Sistemlerin Evrimi - 4: Boşaltım Sisteminin Evrimi

Yazdır Sistemlerin Evrimi - 4: Boşaltım Sisteminin Evrimi
Çoğu zaman en az bilinen ve en çok karıştırılan sistemimiz boşaltım sistemidir. Çünkü "vücuttan çıkan" her şeyin "boşaltım" olduğunu düşünmemizi tetikleyen bir ismi var. Halbuki anüs yoluyla attığınız dışkı, bir boşaltım sistemi ürünü değil, sindirim sistemi ürünüdür. Dolayısıyla boşaltım sisteminizin son ürünlerinden başlıcası, değerini çoğu zaman çok sıkıştığınızda ve ancak dakikalar sonra rahatlayabildiğinizde anladığınız idrardır. Ayrıca ter ve kimi zaman soluk verme de boşaltım sistemi içerisinde sayılır. Ancak genellikle boşaltım sisteminden kastedilen idrardır. Zaten bu sistemin genelde üriner sistem olarak anılması da, idrardan kaynaklanmaktadır. Bu yazımızda, boşaltım sisteminin evrimsel geçmişine değinecek ve idrarın içeriğinin, evriminin ve önemlerinin üzerinde duracağız.




Evet, bu, o. Ürin, ya da halk arasında bilinen ismiyle idrar, daha kaba jargonuyla ise sidik. Boşaltım sistemimizin son ürünü ve bir sistemin tamamının evrimleşmesinin ana sebebi... Bu kimyasal, vücuttan atılmak zorunda, çünkü tüm organizmanın artıklarını içerisinde barındırıyor ve vücutta belli sürelerin üzerinde barındırılması oldukça tehlikeli sonuçlar doğurabilir. İşte bu yapıyı, içeriğindeki tüm atıklarla birlikte üreten, depolayan ve atan sisteme üriner sistem (boşaltım sistemi) adını veriyoruz.

Hayvanlar Alemi içerisindeki bir tür olan Homo sapiens türünde (yani bizde) bu sistem içerisinde 2 adet böbrek, 2 adet üreter (idrar borusu), 1 adet idrar kesesi ve 1 adet üretra (idrar yolu) bulunmaktadır. 

İdrar, kanın böbrekler tarafından süzülmesi sonucunda oluşan bir üründür (filtrattır). İdrarın "yaşam döngüsü" içerisinde, böbreklerde üretildikten sonra, iki böbrekten de birer adet çıkan idrar boruları aracılığıyla idrar kesesine ulaşması ve sonrasında, yeterli birikim sağlanınca idrar yolu sayesinde genellikle cinsel organlar aracılığıyla atılması bulunmaktadır. Böbrekler kanı süzdükçe bu kimyasal üretilir, depolanır ve aralıklarla da boşaltılır.

İnsan üzerinden gidecek olursak, her gün 1-2 litre civarında idrar ürettiğimizi söyleyebiliriz. Normalde böbreklerimiz her 45 dakikada bir vücudumuzda dolaşan bütün kanı süzerler ve sağlıklı bir insan her 2-3 saatte bir idrar atımı gerçekleştirir. Ancak bu illa bu sıklıkta olmak zorunda değildir. Bazı bireylerde işeme faaliyeti 45 dakikada bir olacak kadar sık olabildiği gibi, bazılarında 5-6 saatte bir olacak kadar seyrek gerçekleşebilmektedir. Eğer ki bu sürelerin dışındaysanız ve çok sık ya da çok seyrek tuvalete gitme ihtiyacı duyuyorsanız, bir doktora görünmenizde fayda olacaktır. Unutmayınız ki işeme sıklığınız yaptığınız sportif faaliyetler, tükettiğiniz su oranı, stres, vb. çevresel faktörlerden doğrudan etkilenmektedir.

Tıbbi olarak günde 2.5 litreden fazla veya 400 mililitreden az idrar üretimi, sağlık sorunlarına işaret etmektedir. Hele ki günlük 100 mililitreden az üretim olursa, ciddi sorunlar oluşabilir. Bu sebeple, gereğinden sık veya gereğinden seyrek idrar üretenlerin doktora görünmelerini bir defa daha tavsiye ediyoruz.



Boşaltım Sisteminin Temel Yapısı, Görevleri ve İdrarın Oluşumu

İdrar üretiminin başlangıcı böbreklerdir. Kalbin pompaladığı kanın ortlama olarak %20'si doğrudan böbreklere iletilir. Yani böbreklere her dakikada 1.25 litrelik kan akışı olmaktadır. Bu kan, türe bağlı olmak üzere, evrimsel sürecin farklı dallarında bulunan, farklı böbrek birimlerinden geçirilerek filtrelenir. Bu farklı tiplere ilerleyen kısımlarda değineceğiz; ancak örneğin insan gibi memeli hayvanlarda bu birimler nefronlardır. Her bir böbrekte 1 milyon adet civarında bulunan nefronlar, kan içerisindeki çözünmüş kimyasalları süzerek veya su yoğunluğunu ayarlayarak dengeyi sağlamaya ve kanı sabit bir içerikte tutmaya çalışırlar.

Nefronlarda birçok alt birim bulunmaktadır: 

  • Glomerulus: kanın mekanik olarak süzülmesini sağlar.
  • Bowman Kapsülü: glomerulus ile birlikte renal cisimcikleri oluşturur ve mekanik olarak kan süzümüne katkı sağlar.
  • Proksimal Kıvrık Tüp: Suyun %75 civarını geri emerek kan dolaşımına verir. Ayrıca tuzları, şekerleri ve aminoasitleri emer.
  • Henle Döngüsü: Geri emilimi arttırmak amacıyla evrimleşmiş özel bir yapıdır. Ayrıca süzülmeyi sağlayan akışın devamlılığını sağlar.
  • Distal Kıvrık Tüp: Hidrojen iyonları, potasyum ve benzeri kimyasalları salgılar.

Dolaşım sistemi aracılığıyla böbreklere ulaştırılan kan, renal cisimcikler adı verilen yapılardan süzülmeye başlar. Bu süreçte, kan ile böbreklerin iç kısmı arasında basınç farkı oluşur ve sıvıyı böbreklere doğru iten de bu basınç farkıdır. Su, küçük moleküller ve iyonlar kolaylıkla böbreğe geçerler. Ancak proteinler ve kan hücreleri bu zardan geçemeyerek dolaşım sistemi içerisinde kalmaya devam ederler. 

Daha sonra yukarıda saydığımız yapılara sırasıyla uğrayan süzülmüş bu sıvı, daha da fazla süzülerek son ürün haline getirilir. Bu süreç, fizyolojik olarak tüm detaylarıyla bilinmektedir; ancak burada fizyoloji dersi vererek sizi sıkmamak adına tüm detaylarını aktarmayacağız. Tek bilmeniz gereken, böbreklerin asıl görevinin su atımını minimum hale getirmek ve vücudun kimyasal dengesini sağlamaya yardımcı olmak olduğudur. Eğer ki böbrekler görevini düzgün yapmazlarsa, gereğinden fazla su kaybı olabilecektir. Bu, karasal hayvanların izin veremeyeceği bir sorundur. Az sonra, bu yapıların evrimine değindiğimizde, bunlara geri döneceğiz. Ancak böbreklerde sıklıkla "geri emilim" kavramını duyma sebebiniz, süzülmekte olan sıvının özellikle suyunun geri emilerek vücutta tutulmasının sağlanmasıdır.

Böbrek, geri emilim işini aktif ve pasif olarak yürütmektedir. Starling kuvvetleri, difüzyon ve aktif taşıma, bu süreçte böbreklerin fonksiyonunu sağlayan ana unsurlardır. Böbreklerde sadece su geri emilimi olmaz. Aynı zamanda vücuttan atılmaması gereken birçok kimyasal da böbreklerde tutulur. Ancak asıl odaklanılan, suyun geri emilimidir. Bunu şöyle anlayabiliriz: böbrekler, kandan günde 180 litre civarında sıvı filtre ederler. Bu sıvının %99 gibi bir kısmı geri emilir ve kana geri verilir. Sadece %1'lik kısmı, yani 2 litre civarında idrar üretilir ve vücuttan atılır. Dolayısıyla böbreklerin asıl amacının sıvı kaybına engel olmak olduğu anlaşılabilir. Zaten kurak bölgelerde yaşayan karasal hayvanların su kaybı konusundaki sorunlarından da bu sistemin evriminin önemi anlaşılabilir.

Tüm bu geri emilim faaliyetleri sonlandıktan sonra kalan yapı, idrar olarak bilinmektedir. İdrar, idrar boruları aracılığıyla idrar kesesine taşınır ve buradan, idrar yolu aracılığıyla atılır. Bu atım isteğe bağlıdır ve belli bir düzeye kadar tutulabilir. Beyinde idrar atımını kontrol eden bölgeler arasında pontin mikturisyon merkezi, periakueduktal gri ve serebral korteks bulunmaktadır. İnsan gibi plasentalı hayvanların erkeklerinde idrar penis yoluyla, dişilerindeyse vajina yoluyla atılır. 

İdrarın içerisinde bulunanları şöyle özetleyebiliriz:

  • Amonyak (%0.05)
  • Sülfat (%0.18)
  • Fosfat (%0.12)
  • Klor (%0.6)
  • Magnezyum (%0.01)
  • Kalsiyum (%0.015)
  • Potasyum (%0.6)
  • Sodyum (%0.1)
  • Kreatinin (%0.1)
  • Ürik Asit (%0.03)
  • Üre (%2)
  • Su (%95)

Bu oranları iyi inceleyiniz. Yazımızın sonunda üre, ürik asit ve amonyaktan detaylıca bahsedeceğiz. Orada, bu konuya geri döneceğiz. Görebileceğiniz gibi idrarımızın çok büyük bir kısmı sadece sudur. Ancak bu suyla birlikte atılan atıklar, vücudumuzda bulunması halinde son derece ciddi sorunlar yaratabilecek, zehirli veya gereksiz atıklardır.

Böbrekler, vücudu sabit bir derişimde tutmaya çalıştığı için, eğer ki gereğinden az su tüketiyorsanız, idrarınız koyu olacaktır. Çünkü fazla su, idrarla birlikte atılır ve eğer ki su tüketiminiz azsa, idrarınız bol miktarda atık içerecek, ancak seyrek su içerecektir. Bu durumda koyu bir renk alacaktır. Eğer ki yeterince su tüketiminiz varsa, o zaman fazla su vücudunuzdan atılacak ve bu sebeple idrarınız da açık sarıdan beyaza kadar giden bir renk aralığına sahip olabilecektir. Aşağıdaki tabloya bir göz atınız:



Eğer ki idrar renginiz 1, 2 veya 3 olarak numaralandırılmış renklerden biriyse, yeterli miktarda su tüketiyorsunuz demektir. Bu şekilde su içmeye devam ediniz ve miktarı azaltmayınız. Eğer ki idrar renginiz, kırmızı çizginin altındaki renklerden biriyse (4-8 arası), o zaman az su tüketiyorsunuz demektir ve acilen daha fazla su içmelisiniz. Günde 6-7 büyük bardak su içerek boşaltım sisteminize destek olabilirsiniz. Eğer ki idrar renginiz 8 numarayla gösterilenden bile koyuysa (kahverengi veya siyah renkteyse), acilen bir doktora görünmeniz gerekmektedir. Bu uyarılarımızı dikkate almanızı tavsiye ederiz.



Boşaltım Sisteminin Evrimi

Boşaltım sisteminin, özellikle de böbreklerin asıl görevinin suyu vücutta tutmak olduğunu söylemiştik. Bu, gerçekten de çok önemli bir özelliktir. Ancak bu sistemin diğer yüzü ise, vücutta oluşturulan zehirli atıkların vücuttan çıkarılabilmesidir. Çünkü toksik yapılı bu kimyasallar vücutta bulunacak olursa, zaman içerisinde doku ve organlara zarar vermektedirler. Bu yüzden boşaltım sistemi, hem suyu mümkün olduğunca vücut içerisinde tutacak, hem de zehirli atıkları bir an önce ve en güvenli şekilde vücuttan atacak bir şekilde evrimleşmek zorundadır. Zehirli atıkları tehlikesiz hale getirmenin en kolay yolu, su ile seyreltmekten geçmektedir. Görebileceğiniz gibi burada, evrimsel süreci tetikleyen bir çelişki doğmaktadır: hem suyu kaybetmemek gereklidir, hem de suyu kullanarak zehirli atıkların seyreltilmesi gereklidir. Bu denkleme, bir de enerji sarfiyatının, evrimin her alanında olduğu gibi, en az düzeye indirmek zorunluluğu eklendiğinde, evrimsel analizin çok dikkatli yapılması gerektiği anlaşılmaktadır. Neyse ki, on yıllardır boşaltım sistemi fizyolojisi ve evrimi üzerine çalışan bilim insanları, bu sistemin evrimsel geçmişini eksiksiz olarak ortaya çıkarmış ve tüm evrimsel öngörülerimizin bu sistemin evriminde de doğrulandığını insanlığa ispat etmişlerdir.

Bu konuya gelmeden önce, boşaltım sisteminin evrimine hızlıca bir göz atalım. Dediğimiz gibi, bu konu çok detaylı aydınlatıldığı için, çok uzun bir yer kaplayabilmektedir. Biz, okurlarımızı sıkmamak adına burada sadece önemli noktalara yer vereceğiz:

Hemen hemen her sistem ve organda olduğu gibi, her şeyi hücresel boyuta kadar izlemek mümkündür. Çok hücreli organizmalarda gördüğümüz sistemlerin basit versiyonlarını ya da analoglarını hücresel boyutta bulmak mümkündür. Boşaltım sistemi de, bir "sistem" olarak olmasa da, bir dizi kimyasal tepkime biçiminde hücrelerde bulunmaktadır ve çok önemli işlevlere sahiptir. Hücrelerde atıklar koful adını verdiğimiz keseciklerle hücre dışına atılmaktadır. Bu sürece lizozom adını verdiğimiz organeller de dahil olmakta ve özellikle zehirli yapılı kimyasalların boşaltımı sağlanmaktadır. Aşağıda bir tek hücreli kofulu görülmektedir:



Daha sonra, tek hücrelilerden çok hücrelilerin evrimi sırasında, yani günümüzden yaklaşık 900 milyon yıl kadar önce, özelleşmeler de başlamıştır. Çok hücreli yapılardan, iş bölümü benzeri dağılımlar gerçekleştirebilenler avantajlı konumda kalmışlardır. Dolayısıyla, hücreler arası iletişimin evrimleşmesiyle beraber boşaltım konusunda özelleşen bir grup hücre evrimleşmiştir.

Evrim tarihinde daha da hızlanarak yassısolucanlar, rotiferler, bazı yuvarlak solucanlar, yumuşakçaların atalarını andıran yavruları ve batraklar gibi en ilkin omurgasızlara ulaştığımızda, bu hücre gruplarının daha da özelleşerek, sistem benzeri yapılar geliştirdiği görülür. Ancak bu yapılar, tam da evrimsel öngörümüze uygun biçimde, günümüzdekilerden son derece basittir. Bu canlılarda sadece basit tüp yapıları vardır ve bunlar doğrudan vücut dışına açılırlar. Silli alev hücreleri adı verilen yapılar sayesinde tüp boyunca hareket eden sıvı süzülür ve atıklar bu tüplerin sonunda, vücut dışına atılır. Bu tüpler, protonefridyum adı verilen en ilkel böbrek yapısının bir uzantısı şeklindedir. Protonefridyumun üzerinde bulunan bir dizi delik, sadece küçük molekülerin geçebileceği boyuttadır. Buradan geçen atıklar, kademeli olarak idrara dönüşür ve vücuttan atılır. Aşağıda, bu görülmektedir:





Protonefridyumların sadece düşük ozmotik basınçlı ortamlarda vücuttaki fazla suyun atılması için evrimleşmiş yapılar olduğu düşünülmektedir. Boşaltımı sağlayan ve iyon derişimini ayarlayan özellikleri ilk etapta evrimleşmemiş olabilir. Dolayısıyla tamamen başka amaçlı evrimleşmiş bir yapı, günümüzdeki boşaltım sisteminin temellerini atmıştır. Zaten bu basit yapılı omurgasızlarda boşaltım doğrudan vücut yüzeyinden yapılır ve özelleşmiş organlara pek fazla ihtiyaç duyulmaz. Bazı metabolik atıklar sindirim kanalına geçerek ağızdan da atılabilmektedir. Dolayısıyla protonefridyumlar, çok karmaşık bir sistemin ilk ve basit adımları olarak görülebilir.

Evrimsel süreçte ilerleyip daha gelişmiş yapılı halkalı solucanlar, eklembacaklılar, yumuşakçalar ve toprak solucanlarına geldiğimizde, yassı solucanlardan biraz daha gelişmiş; ancak halen oldukça ilkel bir boşaltım sistemi görürüz. Bu sistem dahilinde nefrostom ve metanefridyum gibi böbreği andıran; ancak bir böbreğin karmaşıklığından oldukça uzak olan, ilkin yapılar görürüz. Bu yapılarla beraber aynı zamanda böbreğin yapısında gördüğümüz tüplere benzer yapıların da evrimleşmeye başladığını gözlemek mümkündür.

Metanefridyum, silli bir bacaya sahiptir. Bu baca, vücut boşluğuna (söloma) bağlıdır ve kıvrık, katlı, zikzaklı yapısı bulunur. Sonunda, doğrudan vücut boşluğuna açılmaktadır. Bu silli tüpler içerisinde suyla birlikte taşınan artık iyonlar, metabolik atıklar, zehirler ve gereksiz hormonlar pompalanır ve nefrostomlar aracılığıyla vücut dışına atılır. Vücuttan atılmadan önce nefridiyopor adı verilen bir boşluktan geçen idrar benzeri yapı, ikinci defa süzülerek ikincil idrara dönüşür. Böylece, evrimsel süreçte ilk defa suyu tutmayı hedefleyen yapıların evrimleştiği görülür. Aşağıda, bir toprak solucanının boşaltım sistemi görülmektedir:





Daha karmaşık yapılı omurgasızlar olan böceklere geldiğimizde ise, toprak solucanlarında görmeye başladığımız tüp yapılarının daha da evrimleşerek Malpighi Tüpleri adı verilen özel bir hale dönüştüğünü görürüz. Bu yapıların evrimleşmesinin temel sebebi, artık canlıların belli ortamlarda yaşamak yerine derişim ve su miktarı bakımından oldukça değişken bölgelerde yaşamaya başlamış olmasıdır. 

Bu yapılar halen böbreklerden oldukça basit özelliklere sahiptir; ancak evrimsel süreçteki daha ilkin türlerden daha karmaşık özelliklere sahiptir. Örneğin Malpighi tüplerinde, yoğun potasyum derişimi sayesinde osmoz meydana gelir ve emilim daha başarılı bir şekilde gerçekleştirilebilir. Vücut sıvıları bu şekilde vücuda geri emilirken, atıklar böceklerin sindirim kanalına iletilir. Daha basit yapılı olan bu tür bir boşaltımda, su geri emilerek atıklar vücuttan dışarı atılır. 

Malpighi Tüpleri, evrimsel süreçte daha basit yapılı canlılarda gördüğümüzün aksine vücut dışına açılmaz. Hemolimf adı verilen vücut sıvısı içerisine gömülüdür ve doğrudan sindirim kanalına açılır. Tübüller üzerinde bulunan taşıma epitelinden salgılanan nitrojenli atıklar ve tuzlar, vücut sıvısından bu tüplere doğru geçerler. Dolayısıyla tüpler içerisinde artan derişimden ötürü, su da bu kimyasalları ozmos yoluyla takip eder. Bu yöntemler sebebiyle böcekler, suyu tutma konusunda öncüllerinden oldukça avantajlı konumdadır. Karalara adapte olmuş olmaları ve sulardan uzak bir yaşam sürmeleri, bu evrimsel değişimi açıklamaktadır. Zaten bu sayede karaları ilk işgal edebilen hayvanlar böcekler olmuştur.

Aşağıda, bir karıncanın boşaltım sistemi gösterilmektedir:




Omurgalılarda vücut planlarının daha karmaşık bir hal almasıyla, sistemler de daha organize bir hale evrimleşmiştir. Örneğin ilkin böbrek benzeri yapılardan, simetriye uygun biçimde çift yapılar evrimleşmiş ve nefronlara sahip olan böbrekler gelişmiştir. Evrimsel analizi birçok farklı açıdan yapılmış olan nefron yapısının vücut boşluğundaki (sölomdaki) keseciklerden evrimleştiğini ortaya çıkarmıştır. İlkin silli nefrostom yapısı kademeli olarak vücut boşluğundan bağımsız hale gelmiş ve en basit yapılı nefronların evrimleşmesine sebep olmuştur. Buna sebep olan avantaj, atıkların vücut boşluğundan bağımsız kanallarda tutulmasının getirdiği faydalardır. Aşağıda, bir insan boşaltım sistemi görülmektedir. Gözleyebileceğiniz gibi, daha ilkel formların sadece biraz daha düzenlenmiş ve gelişmiş formu olduğu görülebilecektir:




Görülebileceği gibi, diğer tüm sistemlerdekine paralel olan ve evrimsel süreçle tamamen uyumlu bir böbrek evrimi gözleyebilmekteyiz. Kademeli ve adım adım gelişen evrimsel süreç sayesinde, günümüzde sahip olduğumuz en önemli organlardan birine erişiriz. 

Üstelik evrimsel öngörülerimizle tam olarak uyuşan tek yapı, nefronların evrimi değildir. Canlıların evrimsel süreçte adapte oldukları ortamlar, bu ortamlarda suyun tutulmasının önemiyle birleşince, çok ilginç ve evrimi net biçimde görmemizi sağlayan bir analizi mümkün kılmaktadır: amonyak, üre ve ürik asit atımı.



Amonyak, Üre ve Ürik Asit ile Bunların Evrimsel Analizi

Esasında vücuttan idrar yoluyla atılan ana unsur, nitrojenli atıklardır. Bunun başında da, hücresel fonksiyonlar sonucunda bol miktarda üretilen amonyak gelir. Amonyak, son derece zehirli ve tehlikeli bir unsurdur. Bunun vücuttan atılabilmesinin iki temel yolu vardır: ya amonyak daha az zehirli bir ürüne dönüştürülecektir, ya da bol miktarda suyla seyreltilerek doku ve organlara zarar vermeden atılacaktır. Şimdi bu analizi yaparak, özellikle omurgalılarda evrimsel sürecin tam da öngördüğümüz ile nasıl uyuştuğunu görelim:

Konu oldukça basittir: canlılar, vücutlarındaki amonyağı atmak zorundadırlar. Bunu su ile seyrelterek yapmak zorundadırlar, yoksa boşaltım sistemlerine hasar verir. Dolayısıyla bir şekilde su sarf edilmek zorundadır. Eğer ki su sarfiyatı riskliyse (yeterince suya erişim bulunmuyorsa), amonyak kimyasal bir dizi tepkimeden geçerek üre veya ürik aside dönüştürülür, böylece hem toksik etkisi düşürülür, hem de seyreltmek için kullanılacak su miktarı azaltılmış olur. Bunun evrimsel analizi sadece "Hangisi daha zehirli?" sorusu üzerinden yapılamaz. Çok daha detaylı bir analiz gerekmektedir. Aşağıda, amonyağın üre ve ürik asit ile olan ilişkisi görülmektedir:




Görülebileceği gibi amonyak üreye de, ürik aside de dönüştürülecek olsa, yüksek bir enerji maliyeti gelmektedir. Çünkü bir kimyasalı diğerine dönüştürmek, hele ki zehirli etkisini azaltarak yapmak oldukça zordur. Ancak sadece enerji sarfiyatı yapılacak diye, suyu bolca harcayarak amonyak olarak atmak da, evrimsel açıdan mümkün değildir.

Dolayısıyla, evrimsel analizde birçok farklı açıdan inceleme gereklidir. Bu konu çerçevesinde, amonyak-ürik asit-üre üçgeninin evrimsel analizi, sadece zehirlilik oranı bazında değil, sarf edilen su miktarı, bu suyun kaynakları, bu kaynakların tuzluluk oranı, bu özellikleri evrimleştiren türlerin yaşam biçimleri ve habitatları, bu habitatlardaki tuzlu/tatlı su oranları, bu türlerin doğum biçimleri, yavruların büyüklükleri, rahmin ve yumurta kanallarının ozmotik basıncı ve benzeri konular dikkate alınmalıdır. Biz bunların her birine girecek olursak, yüzlerce sayfalık bir kitap yazmamız mümkün olacaktır. Burada, sadece genel bir bakış atarak, evrimsel sürecin doğada nasıl gözlendiğini göstermeye çalışacağız.

Balıklar amonyağı amonyak olarak atarlar. Amonyak, bahsettiğimiz gibi son derece zehirli bir kimyasaldır. Ancak balıklar bunu olduğu gibi atmayı başarabilirler, çünkü sürekli suya erişimleri vardır ve su sıkıntısı çekmezler. Bol miktarda su tüketerek, amonyağı seyreltirler ve kendilerine zarar vermeden vücutlarından atarlar. Su sıkıntıları olmadığı için, harcayacakları suyun miktarı önem arz etmez. Dolayısıyla balıklar en fazla suyu harcarlar ve amonyağı başka bir ürüne çevirmek için enerji sarf etmezler (ki bu çevrim masraflı bir iştir). Burada dikkat edilmesi gereken bir nokta vardır: su sarfiyatı, sadece "su içildi, su tüketildi" şeklinde düşünülmemelidir. Tüketilen su, sadece amonyağın seyreltilmesinde kullanılmamaktadır. Hücrelerin on binlerce fonksiyonu suya bağlıdır. Burada önemli olan, suya devamlı erişimi olan balıkların, amonyağı seyreltmeleri sırasında kendi hücrelerinin kullanacağı sudan da fedakarlık etmiyor olmalarıdır. Dediğimiz gibi, zaten bünyelerine sürekli bir su akışı bulunmaktadır. Bu sayede en düşük enerji sarfiyatıyla, en bol su tüketimiyle ancak vücut hücreleri için kullanılacak sudan hiç fedakarlık etmeyecek biçimde, en kolay yoldan amonyak vücut dışına atılmış olur.

Karasal omurgalılarda, balıklardaki gibi suya sürekli erişim bulunmadığından ve amonyağın atımı için kullanılan solungaç yarıkları artık evrimsel süreçte yitirildiğinden, farklı bir yol gerekmektedir. Amonyak, üre ya da ürik aside dönüştürülür (ki bunun için ekstradan enerji sarf etmek gerekir ve zor bir iştir); buna karşılık olaraksa daha az su tüketilerek amonyağa göre daha az zehirli etkileri olan bu kimyasallar seyreltilmiş olur. Ancak suya erişimin olmadığı dönemlerde bu süreç için hücrelerin kullanacağı sudan fedakarlık etmek gerekir ve bu, karasal türlerin sıklıkla başına gelmektedir. İşte üre ya da ürik asit dönüşümünün evrimi buna göre belirlenir. 

Üre, orta düzeyde zehirlidir, suda oldukça iyi çözünür ve bu yüzden dokulara hasar vermeden depolanma imkanı vardır. Ancak ürenin oluşumu oldukça zorlu bir süreçtir: Ornitin, sitrulin, aspartat, argininosukinat, arginin gibi kimyasallar ve enzimlere ihtiyaç duyulur. Aşağıda bu dönüşüm gösterilmektedir:





Ürik asit üreden bile daha az zehirlidir; ancak suda neredeyse hiç çözünmez. Bu sebeple böbreklerde yine masraflı bir şekilde sentezlendikten sonra kloaka gönderilir ve buradan dışarıya atılır. Ürik asidin de seyreltilmesi gerekir; ancak bunun için en az düzeyde su kullanılır. Ürik asidin bir diğer faydası ise, atımı sırasında çözelti içerisinde çöker ve ozmotik basıncı düşürür. Bu da, yumurtayla üreyen canlıların embriyoları üzerindeki ozmotik basıncı azaltmaktadır. Böylece, yumurtayla üreyen hayvanlarda ürik asit olarak amonyak atımının desteklendiği görülür.

Şimdi... Evrimsel süreçte balıkların ilk atalarımızdan olduğu, sonrasında lop yüzgeçli balıkların bir grubundan amfibilerin, onların bir grubundan sürüngenlerin, sürüngenlerin bir kolundan memelilerin, diğer bir kolundan ise kuşların evrimleştiğini bugün tamamen net bir şekilde biliyoruz. Bu süreçte, türlerde çok ciddi birçok değişim meydana geliyor ve bunları tekil olarak analiz etmek doğru sonuçlar vermez. Fakat her ne özelliğe bakarsak bakalım, evrimsel sürecin ve evrimsel biyolojinin öngördüğü ile %100 uyumlu adımlar görmekteyiz. Şöyle ki:

Evrim, ortama en uygun olan nesillerin hayatta kalması sonucu gelen değişimlerle olur (en basit tanımıyla). En eski atalarımız olan balıklar, en az enerji sarfiyatı ve fedakarlık ile amonyağı vücutlarından atabilirler, bunu izah etmiştik.

Sürüngenler ve kuşlar ise, yumurtlayarak üremeyi sürdüren hayvan sınıfları olarak ve sulara erişimi oldukça kısıtlı olan veya sadece tuzlu su tüketebilen, dolayısıyla ozmotik basıncın sürekli yükselmeye meyilli olan canlı grupları olarak, tam da amonyaklı idrar atımı ile üreli idrar atımı arasında bir geçiş niteliğinde olan ürik asit ile atımı kullanmaktadırlar. Çünkü ürik asit ozmotik basıncın düşürülmesini destekler ve sulara erişimi kısıtlı olan canlıların vücutlarında kullanacakları su kaybından fedakarlık yapmalarını önler.

Üre ise su kaybını gerektirir, ancak atımı ürik asitten daha kolaydır. Hele ki tatlı sulara erişim varsa, ürenin kullanımı evrimsel açıdan avantajlar sağlar. Bu sebeple memeliler ve amfibilerin neredeyse hepsi ile özel bazı atım mekanizmalarına sahip olan ve suya bol erişimleri olan köpekbalığı gibi kıkırdaklı balıklar üre ile atım sağlarlar. Köpekbalıklarındaki bu adaptasyonun sebebi, kıkırdaklı balıklar olarak evrimsel basamakta daha ilkin ataları temsil ediyor olmalarından ötürü yapısal farklılıkları bulunmasıdır. Su dengesi konusunda ürenin çözünürlüğünün onlara avantaj sağlamaktadır. Üreyi kanlarında biriktirerek hiperozmotik hale gelirler ve bu sayede okyanustan vücutlarına düzenli olarak su alabilirler. Bu sayede, su kaybını üre aracılığıyla kontrol edebilirler. Kemikli balıklarda ise bundan farklı mekanizmalar işlemektedir. Örneğin solungaçlar amonyağı doğrudan atacak şekilde özelleşmiştir ve kıkırdaklı balıklardaki adaptasyondan daha verimli bir şekilde evrimleşmişlerdir.

Üstelik geçiş noktalarında evrimsel süreçle o kadar uyumlu örnekler vardır ki, sadece amonyak-ürik asit-üre ilişkisinden bile evrimin gerçekliğini görmek mümkündür. Örneğin, amfibilerin balıklar ile sürüngenler arasında bir geçiş olduğunu söylemiştik. Hayatının tamamını suda geçiren kurbağa larvaları, suya sonsuz erişimleri olduğundan amonyak ile atım gerçekleştirirler. Ancak kurbağaya dönüşmelerinden sonra, sularla ilişkileri göreceli olarak azaldığından, ancak halen tatlı sulara bol erişimleri bulunduğundan üre ile atım gerçekleştirirler. Ufacık yumurtalar yumurtlayan ve ozmotik basıncın göreceli olarak önemsiz olduğu bu hayvanlarda ürik asit ile atımın evrimleşmemesi tam da öngöreceğimiz bir şeydir ve doğrulanmaktadır. Benzer şekilde, gününün saatlerini tuzlu sularda geçirebilen tuzlu su timsahlarında, tıpkı balıklarda gördüğümüz gibi amonyak ile atım bulunur. Örnekler çoğaltılabilir.

Aşağıda, tüm bu anlattıklarımızı özetleyecek bir nitrojenli atık evrim ağacı görülmektedir:



Görüldüğü gibi bu süreç, evrimsel analizle tam olarak açıklanabilmektedir.

Kısaca... Bu niteliklerin tamamında evrimsel geçmişe ve evrimsel çıkarımlara uyumlu sonuçlar elde ederiz. Canlılar, gerçekten de etraflarına uyum sağlayacak biçimde evrimleşmektedirler, bu kaçınılmaz bir doğa yasasıdır. 

Üstelik, bu noktada bir diğer önemli kısmın altını da çizmek gerekmektedir: evrimsel süreç mutlak değildir. Kademeli, yavaş, dönüşümseldir. Dolayısıyla "X türü sadece ürik asit atar." diye bir argüman, konu hakkındaki bilgisizlikten doğar. Yazımızın en başında, insanın idrarı içerisindeki kimyasallardan bahsetmiştik. Göreceğiniz üzere, aslında her hayvan türü, hem amonyak, hem üre, hem de ürik asit atabilmektedir. Çünkü eğer ki gerekli dönüşüm mekanizmaları ve kimyasallar vücutta bulunuyorsa, bu tepkimelerin gerçekleşmesi işten bile değildir. Bu yüzden, esasında "X türü yoğunlukla üre atar." demek, bilimsel açıdan daha isabetli olacaktır. Türler, ortamlarına en uygun olacak şekilde bu derişimler konusunda özelleşmektedirler. Üstelik, tür içerisindeki her bir bireyde bu özellikler ve derişimler farklılık gösterebilecek ve bu çeşitlilik, evrimsel gelişimin ham maddesi olacaktır. Evrim mekanizmalarını tam olarak anlamış bir bireyin, bu çeşitliliği de anlaması gerekmektedir.



Sonuç

Tüm bunlardan ve daha sayfalarca yazılabilecek analizlerden görülebileceği gibi boşaltım sistemi de, diğer tüm sistemlerimiz gibi evrimsel biyoloji sayesinde aydınlatılmış ve türlerin farklı ortamlarda ne yönlerde evrim geçirebileceğine dair bize çok önemli ve kıymetli bilgiler sunabilmiştir.

Umuyoruz okurlarımıza sistemlerin evrimi bakımından önemli gördüğümüz bu noktayı yeterince izah edebilmişizdir.

Saygılarımızla.
ÇMB (Evrim Ağacı)

Kaynaklar ve İleri Okuma:
  1. Maton, Anthea; Jean Hopkins, Charles William McLaughlin, Susan Johnson, Maryanna Quon Warner, David LaHart, Jill D. Wright (1993). Human Biology and Health. Englewood Cliffs, New Jersey, USA: Prentice Hall. ISBN 0-13-981176-1.
  2. Walter F., PhD. Boron (2004). Medical Physiology: A Cellular And Molecular Approach. Elsevier/Saunders. ISBN 1-4160-2328-3
  3. Clapp, WL. Renal Anatomy. In: Zhou XJ, Laszik Z, Nadasdy T, D'Agati VD, Silva FG, eds. Silva's Diagnostic Renal Pathology. New York, NY: Cambridge University Press; 2009.
  4. Guyton, Arthur C.; Hall, John E. (2006). Textbook of Medical Physiology. Philadelphia: Elsevier Saunders. p. 310. ISBN 0-7216-0240-1.
  5. Ecology & Evolutionary Biology - University of Colorado at Boulder. "The Kidney Tubule I: Urine Production." URL: http://www.colorado.edu/eeb/web_resources/cartoons/nephrex1.html
  6. Cornell University BIOG 105-106 Ders Notları
  7. Estrella Mountain Community College
  8. Marietta College
  9. West Virginia University
  10. Boundless
  11. How Stuff Works
6 Yorum