Cıvık Mantarlar, Beyin Olmadan Nasıl Öğrenip Hatırlıyor ve Nasıl Öğretiyor?

Beyin olmadan öğrenebilen sadece cıvık mantarlar değil. Araştırmacılar, nöral olmayan başka organizmaları da mercek altına aldı.
Görsel Telif: Audrey Dussutour, CNRS

Cıvık mantarlar dünyanın en tuhaf organizmaları arasındadır. Uzun bir süre boyunca mantar sanılan bu canlılar, artık bir tür amip olarak sınıflandırılıyor. Tek-hücreli organizmalar olduklarından, ne nöronları ne de beyinleri var. Yine de yaklaşık on yıldır bilimciler, cıvık mantarların çevrelerini öğrenme ve davranışlarını buna göre ayarlama kapasiteleri üzerinde tartışıyor.

Canlıbilimci Audrey Dussutour’a göre bu tartışma sona erdi. Dussutour’un liderliğinde çalışan bilim ekibi, cıvık mantarlara normalde kaçınacakları zararlı maddeleri görmezden gelmelerini öğretmenin yanı sıra, fizyolojik açıdan birliği bozan zorlanmış uyku ile geçen bir yılın ardından bu organizmaların bu davranışı hatırlayabildiğini ortaya koydu. Peki ama bu sonuçlar cıvık mantarların -ve belki de beyni olmayan çok sayıda başka organizmanın- bir çeşit ilkel bilinç sergilediğini mi kanıtlıyor?

Cıvık mantarlar üzerinde inceleme yapmak nispeten kolaydır; kolayca manipüle edilebilen ve gözlemlenebilen makroskobik organizmalardır. 900’den fazla cıvık mantar türü var. Bazıları ömürlerinin büyük bölümünde tek-hücreli organizmalar olarak yaşarken, yiyecek kıt olduğunda beslenme ve üreme için bir yığın oluştururlar. Başka bazı türler ise plazmodyal cıvık mantarlar olarak adlandırılır ve hep binlerce çekirdek içeren devasa bir hücre hâlinde yaşarlar. En önemlisi de cıvık mantarlar yeni numaralar öğrenebilir. Türe bağlı olarak kafeini, tuzu veya fazla ışığı sevmiyor olabilirler ama bunlarla işaretlenen geçilmez bölgelerin göründüğü kadar kötü olmadığını öğrenebilirler. Bu sürece “habitüasyon” yani alışma adı verilir.

“Habitüasyonun klasik tanımına göre, bu ilkel tek-hücreli organizma öğreniyor; tıpkı beyni olan hayvanların yaptığı gibi,” diyor davranışsal canlıbilimci Chris Reid. “Cıvık mantarlar hiç nörona sahip olmadığından, öğrenme sürecinin mekanizması bütünüyle farklı olmalı; ancak sonuç ve işlevsel önem aynı.”

Dussutour’a göre, “böyle organizmaların öğrenme kapasitesine sahip olmasının, nöral-olmayan sistemlerde öğrenmenin tanınmasının ötesine uzanan önemli sonuçları var.” Bilimci, cıvık mantar araştırmaları sayesinde, öğrenmenin canlılık ağacında kendini göstermeye başladığı ilk örnekler hakkındaki kavrayışlarımızın artabileceğini düşünüyor. Daha ilginci ise şu: Ekibin yaptığı çalışma, cıvık mantarların edindikleri anıları hücreden hücreye aktarabildiğine işaret ediyor.

Habitüasyonun Tarihçesi

İlkel organizmaların davranışlarının incelenmesi, Charles Darwin ile oğlu Francis’in bitkilerin köklerinin en ucunun beyin görevi gördüğünü ileri sürdüğü 1800‘lere dek uzanıyor. Sözü geçen bir hayvanbilimci (zoolog) ve erken dönem genetikçisi olan Herbert Spencer Jennings de aynı düşünceyi 1906‘da yayımladığı “Düşük Organizmaların Davranışı” adlı ufuk açıcı kitabında yazmıştı.

Bununla birlikte, tek bir hücreden ibaret olan organizmaların bir şeyler öğrenebileceği ve öğrendiklerini belleklerinde tutabilecekleri, tüm bunların hücresel düzeyde gerçekleşebileceği fikri, yeni ve tartışmalı bir konu. Geleneksel olarak, bilimciler öğrenme görüngüsünü doğrudan bir sinir sisteminin varlığı ile bağlantılandırır. Bu nedenle çalışmasını çoğu insanın “zaman kaybı” olarak gördüğünü anlatıyor Dussutour.

Audrey Dussutour, elinde bir cıvık mantar yığını ile görülüyor.

Cıvık mantarlar üzerindeki çalışmalarına başlarken, kendini “cıvık mantar yerine koyduğunu” belirten Dussutour, sağ kalmak ve serpilmek için çevre hakkında öğrenilmesi gerekenlerin neler olduğu üzerinde düşünmüş. Cıvık mantarların ilerleyişi yavaştır ve kendilerini kolayca fazlasıyla kuru, tuzlu ya da asidik ortamlarda bulabilirler. Dussutour, cıvık mantarların rahatsız koşullara alışıp alışamayacağını merak ederek, bu canlıların habitüasyon becerilerini sınayacak bir yol buldu.

Habitüasyon, adaptasyondan ibaret değildir; öğrenmenin en basit biçimi olarak değerlendirilir. Aynı koşullarla yinelemeli olarak karşılaşan bir organizmanın nasıl yanıt verdiğini ve anlamsız olduğunu fark ettiği bir uyaranı süzüp süzemediğini anlatır. İnsanlar için klasik bir habitüasyon örneği, giysilerimizi giydikten hemen sonra onların cildimizde yarattığı hisse dikkat etmeyi bırakmamızdır. Benzer biçimde, sağ kalmamız için önemsiz olduklarında, hoş olmayan kokulara ya da arka plan seslerine de dikkat etmeyi bırakırız; özellikle de değişmiyorlarsa. Biz ve diğer hayvanlar için bu öğrenme biçiminin gerçekleşebilmesi, uyaranı algılayıp işleyen ve yanıtımızı ileten sinir sistemlerimizdeki nöron ağları sayesinde olur. Peki nöronları olmayan tek-hücreli organizmalarda habitüasyon nasıl gerçekleşebilir?

Köprüden Geçiş Deneyleri

2015 yılından bu yana, Dussutour ve ekibi, Japonya’daki Hakodate Üniversitesi’ndeki meslektaşlarından cıvık mantar örnekleri alıp, habitüasyon becerilerini sınıyor. Araştırmacılar laboratuvarda bir parça cıvık mantardan biraz uzağa, organizmanın en sevdiği yiyecek olan yulaf unu yerleştiriyor. Yulaf ununa ulaşmak için cıvık mantarların kafeinli veya kininli köprülerin ötesine büyümesi gerekiyor. Kafein ve kinin, bu canlı için zararsız fakat acı olduklarından organizmanın kaçındığı bilinen kimyasallardır.

“İlk deneyde, cıvık mantarların köprüyü geçmesi 10 saat sürdü ve ona dokunmamak için gerçekten çabaladılar,” diyor Dussutour. İki günün ardından, cıvık mantarlar acı maddeyi görmezden gelmeye başladı ve altıncı günün sonunda tüm gruplar caydırıcıya yanıt vermeyi kesti.

Cıvık mantarların öğrenmiş olduğu habitüasyon maddeye özgüydü: Kafein habitüasyonu olan cıvık mantarlar, kininli köprüden geçmekte hâlâ tereddütlüydü. Kinine alışanlar da kafeinli köprüden geçmekten çekiniyordu. Bu durum, organizmanın belli bir uyaranı tanımayı ve yanıtlarını ayarlamayı öğrenmiş olduğunu gösterdi; üzerindeki maddeye göre ayrım yapmadan köprüden geçmeyi değil.

Alttaki sarı topaklar cıvık mantar, üstteki beyaz topaklar yulaf unu ve aradaki jelatin köprüler üzerinde çeşitli maddeler konarak deneyler yapılıyor. Audrey Dussutour, CNRS

Bilimciler daha sonra cıvık mantarları iki günlüğüne dinlenmeye aldı ve onları ne kinine ne de kafeine maruz kalmayacakları bir durumda tuttu. Bunun ardından onları madde içeren köprülerle yeniden sınadılar. “Eski hâllerine döndüklerini gördük; yine kaçınma davranışı sergiliyorlardı,” diyor Dussutour. Cıvık mantarlar, orijinal davranışlarına dönmüştü.

Elbette organizmalar, öğrenme anlamına gelmek zorunda olmayan yollarla çevresel değişimlere adapte olabilir. Ama Dussutour’un çalışması, cıvık mantarların bu davranışları bazen bir iletişim biçimi yoluyla edinebildiklerine işaret ediyor; sadece deneyim yoluyla değil. Ekip bir sonraki çalışmalarında, hücre kaynaşması yoluyla, “bilgisiz” yani habitüasyonu olmayan cıvık mantarların, habitüasyonu olanlardan öğrenilmiş bir davranışı doğrudan edinebildiklerini ortaya koydu.

Karmaşık çok-hücreli organizmalardan farklı olarak, cıvık mantarlar çok sayıda parçaya ayrılabilir. Yeniden bir araya getirildiklerinde kaynaşıp, parçalar bağlanırken oluşan ve hızlı-akan sitoplazma ile dolu olan damarsı tüplere sahip tek bir dev cıvık mantar oluştururlar. Dussutour, cıvık mantarları 4.000’den fazla parçaya böldükten sonra, yarısını tuz ile eğitti. Kinin ve kafein kadar güçlü olmasa da, tuz da bu organizmanın sevmediği bir maddedir. Ekip, tuz habitüasyonu olan cıvık mantarlar ile olmayanları karıştırarak, çeşitli parçacıkları farklı kombinasyonlarla birleştirdi. Ardından yeni varlıkları sınadılar.

“Oluşturduğumuz varlıkta tek bir habitüasyonlu cıvık mantar olduğunda, varlığın habitüason sergilediğini ortaya koyduk. Yani bir cıvık mantar, bu habitüasyon yanıtını diğerlerine aktarıyor,” diyor bilimci. Ekip üç saatin (sitoplazmanın tüm damarlarının düzgünce oluşması gereken sürenin) ardından farklı cıvık mantarları yine ayırdı ve her iki bölüm de yine habitüasyon sergiledi. Organizma öğrenmişti.

İlkel İdrakin İpuçları

Ama Dussutour daha da ileri gitmek ve habitüasyon anısının uzun vâdede hatırlanıp hatırlanamayacağını bilmek istedi. Böylece o ve ekibi, kontrollü bir şekilde canlıları kurutarak, onları bir yıl boyunca uykuya yatırdı. Mart ayında, kendilerini tuzla çevrelenmiş durumda bulan topakları uyandırdılar. Habitüasyonu olmayan cıvık mantarlar öldü; bu belki de ozmotik şoktandı, çünkü nemin hücrelerinden sızma hızıyla başa çıkamadılar. “Bu şekilde bir sürü cıvık mantar kaybettik. Ama habitüasyonu olanlar sağ kaldı,” diyor Dussutour. Bunlar ayrıca çabucak tuzlu çevrenin ötesine genişleyerek, yiyecek aramaya başladı.

Dussutour’a göre bunun anlamı, cıvık mantarların öğrenebildiği demek oluyor. Üstelik edindikleri bilgiyi, hücrelerdeki dönüşüme eşlik eden kapsamlı fiziksel ve biyokimyasal değişimlere rağmen, uyku sırasında da saklayabiliyorlar. Yabani yaşamda yiyeceği nerede bulacağını hatırlayabilmesi, cıvık mantar için yararlı bir beceridir; çünkü çevresi aldatıcı olabilir. “Habitüasyon kazanabilmeleri çok iyi, yoksa kısılıp kalırlardı,” diyor Dussutour.

Daha temel bir açıdan, bu sonuç ayrıca “ilkel idrak” diye bir şeyin yani beyni olan organizmalarla sınırlı olmayan bir idrak (biliş, kavrayış, akıl erdirme, İng. cognition) biçiminin var olduğu anlamına geliyor. Bu çeşit bir kavrayışın altında yatan mekanizmaya ilişkin bilimcilerin hiçbir fikri yok. František Baluška’nın düşüncesine göre, basit organizmalar arasında değişiklik gösterebilen çok sayıda işlem ile molekül rol oynuyor olabilir. Cıvık mantarlar söz konusu olduğunda, sahip oldukları hücre iskeleti, duyusal bilgiyi işleyebilen akıllı, karmaşık ağlar oluşturabilir. “Bu bilgiyi çekirdeğe kadar ulaştırırlar,” diyor.

Beyin olmadan öğrenebilen sadece cıvık mantarlar değil. Araştırmacılar, nöral olmayan başka organizmaları da mercek altına aldı. Örneğin bitkilerde de öğrenmenin en temel biçiminin var olduğu keşfedildi. 2014 yılında Monica Gagliano liderliğinde yapılan bir çalışmada, Mimosa pudica bitkisi incelendi. Mimozalar, dokunuldukları veya fiziksel olarak başka şekilde rahatsız edildiklerindeki duyarlılıkları ile ünlüdür: Savunma mekanizması olarak, ânında narin yapraklarını büzerler. Gagliano’nun kurduğu deney düzeneğinde, belirli bir yükseklikten zarar görmeyecekleri şekilde bitkiler aşağı bırakıldı. İlk başta, bu düşüşe karşı hemen yapraklarını büzdüler. Ancak bir süre sonra, tepki vermeyi kestiler. Görünüşe göre, bitkiler düşüşün kendilerine zarar vermeyeceğini anlamış ve herhangi bir savunma yanıtının gereksiz olacağını öğrenmişti.

Geleneksel olarak, beyni ya da nöronları olmayan basit organizmaların en fazla basit bir uyaran-yanıt davranışı gösterebilecekleri düşünülür. Cıvık mantarlardan biri olan Çok Başlı Küf (Lat. Physarum polycephalum) gibi protozoaların davranışına ilişkin yapılan araştırmalar (özellikle Japonya’daki Hokkaido Üniversitesi’nden Toshiyuki Nakagaki’nin çalışması), görünüşte basit olan bu organizmaların, bulundukları çevrede karmaşık “karar verme” ve “problem çözme” becerileri sergileyebildiklerini ortaya koydu. Nakagaki ve çalışma arkadaşları, cıvık mantarların labirent problemlerini çözebildiğini ve ağ dağıtımının en verimli şekilde nasıl yapılacağını bulabildiğini gösterdi; örneğin bir cıvık mantar, Tokyo’nun raylı sistemini kendi başına üretti.

New Jersey Teknoloji Enstitüsü’ndeki Swarm Lab’dan Chris Reid ve Simon Garnier, cıvık mantarın bilgiyi tüm parçaları arasında aktararak, nöronlarla dolu bir beynin becerilerini taklit edebilen bir topluluk gibi davranabilmesinin ardında yatan mekanizma üzerinde çalışıyor. Cıvık mantarı her bir küçük parçası, yaklaşık bir dakikalık bir süre boyunca büzülüp genişliyor; ama büzülme hızı, yerel çevrenin niteliği ile bağlantılı oluyor. Çekici uyarılar daha hızlı atımlara neden olurken, negatif uyarılar atımları yavaşlatıyor. Atım yapan her parça, ayrıca kendi komşularının atım frekansını da etkiliyor; bağlı nöronlrın ateşlenme hızının birbirlerini etkilemesinden pek de farklı değil.

Bilgisayarlı görüntüleme teknikleri ve deneyler kullanarak, bu bir beynin MR çekiminin cıvık mantar versiyonuna benzetilebilir. Araştırmacılar, devasa tek-hücreli bedeni boyunca bilgiyi aktarmak için cıvık mantarın bu mekanizmayı nasıl kullandığını ve çelişen uyarılar karşısında karmaşık kararları nasıl verdiğini inceliyor.

Beynin Özel Konumunu Koruma Mücadelesi

Sonuçları eleştiren canlıbilimciler ve sinirbilimciler de var. “Nörobilimciler, beynin özel oluşunun değerinin düşürülmesine karşı çıkıyor. Beyinler harikadır, ama onların nereden geldiğini hatırlamamız lâzım. Nöronlar, nöral olmayan hücrelerden evrildi; sihirli bir şekilde belirmediler,” diyor Tufts Üniversitesi biyologlarından Michael Levin.

Bazı canlıbilimcilerin “sihir gibi geldiği için hücrelerin amaçları, bellekleri vb. olabileceği fikri”ne de karşı çıktığını ekliyor Levin. “Ama şunu hatırlamamız gerek: Son yüzyılda yapılan kontrol kuramı, sibernetik, yapay zeka ve makine öğrenimi araştırmaları, mekanistik sistemlerin amaçları olabileceğini ve karar verebileceklerini gösterdi. Bilgisayar bilimciler, bilgi işlemenin maddeden bağımsız (İng. substrate-independent) olduğunu uzun süre önce öğrendi. Bu, hangi maddeden yapıldığınızla ilgili değil; nasıl hesaplama yaptığınızla ilgili,” diyor Levin.

Cıvık mantar. (Audrey Dussutour, CNRS)

Kaliforniya Üniversitesi San Diego Üniversitesi’nden John Smythies’e göre, hepsi kişinin öğrenmeyi nasıl tanımladığına bağlı. Dussutour’un uzun süre uykuda kaldıktan sonra hâlâ tuz habitüasyonu gösteren cıvık mantarlarla yaptığı deneyin öğrenmeye kanıt teşkil ettiğine ikna olmadığını söyleyen Smythies şöyle diyor: “Öğrenme, davranışa işaret eder ve ölmek davranış sayılmaz!”

Hollanda’da bulunan Groningen Üniversitesi’nden bilişsel bilimci Fred Kaijzer ise cıvık mantarların sergilediği ilginç davranışların öğrenme olup olmadığını sormanın, Plüto’nun gezegen olup olmadığını sormaya benzediğini düşünüyor: Yanıt, öğrenme kavramının deneysel kanıt nasıl yansıyabileceğine bağlı. Yine de, nöral olmayan organizmaların gerçekten öğrenebileceğini inkâr etmek için hiçbir bilimsel neden görmediğini ekliyor.

Baluška, çok sayıda araştırmacının da bitkilerin bellekleri olduğu, öğrenebildikleri ve idrak edebildikleri konusuna karşı çıktığını söylüyor. Bitkilerin hâlâ eksiksiz canlı organizmalardan çok, zombi gibi otomatlar olarak düşünüldüğünü ekliyor. Ama yaygın kanılar yavaş yavaş değişiyor. “Bitkilerde, bitki nöro-biyolojisi girişimini 2015 yılında başlattık ve her ne kadar hâlâ ana akım tarafından kabul görmese de, bitki sinyallemesi, iletişimi ve davranışı gibi terimlerin iyi-kötü artık kabul edilmesiyle bazı şeyleri değiştirdik,” diyor.

Tartışma bilime ilişkin değil de, sözcüklere ilişkin de olabilir. “Cıvık mantar zekâsı hakkında konuştuğum çoğu sinirbilimci, deneylerin geçerli olduğunu ve beyni olan hayvanlarla yapılan aynı deneylere benzer işlevsellikte sonuçlar çıktığını kabul etmekten oldukça mutluydu,” diyor Reid. Görünüşe göre mesele hâline getirdikleri şey, geleneksel olarak psikoloji ve sinirbilime özgü olan ve neredeyse evrensel olarak beyinle ilişkilendirilen terimlerin kullanımı; öğrenme, bellek ve zekâ gibi. “Cıvık mantar araştırmacıları, cıvık mantarda gözlemlenen işlevsel eşdeğerlikteki davranışın, beyni olan hayvanlarla aynı tanımlayıcı terimlerle tanımlanması gerektiğinde ısrar ediyor iken, klasik nörobilimciler ise öğrenme ve zeka tanımlarının kendilerinin nöron temelli bir mimari gerektirdiğinde ısrarcı,” diyor.

Sonuç olarak, ilkel idrak araştırmaları için ödenek bulmanın hiç kolay olmadığını vurguluyor Baluška. “En önemli konu şu ki, ödenek ajansları ve fonlayıcılar, böyle proje önerilerini desteklemeye başlayacak. Şimdiye dek, ana akım bilim, birkaç istisna dışında, ne yazık ki bu açıdan çekinceliydi.” Ana akımın kabülünü kazanmak için ilkel idrak araştırmacılarının, habitüasyonu daha geniş bir uyaran yelpazesinde göstermeleri gerek ve en önemlisi de, habitüasyonun edinildiği mekanizmanın tam olarak ne olduğunu ve hücreden hücreye nasıl aktarıldığını belirlemeleri gerek. “Bu mekanizma, beyinde gözlemlenenden oldukça farklı olmalı, ama işlevsel sonuçtaki benzerlikler, karşılaştırma yapmayı çok ilginç kılıyor,” diyor Reid.

Kaynak ve İleri Okuma

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv