Zehirli Kurbağalar Kendilerini Zehirlemekten Nasıl Kaçınırlar?

Zehirli kurbağalar, kimyasal maddeleri yiyeceklerinden elde edip derilerinde toplayarak zehirli hale gelirler. Böyle bir bileşik olan epibatidin, morfinden daha güçlü bir ağrı kesici olmasına rağmen insanlarda test edilmemiştir çünkü düşük dozları bile kemirgenler için öldürücüdür. Fakat bu güçlü nörotoksin zehirli kurbağalara hiç zarar vermez.

Kurbağalardaki Evrimsel Değişiklikler

21 Eylül 2017’de Science’ta yayınlanan bir araştırmaya göre, epibatidin taşıyan birkaç kurbağa grubu, toksinin hedefi olan nikotinik asetilkolin sinir alıcısındaki amino asit değişikliklerini birbirlerinden bağımsız olarak evrimleştirdiler. Bu değişiklikler amfibilerin kendi kendini zehirlemesini engeller, ancak aynı zamanda sinir alıcısının sinir iletici asetilkolini bağlama yeteneğini de korur. Bu çalışmada yer almayan, Virginia Tech evrimsel biyologlarından Joel McGlothin şöyle diyor:

Bu çalışma, farklı tür kurbağalarda tekrar tekrar meydana gelen DNA ve amino asit dizilimi değişikliklerini gösteriyor. Evrimsel değişikliklerin yanı sıra bu değişikliklerin sonuçlarını da ortaya koyuyor.

Wikipedia

Bazı böcekler, semender ve kirpi balığı da dahil olmak üzere diğer hayvan türleri de amino asit yer değişiklikleri yoluyla kendi veya başka bir canlının toksinine karşı direnç geliştirmişlerdir. Austin’deki Texas Üniversitesi'nde doktora sonrası araştırmacı, evrimsel biyolog ve aynı zamanda çalışmanın yazarlarından biri olan Rebecca Tarvin The Scientist’te şöyle diyor:

Zehirli kurbağalar, zehirliliğin nasıl evrim geçirdiğini anlamak için mükemmel bir çalışma sistemine sahiptir çünkü bu gruptaki kurbağaların kimyasal savunmaları aslında dört kez evrim geçirmiştir.

Tarvin ve meslektaşlarının varsayımlarına göre; avcılarını engellemek için epibatidin kullanan kurbağalar, nikotinik asetilkolin sinir alıcılarında, toksine daha az duyarlı olabilecek ama asetilkoline normal tepki verecek şekilde değişiklikler yapıyor olmalı. Tarvin şöyle açıklıyor:

Eğer kendinizi bir nörotoksin içinde tutacaksanız, sinir sisteminizin çalışma biçimini yeniden yapılandırmanız gerekir.

Üç Farklı Zehirli Kurbağa Grubunda Gözlemlenen DNA Değişimleri

Yazarlar gerçekten de üç farklı zehirli kurbağa grubunda, nikotinik asetilkolin sinir alıcılarının beyne özgü kısmındaki DNA diziliminde değişiklikler ve bunun sonucunda oluşan amino asit yer değişiklikleri buldular. Her üç grup da bir amino asit yer değişikliğini paylaşıyordu, iki grubun sinir alıcısı ligand bağlama yerinin yakınında da kendilerine özgü amino asit değişiklikleri vardı.

Araştırmacılar, bu değişikliklerin işlevsel sonuçlarını anlamak için insan nikotinik asetilkolin sinir alıcısı dizilimini mutasyona uğrattılar; böylece zehirli kurbağada gözlemlenen amino asit yer değişikliklerinin her seferinde bir mutasyonla mı, yoksa mutasyon kombinasyonuyla mı gerçekleştiğini görebileceklerdi. Kurbağa sinir alıcısını da insan sinir alıcısına benzeyecek şekilde mutasyona uğratmışlardı.

Wikipedia

Ekip bu yapıları Xenopus’ların (zehirli olmayan bir kurbağa türü) ovositlerine enjekte etti ve ovositlerin epibatidine ve asetilkoline tepkilerini değerlendirmek için elektrofizyoloji yöntemini kullandı. Sinir alıcısına bağlı olarak ligandlarda bir dizi hassasiyet gözlediler. Austin'deki Texas Üniversitesi'nde sinirbilimci ve araştırma görevlisi ve ayrıca çalışmanın yazarlarından biri olan Cecilia Borghese şöyle diyor:

Her üç kladda da epibatidin direnci tek bir yer değişikliğinin sonucu olarak ortaya çıktı ancak epibatidine karşı duyarsızlaşmanın bir bedeli vardı.

Borghese, Tarvin ve meslektaşları tüm zehirli kurbağalarda ortak olan tek amino asit değişikliğinin, sinir alıcısını toksine karşı daha az duyarlı hale getirdiğini, ancak aynı zamanda onun endojen ligandı olan asetilkoline duyarlılığını da azalttığını buldular. Fakat iki zehirli kurbağa grubunda gözlemlenen ek amino asit yer değişikliğinin farklı kombinasyonları, sinir alıcısının işlevini düzeltti, dolayısıyla bu mutasyonların kendini zehirlemeyi önlemede karşılaşılan bedeli telafi ettiği düşüncesi oluştu.

Bu araştırmaya dahil olmayan, Notre Dame Üniversitesi evrimsel biyologlarından Michael Pfrender The Scientist’te şöyle diyor:

Adaptasyon için birden fazla yol bulunduğunu gösteren güzel bir iş çıkardılar. İlginç olan şu ki bu mutasyonları bir insana veya kurbağaya yerleştirdiklerinde neden biraz farklı sonuçlar aldıklarını gerçekten çözemediklerini gösterdiler. Bu, çözümlenmemiş sorunlardan biridir: Mutasyonların etkili olmasında genetik yapı ne kadar önemli bir rol oynamaktadır?

Virginia Üniversite’sinden, yine çalışmaya dahil olmayan evrimci biyolog Edmund Brodie, bu mutasyonların oluşma sırasına odaklanan diğer bir cevaplanmamış soruyu ortaya koyuyor:

Kurbağaların ilk önce dirençli olmaya evrimleştikleri ve daha sonra telafi edici değişiklikleri yaptıkları sonucunu çıkarmak mantıklı. Bunun alternatifi olarak, verilerinden de çıkarılabileceği gibi, evrim bazı toleranslı değişikliklerle ilerler, bu nedenle ilk adaptif veya aşamalı değişim büyük bir bedel getirmez.

McGlothlin, zehirli kurbağalarda gözlenen evrimsel değişikliklerin diğer organizmalarda ne gibi sonuçlar doğurabileceğini vurguluyor:

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

Evrim sizi kendi zehirinize karşı dirençli olduğunuz noktaya ulaştırırken muhtemelen avcılarınızın da sonunda bu noktaya gelebileceğini gösteriyor. Bu kurbağaları yiyecek kadar aptal bir yılan var mı bilmiyorum ama eğer varsa bu genlerin yılanlarda neye benzediğini bilmek isterim.

Tarvin, kurbağaların kimyasal savunmaya sahip olmama durumundan bu kimyasalları çevreden edinme, biriktirme ve birbirlerine bağlama becerisine sahip olma durumuna geçişlerinin altında yatan evrimsel süreçleri daha kapsamlı olarak araştırdığında bu soruların birçoğunu da incelemeyi planlıyor ve şöyle diyor:

Bir organizma kendini kimyasal yollarla savunmaya başladığında avcılarıyla olan etkileşimleri değişir; davranışları değişir. Bu durumun evrimsel sonuçları muazzam olabilir.