Merhaba,
Uzun yıllar boyunca, araştırmacılar kuşların görsel belirteçler aracılığıyla yollarını bulduğuna inanıyorlardı. Bununla birlikte, bugün ornitologlara göre, görsel işaretler, özel sesler, farklı kokular ve hatta sosyal ipuçları kuşların yollarını bulmalarına yardım etmede rol oynamaktadır.
Kuşların göç yollarının zihinsel bir haritasını oluşturduklarına ve yaşam boyu (yeryüzü şekilleri çok hızlı değişmediği için) etkili bir şekilde kullanabildiklerine inanılmaktadır. Genç kuşların, bu zihinsel haritayı, anne-baba ya da diğer yetişkin kuşlarla yolculuk ederek, sosyal öğrenme ile edindikleri düşünülmektedir. Fakat yeryüzü şekillerinin görülemediği örneğin gece uçuşu sırasında da kuşlar yolunu bulabilirler. Çünkü gökyüzü belirteçleri de göçmen kuşlara yol gösterebilir. Bazı göçmen kuş türlerinin, yollarını tıpkı eski denizciler gibi Güneş’e, Ay’a ve yıldızlara bakarak bulduklarını kanıtlayan gözlemler yapılmıştır.
Genel kabule göre aslında kuşların nasıl yön buldukları halen gizemini korumaktadır. Bu özellikle tek başına seyahat eden yani herhangi bir işaret olmadan gidecekleri yeri bulmak zorunda olan kuşlar için geçerlidir. En saygın görüşe göre kuşlar yön bulmak için “tüm hislerini” kullanırlar.
Bunlar, örneğin:
- Görsel coğrafi işaretler
- Güneş ve yıldızların konumu
- Koku (bazı türler için geçerli, özellikle deniz kuşları için geçerli)
Elbet zifiri karanlıkta kararlı ve temiz uçuşlar yapan kuşların varlığı, yön bulma konusunda akıllara “başka bir şeyler de olmalı” düşüncesini getiriyor ki bu düşünce boş bir kuruntu değil, aksine onlarca yıl öncesinde keşfedilmiş bir “yön bulma” yeteneğine dayanıyor. Bu yeteneğe göre bazı canlılar gezegenimizin manyetik alan çizgilerini hissedebiliyor yada görebiliyorlar.
Yapılan çalışmalarda, bazı kuşların gaga ve boyun kısımlarında ferromanyetik tanecikler olduğunun görülmesi, göçmen kuşların yollarını nasıl buldukları sorusu ile ilgili yeni bir keşfin yapılmasını sağlamıştır. Ferromanyetik tanecikler, kuşun Dünyanın manyetik alanının kuvvet çizgilerine göre yönlerini tayin edebilmelerine imkân vermektedir.
Bu tezin doğruluğunu sınamak için yapılan deneyde kuşların vücuduna, ferromanyetik tanecikleri etkisiz kılacak güçlü bir mıknatıs bağlanır ve yön bulma kabiliyetlerinin sürüp sürmediği gözlemlenir. Mıknatıs bağlanan kuşlar yönlerini bulamazlar. Bir başka deneyde ise yapay güney manyetik dalgası yaratılmış ve kuşların bu manyetik dalgaya göre hareket yönlerini belirledikleri gözlemlenmiştir.
Ancak ferromanyetik tanecikler sayesinde elde edilen bilgiler, tek başına kuşun yolunu bulmasına yetmez. Bu bilgiler kuşun gözlerindeki foto reseptörlerden gelen bilgilerle birleştirerek adeta doğal bir pusulaya dönüşür.
Doğal pusulaya benzettiğimiz bu özellik manyetik alan algılayıcısının kuşun retinasındaki hücrelerde nasıl bulunabildiği ve nasıl bir mekanizma ile çalıştığı konusundaki araştırmalar devam etmektedir. Hatta bu alan kuantum biyolojisinin de yeni alanlarından biridir.
Şimdi bu çalışmaya yönelik bazı detaylara inelim:
Yukarıda bahsettiğimiz yön bulma yeteneğine imkân sağlayan moleküler mekanizma aslında kuşlardaki magnetoreception, yani "manyetoreseptör" olarak tanımlanmış manyetik alan algılama yeteneğidir.
Bu çalışmalarda gözlemlenen manyetit kristaller yön bulmada önemli rol oynar. Bir çok türde olduğu gibi ötleğenlerin ve kızılgerdan kuşlarının üst gagasında demir oksit formunda manyetitler bulunduğu bilinmektedir. Bu manyetitlerin, manyetik algılamada önemli rol üstlendiği bulgulanmıştır. Bir çok türde olduğu gibi ötleğenlerin ve kızılgerdan kuşlarının üst gagasında demir oksit formunda manyetitler bulunduğu bilinmektedir.
Umut verici çalışmalardan biri ise bir balıktan gelmiştir. 2012 yılında, Ludwig Maximilian Üniversitesinden Michael Winklhofer, gök kuşağı alabalığının burnundan manyetik kümeler içeren hücreler almış ve bunlara mikroskop altında yapay bir manyetik alan uygulamış ve gözlenmiştir ki manyetik alan yönü değiştirildiğinde hücrelerde bu yönde dönmüşler ve beklenenden çok daha yüksek hassasiyetle bu olay gerçekleştirmişlerdir. Ancak bu hücrelerin beyne nasıl sinyal gönderdiği henüz bilinmemektedir.
Öte yandan, yakın zamanlarda yayınlanan yeni makalelerin çalışmaları - biri kızılgerdan kuşlarını inceliyor, diğeri zebra ispinozlarını- konuyla ilgili ciddi bir atılım gerçekleştirmiş görünüyor: Manyetik pusula sağlayan gagalarındaki demir değil, gözlerinde, Dünya'nın manyetik alanlarını "görmelerini" sağlayan yeni keşfedilen bir proteindir.
Süslü göz proteinine Cry4 adı verilir ve hem bitkilerde hem de hayvanlarda bulunan mavi ışığa duyarlı fotoreseptörler olan kriptokromlar adı verilen bir protein sınıfının bir parçasıdır. Bu proteinler sirkadiyen ritimlerin düzenlenmesinde rol oynar.
Son yıllarda, kuşlarda, gözlerindeki kriptokromların, manyetik alan algılayarak, kendilerini yönlendirme yeteneklerinden sorumlu olduklarına dair kanıtlar vardı ki manyetoreseptör olarak tanılanmış bulunuyor.
Kuşların manyetik alanları yalnızca belirli dalga boylarında ışık varsa algılayabildiğini biliyoruz; özellikle, araştırmalar yön algısının mavi ışığa bağlı göründüğünü göstermiştir. Bu, kuantum tutarlılığı nedeniyle, alanları tespit edebilecek mekanizmanın, kriptokromlara dayanan görsel bir mekanizma olduğunu doğrulamaktadır.
Bu kriptokromlar hakkında daha fazla ipucu bulmak için iki biyolog ekibi çalışmaya başladı. İsveç'teki Lund Üniversitesi'nden araştırmacılar, zebra ispinozları; Almanya'daki Carl von Ossietzky Üniversitesi Oldenburg'dan araştırmacılar, kızılgerdan üzerinde çalıştı.
Lund ekibi, zebra ispinozlarının beyinleri, kasları ve gözlerinde üç kriptokrom olan Cry1, Cry2 ve Cry4'ün gen ekspresyonunu ölçtü. Hipotezleri, manyetorekepsiyonla ilişkili kriptokromların sirkadiyen gün boyunca sürekli alım yapması gerektiği yönündedir.
Sirkadiyen saat genleri için beklendiği gibi, Cry1 ve Cry2'nin günlük dalgalanma gösterdiğini buldular; ancak Cry4 sabit seviyelerde ifade etti ve onu manyetoreseptör için en muhtemel aday yaptı.
Bu bulgu, aynı şeyi bulan kızılgerdan çalışması ile desteklenmiştir.
Araştırmacılar, "Ayrıca Cry1a, Cry1b ve Cry2 mRNA'nın sağlam sirkadiyen salınım desenleri gösterdiğini, oysa Cry4'ün zayıf bir sirkadiyen salınımını gösterdiğini bulduk." diye yazıyor.
Bununla beraber, başka bir kaç ilginç bulgu da yaptılar:
Bunlardan ilki; Cry4'ün, çok fazla ışık alan retina bölgesinde kümelenmiş olması ki bu ışığa bağlı manyetoreseptör için anlamlıdır.
Bir diğeri ise kızılgerdanların göçmen olmayan tavuklara kıyasla, göç mevsiminde Cry4 faaliyetinin arttırdığı yönündedir.
Her iki araştırmacı grubu da, Cry4'ün manyetoreseptörden sorumlu proteini tanımlayabilmesi için daha fazla araştırmaya ihtiyaç olduğuna dikkat çekmektedir.
Kanıtlar oldukça güçlü; ancak kesin değil. Hem Cry1 hem de Cry2, aynı zamanda ilkin ötleğen kuşlarında, ikinci olarak meyve sineklerinde de manyetoreseptör olarak yer almıştır.
Cry4'e sahip kuşları gözlemlemek, oynadığı rolün doğrulanmasına yardımcı olabilirken, cry1'in rolünü ayarlamak için başka çalışmalara ihtiyaç duyulacaktır.
Peki, bir kuş aslında ne görüyor? Dünyanın başka bir türün gözünden nasıl göründüğünü bilemeyiz, ama çok güçlü bir tahminde bulunabiliriz.
Urbana-Champaign'deki Illinois Üniversitesi'ndeki Teorik ve Hesaplamalı Biyofizik grubundaki araştırmacılar - araştırmacılardan Klaus Schulten, ilk kez 1978'de manyetoreseptör kriptokromları öngören kişidir- yukarıdaki resimdeki gibi kuşun görüş alanı üzerinde manyetik bir alan "filtre" sağlayabildiler.
Bu araştırmaları görmek istenirse eğer; zebra ispinozu çalışması, Royal Society Interface Journal'da yayınlandı ve kızılgerdan çalışması ise Current Biology'de yayınlandı.
Görüldüğü üzere, bazı bilim insanları manyatik alanı "hissetme" yeteneğinin altında demir minareli bazlı manyetitleri; kimileri ise retinada kriptokrom denilen özelleşmiş bir proteini baz alıyor.
1992'de Pasadena'daki California Teknoloji Enstitüsü'nden Joe Kirschvink'in rapor ettiği gibi, kuş gagası, balık burunları ve hatta insan beyninde bile manyetit ortaya çıktı ki bunlar manyetik alanlara karşı oldukça hassastır. Sonuç olarak, Kirschvink ve diğer taraftarlar, bir hayvana sadece hangi yöne gittiğini (pusula duygusu) değil, nerede olduğunu da söyleyebileceğini söylüyor.
“Bir pusula, deniz kaplumbağasının okyanusun her yerine nasıl göç edebildiğini ve başladığı aynı özel kumsala dönebileceğini açıklayamıyor” diyor Kuzey Carolina Üniversitesi'nden nörobiyolog Chapel Hill. Bir hayvanın manyetik alan çizgilerinin eğimindeki değişikliklere (ekvatorda düz, kutuplarda toprağa salınan) bağlı olarak enlemini bulması için bir pusula duygusu yeterlidir. "Fakat boylam, alan gücündeki ince değişikliklerin yerden yere tespit edilmesini gerektirir: manyetitin sağlayabileceği ekstra bir harita veya tabela hissi" diyor Lohmann.
Bununla birlikte, bakteriler dışında, hiç kimse manyetik bir sensör olarak hizmet eden manyetit kristallerini görmemiştir. Kristaller başka bir şey olabilir; örneğin demir metabolizmasının atık ürünleri veya vücudun, kanserojen ağır metalleri sekestre etmenin bir yolu olabilir. 2000'li yılların başlarında, bilim adamları güvercin gagasında manyetit taşıyan hücreler buldular. Ancak bir takip çalışması, sözde manyetoreseptörlerin aslında sinir sistemi ile ilgisi olmayan temizleyici bağışıklık hücreleri olduğunu buldu. Manyetit için benzersiz bir iz veya işaretleyici olmadığından, yanlış izlenimlere kapılmak kolaydır.
Hepsini anlamlandırmak adına:
Manyetoreseptörleri inceleyen bilim adamları, iki olası mekanizmayı ön plana çıkarıyor: manyetik mineral manyetitine dayalı bir mekanik sensör ve protein kriptokromunu temel alan bir biyokimyasal sensör.
Bu protein tüm göç eden hayvanların gözlerinde bulunur. Buradaki ana fikir, manyetik alanların, kripto-krom molekülleri içerisindeki elektronlarda spin olarak adlandırılan bir kuantum özelliğini değiştirmesine dayanır. Bu özellik molekülleri iki farklı durum arasında geri ve ileri doğru döndürmektedir. Bu da, bu moleküllerin kimyasal davranışlarını değiştirir. Bu sayede kuşların görüşüne dünyanın manyetik alan görüntüsü bindirilmiş olur.
Yani; kısa dalga boyunda ışık çarptığında, kimyagerlerin “radikal çift” dediği şey ortaya çıkar: dönüşleri aynı hizada olsun veya olmasın iki eşleşmemiş elektron içeren bir molekül. Manyetik bir alan, spinleri hizalı ve hizalanmamış durumlar arasında ileri ve geri çevirerek molekülün kimyasal davranışını değiştirebilir.
Yukarıda da belirttiğimiz üzere, 1978'de, Urbana-Champaign, Illinois Üniversitesi'nden bir fizikçi olan Klaus Schulten, hayvanların magnetoreception için radikal çift reaksiyonları kullanabileceğini öne sürmüştü. Ancak, araştırmacıların memeli retinalarında ışık sensörü olarak hizmet veren kriptokromu keşfettiği 1990'ların sonlarına kadar bu reaksiyonları destekleyebilecek bir molekülü yoktu. Araştırmacıların çoğu kriptokromun sirkadiyen saatler üzerindeki kontrolüne odaklandı, ancak Schulten molekülün radikal bir çift oluşturabileceğini biliyordu.
Schulten, “Bu benim günümdü” diyor. “Sonunda gerçekten iyi bir adayım oldu.” 2000 yılında, manyetik alanların kuşların görsel alanlarında açık ve koyu lekeler oluşturmak için kriptokrom reaksiyonlarını nasıl etkileyebileceğini gösteren bir çalışma yayınladı.
Bir retinal kriptokrom sensörü, mavi veya yeşil ışığın kuşların pusulalarını neden aktif hale getirdiğini ama kırmızı ışığın bu pusulayı "sıkıştırdığını" açıklayabilir veya kuşların neden manyetik alanı doğrudan okumak yerine, alanın eğimindeki değişiklikleri ölçerek kuzeyden güneye geliyor gibi göründüğünü açıklayabilir (Kripto-krom manyetik polariteyi “hissedemez”)…
Peki kim haklı? Doğanın iki farklı magnetoreceptör sistemi geliştirdiği fikrini seven Birleşik Krallık'taki Oxford Üniversitesi'nden fiziksel bir kimyager olan Peter Hore'a göre o yada bu olması gerekmiyor. “Harita duygusu manyetit olabilir, pusula duygusu radikal çiftler olabilir” diyor. Sonuç olarak her iki dünyanın da en iyisi olacaktı - ya da en azından bu yolda ilerlemenin en iyi yolu.
Anlaşıldığı üzere, araştırmaların hâlâ sürdüğü bu konuda somut deliller olduğu kadar boşluklar da araştırılmaya devam ediyor.
Kaynaklar
- Yazar Yok. Sciencemag. (11 Ağustos 2019). Alındığı Tarih: 11 Ağustos 2019. Alındığı Yer: Bağlantı | Arşiv Bağlantısı
- Yazar Yok. Nature. (11 Ağustos 2019). Alındığı Tarih: 11 Ağustos 2019. Alındığı Yer: Bağlantı | Arşiv Bağlantısı
- Yazar Yok. Pnas. (11 Ağustos 2019). Alındığı Tarih: 11 Ağustos 2019. Alındığı Yer: Bağlantı | Arşiv Bağlantısı
- Yazar Yok. Resonance Science Foundation. (11 Ağustos 2019). Alındığı Tarih: 11 Ağustos 2019. Alındığı Yer: Bağlantı | Arşiv Bağlantısı
- Yazar Yok. Science Alert. (11 Ağustos 2019). Alındığı Tarih: 11 Ağustos 2019. Alındığı Yer: Bağlantı | Arşiv Bağlantısı
