Uyku mu, Beyin mi: Hangisi Daha Önce Evrimleşti?

Uzun süre uyanık kaldıktan sonra, düzgün düşünmek oldukça zor olabilir. Neyse ki kısa uykular, genellikle beynimizin çalışmasını tekrar hızlandırmaya yeterlidir. Peki ne zaman ve neden hayvanların uyku ihtiyacı oluştu (uyku hakkında kapsamlı bir analizimizi buradan okuyabilirsiniz)? bir beyne sahip olmak, bunun için bir önkoşul mudur? Yani beyni olmayan hayvanlar da uyur mu?

Uluslararası bir araştırma takımı, hayvanlardaki uykunun evrimsel kökenini anlamamıza yardım edebilecek bir çalışmada, suda yaşayan küçük hidraların merkezi sinir sistemleri olmamasına rağmen yalnızca uyku benzeri bir durumun işaretlerini göstermekle kalmadığını, ayrıca daha gelişmiş hayvanlarda bulunan uykuyla ilişkili moleküllere de cevap verdiğini gösterdi.^[1] Kyushu Üniversitesi Bilim ve Sanat Fakültesinde yardımcı doçent ve Science Advances dergisinde yayımlanan araştırmanın lideri Taichi Q. Itoh, şöyle diyor:

Hayvanların bir beyine ihtiyaç duymaktan önce uykuya ihtiyaç duymuş oldukları hakkında güçlü kanıtlarımız var.

Cnidaria şubesinin üyesi ve hidraların akrabası olan denizanalarında son zamanlarda uyuma davranışı keşfedilirken, Japonya'daki Kyushu Üniversitesi'ndeki araştırmacıların ve Kore'deki Ulsan Ulusal Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'nün yeni çalışması, insanlarda bile uyuşukluğa ve uykuya neden olan birkaç kimyasalın Hydra Vulgaris türünde de benzer etkileri olduğunu ortaya çıkardı. Itoh şöyle diyor:

Buluşlarımıza ve deniz anaları ile ilgili önceki raporlara dayanarak uyku evriminin beyin evriminden bağımsız olduğunu söyleyebiliriz. Hayvanlarda uykunun nasıl ortaya çıktığına dair birçok soru hala cevapsız, fakat beyne sahip olmayan hayvanlarda uykuyu sağlayan detaylı mekanizmalarla ilgili ileriki araştırmalar için üzerinde çalışması kolay bir varlık olarak hidralar, bir gün bu soruların cevaplanmasına yardımcı olacak.

Taichi Q. Itoh, Kyushu University

Sadece birkaç santimetre uzunluğunda olan hidralar, karmaşık canlılarda görülen merkezi beyin yapısına sahip olmayan canlılar olmalarına rağmen yaygın bir sinir ağına sahiptirler.

Uyku, sık sık beyin dalgalarının ölçümüyle gözlemlense de bu küçük ve beyine sahip olmayan hayvanlar için bu gözlemleme yöntemi bir seçenek değildir.

Buna alternatif olarak araştırmacılar, canlıların azalan hareketlerinden yola çıkarak ne zaman uyku benzeri bir duruma geçtiklerini tespit eden bir kamera sistemi kullandı ve gerektiğinde bu canlıların üzerine ışık tutarak uyku durumundan çıkmalarını sağladı.

Taichi Q. Itoh, Kyushu University

Araştırmacılar, hidraların sirkadiyen ritim gibi her 24 saatte bir tekrar eden uyku düzeni yerine 4 saatlik döngüler halinde tekrar eden aktif durum ve uyku benzeri durumu içeren döngüler sergilediğini keşfetti.

Daha önemlisi, araştırmacılar bir beyne sahip olup olmadığına bakılmaksızın moleküler ve genetik düzeyde uyku düzenlemesiyle ilişkili birçok benzerliği gün yüzüne çıkardı.

Birçok hayvanda uyku aktivitesiyle bağlantılı olan bir başka kimyasal inhibitör nörotransmitter GABA, hidralara verildiğinde uyku aktivitesini büyük ölçüde arttırırken yaygın olarak kullanılan uyku yardımcısı melatonin uyku miktarını ve sıklığını bir dereceye kadar arttırdı. Öte yandan, birçok hayvanda canlanmaya neden olan dopamin ise hidralarda uykuya önayak oldu. Itoh şöyle diyor:

Bazı uyku mekanizmaları korunmuş gibi görünürken diğerleri beynin evrimi sırasında işlevini değiştirmiş olabilir.

Dahası, araştırmacılar hidraların uykusunu bozmak ve uykusuzluk belirtilerini ortaya çıkarmak için titreşimler ve sıcaklık değişikliğini kullanabiliyor. Ayrıca bu titreşimler ve sıcaklık değişimleri sayesinde hidraların ertesi gün daha fazla uyumasını ve hatta hücre bölünmesinin baskılanmasını sağlayabiliyor.

Araştırmacılar daha da yakından inceleyerek bu uyku eksikliğinin; içerisinde fareler, sirke sinekleri ve iplik kurtlarının da dahil olduğu çok çeşitli hayvan türlerinde, içinde uykuyu düzenlemeyle ilişkili bir protein olan PRKG ile bağlantısı olan bir genin de bulunduğu 212 genin dışavurumunda değişiklere yol açtığını keşfetti.

Hidralardaki uyku ile ilgili olan genlerle ortak bir evrimsel köken paylaşıyor gibi görünen sirke sineği genlerini bozmak, sirke sineklerindeki uyku süresini de değiştirdi. Ve bu tür genlerin daha fazla araştırılması, beyne sahip hayvanlarda şu anda bilinmeyen uyku ile ilgili genlerin tanımlanmasına yardımcı olabilir. Itoh şöyle diyor:

Hepsi birden ele alındığında, bu deneyler hayvanların uyku ile ilgili mekanizmaları merkezi sinir sisteminin evrimsel gelişiminden önce elde ettikleri ve bu mekanizmaların çoğunun beyinler geliştikçe korunduğu yönünde önemli kanıtlar sundular.