Damar Ağlarının Gelişim Kuralları Bitki ve Hayvanlarda Aynı

Her tür organizmada işleyebilecek basit kuralların ortaya çıkışına evrimsel süreçte sıkça rastlanır. Bu kurallar genellikle binlerce yılı alan uyumlanma (adaptasyon) ile biyolojinin en karmaşık parçal..
Görsel Telif: arXiv:1606.00331v4

Her tür organizmada işleyebilecek basit kuralların ortaya çıkışına evrimsel süreçte sıkça rastlanır. Bu kurallar genellikle binlerce yılı alan uyumlanma (adaptasyon) ile biyolojinin en karmaşık parçalarının doğa tarafından yapılandırılması için yeterli olur.  Örneğin damar sistemleri, bulundukları organizmanın her yanına besin maddelerini verimli biçimde taşımalı ve bir yandan da söz konusu organizmaların farklı biçim ve boyutlarda olmalarına uyumlu duruma gelebilir olmalıdır.

Bu konuya odaklanan Pennsylvania Üniversitesi Fizik&Astronomi Bölümü’nden Eleni Katifori ile Katifori’nin laboratuvarından çalışan araştırmacı Henrik Ronellenfitsch, yaptıkları araştırma sonucunda basit bir kuralın, hem hayvanlardaki hem de bitkilerdeki damar yayılışına (vaskülatür) nasıl rehberlik ettiğini tanımladı. Araştırmacılar, “uyumlanabilir geri bildirim” (İng. adaptive feedback) olarak bilinen bu kuralın, her tür organizma için olası en verimli damar ağını üretebileceğini göstermek için matematiksel modellemeden yararlandı. Elde edilen bulgular Physical Review Letters dergisinde yayımlandı.

Uyumlanabilir geri bildirim düşüncesi, biyofizikte uzun süredir biliniyordu. Bitkilerin ve hayvanların, damarlarında akan sıvının hızını kullanarak neredeki yolların büyüklüğünü arttıracaklarına veya azaltıp kaybedeceklerine karar vermesini anlatmak için kullanılıyordu. “Bu çok basit bir kural. Bir damarı ya kullanırsın ya da onu kaybedersin,” diyor Katifori.

Ancak sadece uyumlanabilir geri bildirim kuralını kullanan bir model, gerçek yaşamdaki organizmalarda görülen verimli damar sistemlerini öngörmeyi başaramıyordu. Yani bu alanda,  uyumlanabilir geri bildirim tarafından öngörülen gelişim modelleri ile en verimli olacakları öngörülen sistemler arasında bir uyuşmazlık vardı.

Uyumlanabilir Geri Bildirim ve Büyüme

Ronellenfitsch sadece uyumlanabilir geri bildirimi kullanmanın damarların nasıl gelişeceğini öngörmeye yetmediğini varsayarak, öngörü yapabilmek için başka hangi değişkenlere gerek olduğunu bulmaya karar verdi. Modelin doğru işlemesi için sadece tek bir bilgiye daha gerek vardı: Büyüme. Ronellenfitsch bir organizmanın zaman içindeki büyümesini hesaba kattığında, modelin gerçek dünyadaki damar ağlarını verdiğini gördü.

Ortaya çıkan model gerçek yaşamın damar ağlarını ortaya koymakla kalmayıp, aynı zamanda bunların olası en verimli biçim olduğunu da gösteriyordu.  Bir organizma büyürken, giderek küçülen damar dizilerinin besinleri yeni alanlara taşımasını öngörüyordu. “İlk olarak oluşan bir ana damar ile başlıyorsunuz. Sonra bu ana damardan dallanan ikincil damarlar gelişiyor. Bunlardan da üçüncü mertebe damarlar dallanıyor ve bu böyle sürüyor,” diyor Ronellenfitsch.

Katifori bu bulgunun en önemli yanının, hem hayvan hem de bitki türlerine genelleştirilebilir olması olduğunu belirtiyor. Bu kurallar biyolojide son derece yaygın olduğu için modelin biyolojik dünyanın ötesine ilişkin sonuçları da olabileceğini tahmin ediyor. Muhtemelen bu model, kaynakları bir ağ aracılığı ile dağıtan başka sistemlere de uygulanabilir; sistem boyunca elektrik dağıtan bir güç şebekesinde örneğin. “Çalışmamız şunu ortaya koyuyor: Sıvı, enerji ya da başka bir şeyin dağıtımını yapan bir sistemde eğer büyümeyi biliyorsanız, olası en iyi ağı kurabilirsiniz,” diyor Katifori.

Model damar ağlarının oluşumunu açıklamak konusunda işe yaramakla birlikte, resmin tamamını açıklayabildiği söylenemez. Doku hasarının iyileştirilmesini olası kılan fazlalık damarlar henüz model tarafından içerilmiyor örneğin. Bu biyolojik sistemlerin çok önemli özelliklerinden biri oysa. “Modelimizde eğer bir şeyi keserseniz, bu damarın aşağısındaki her şey ölüyor. Damar ağlarında durum böyle olmuyor tabi. Gerçek ağlarda gerekenden çok daha fazla damar var,” diyor Ronellenfitsch. Ekip ilerleyen günlerde yapacakları çalışmalarda, farklı organizmalardaki böyle ihtiyaç fazlası damarların bulunmasını anlamaya çalışacak.

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