Tetrakromasi Nedir? Tetrakromat Olup Olmadığınızı Nasıl Anlarsınız?

Tetrakromasi (Yunancada "dört" anlamına gelen tetra ve "renk" anlamına gelen kroma sözcüklerinden türetilmiştir), renk bilgisini iletmek için dört bağımsız kanala sahip olma veya gözde dört tip koni hücresine sahip olma durumudur. Tetrakromasiye sahip organizmalara tetrakromat denir.

Tetrakromatik organizmalarda duyusal renk uzayı dört boyutludur, yani görünür spektrumları içinde keyfi olarak seçilen ışık spektrumlarının duyusal etkisini eşleştirmek için en az dört ana rengin karışımı gerekir.

Birkaç kuş türü, balıklar, amfibiler ve sürüngenler arasında tetrakromatiklik gösterilmiştir.^[7] Tüm omurgalıların ortak atası bir tetrakromattı, ancak memeliler, "gece darboğazı" denen bir olay neticesinde dört konisinden ikisini kaybederek dikromatiklik olacak biçimde evrimleşti. İnsanlara gelen soy hattındaysa üçüncü bir koni hücresi evrimleşerek trikromasi ortaya çıktı.

Tetrakromasi Nasıl Oluşur?

Göz küremizin en arkasında bulunan retinayı inşa eden birçok hücre çeşidi içerisinde, koni hücreleri denilen fotoreseptör bir hücre çeşidi bulunur. Bu koni şeklindeki fotoreseptör hücrelerin her biri, tek bir çeşit ışık emici pigmentin birçok kopyasını içerir. Çoğu insanda 3 tip pigment proteini, yani opsin bulunur. Opsinlerin her biri tek bir koni hücresi sınıfında ifade edilir.

Her bir opsinin absorbe etmeyi tercih ettiği farklı bir dizi ışık dalga boyu vardır: Uzun dalga boyu opsini (İng: "Long-wavelength opsin" veya "L-opsin"), kırmızı ışığın menzilinde bulunan 564 nm dalga boyundaki ışığı emer. Kısa dalga boyu opsini ("S-opsin") ise 420 nm dalga boyundaki mavi ışığa duyarlıdır ve orta dalga boyu opsini ("M-opsin") 534 nm dalga boyundaki yeşil ışığı tercih eder.

NeuWrite West

Gördüğümüz renkler, genellikle çeşitli dalga boylarındaki ışığın oluşturduğu bir karışımdır. Eğer kırmızı dalga boyları gözümüze ulaşırsa, kırmızı koni hücrelerimiz (yani L-opsin içeren koni hücrelerimiz) yeşil veya mavi koni hücrelerimize kıyasla çok daha fazla uyarılır. Ama eğer eşit derecede kırmızı ve yeşil dalga boyları gözümüze ulaşacak olursa, görme sistemimiz kırmızı ve yeşil koni hücrelerinin aynı anda uyarılmasını sarı renk olarak yorumlar. Tıpkı bilgisayarların renk seçme araçlarında bulunan RGB kaydırıcıları gibi, görme sistemimiz bu farklı miktarlardaki 3 ana rengi karıştırarak asıl gördüğümüz renkleri oluşturur.

Wikimedia Commons

"Ana renklerin" opsinlerimizin en fazla duyarlı olduğu dalga boyları ile ifade edildiğini unutmamak gerekir. Bu demek olur ki 4 farklı opsine sahip bir tetrakromat, çoğumuzun aksine 3 yerine 4 "ana rengi" görme yeteneğine sahip olacaktır ve gördükleri her renk, uyarılan 4 tip koni hücresine bölünecektir.

Buradan yola çıkarsak, gerçek ve güçlü bir tetrakromat olduğunuzu söyleyebilmemiz için şu üç önemli özelliğe sahip olmanız gerekir:

1. Büyük ölçüde farklı renklere uyarılan 4 koni hücresi sınıfınız olmalıdır.
2. Beyniniz, 4 tip koni hücresinin tümünün faaliyetlerini ayırt edebilmelidir.
3. 4 ana rengi ayırt edebilme yeteneğiniz davranışlarınıza yansımalıdır.

4 Tip Koni Hücresine Kimler Sahip Olabilir?

Üzgünüz ama eğer erkekseniz, tetrakromat olma şansınız yok. Bu, dişilerin kazandığı bir cinsiyet savaşı! Çünkü neredeyse özdeş olan M- ve L-opsin genleri X kromozomu üzerinde bulunur. Erkeklerde sadece 1 tane X kromozomu bulunduğu için her genin sadece bir kopyasına sahip olabilirler. Eğer bu kopyalardan biri zarara uğrarsa (ki bu, genler kromozomda birbirlerine çok yakın ve benzer olup bazen karışabildikleri için yaygındır) erkek birey renk körü olacaktır. Renk körlüğünün en yaygın formu döteranopi, yeşili algılayan opsinin fonksiyonunu yitirmesidir. Protanopi ise kırmızıyı algılayan opsinin fonksiyonunu yitirmesidir. Fakat eğer, protein farklı dalga boylarını algılayacak ama fonksiyonunu yitirmeyecek bir şekilde mutasyona uğrarsa erkek birey "anormal trikromat" olacaktır. Bu da erkek bireyin hala görebildiği 3 ana renge sahip olduğu fakat bunlardan birinin normalden farklı olduğu bir durumdur.

Mutasyona uğramış L-opsine sahip anormal trikromat bir erkek birey ile normal bir trikromat olan dişi bireyden oluşacak dişi yavrunun; bir X kromozomunu anneden, anormal opsini içeren X kromozomunu ise babadan aldığını düşünelim. Bu dişi yavru, normal S-opsin ve M-opsinden ikişer kopyaya sahip olacaktır, aynı zamanda normal bir adet L-opsine ve babadan geçen yeni bir adet opsine yani toplamda 4 adet opsine sahip olacaktır! Bu yeni opsine de L2-opsin diyelim.

FreePik

Kadınlar, kaliko kedileri gibidir. İki adet X kromozomları olmasına rağmen erkeklerin ihtiyacı olduğunun iki katı kadar proteine ihtiyaçları yoktur. Bu nedenle, proteinlerin dozunu düşürmek için X kromozomlarımızdan biri basitçe "susturulur". Bu duruma X-inaktivasyonu adı verilir. İlginç olan, bu inaktivasyonun anneden veya babadan gelen X kromozomlarının herhangi birinde rastgele gerçekleşmesidir. Kaliko kedilerinin yamalı kürk görünümünün nedeni de budur. Kaliko kedilerinde kürk rengine etki eden genler X kromozomlarının birinde taşınır ve kürklerindeki yamalı renge göre hangi kromozomun aktif olduğunu görebiliriz. Bu kedilerin durumuna benzer bir şekilde X-inaktivasyonu, az önce bahsettiğimiz dişi yavrunun retinasında sadece L-opsin veya L2-opsin içeren parçalar bulunabileceği anlamına gelir. Dişi yavrunun koni hücresi L-opsin türünden bir koni hücresi olmaya "karar verdiğinde", öncü hücresinde hangi X kromozomunun aktif olduğuna bağlı olarak çoğunlukla aslında L2 tipi bir koni hücresi olacaktır. Böylece bu birey bir tetrakromat olabilme potansiyeline sahip olacaktır! Peki, 4 koni hücresi tipine sahip birisi bunu ayırt edebilir mi? Beyinleri, insan türünün çoğunun algıladığı gibi, 3 rengi algılayacak şekilde çalışmaz mı?

Pek de öyle görünmüyor. Memelilerin beyin plastisitesi, deneyimlere dayanarak davranışlarını değiştirme veya adapte etme konusunda oldukça yeteneklidir. Yeni Dünya maymunları (gibonlar, sincap maymunları, yani tutucu-kavrayıcı kuyruklara sahip olan tüm maymunlar) dikromattır. Tabii ebeveynlerinden normalden biraz farklı olan iki adet opsin alan ve böylece trikromat olabilen dişi bir Yeni Dünya maymunu değillerse. Tanıdık geldi mi? Ama biz şimdilik, erkek sincap maymunları üzerinde yapılan ve 2009 yılında Nature dergisinde yayınlanan hoş bir deneyden bahsedelim.^[1]

Neitz Lab

Bu deneyde, sadece bizimkine eş değer M- ve S-opsinlere sahip yetişkin erkek sincap maymunları üzerinde gen terapisi uygulanarak retinalarına bir insan L-opsini yerleştirildi. Bunun sonucunda, önceden M-opsin konileri olan yaklaşık %15 ila %36 kadar hücre de bu yerleştirilen yeni opsin genini almaya başlayıp "tercihini" daha uzun dalga boylarına kaydırdı ve 1 yıldan kısa bir süre içerisinde bu maymunlar, önceden sadece mavi ve sarı renkleri ayırt edebilirken artık kırmızı ve yeşili de ayırt edebilir hale geldiler!

Bu durumda görsel korteks içerisindeki nöronlara tam olarak ne olduğunu henüz bilmiyoruz ancak araştırmacılar, bu davranış değişikliğinin zaman seyri opsin ifadesinin zaman seyrini yakından takip ettiği için retinada büyük oranda bir yeniden yapılanma olmadığını öne sürdüler. Araştırmacılar bunun yerine; renk görüşünde yeni bir boyut kazanmanın, beynin mevcut mavi-sarı renk yolunu biri mavi-sarı ve diğeri kırmızı-yeşil renk görüşü olmak üzere iki sisteme ayırma meselesi olduğunu savundular.

Basitçe anlatırsak beyin, iki yolun artık farklı bilgiler verdiğini öğrendiğinde bundan faydalanabiliyor. Bu hayret verici olsa da bu çalışma ve fareler üzerinde yapılan benzer bir diğer çalışma da beynimizin dünyayı fazladan renklerle algılamayı başarabileceğini savunuyor.^[2] Tek ihtiyacımız olan şey, beyne bu girdiyi verecek fazladan bir koni hücresi tipi.

Normalden Daha Fazla Renk Algılayan İnsanlar, Bunu Davranışlarına Yansıtabilir Mi?

İnsanlarda tetrakromasi yaygınlığına dair çok fazla çalışma yok; çünkü renk algısı oldukça subjektif bir deneyimdir. Kendi renk görüşlerinin farklı olduğunu ayırt edebilen insanları bulabilmek de oldukça zordur, mesela renk körlüğüne sahip erkekler genellikle bunun farkına varmadan yıllarca yaşayabiliyorlar. Lakin; Cambridge ve Newcastle üniversitelerinden bir çift araştırmacı, tetrakromatları saptayabilmek için onların genetiğini nasıl kullanabileceklerini çözdüler.

Önceden anlattığımız babasından farklı bir X kromozomu alan tetrakromat dişi yavru örneğimizi hatırladınız mı? O dişi yavru %50 olasılıkla bu X kromozomunu erkek yavrularına aktarabilir ve bu erkek yavrular, büyük babaları gibi anormal bir trikromat olabilirler. Araştırmacılar, anormal trikromat erkekleri test ederek potansiyel tetrakromat anneleri bulabildiler!

15 yıl boyunca süren iki çalışma boyunca bu kadınlar test edildi ve içlerinden bazıları gerçekten bir tetrakromattan beklenecek davranışların birkaçını gösteriyordu. Örnek olarak ilk çalışmada buldukları "Bayan M" takma isimli bir kadın, gökkuşağında çoğumuzun aksine 7 yerine 10 renk tanımlayabiliyordu!

Çalışmalarda "Rayleigh eşleştirmesi" denilen bir renk görüşü testi uygulandı. Katılımcılara, M- ve L-konileri uyarılacak fakat S-konileri uyarılmayacak şekilde tek bir dalga boyunda sarı ışık gösterildi. Ardından katılımcılara, belirlenen dalga boyundaki kırmızı ve yeşil ışığın kontrolü verildi ve her birinin yoğunluğunu karışım sarı ışıkla aynı görününceye kadar ayarlamaları istendi.

Bunu yapmak bir trikromat için kolaydır çünkü bunu yapabilecekleri birçok kombinasyon vardır. M ve L arası fazladan opsine sahip bir tetrakromat için ise bunun imkânsız olabileceğini tahmin edebiliriz, çünkü zihinlerindeki "sarı" renk, sadece kırmızı ve yeşil değil bunların dışında bir renk daha içerir.

NeuWrite West

İlk çalışmadaki 8 kadının bütün mümkün eşleşmeleri reddettiği gözlendi.^[3] Karışıma kırmızı renk değil, daha çok turuncu renk eklemek istediklerini belirttiler veya sonuçta elde edilen rengin “yanlış türden bir turuncu” olduğunu söylediler ki bu da hipotezi doğruluyordu.

2010 yılında yayınlanan başka bir çalışmada, araştırmacılar subjektif hükümlere dayanmayan yeni test yöntemleri yarattılar.^[4] Dayandıkları fikir ise yine aynıydı. Bu sefer katılımcılardan, bir dalga boyu sarı ışık yerine kırmızı ve yeşil karışımı oluşturan üç renk seçmeleri istendi. Katılımcılardan bir kadın %100 doğrulukla çok hızlı bir şekilde renkleri seçmeyi başardı.

Sonraki aşamada, araştırmacılar renk algılama testlerinin bir kısmında bazı değişiklikler yaptı. Böylece sadece bir M-opsin ve bir ara opsine sahip kadınlar testlerden geçebilirdi. Kadınlardan bazıları, tıpkı anormal trikromat olan oğulları gibi, normal trikromatların ayırt edemediği renkleri algılayabildiler çünkü kadınların hepsinde 3 yerine 4 opsin bulunuyordu ve oğullarının algılayamadığı normal trikromat renklerini de ayırt edebiliyorlardı.

Araştırmacılar, testlerden başarıyla geçen kadınların opsin genlerini inceleyince gerçekten de hibrit bir opsinlerinin olduğunu keşfettiler. Bu hibrit opsin bir parça M-, bir parça da L-opsin içeriyordu ve M- ve L- opsinlerinin zirve noktaları arasında maksimum ışık tepkisine sahip olduğu tahmin ediliyordu.

Fakat bu çalışmada tuhaf olan, fazladan bir ara opsine sahip olma kriterini karşılayan her kadının renkleri ayırt etmede normalden daha başarılı olamamasıydı. 31 potansiyel tetrakromat kadın içerisinden sadece 1 kadın tetrakromat davranışı gösterebildi. Tüm kadınların %12'sinin 4 farklı opsini olduğu düşünülse de içlerinden çok azı bu çeşitliliği faydalı denebilecek şekilde kullanabiliyordu.

Bu durumun nedeni ise tam olarak bilinmiyor. Bir ihtimal olarak bazı durumlarda yeni opsin, normal opsinlerden beyne yeni bilgi sağlayacak kadar büyük oranda farklı olmayabilir. Beyin, yeni opsinin sinyalini asıl opsinlerden çok daha farklı algılamıyor ve yeni opsini normal opsinler ile beraber karıştırıyor olabilir. Ya da belki retinamızda var olan her bir koni hücresi türünün sayısı ve dağılımı, tetrakromatik davranış gösterip gösteremeyeceğimizi belirliyor olabilir.

Concetta Antico: Teşhis Edilebilmiş Tetrakromatlardan Biriyle Tanışın!

Biraz önce de bahsettiğimiz Haziran 2012 tarihli, tetrakromat olup da renkleri trikromatlardan dikkate değer miktarda ayırt edemeyen insan dişileri üzerinde 20 yıl süren bir araştırmanın sonunda, sinirbilimci Gabriele Jordan "denek cDa29" olarak numaralandırdığı bir örneğe rastladı: Bu kişi, normal bir trikromattan kat kat fazla rengi, kolaylıkla ayırt edebiliyordu.^[3] Avustralyalı sanatçı Concetta Antico da, 2012 yılında tespit edilmiş tetrakromatlardan birisiydi.

Şu anda Kaliforniya'da yaşayan Antico, izlenimci bir sanatçıdır. İzlenimciler olabildiğince gerçekçi sanat eserleri yaratmak yerine, eserlerine fazladan renkler katmaktan çekinmezler. Bu sayede yaptıkları eserler çok daha dinamik bir görünüme sahip olur. Bu da Antico'da bulunan ekstra renk görüş yeteneğiyle uyuşmaktadır: Bir cisim bizlere tek renkli (monokromatik) gözükse de, aynı cismi Antico birçok rengin karışımı olan bir mozaik olarak algılamaktadır.

Antico'nun çocukluğundan beri bir sanatçı olarak yetiştirilmesi, renk algısını genişletmiş olabilir. Elbette, bu duruma insanlarda o kadar nadir rastlanır ki, daha önce de belirttiğimiz gibi üzerinde çok az çalışma yapılmıştır ve bu duruma dair çok az bilgimiz bulunmaktadır. Fakat genler yalan söylemez: Antico'da, gerçekten de 4. tip koni hücresine neden olan genetik bir mutasyon tespit edilmiştir. Ancak bu mutasyonun iki yüzlü olduğu görülmektedir, çünkü Antico'yu tetrakromat yaparken, kızının renk körü doğmasına neden olmuştur.

Antico şu anda halen tetrakromatlar üzerine çalışan bir grup bilim insanı ile yakından irtibattadır. Eğer Antico'nun durumunu daha iyi anlayabilirsek, böylesi bir renk algısına neden olan sinirsel yolakları da daha iyi anlayabiliriz. Böylece, diğer insanların da 4 rengi algılayabilmelerini sağlayacak yöntemler geliştirebiliriz.

Tetrakromasi Nasıl Evrimleşti?

Evrim, oldukça ilginç özelliklerin ortaya çıkmasına ve var olan bazı özelliklerin ortadan kalkmasına neden olabilir. Örneğin Evrim Ağacı'nın primatlardan ve maymunlardan insana kadar gelen dalını incelediğimizde, atalarımızda ve bizlerde bulunan renklere duyarlı hücre tipi sayısının evrimsel süreçte kademeli olarak değiştiğini görürüz. Balıkların büyük bir kısmında 4 tip koni hücresi (tetrakromasi) bulunur. Bu sayede, kırmızı, yeşil ve mavi rengin üzerine mor-ötesi ışınları da algılayabilirler.

Balıklardan evrimleşen karasal omurgalıların erken evrelerinde halen 4 koni hücresi görülür; ancak evrimsel süreçte belli bir noktadan sonra bu hücre tiplerinin 2 tanesi yitirilmiştir. Özellikle insanları da kapsayan "plasentalı memeli hayvanlar" grubunda büyük oranda 2 tip koni hücresi (dikromasi) görülür; genellikle bu hayvanlar kırmızı rengi algılayamazlar. Yani daha önce verdiğimiz örneklerden de anlaşılacağı gibi bizim renk körlüğümüz, birçok hayvanın normalidir.

Plasentalı memelilerden oluşan primatların büyük bir kısmında, tam da beklendiği gibi, dikromasi görülür. Ancak insana gelen soy hattında, insanın da içerisinde yer aldığı Eski Dünya Maymunları'nda uzun dalga boyuna sahip kırmızı rengi algılayan 3. tip koni hücresinin evrimleştiği tespit edilmiştir. Hatta bu renk eklentisinin, faydalı meyveleri ayırt etmekte büyük bir avantaj sağladığını, bu sayede evrimin gidişatını kökünden değiştiren bir mutasyon olduğu düşünülmektedir. İnsanlar da atalarından aldıkları trikromasi özelliğini halen taşımaktadır.

Ancak evrim gibi, doğa da kusursuz değildir. Mutasyonlar, sürekli olarak yeni çeşitlilikler yaratır. Kimi zaman var olanı elimizden alır, kimi zamansa hiç var olmayan (veya normalde var olmasını beklemediğimiz) özellikler kazandırır. Örneğin bir dikromat, görüş becerisini destekleyen diğer genlerin etkisiyle kırmızının çok da uzun olmayan dalga boylarını algılayabilir. Çünkü tüm omurgalı hayvanların gözlerinin içerisinde milyonlarca koni hücresi bulunur ve bunların tekil farklılıkları, renk algımıza etki eder. Örneğin her trikromat da birbiriyle aynı derecede görüşe sahip değildir; kimi biraz daha geniş bir aralığı görür, kimiyse biraz daha dar bir aralığı. Zaten evrim de bu varyasyonlar arasından ortama en uyumlu olanları seçerek işler ve türleri değiştirir.

Nadiren, beklenmedik bir şey olur. Koni hücrelerinin özelliklerini kodlayan genlerde meydana gelen bir mutasyon, bazı insanlarda "tetrakromasi" denen bu durumun oluşmasına neden olur. Bu mutasyonun gerçekten işlevsel olup olmadığı ise uzun bir süre bir gizem olarak kalmıştır.

Her ne kadar internetteki bazı kaynaklarda tetrakromatların 100 milyon rengi ayırt edebildiği iddia edilse de (ki bu, normal bir insandan 100 kat fazla demektir!) henüz tam bir sayı veren bir araştırma bulunmuyor. Bunun 10'da 1'i bile doğruysa, tek bir mutasyonun müthiş bir renk ayırt etme gücünü sağlayabildiği gösterilmiş olacak. Ancak ne olursa olsun, artık tetrakromatlarda hangi genlere bakmamız gerektiğini çok daha iyi biliyoruz.