Bitki Nörobiyolojisi Nedir? Sinirler Olmadan Sinirbilimden Söz Edilebilir mi?

Herhangi bir varlığın “canlı” olarak kabul görmesi için çevreden bağımsız birtakım belirgin özelliklerinin olması gerekir. Dünya üzerindeki hayatı ele aldığımızda, hücreler hayatın yapı taşını oluşturur; öyle ki hayatın ayırt edici niteliklerinden en önemlisi en az bir hücreden oluşmasıdır. Bu üstünkörü tanım, hayat kavramını “bildiğimiz haliyle” yansıtır. Hayatın bilmediğimiz formlarını ele alan oldukça başarılı bir kitabın incelemesini İngilizce olarak okumak isterseniz buraya tıklayın.

Davranışın ve Sinirbilimin Temelleri

Hayatın en temel niteliklerinden biri davranıştır. Canlı bir varlığın hayatta kalması ve nihayetinde üreyebilmesi için -ki evrimde asıl amaç budur- çevresinden bilgi toplayarak bu bilgileri işlemesi, sonrasında ise beslenme ihtiyacını karşılamak veya yırtıcılardan korunmak gibi hayatta kalmasında etkili olacak “tepkiler” vermesi gerekir. Çok hücreli canlılarda, sözü edilen davranışları yerine getirmede rol oynayan belirli hücre çeşitleri vardır. Bu hücre çeşitlerinden biri de nöronlardır.

Nöronların (sinir hücrelerinin) bu özellikleri, “uyarılabilir hücreler” sınıfına dahil olmalarından gelir. Peki, bir hücreyi “uyarılabilir” yapan nedir? Uyarılabilir olsun ya da olmasın, her hücrenin iç yapısı ile dış ortamı arasında bir yalıtım sağlaması gerekir. Bahsi geçen yalıtım hayatın devamı için elzemdir. Bu durum bir bakımdan, hücre içinde ve dışında bulunan iyonların (pozitif veya negatif yüklü atomların) konsantrasyon farkıyla ilgilidir. Konsantrasyon farkının oluşmasında hayvanlardaki iki ana etken sodyum ve potasyum (bitkilerde ise kalsiyum ve klorür) iyonlarıdır.

İçinde ve dışında farklı iyon konsantrasyonları olan hücreye “kutuplaşmış” hücre deriz. Bu özellik tüm hücrelerde bulunur. Uyarılabilir hücreler için ise bu duruma “istirahat zar potansiyeli” denir. İstirahat zar potansiyelini uyarılabilir bir hücre ile dış ortam arasındaki gerilim farkı olarak da tanımlayabiliriz. Sözü geçen gerilim farkı negatif bir değer ile temsil edilir; oldukça düşük seviyede olduğundan milivolt (1 voltun binde biri) ile gösterilir (karşılaştıracak olursak, örneğin kumandalarda kullandığımız sıradan piller 1.5 voltluk bir yük taşır).

Uyarılabilir hücreler, bu potansiyel farkını diğer hücrelerle iletişim kurmak için kullanabilme yeteneğine sahiptir. Bu tür hücreler, zarların bünyesinde voltaj-kapılı iyon kanalları adı verilen, açıldığında iyonların hücre zarından geçmesini sağlayarak yukarıda belirtilen gerilim farkını daha pozitif bir değere getiren belirli proteinler kullanır. İyonların bu geçişi elektrik akımı olarak kayıt edilebilir. Birçok canlı varlığın bir hücreden diğerine bilgi aktarmak için kullanmayı öğrenmiş olduğu bu olguya “depolarizasyon” denir. Bilginin bu şekilde aktarıldığı işlemlere ise “aksiyon potansiyeli” (AP) adı verilir. Bu unsurlar elektrofizyolojinin temelini oluşturur.

Bitkilerde Davranışlar

Davranış genellikle hayvanlarla özdeşleştirilen bir olgudur fakat şunu göz ardı etmeyelim ki bitkiler ve mikroorganizmalar da birtakım davranışlar sergiler! Bakteriler ve diğer tek hücreli canlılar, zehirli maddelerden kaçmak ve besin bulabilmek için çevrelerine tepki verebilir. Bu durum bitkiler için de geçerlidir. Örneğin küstüm otu (Mimosa sp.) temas halinde yapraklarını hızlıca kapayabilir. Daha da etkileyicisi sinekkapan bitkisi (Dionea muscipola), böcekleri, hatta nadiren de olsa yavru bir kurbağa gibi küçük omurgalı canlıları tuzağına düşürebilir. Beslenmek için diğer canlıları avlamak gibi alışılmadık bir davranışta bulunan etobur bitkiler bizlerin oldukça ilgisini çekmiştir zira avlanmak, büyük çoğunlukla hayvanlara özgü bir davranıştır. Böcekçil bitkiler üzerine olan ilk resmî araştırma 1875 yılında Charles Darwin (başka kim olabilirdi?) tarafından yapılmıştır.

Son yıllarda “bitki nörobiyolojisi” adında, nispeten yeni olduğu halde çok tartışılan, üzerinde yoğun araştırmaların yürütüldüğü bir branş oluştu. “Nörobiyoloji” terimi tıpkı “davranış” terimi gibi çoğunlukla hayvan hayatı ile özdeşleştirilir; zira hayvanlarda davranışı mümkün kılan düzenek sinir sistemidir. En temele inersek, sinir sistemleri çevredeki uyarıcılara tepki olarak esas niteliklerinde değişikliğe gidebilmelidir ve genellikle bunu aksiyon potansiyeli (yukarıya bakınız) üreterek gerçekleştirir.

Ancak bu durum bir sorun teşkil ediyor. Çünkü bitkilerin gözlemleyebildiğimiz bir sinir sistemi yoktur. Peki nasıl oluyor da hâlâ davranış sergileyebiliyorlar?

Bitkiler Nasıl Davranış Sergiliyor?

Bitkilerde nöron bulunmamaktadır fakat ne gariptir ki etimolojik açıdan baktığımızda bu ifade kabaca “bitkisel lif (vegetal fiber)” şeklinde çevrilir. Gelgelelim birçok bitki türü sinir hücrelerine benzer bir iç mekanizmaya sahip çeşitli hücrelere ev sahipliği yapar. Hatta çoğu bitki asetilkolin, glutamat ve gamma aminobütirik asit gibi, hayvanlar için bona fide (hakiki) nörotransmitterler olan maddeler üretir. Dahası, aksiyon potansiyeli ilk olarak bitki hücrelerinde gözlemlenmiştir! Bu gözlemi 1873 yılında sinekkapan bitkisi üzerine yaptığı araştırmalarda John Burdon-Sanderson gerçekleştirmiştir. Ne var ki araştırmaların odak noktası elektrik sinyali iletiminden ziyade kimyasal sinyal iletimine yöneldiğinden bu bulgular üzerine pek çalışılmamıştır.

1970’li yıllarda elektrik sinyallerinin bitki fizyolojisinde önemli bir yeri olduğuna dair yeni deliller ortaya sürülmüştür. Ancak P. Tompkins ve C. Bird tarafından kaleme alınan “Bitkilerin Gizli Yaşamı” adlı kitabın yayımını takiben bu alana olan ilgi tekrar sönmüştür. Bu kitap genel itibariyle pek onay görmeyerek bilim camiası tarafından sahte-bilim (pseudoscience) olarak değerlendirilmiş; dolayısıyla bitki elektrofizyolojisi alanına duyulan ilgiyi önemli ölçüde azaltmıştır. Zira çoğu bilim insanı, her ne kadar haksız yere de olsa adı sahte-bilim ile birlikte anılan bir alanda çalışmaya yanaşmak istememiştir.

Bitkilerin elektrofizyolojik özellikler taşıdığı, bu özelliklerin zorlu doğa koşullarına uyum sağlamaları ve bu koşullar altında hayatta kalmaları için önemli bir rol oynadığı tartışmasızdır. Ancak bazı durumlarda, bu alanda yayımlanan çalışmaların deneysel sonuçları yorumlama kısmında aşırıya kaçıldığının haklı olarak eleştirilmesi ve varılan sonuçların alanda önemli nüfuzu olan uzmanlarca deneysel varsayımlar olarak nitelendirilmesi talihsizliktir. Bu çalışma alanının itibarı, bazı araştırmacıların “bitki nörobiyolojisi” ve “beyin gibi” kalıplarını metafor olarak kullanmalarının yarattığı ciddiyetsizlik izlenimiyle daha da zarar görmüştür zira bitkilerin nöronlarının olmadığı aşikârdır. Buna ek olarak kimi bilim insanlarının bitki zekâsı ve algı yeteneğinden dem vurarak henüz hayvan biyolojisinde dahi tam olarak anlaşılmamış olan bu ifadeleri kullanması işimizi pek kolaylaştırmıyor açıkçası. Bilimi, bütün kusurları ve önyargıları doğası gereği bünyesinde taşıyan insanlar ilerletir. Bitki nörobiyolojisi alanıyla ilgili çalışmaları kimi bilim insanlarının sırf bu alanın isminin getirdiği psikolojik engel yüzünden göz ardı etmesi ziyadesiyle mümkündür.

Tüm bunlara karşın, bitki elektrofizyolojisi ve bu olgunun bitki davranışları üzerindeki etkisinin meşru, önemli bilimsel sonuçlara gebe olan oldukça ilginç bir çalışma alanı olduğuna inanıyoruz. Klasik nörobiyoloji araçları ile moleküler biyoloji alanındaki mevcut gelişmeleri hesaba katarsak bizleri bitki davranış çalışmaları açısından enteresan yıllar bekliyor olacak.

Teşekkür: Bu yazıyı çeviren Yılmaz Kasap'a teşekkür ederiz.