Gürkan Akçay
Boğaziçi Üniversitesi - Yazar / Editör
İnsan zekâsı nasıl evrimleşti? Antropologlar uzunca bir süredir arkeolojik kazılarda bulunan aletlere, ateş ve benzeri kullanım kanıtlarına, fosil kafataslarından boyut ölçüleri alınan beyinlerdeki değişikliklere bakarak bu sorunun cevabı üzerinde çalışıyorlar.

2019 yılının Kasım ayında Proceedings of the Royal Society B'de yayımlanan bir araştırmada, atalarımızın zekâsının evriminde belirleyici bir rol üstlenen yeni bir yaklaşım ortaya atıldı.

Kafatası fosilleri üzerine çalışan araştırma ekibi, beyin boyutundan ziyade antik homininlerin yaşamlarını sürdürmede, beyinlerinin ne kadar kana --dolayısıyla da enerjiye-- ihtiyaç duyduğuna odaklandı. Yapılan analizler, bilişsel kapasitenin belirlenmesinde, tek başına beyin büyüklüğünden ziyade beyne gerçekleşen kan akış hızının daha iyi bir belirteç olduğunu ortaya koydu.

Bir Süper Bilgisayar Olarak Beyin


Bilim insanları, insan atalarının (hominin) zekâsındaki ilerlemeleri genellikle beyindeki büyüklükle ilişkilendiriyordu.

Bu ilişkilendirme, esasında mantıksız bir ilişkilendirme değildir, çünkü canlı primat türlerinde, beyindeki sinir hücresi sayısı beyin hacmiyle neredeyse orantılıdır. Öte yandan, diğer memeli türleri üzerinde yürütülen çalışmalar da, beynin metabolik hızının --ne kadar enerjiye ihtiyaç duyduğunun-- beyin büyüklüğü ile neredeyse orantılı olduğunu göstermektedir.

Beyinde bilgi işleme süreci, sinir hücreleri (nöronlar) ve bu hücreler arasındaki bağlantıları (sinaps) içerir. Sinapsları, bilginin işleme bölgeleri olarak düşünebilirsiniz. İnsan beyni, 80 milyardan fazla nöron ve 1000 trilyona kadar varan sinaps içerir. Vücudumuzun yalnızca %2'lik bir kısmını kaplasa da, beynimiz, vücudumuzun enerji kapasitesinin %20'sini tüketir. Beynin ihtiyaç duyduğu bu %20'lik enerjinin %70'i, sinapslar tarafından nöronlar arasındaki bilgi transferini sağlayan nörokimyasal üretimi için kullanılır.

Yapılan çalışmada, atalarımızın beyinlerinin ne kadar enerji tükettiğini anlayabilmek için beyindeki kan akış hızına odaklanıldı. Çünkü beyne gerekli oksijeni sağlayan şey kandır ve bu da sinaptik enerji kullanımıyla yakından ilişkilidir.

İnsan beyni, her saniye yaklaşık 10 mililitre (mL) kana ihtiyaç duyar. Bu miktar, kişinin uyku ya da uyanıklık (egzersiz yapıyor ve ya zorlayıcı matematik problemleri çözüyor olsa da) haline bağlı olarak çok küçük değişiklikler gösterir.

Bu açıdan bakıldığında da, beynimizi fazla enerji tüketen bir süper bilgisayara benzetebiliriz. Bilgisayarın kapasitesi arttıkça; çalışması için ihtiyaç duyduğu enerji de artar, dolayısıyla da bu fazla enerjiyi sağlamak için de daha kalın elektrik kablolarına ihtiyaç duyulur. Aynı şey, beyni için de geçerlidir, bilişsel fonksiyon kapasitesine bağlı olarak metabolik hızı, kan akışı ve kan sağlayan damarların genişliği de artar.

Beyne kan taşıyan arterler kafatasının tabanındaki küçük deliklerden geçer. Daha büyük delikler daha büyük arterler ve beyne enerji sağlamak için daha fazla kan anlamına gelir. Görsel Kaynak: Seymour, et. al. Proc. R. Soc. B (2019).

Beyin Hacmi mi? Kan akış hızı mı?


Beynin bilişsel kısmına, serebruma, kan akışı; iki iç boyun arterinden (karotidden) gelir. Bu damarların büyüklüğü, taşıdıkları kan akış oranına bağlı olarak değişir.

Tıpkı bir tesisatçının, daha büyük bir binaya daha yüksek bir akış oranını karşılamak için daha büyük su boruları yerleştirmesi gibi, dolaşım sistemimiz de evrimsel süreçte, kan damarlarının boyutlarını, içindeki kan akış hızına uyacak şekilde ayarlamıştır. Kanın akış hızı, bir organın ne kadar oksijen ihtiyacı olduğuna bağlıdır.

Araştırma ekibi, ilk olarak, memelilerin ultrason veya manyetik rezonans görüntülemesini içeren 50 çalışmadan kan akış hızı ve damar büyüklüğü arasındaki ilişkiyi belirledi. İç boyun arterlerinin büyüklüğü, bu damarların kafatasının alt kısmından girişini sağlayan boşlukların büyüklüğünün ölçülmesiyle hesaplanabilir.

Ekip, içlerinde şempanze, orangutan ve gorillerin de bulunduğu 96 modern apenin kafatasındaki bu deliklerin ölçümünü yaptı. Ardından bu ölçümler, yaklaşık 3 milyon yıl önce yaşamış olan Australopithecus homininlerine ait 11 kafatası örneğiyle karşılaştırıldı.

Şempanze ve orangutan beyinleri, yaklaşık olarak 350 mL'lik bir hacme sahipken; goril ve Australopithecus beyinleri 500 mL gibi bir hacme sahiptir. Bu durumda Australopithecus'un en az diğer türler kadar zeki olması gerektiğini ileri bekleriz. Ancak yapılan analizler gösteriyor ki; bir Australopithecus 'un beyninin bir şempanze veya orangutanın kan akışının yalnızca 3'te 2'sine ve bir gorilin beynine giden kanın ise neredeyse yarısına sahip olduğunu gösterdi.

Antropologlar genellikle Australopithecus'u zeka açısından, maymunlar ve insanlar arasında bir yerlere yerleştirirler, ancak bu çalışma söz konusu bu yerleşimin yanlış olabileceğini gösteriyor.

İnsan Beyni Evriminin Eşsiz Yörüngesi


Modern insanlar ve günümüzde yaşayan diğer primatlarda, iç boyun arterindeki kan akış hızı, doğrudan beyin büyüklüğüyle orantılı olduğu görünüyor. Yani, beyin büyüklüğü iki katına çıkarsa, kan akış hızı da iki katına çıkar.

Hominin soyu ve günümüz primatlarının, zamana bağlı iç boyun arterindeki kan akış hızı grafiği. Görsel Kaynak: Seymour, et. al. Proc. R. Soc. B (2019).


Bu beklenmedik bir durumdur çünkü çoğu organın metabolik hızı organ büyüklüğüne oranla daha yavaş artar. Memelilerde, bir organın büyüklüğünü iki katına çıkarmak normalde metabolik hızını sadece yaklaşık 1.7 kat artıracaktır.

Bu, primat beyinlerinin metabolik yoğunluğunu --her bir gram beyin maddesinin saniyede tükettiği enerji miktarı-- beyin büyüklüğü arttıkça beklenenden daha hızlı arttığını gösterir. Homininler için büyüme diğer primatlardan daha hızlıydı.

4.4 milyon yıllık Ardipithecus ve Homo sapiens arasında, beyinler neredeyse beş kat daha büyük hale geldi, ancak kan akış hızı dokuz kat daha fazla büyüdü. Bu da, beyin maddesinin her bir gramının, açıkça daha büyük sinaptik aktivite ve bilgi işleme nedeniyle neredeyse iki kat daha fazla enerji kullandığını gösterir.

Beyine gerçekleşen kan akış hızı, tüm primat soylarında zamanla artmış gibi görünmektedir. Fakat hominin soyunda, diğer primatlara göre çok daha hızlı arttı. Bu ivmeli artış, kuşkusuz alet geliştirilmesi, ateş kullanımı ve küçük gruplar arasında iletişim kurma becerisi ile beraber gerçekleşti.
Kaynak ve İleri Okuma
  • How smart were our ancestors? Turns out the answer isn’t in brain size, but blood flow";
  • Scaling of Brain Metabolism and Blood Flow in Relation to Capillary and Neural Scaling
  • Interspecific scaling of blood flow rates and arterial sizes in mammals
  • Bone foramen dimensions and blood flow calculation: best practices
Etiket

Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?

Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.

Destek Ol

Yorum Yap (0)

Bunlar da İlginizi Çekebilir