Çenenin Evrimi ve Hayvanlarda Çene Basıncı: Bir Jipe Saldıran Timsah!

Çene, temel olarak kafa bölgesinde bulunan, ağzın girişini barındıran ve karşılıklı veya yarı-karşılıklı olarak açılıp kapanabilen kemik yapısının genel adıdır. Temel görevi, yiyecekleri yakalamak ve ağza yönlendirmektir. 

Çene yapısının ilk olarak Silüryen Dönem'de (443-416 milyon yıl önce), günümüz modern balıklarının atalarında evrimleştiği ve tüm omurgalılara bu şekilde aktarıldığı düşünülmektedir (sinapomorfi = synapomorphy: atasal bir noktada kazanılmış bir özelliğin torun türlere aktarılması). Silüryen Dönem'de yaşamış Zırhlı Balıklar (Placodermi) sınıfında evrimleştiği düşünülen çene yapısının Devonyen Dönem'de (416-359 milyon yıl önce) yaygınlaşıp çeşitlendiğine dair pek çok bulgu mevcuttur.

Bilim insanları, yaşamış son çenesiz omurgalılar olan Çenesiz Balıklar (Agnatha) süpersınıfında bulunan 9 yutak kemerinden (pharyngeal arch) ikisinin kaynaşıp kafatasından ayrılarak Gerçekçeneliler (Gnathostoma) infrafilumunda çene yapısına dönüştüğünü düşünmektedir. Ayrıca bu evrimin temel sebebinin avlanmak değil, solunum verimliliğini arttırmak olduğu düşünülmektedir. Çenenin, ilk evrimleştiği dönemde, günümüzdeki balıkların ve amfibilerin bir kısmında görünen ve balıklarda solungaçlara su, amfibilerde ciğerlere hava pompalamaya yaratyan ağızsı pompa (buccal pump) görevi gördüğü düşünülmektedir. Ancak daha sonradan, tıpkı beynimizin evrimi sayesinde hayal gücümüzün gelişmesi gibi, çene de amacı dışında avlanmak için özelleşmeye başlamış ve bugünkü haline doğru evrimleşmiştir. 

Çenesiz balıklar, genellikle filtreleme ve emme yöntemleriyle beslenmekteydi. Ancak daha sonradan, çenenin evrimiyle bu beslenme tipleri değişerek omurgalılar arasında "avlanma" gelişmeye başladı. Günümüzde halen bazı balıklarda çenesiz emici ağız yapısı görülmektedir (asalak balıklar ve taşemenlerde). 

Daha sonra, denizlerden karaya çıkmanın sonucunda evrimleşen dörtayaklılarda (tetrapod), çok güçlü çeneler bulunmamaktaydı. Dolayısıyla ağzı açıp kapamak zor ve sorunluydu. Dolayısıyla amfibilerin en ilkin dönemlerde de besinlerini çiğnemeden yuttukları düşünülmektedir. Günümüzde de bu durum çoğu amfibi için bu şekilde sürmektedir. Günümüz amfibilerinde, çene içerisinde konumlanan dil, ön tarafa kayarak avlanma görevini üstlenmiştir. Kurbağaların mızrak gibi fırlayan dilleri, buna en iyi örnektir. Ayrıca yapışkan hale gelen dil, avın kaçma ihtimalini en aza indirmeyi hedeflemektedir. 

Sürüngenlerde, çeneler gittikçe daha güçlü bir hale gelmeye başlamış ve avlanmak için özelleşmiştir. Üstelik çene, sürüngenlerden memelilere geçiş için gözlenebilecek en harika organlardan biridir, çünkü birebir geçişi gözler önüne sermektedir. Sürüngenler, gelişmiş çeneleri sayesinde gerçek birer avcı haline gelmişlerdir. Ancak halen bazı sürüngenler, amfibilerden evrimleştikleri için, onlara ait özellikleri taşımaktadırlar; ancak sürüngen olduklarını belli eder pek çok özellikleri de evrimleştirmişlerdir. Örneğin, en güçlü çenelere sahip olan timsahlar bile besinlerini çiğnemeden yutmaktadırlar. Çünkü bu hayvanlarda, çene kasları güçlüce kapanmak için evrimleşmiş; ancak asla kaslar gerisin geri açılacak şekilde özelleşmemiştir. Dolayısıyla, timsah çenesini kapatmak oldukça kolay, ancak açmak oldukça zordur. Ya da bir diğer deyişle, bir timsah çenesini kapatmak istediğinde ona engel olamazsınız; ancak çenesini açmak isterse, tek parmağınızla bile çenesini açmasına engel olabilirsiniz.

Memelilerin çenesi, yukarıda belirttiğimiz gibi, sürüngenlerden memelilere geçişte harika bir geçiş göstermektedir. Sürüngenlerin çenesinde bulunan artiküler kemiği (articular bone) ve kuadrat (quadrate) gittikçe küçülmüş ve yukarıya, kulağa doğru kaymıştır. Günümüzde, kulağımızda bulunan çekiç, örs ve üzengi kemikleri, atalarımız olan sürüngenlerin çenelerinde bulunan kemiklerle birebir benzerlik göstermektedirler. Ancak bu hareket, bizlere bir de dezavantaj vermektedir. Kranyal hareket (Cranial Kinesis) denen ve alt ve üst çenenin birbirinden bağımsız hareket edebilmesi durumu memelilerde görülmez. Memelilerde temel olarak hareket eden, kranyum denen kafatasına temporal kemik ile bağlı olan alt çenedir. Üst çene, kafatası ile kaynaşıktır ve hareket etmez. 

Günümüzde, moleküler kanıtlar da Evrimsel Biyoloji'nin güçlü ışığına güç katmaktadır. Hayvanlar üzerinde yapılan genetik araştırmalar sayesinde, vücut organlarımızın embriyolojik dönemde nasıl üretildiğini görebilmekteyiz ve hangi genlerin, hangi organın gelişiminde nasıl bir etkisi olduğunu bilmekteyiz. Örneğin, çene ile ilgili son derece önem arz eden meşhur HOX genleri ile Dlx genleri, çenenin oluşumuna, diğer türlerden nasıl evrimleştiğine ışık tutmaktadır. Burada, kafaları karıştırmamak için bu konuya çok ayrıntılı girmeyeceğiz; ancak temel olarak yapılan, sürüngenler, amfibiler, balıklar ve memelilerde çene yapısının genetik olarak incelenmesi ve nükleotit dizilimindeki değişimlere (evrime) bakılmasıdır. Bu yapıldığında görülen şudur ki, memelilerde bulunan doku ve organlar, atalarımızda bulunan yapılarla birebir benzerlik göstermektedir. BMP2/4 ve Fgf8 genleri üzerinde yapılan çalışmalar da, çenenin evrimiyle ilgili daha net sonuçlara ulaşmamızı sağlamaktadır.

Şimdi, günümüzdeki bazı hayvanların çenelerinin ne kadar güçlü olabileceğini ve insanlar olarak bizlerin, ısırmak konusunda ne kadar zavallı olabileceğimizi göstermek istiyoruz.

Öncelikle, hayvanların çene güçleri özel bir basınçölçer kullanılarak, Mega Pascal (MPa) cinsinden ölçülmektedir. Peki, MPa ne demektir, bununla ilgili biraz bilgi verelim:

1 MegaPascal (1 milyon Pascal), metrekare başına 1 milyon Newton kuvvet demektir. Bu da 100.000 kilogram kütleye sahip bir cismin, yer çekiminin yaklaşın 10 m/s2 olduğu bir yerde, 1 metrekarelik alana etki eden basınca eşittir.

Ancak daha anlaşılır olması adına, bizlerin daha anlayabileceği bir cinsten de örnekleyeceğiz: ton-kuvvet/metre kare. Bu, genellikle yaşlı amcaların "Bu hayvan kaç ton basıyor ağzıyla?" gibi sordukları sorunun bilimsel karşılığıdır. Ton, bir ağırlık birimidir. Bunu, basınç birimine çevirmek için bir miktar basit dört işlem yapılır. Ancak temel olarak anlamış şudur: Bir metrekarelik alana uygulanan, kütle birimi ton iken meydana kuvvetin şiddeti. 

Burada önemli olan bir nokta, yine hatalı olarak memlerdir. İnsanlar, her ne sebeple bilemiyoruz ama, "Pitbull'un ağzı 3 ton basar!" gibi bilgilere kanmaktalardır ve bunun ne demek olduğunu bilmezler. İlk olarak Pitbull'lar 3 "tonluk" bir ısırma kuvvetine sahip değildir, zaten "ton", bir basınç birimi değildir. Genelde insanlar, "ton" denildiği için, örneğin 3 tonluk bir arabanın ağırlığı ile kıyaslarlar. Halbuki bu, basınç ölçüleri için tam olarak bu şekilde işlemez. Dolayısıyla benzeşim kurmak hatalı olacaktır. Biz, aşağıdaki verilerden sonra, bir örnek vereceğiz bununla ilgili.

Zaten önemli olan, göreceli büyüklükler olduğu için, birini referans alarak diğerlerini kıyaslarsanız, aradaki farkları görebilirsiniz:

• Pitbull: 1.6 MPa = 163 ton-kuvvet/metrekare
• Leopar: 2.1 MPa = 214 ton-kuvvet/metrekare
• Alman Kurdu: 1.6 - 5.5 MPa = 163-561 ton-kuvvet/metrekare
• Sivas Kangalı: 4.92 MPa = 502 ton-kuvvet/metrekare
• Rottweiler: 2.3 - 2.4 MPa = 240 ton-kuvvet/metrekare
• Aslan: 4.76 MPa = 485 ton-kuvvet/metrekare
• Sırtlan: 6.89 MPa = 703 ton-kuvvet/metrekare
• Timsah: 17.2 - 34.47 MPa = 1754-3515 ton-kuvvet/metrekare
• İnsan (rekor): 0.8 MPa = 81.6 ton-kuvvet/metrekare
• Beyaz Köpekbalığı: 4.13 MPa = 421 ton-kuvvet/metrekare
• Mürekkepbalığı: 6.89 MPa = 703 ton-kuvvet/metrekare

Timsahlarda Çene Basıncı

Şimdi algılama amaçlı bir örnek verelim:

Timsahın çene basıncını yorumlayacak olursak, kütlesi 4.130.000 kilogram olan bir cismin, 1 metrekare alana yaptığı basınç ile eşdeğerdir. Bu da NASA'nın 70 metre çapına sahip ve aşağıda gösterdiğimiz Mars Anteni'nin 1 metrekarelik bir alana sıkıştırılıp bir köşesinden konulduğunda, yere uyguladığı basınca eşittir:

NASA

Paleontolojik verilerden elde edilen sonuçlarla yapılan analizlere göre günümüzden 66 milyon yıl kadar önce yaşamış olan T. rex isimli dinozorların en kötü ihtimalle (en düşük ölçümlere göre) 53 MPa çene basıncına sahip olduğu düşünülmektedir. Ancak burada, elbette ki, boyutlar da önemlidir. Boyutları oranlayacak olduğumuzda, tatlısu timsahlarının çene basıncının, T. rex ile boy ölçüşebilir olduğu görülmektedir.

Bugüne kadar bildiğimiz en güçlü çene basıncı, ortalama bir limuzin ile aynı uzunlukta olan Deinosuchus cinsi dinozorlara aittir. "Berbat timsah" anlamına gelen bir isme sahip olan bu canavarların çene basıncı 159.2 MPa civarındadır! 

Uzun lafın kısası, eğer ki bir dinozorun ısırığının etkilerini görmek istiyorsanız, bir timsahın ısırığına bakmanız gerekmektedir. Yukarıdaki videoda izlediğimiz de tam olarak budur!