Omurgalı Retinası Ters Evrimleşmiş Olmasına Rağmen Nasıl Fayda Sağlar?

İnsan gözü, gündüz renkleri iyi görecek şekilde, geceleriyse yüksek hassaslığa sahip olabilecek şekilde özelleşmiştir. Ancak yakın bir zamana kadar retinadaki hücrelerin ters olacak şekilde yerleştiği düşünülüyordu: ışık, bir küme sinir hücresi üzerinden geçerek ışığa duyarlı koni ve çubuk hücrelerine ulaşabiliyordu. Bu sinir hücreleri, ışığın kalitesini ve içeriğini azaltıyor, dolayısıyla görüntüyü bozuyordu. Amerikan Fizik Cemiyeti'nde sunulan yeni bir araştırma, bu kafa karıştırıcı yapının aslında tam tersine, görüntü kalitesini arttırıcı bir fonksiyonu olabileceğini ileri sürüyor!

Retinanın hassas yapısı yaklaşık 1 asır önce keşfedildi. Retina, gözümüzün ışığa duyarlı bölgesidir ve gözümüzün iç kısmında yer alır. Retinanın arka kısmında kırmızı, yeşil ve mavi renklere duyarlı koni hücreleri bulunur. Bu koni hücrelerinin arasına ise çubuk hücreleri serpiştirilmiştir. Bunlar, koni hücrelerine göre ışığa çok daha duyarlıdırlar; ancak renkleri ayırt edemezler.

Işık, koni ve çubuk hücrelerine ulaşmadan önce retinanın tüm kalınlığı boyunca ilerlemek zorundadır. Çünkü retinada sinir ve hücre çekirdeği katmanları bulunur ve ancak bu katmanlar aşıldıktan sonra koni ve çubuk hücrelerine ulaşılabilir. Bu sinir hücreleri görüntü verisini işledikten sonra beyne iletirler. Ancak yakın bir geçmişe kadar bu ışığa duyarlı hücrelerin önünde neden engelleyici gibi gözüken bir katman bulunduğu bilinmiyordu. Bu, çok uzun süredir var olan bir bulmacaydı ve tüm omurgalı hayvanlarda bu yapının aynı şekilde bulunması, evrimsel süreçte bu tuhaf özelliğin sabitlendiğini gösteriyordu. Tabii ki böyle bir sabitlenme, ancak evrimsel bir avantaj sağlayacak olursa mümkündü.

Leipzig'den bilim insanları, gliya hücresi adı verilen ve tüm retina kalınlığı boyunca bulunan, konileri birbirine bağlayan hücrelerin ilginç bir özelliği olduğunu keşfetti. Bu hücreler metabolizma için çok önemlidir; ancak retinadaki diğer hücrelerden daha yoğun olarak bulunmaktadır. Transparan (şeffaf, ışık geçirgen) olan retina içerisinde bu kadar bol miktarda bulunan gliya hücreleri, yapısal bir özellikleri olan kırılma indisleri sayesinde tıpkı fiber optik kablolarda olduğu gibi ışığı retina içerisinde yönlendiriyor olabilirler!

Bu açıklamayı doğrulamak isteyen Amichai Labin ve Erez Ribak, retinanın bir modelini inşa ettiler ve belli bir yönelime sahip olan gliya hücrelerinin insan görüşünü güçlendirdiğini ortaya koydu. Ancak bunu yaparken, ilginç bir şeyi de fark ettiler: gliya hücrelerinden en iyi geçebilen renkler yeşilden kırmızıya kadar olan renklerdi. Bu da, gündüz vakti gözlerin görebilmek için en fazla ihtiyaç duyduğu renk aralığıdır. Gözümüze genellikle çok fazla mavi renk girer, dolayısıyla maviye duyarlı koni hücrelerinin sayısı daha azdır.

Daha da kapsamlı bilgisayar simülasyonları hazırlayan ikili, gliya hücrelerinde (ve onların etrafındaki konilerde) kırmızı ve yeşil ışığın 5 ila 10 kat daha fazla yoğunlaştığını keşfetti. Buna karşılık, fazladan gelen mavi ışık etrafta bulunan çubuk hücrelerine dağıtılarak yok ediliyordu.

Simülasyonla elde edilen bu şaşırtıcı sonucun, pratik ve gerçek bir deneyle de doğrulanması gerekiyordu. Technion Tıp Fakültesinden bilim insanlarıyla çalışan ikili, gine domuzlarının retinalarından ışığın nasıl geçtiğini gözlediler. İnsanlarda olduğu gibi, bu hayvanlar da gündüzleri aktiftir. Ayrıca retinaları da kapsamlı bir şekilde haritalandırılmış ve çalışılmıştır. Böylece gözleri, insan gözleriyle kıyaslamak için oldukça kullanışlıdır. Ekip, hayvanın gözlerine ışık tutarak retinalarını inceledi ve aynı zamanda bir mikroskop kullanarak retinasını 3 boyutlu olarak taradılar. Bu işlemi, renk skalasındaki 27 farklı renk için tekrar ettiler.

Sonuçlar çok açıktı: retinanın her bir katmanında ışık eşit olarak dağılmıyordu; ancak belli noktalarda odaklanıyordu. Bu noktalar bir katmandan diğer katmana devam ediyordu. Böylece retinanın en üst katmanından, en alt katmanına kadar tünel benzeri bir yapı oluşturarak en alttaki ışığa duyarlı hücrelere kadar ulaşıyorlardı. Işık bu noktalarda, genel ortalamaya kıyasla 10 kata kadar daha fazla odaklanıyordu.

Daha da ilginci, gliya hücreleri tarafından yönlendirilen renkler, ilgili koni hücreleriyle de güzel bir şekilde örtüşüyordu. Koniler, çubuklar kadar ışığa duyarlı değildir; dolayısıyla bu ek ışık, düşük ışık koşullarında bile onların daha iyi görev görmesine yarıyordu. Bu sırada, daha mavi olan ışık gliya hücreleri tarafından pek de iyi yakalanmadığı için civardaki çubuk hücrelerine saçılıyordu.

Bu sonuçlar, retinanın, gliya hücrelerinin yoğunluğu ve boyutlarının gözün duyarlı olduğu renklerle örtüşecek şekilde özelleştiğini göstermektedir. Bu da, hayvanların ihtiyacı olan bir adaptasyondur. Bu uyarlanma, gündüz renkli görüşü desteklerken, gece görme yeteneğimizi oldukça az etkilemektedir. Bu etki, özellikle göz bebeklerimiz fazla ışık altında küçüldüğünde işe yaramaktadır ve görüntünün bulanıklaşmasına engel olmaktadır.

Evrim Ağacı Eklemesi: Omurgalılarda (ve dolayısıyla insanda) retina tabakasının, olması gerekenin aksine tamamen zıt olması oldukça ilginç bir evrimsel soru işaretidir. Zira eğer ki evrimsel süreçte bu zıt yapıya hiçbir çözüm üretilemezse, dezavantajlı olan bu yapı mutlaka er ya da geç elenecektir. Bir diğer olasılık, bu yapının kademeli olarak farklılaşarak başka bir yapıya evrimleşmesidir. Ancak omurgalı retinalarında bunların ikisi de görülmez. Ters yapı olduğu gibi korunmuş, buna rağmen görüntü başarıyla sağlanabilmiştir. Bu araştırma, aslında alanında ilk değildir. Daha önceden Müller hücrelerinin ters retinada görüşü nasıl kolaylaştırdığını Evrim Ağacı olarak buradaki yazımızda anlatmıştık. Ancak oradaki yazımızda da altını çizdiğimiz gibi, bu keşiflerin hiçbiri gözün retinasının ters olduğu gerçeğini değiştirmemektedir. Omurgasızlarda, tam da olması beklendiği gibi, ışığa duyarlı hücreler retinanın üst katmanındadır, sinir hücreleriyse alt tarafta... Böylece ne bu tür ek yapılanmalara ihtiyaç duyarlar, ne de gözlerinde ters retina yapısı nedeniyle "kör nokta" bulunur. 

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

Neden Desteğe İhtiyacımız Var?

Aslında maddi destek istememizin nedeni çok basit: Çünkü Evrim Ağacı, bizim tek mesleğimiz, tek gelir kaynağımız. Birçoklarının aksine bizler, sosyal medyada gördüğünüz makale ve videolarımızı hobi olarak, mesleğimizden arta kalan zamanlarda yapmıyoruz. Dolayısıyla bu işi sürdürebilmek için gelir elde etmemiz gerekiyor.

Bunda elbette ki hiçbir sakınca yok; kimin, ne şartlar altında yayın yapmayı seçtiği büyük oranda bir tercih meselesi. Ne var ki biz, eğer ana mesleklerimizi icra edecek olursak (yani kendi mesleğimiz doğrultusunda bir iş sahibi olursak) Evrim Ağacı'na zaman ayıramayacağımızı, ayakta tutamayacağımızı biliyoruz. Çünkü az sonra detaylarını vereceğimiz üzere, Evrim Ağacı sosyal medyada denk geldiğiniz makale ve videolardan çok daha büyük, kapsamlı ve aşırı zaman alan bir bilim platformu projesi. Bu nedenle bizler, meslek olarak Evrim Ağacı'nı seçtik.

Eğer hem Evrim Ağacı'ndan hayatımızı idame ettirecek, mesleklerimizi bırakmayı en azından kısmen meşrulaştıracak ve mantıklı kılacak kadar bir gelir kaynağı elde edemezsek, mecburen Evrim Ağacı'nı bırakıp, kendi mesleklerimize döneceğiz. Ama bunu istemiyoruz ve bu nedenle didiniyoruz.

Destek Ol

Ne olursa olsun, omurgalı gözlerinde evrimin "elde var olan malzemeyi" kullandığını çok net bir şekilde görebilmekteyiz. Bu araştırmanın önemli tarafı, bu olumsuzluğa rağmen evrimin bir yolunu bulup, eldeki malzemeyi en iyi şekilde kullanarak sorunları çözme gücüdür. Elbette makul olan, bir hata yapıldığında başa dönüp sorunu sıfırdan çözmektir ve ürünü baştan yaratmaktır; ancak evrim, yanlış bir şekilde evrimleşen bir özelliği sil baştan yeniden yaratamamaktadır. Evrim kördür. Doğal bir optimizasyon (uyarlama) algoritması olan evrim, eldeki özellikleri en iyi şekilde kullanabilenleri seçip, diğerlerini elemektedir. Böylece yapılar kusursuz olamasalar da, kötünün iyisi olacak bir şekle ve daha önemlisi, canlılara yeterli olacak hale gelmektedir. 

Bu durum aynı zamanda evrimin ne kadar geniş bir çeşitlilik üretme potansiyeline sahip olabileceğinin de güzel bir örneğidir. Eldeki malzeme binbir farklı şekilde evrimleşebileceği için, canlılar da çok çeşitli ve farklı olabilmektedirler. Her bir canlıda gözdeki bu durum gibi milyarlarca farklı özellik olduğu ve bunların her birinin binlerce farklı yöne evrimleşebileceği düşünülecek olursa, bugüne kadar yaşayan milyarlarca türün birbirinden nasıl bu kadar farklı (ve ortak ataları paylaşmalarından ötürü bir o kadar da benzer) olabildiklerini anlamamızı sağlamaktadır.