Yaşayan bir hücrenin "beyni" nasıl işler ve organizmanın değişken çevre koşullarında işlev gösterebilmesine nasıl olanak sağlar? Queensland Teknoloji Üniversitesi'nden araştırmacı Dr. Robyn Araujo, hücrelerin içindeki aşırı karmaşık biyolojik ağların, yeni bir uyarılmaya maruz kaldıktan sonra kendilerini nasıl uyumlandırabildiklerine ilişkin süregelen bu gizemi çözmek için yeni bir matematik geliştirdi. Araujo'nun Nature Communications dergisinde yayımladığı bir makale ile paylaştığı bulgular, hücresel iletişimin ve hücresel "bilinç"in yeni bir düzeyde kavranmasını sağlıyor. Bu sayede yeni hedeflenmiş kanser tedavileri ve ilaç direnci gibi çok sayıda alanda potansiyel uygulamalara kapı aralaması umuluyor.

Araujo, gen dizilimleri hakkında oldukça çok şey bilmemize karşın, bu genler tarafından kodlanan proteinlerin bütünleşik bir ağ olarak nasıl birlikte çalıştıkları hakkındaki bilgimizin şimdiye dek çok sınırlı kaldığını belirtiyor. "Proteinler, kavranamayacak ölçüde karmaşık olan kimyasal tepkime ağları oluşturur ve böylece hücrelerin iletişim kurmasını ve "düşünmesini" sağlar; aslında hücreye "bilişsel" bir beceri yani bir "beyin" verir. Bu hücresel beynin nasıl işlediği meselesi, bilimde uzun süredir gizemini koruyordu," diye anlatıyor.

Bu hücresel ağların karmaşıklığının tümüyle ölçülmesi umut edilmiyordu bile. Çünkü ağlar çok geniş ve içe içe geçmiş biçimde bağlı olmalarının yanı sıra, onları oluşturan proteinler de çok değişkendi. Ama bu ağların işleyişlerini sağlayacak şekilde nasıl yapılandırılabileceklerinin keşfi için matematiğin bir araç sağlayabileceği anlaşıldı. Araujo'nun araştırması, ağları topolojik olarak ele alarak, doğanın bu ağ karmaşıklığına yeni bir bakış sunuyor.

Çalışma, pek çok kez gözlemlenmiş olan ve "kusursuz uyumlanma" adı verilen bir fonksiyona (işleve) odaklanıyor: Bir ağın, yeni bir uyarana maruz kaldıktan sonra kendi kendisine yeni baştan ayarlama becerisi. "Kusursuz uyumlanmaya bir örnek olarak koku alma duyumuz verilebilir. Bir kokuya maruz kaldığımızda, önce kokuyu alırız ama bir süre sonra koku kaybolmuş gibi olur; koku kimyasalı yani uyaran hâlâ ortamda var olsa bile. Çünkü koku duyumuz kusursuz uyumlanma gerçekleştirmiştir. Bu süreç, çevrede oluşabilecek başka değişikliklere karşı duyu organının duyarlı kalmasını sağlar; böylece hem çok zayıf hem de çok güçlü kokuları alabiliriz," şeklinde açıklıyor Araujo.

Anlaşılan, canlı hücrelerin içinde sürekli gerçekleşen uyumlanma da bu tür bir uyumlanma. Hücreler sinyallere (hormonlar, büyüme faktörleri vb. kimyasallara) maruz kalır. Hücrelerin proteinleri başlangıçta tepki ve yanıt vermeye eğilimli olur. Ama daha sonra, uyaran hâlâ orada olsa bile etkinlik düzeyleri uyaran öncesi durumda kalır. "Bir ağın yapılandırılabileceği tüm olanaklı yolları inceledim ve bir ağın bu kusursuz uyumlanmayı düzgün biçimde gerçekleştirebilmesi için aşırı katı matematiksel ilkelerden oluşan bir ilkeler kümesini sağlaması gerektiğini gördüm. Kusursuz uyumlanma gerçekleştirebilecek bir ağ yapılandırmanın şaşırtıcı ölçüde az sayıda yolu var," diyor Araujo ve şu anda doğada gerçekten var olabilecek ağ yapılarını, samanlıkta iğne arar gibi aramakta olduklarını ekliyor.