Mürekkep Balıkları, Işık Üretmek İçin Bakterileri Kullanıyor!

Simbiyont: Vibrio fischeri

V. fischeri bakterisi; ışıldama, Gram-negatif, deniz heterotrofu özellikleri gösteren bir bakteridir. V. fischeri, konaklarla hem iş birliği yapan hem de patojenik etkileşime giren Vibrionaceae ailesine dahildir. Ilıman ve astropikal iklim bölgelerinde görülür. V. fischeri doğada 3 şekilde bulunur. Tek başına bir saprofit* olabilir, deniz memelilerinin bağırsak florasındaki topluluğun bir üyesi olabilir ya da bazı balık ve mürekkep balıklarında ışık organı simbiyontu olarak görev alabilir. (*Saprofit: Enerjisini ölü veya çürümüş organizmalardan elde eden canlıdır.)

Microbewiki

Konak: Euprymna scolopes

Euprymna scolopes, gecelerini sığ sularda avlanarak geçiren küçük gececil bir deniz omurgasızıdır. Çoğu kafadan bacaklı gibi, ürkütülen bir E. scolopes kendi boyutlarında bir mürekkep bloğu salar. Salgıladığı bu mürekkep bloğu, etraftaki avcılara karşı bir aldatmaca taktiğidir ve E. scolopes'e kaçması için gerekli süreyi yaratır. Ayrıca, kendini kuma gömebilir, veyahut derisindeki pigment içeren kromatoforlarını daraltarak ya da genişleterek rengini değiştirebilir.

E. scolopes' in avcılara karşı sahip olduğu kozlardan biri de ışıldayan V. fischeri bakteri topluluğudur. Bu topluluk, mürekkep balığının manto boşluğundaki özelleşmiş ışık organında bulunur. Erişkin bir mürekkep balığının ışık organı birkaç konak dokudan oluşur. Bu dokular bakteri simbiyontlarının bulunduğu merkezi epitel doku ile kaplı kript boşlukları, bakterilerin yaptığı ışımayı yönlendiren bir yansıtıcı ve mürekkep kesesi, bakterinin yaptığı ışımanın yoğunluğunu değiştiren kalın bir lens ile sarı filtrelerden meydana gelir. Ay ışığı ve diğer yıldızların ışıkları suda aşağıya doğru yönlendiği için mürekkep balığı da kamuflaj için ürettiği ışığı aşağı doğru yönlendirir. Işığın yoğunluğunu dışarıdan gelen ışığa uygun bir şekilde ayarlar ve bu şekilde silüetini görünmez hale getirir.

National Geographic

Simbiyontun Özgüllüğü

Mürekkep balığı-bakteri simbiyozunda hem mürekkep balığı hem de onun bakteri partneri, ışık organının verimliliğini arttırmak için ortak mekanizmalar geliştirmiştir. Yavru mürekkep balığı, her tarafı mikroorganizmalarla dolu (1 mililitre başına 1 milyon bakteri hücresi) deniz suyunun içine doğar. V. fischeri hücreleri doğal bakteri topluluğunun %0.1'inden daha azını oluşturmasına rağmen, mürekkep balığı yumurtladıktan sonraki birkaç saat içinde ışık organını kolonize eder.

Eğer suda V. fischeri hücresi yoksa kolonizasyon gerçekleşmez. Işık üretmede kusurlu olan mutant V. fischeri suşları da ışık organını kolonize edebilmesine rağmen, yabani tipler (Euprymna scolopes) söz konusu olduğunda fazla dayanamazlar. Bu mutant hücreler, mürekkep balığı yabani tip V. fischeri hücrelerine maruz kaldığında rekabeti kaybederler ve ışık organı sağlıklı hücreler tarafından kolonize edilir. Birbirlerine yakın akraba olan Euprymna türlerinden izole edilen V. fischeri suşları, birbirine yakın türleri kolonize edebilir. Farklı V. fischeri suşları türün kendine özgü suşu geldiği zaman rekabeti kaybeder. Mürekkep balığı kendine en fazla faydayı sağlayacak suşu seçer ve bu suş ona özgü olur.

Wikimedia Commons

Işık Organının Kolonizasyonu

Yumurtadan yeni çıkmış yavru bir mürekkep balığı ışık organını ışık vermek için değil, bakteri yakalamak için kullanır. Solungaç solunumu sırasında deniz suyundaki V. fischeri bakterileri manto boşluğuna dolar. Yeni oluşan organın yüzeyi 2 katlı epitel doku ile örtülüdür. Bu epitel doku bakterilerin hücre duvarının temel yapı maddesi olan peptidoglikanı algıladığı zaman mukus salgılar. Işık organının yüzeyinde bulunan siller akıntı sağlayarak deniz suyundaki bakterileri içeri doğru çeker ancak sadece Gram-negatif bakteriler yakalanır. Yakalanan bakteriler mukus tabakasına yapışarak kümelenirler. Birkaç saat sonra simbiyotik V. fischeri hücreleri ışık organının yüzeyindeki porlardan geçerek kanallara ulaşır. Bu kanallar kript boşluklarına açılmaktadır. V. fischeri hücrelerinin hem kanallarda hem de kript boşluklarındaki sert oksidatif ortama dayanmaları gerekir. Oksidatif strese dayanabilme yeteneği simbiyozun özgüllüğünü belirleyen önemli bir faktör olabilir.

Microbewiki

Işık Organı Morfogenezi

Kolonizasyon işlemi bittikten sonra kriptlerdeki V.fischeri hücreleri ışık organının değişmesini sağlayan bir dizi olayı başlatır. Bu olaylar sayesinde amacı bakteri edinmek olan ışık organı fonksiyon değiştirir ve ışık vermek için özelleşir. Işık organı morfolojisindeki simbiyoza özgü değişimler, V. fischeri'nin membran bileşenleri olan peptidoglikan ve lipopolisakkaritler tarafından sinyallenir ve ikisinin birlikte çalışmaları sonucu 4-5 günlük bir periyot içerisinde amacı simbiyont yakalamak olan bu organın körelmesine yol açar. Bu körelmeden sonra ışık organı ışık yaymak üzere gelişir.

Wikimedia Commons

Simbiyozun Devamlılığı

Işık organı, simbiyotik ilişki başladıktan sonra ömür boyu sürer. Laboratuvar çalışmaları için doğadan yakalanan yüzlerce E. scolopes örneği arasında hiçbirinin asimbiyotik (simbiyotik ilişki yaşamayan) özellik göstermediği görülmüştür. Konak, simbiyontlarına peptit ve protein formunda nitrojen ve karbon sağlayarak onları besler. Kript boşluklarındaki aşırı popülasyonu engellemek için her gün havalandırma işlemi ile bakteri popülasyonunun %95'ini dışarı atar. Geri kalan %5 üreyerek popülasyonu tekrar arttırır.