir ne de bir fare. Onlar, tek soğukkanlı memelidir. Yani hayvan, vücut ısılarını fizyolojik olarak düzenleyemez, sıcaklığı çevresine bağlı olarak değişir.’
“Bu bilgi, McCloskey’in ilgisini çekmiş ve McCloskey, tüysüz köstebek fareleri ile vücut ısılarını yetişkinler kadar iyi bir şekilde düzenleyemeyen bebekler ve tüysüz köstebek fareleri arasında benzerlikler olup olmadığını merak etmiş. Kısa bir süre sonra da bu ilginç yaratıkları incelemeye başlamış.
İnsanlar, zayıf termoregülasyonu kolayca aşabiliyorken tüysüz köstebek fareleri, optimum vücut ısılarını korumak için yuvalarında hareket etmek zorundadır. McCloskey ve ekibinin belirttiği üzere, tüysüz köstebek fareleri günün en sıcak saatlerinde yer altının en derinlerine inerler ve gerektiğinde sıcak kalabilmek için bir araya gelirler. (Termoregülasyon vücut sıcaklığını kontrol eden mekanizmaların tümü.)
Uygun ısıya sahip alanları aramalarının yanı sıra kemirgenler, vakitlerinin % 70’inden fazlasını odacık olarak adlandırılan yerlerde geçirirler. Araştırmacıların bulduğu üzere bu odacık, kraliçe tüysüz köstebek faresi ve erişkin bir erkeğin vakitlerinin çoğunu geçirdiği yerdir.
Odacık, yuvadaki en yoğun karbon dioksitin olduğu yerdir ve bu da yakındaki gıda odalarında yaklaşık % 0.5 ve tuvalet odalarında% 0.05 gibi düşük bir oranla toplam atmosfer basıncının % 2.33’üne denk gelmektedir.
Ekip, laboratuvarlarında iki tüysüz köstebek faresi kolonisi besledi ve neler olacağını görmek için yuvanın farklı odacıklarına karbondioksitle doldurdu. Köstebek fareleri, bu alanları daha sık geldi ve hatta birincil yuva odacığını infüzyon bölgesine yakın bir yere yerleştirdi.
Farelerin bu davranışı, onların sadece yoğun karbondioksiti tolere etmekle kalmayıp aynı zamanda karbondioksitli yerleri aradıklarını ortaya çıkardı. İlerleyen çalışmalar, bu davranışın bir nedenini gözler önüne serdi: bileşik, farelerin nöbet geçirmesini engelleyebilir.
Bir Antikonvülzan Olarak Karbondioksit
Yapılan bir araştırma, tüysüz köstebek farelerinin sıcak havaya maruz kaldıklarında, vücut ısıları 42 santigrat dereceye vardığında, karbondioksitin yoğunluğu azaldığında havale geçiren bir bebek gibi hızlı hızlı nefes almaya ve terlemeye başladığını ortaya çıkardı. (Antikonvülzan ya da antiepileptik ilaç, epilepsi nöbetleri, bipolar bozukluk, nöropatik ağrı gibi durumların önlenmesinde ve tedavisinde kullanılan ilaç grubu.)
McCloskey, birçok memelinin vücut ısısının arttığında hızlı hızlı nefes almaya başladığını, bunun bir refleks olduğunu söylüyor. Hızlı hızlı nefes almak, karbondioksiti vücuttan atıyor ve bu tüysüz köstebek fareleri için hiç de iyi bir şey değil.
Köstebek fareleri CO2 yoğunluğu az olduğunda nöbet geçirirken, ekip yuva odacıklarına benzer yoğunlukta karbondioksitle(yaklaşık% 2.5) doldurduğunda fareler nöbet geçirmedi. Hayvanların beyin dalgalarının ölçümleriyle kanıtlandığı üzere yüksek CO2 yoğunluğu, belirli bir süre boyunca karbondioksitten yoksun bırakılan farelerin nöbet geçirmemelerini sağladı. Bununla birlikte, kafa sallanması, seğirme ve ağız hareketleri gibi bazı nöbet belirtileri deney boyunca gözlemlendi. Düşük CO2 yoğunluğunda bir nöbet yaşadıktan sonra farelerin kanı, bariz karbondioksit kaybından dolayı çok daha az asidikti.
Tüm bulgular değerlendirildiğinde ısıdan ziyade karbondioksit yoksunluğunun nöbete yol açtığı ortaya çıktı. Chicago Illinois Üniversitesi Biyolojik Bilimler profesörü ve yardımcı bölüm başkanı Thomas Park, çalışmaya dahil olmasa da karbondioksit yoğunluğunun azalması sonucunda farelerin kanlarının garip bir şekilde asidik hale geldiğini ve nöbete neden olan şeyin bu olduğunu söylüyor.
Asıl Soru: Neden?
(Resim: © Thomas Park / UIC)
Gerçeği öğrenmek isteyen McCloskey, 2014 EMBO Reports çalışmasını yürüten Finlandiya’daki Helsinki Üniversitesi’nden araştırmacılarla birlikte çalıştı. Havale öyküsü olan bir aileyi inceleyen Helsinki araştırmacıları, normalde beyin aktivitesini düzenlemeye yardımcı olan bir gende nadir bir mutasyon tespit ettiler.
Helsinki araştırmacıları, tüysüz köstebek faresi çalışmasına katıldıktan sonra, kemirgenlerin benzer bir mutasyona sahip olup olmadığını merak ettiler ve görünüşe göre, aynı gen varyantını paylaştıkları sonucuna vardılar. Bu gen mutasyona uğradığında beyin hücrelerini, belirli sinyallere yanıt olarak normalde klorürü hücrelerden dışarı pompalayan bir protein olan KCC2’nin bozuk bir versiyonunu oluşturma eğilimi gösterir.
Negatif bir yük taşıyan klorür gibi yüklü parçacıklar, nörotransmitterler olarak bilinen çeşitli kimyasallara yanıt olarak beyin hücrelerine girip çıkar. Hücre içindeki negatif ve pozitif yük dengesi, belirli bir eşiğe ulaştığında, beyin hücresi elektriksel bir nabız atar ve sinyali yakındaki hücrelere gönderir.
Yetişkin beyninde, GABA adı verilen bir nörotransmitter, nöronların içine ve dışına klorür akışını kontrol eder ve normalde elektriksel aktiviteyi yatıştırma görevini görür. Beyin hücrelerinin ısısının artmasını engeller. Ancak bu durum, bizim çocuklarımızda, yavru fareler ve fareler gibi genç memelilerde biraz farklı.
Tüysüz Köstebek Fareleri – Bebeklik
McCloskey konuya ilişkin açıklamayı şu cümlelerde yapıyor:
“Science dergisinde yayınlanan 2019 tarihli bir rapora göre, gelişimin başlarında, beyin hücreleri yetişkin beynindekinden çok daha yüksek bir klorür yoğunluğuna sahiptir. Aynı zamanda, bu olgunlaşmamış beyin hücreleri çok az KCC2 içerir, yani kloritten kolayca kurtulamazlar.
Bu klorür birikimi, normalde çok fazla sinirsel aktiviteyi yatıştıran kimyasal nörotransmitter GABA’yı tetikler; ancak bu olgunlaşmamış beyin hücrelerinde, GABA aslında elektriksel aktiviteyi teşvik edebilir.”
Küçük çocuklarda, klorür “aslında bir moladan çok bir gaz pedalı gibi görev görür”, bu da erken beyin gelişiminin bazı yönleri için önem taşır. Klorür ayrıca her yaştan tüysüz köstebek farelerinde bir gaz pedalı görevi görür. Temel olarak, tüysüz köstebek farelerinin yaşam süreleri boyunca “bebek beyinleri” korudukları görülüyor.
Bu teoriyi test etmek için ekip, tüysüz köstebek farelerinin nöbet karşıtı ilaç diazepamına nasıl tepki vereceğini araştırdı. Ve bu da beyin hücrelerini sakinleştirmek için GABA aktivitesini arttırdı. Bununla birlikte, nöbetleri bastırmak yerine, ilaç “oda sıcaklığında normal havaya sıkıldığında hızla nöbetleri tetikledi.” Ancak aynı sıcaklıktaki karbondioksit açısından zengin havada diazepam diğer yetişkin kemirgenlerde olduğu gibi devreye girdi: Köstebek fareleri uyuttu.
McCloskey, karbondioksit sayesinde GABA’nın genetik mutasyonlarına rağmen köstebek fare beynindeki elektriksel aktiviteyi azaltabileceğini söyledi.
Sıkışık, yeraltı habitatı ve sınırlı besin kaynağı
“Genellikle kötü olduğunu düşündüğümüz yan ürünü kullanıyorlar ama bunu iyi amaç için kullanıyorlar,” diye ekliyor Park. Tipik bir KCC2 pompası, çalıştırmak için bol miktarda enerji gerekir. Ve sıkışık, yeraltı habitatı ve sınırlı besin kaynağı göz önüne alındığında, tüysüz köstebek farelerinin sonraya saklayacak kadar fazla enerjisi yoktur. Park, sürekli olarak KCC2 pompasını kullanmak yerine yuvalarındaki karbondioksitten faydalanarak, beyin aktivitelerini kontrol altında tutarken enerji tasarrufu sağlayabilir.
Tüysüz köstebek fareleri, nöbetlerini kontrol etmek için karbondioksit kullanırken, benzer bir strateji kısa vadede epilepsi hastalarına yardımcı olabilir. Helsinki Üniversitesi tarafından yürütülen 2011 yılında yapılan bir araştırma, doktorların epilepsi hastalarında % 5 karbondioksitten oluşan hava solumasını sağlayarak nöbetleri hızla dindirebileceğini öne sürdü. McCloskey, şimdilerde Finlandiya’daki doktorların akut epilepsi tedavisi için ve özellikle ateşli nöbetleri olan bebekler için CO2 şişelerini el altında tuttuğunu söyledi.
McCloskey, bileşiğin GABA sistemi ile nasıl etkileşime girdiğini kesin olarak belirlemek için daha fazla araştırmaya ihtiyaç olduğunu söyledi. Ve tüysüz köstebek farelerinin nöbetleri engellemek için karbondioksitten daha fazlasına ihtiyaç duyacağını da ekledi. “Bu canlıların başka hangi stratejileri kullandığını merak ediyoruz ve bu stratejilerin insanlar tarafından kullanılıp kullanılmayacağını merak ediyoruz.”
“Sağlığımız açısından önemi ötesinde, çalışma köstebek fare evrimsel gelişimin eksik bir bölümünü tamamlıyor. Ve hayvanların benzersiz sosyal yapısının, çok fazla enerji harcamadan nöbetlerini kontrol etme ihtiyacından kısmen kaynaklandığını gösteriyor. Diğer birçok faktör 35 milyon yıl önce tüysüz köstebek fareleri yeraltına sürükledi. Ve hayvanlar, yeni evlerine daha tuhaf şekillerde adapte oldular.” diyor McCloskey.
Park, “Tüm bu faktörler, hepimizi meraklandırıyor ama hangi faktör daha öncelikli? Bu bir gizem çünkü geçmişe gidemeyiz ve olanları gözlemleyemeyiz.” ifadelerini kullanıyor.