Karıncaların Olağanüstü Duyu Sistemi Nihayet Açığa Çıktı
Karıncalar, topluluklarını kurmak ve düzenlemek için olağanüstü bir koku alma duyusuna güvenirler. Her bir nöronları yalnızca belirli bir kokuyu algılayabilir; bu kural, kimyasal mesajlarının net olmasını sağlar.
Klonal akıncı karıncayı inceleyen bilim insanları, bunun nasıl işlediğini keşfettiler: Her nöron, diğerlerini sustururken bir koku genini aktive eder. Bu bulgu, karıncaların iletişim kurmasına, hayatta kalmasına ve karmaşık sosyal sistemlerini geliştirmesine yardımcı olan gizli bir genetik süreci ortaya koyuyor.
Koku Üzerine Kurulu Karınca Toplulukları
Karınca toplulukları, işlev görmek için kokuya güvenir. Feromonlar, yiyecek bulmalarına, birbirlerini tehlikelere karşı uyarmalarına ve kolonilerinin günlük yaşamlarını koordine etmelerine yardımcı olur. Bu kimyasal dil, basit bir biyolojik kurala dayanır: nöron başına bir reseptör. Bir karıncanın genomunda, her biri belirli kokuları algılamaktan sorumlu yüzlerce koku reseptörü geni bulunur. Tek bir nöron birden fazla reseptörü aktive etseydi, beyne ulaşan sinyaller üst üste biner ve bulanıklaşır, bu da karıncanın hassas koku alma duyusunu yok ederdi.
Klonal akıncı karıncayı inceleyen araştırmacılar, her nöronun yüzlerce seçenek arasından sadece bir reseptörü nasıl seçtiğini ortaya çıkardı. Current Biology’de yayınlanan çalışmaları, karıncaların kimyasal iletişim sistemlerindeki netliği nasıl korudukları konusunda uzun süredir devam eden bir soruyu çözüyor.
Rockefeller Üniversitesi Sosyal Evrim ve Davranış Laboratuvarı başkanı Daniel Kronauer, “Yeni bir gen düzenleme biçimini tanımlıyoruz,” diyor. “Sonuçlarımız, daha az geleneksel model türlerini incelemenin önemini gösteriyor. Klonal akıncı karıncalarda, meyve sineklerinde göremediğimiz yeni ve temel moleküler fenomenleri keşfedebildik.”
Koku Dogması
Koku bilimindeki temel bir kural, her duyusal nöronun kendi moleküler kimliğine sahip olması gerektiğidir. Kronauer laboratuvarında lisansüstü öğrencisi olan Giacomo Glotzer, “Bu, duyusal sinirbilim alanında bir tür dogmadır,” diyor. “Her duyusal nöron tipik olarak bir reseptör ifade eder ve bu da ona kimliğini verir.”
Farklı organizmalar bu birebir eşleşmeyi farklı şekillerde gerçekleştirir. Meyve sineklerinde, moleküler anahtarlar, nöron başına yalnızca bir reseptör ifade edilecek şekilde tek tek genleri tam olarak açar veya kapatır. Memeliler ise, nöronların kromatinlerini rastgele yeniden düzenlediği ve yalnızca bir reseptör geni aktif kalana kadar devam ettiği daha öngörülemez bir sistem kullanırlar.
Şimdiye kadar, karıncaların sineklere veya memelilere benzer bir yöntem mi, yoksa tamamen kendilerine özgü bir yöntem mi izlediği belirsizdi. Yaklaşık 60 reseptör geni olan meyve sineklerinin aksine, karıncalar birkaç yüz reseptöre sahiptir; bu sayılar memelilerinkine daha yakındır. Bu genlerin çoğu, neredeyse aynı dizilerden oluşan kümeler halinde gruplandırılmıştır ve bu da, birini istemeden diğerlerini tetiklemeden etkinleştirmeyi zorlaştırır. Bu tür bir genetik kalabalık, meyve sineklerinin kullandığı basit yaklaşımın karıncalar için işe yaramayacağı anlamına gelir; bu da bu sosyal böceklerin “tek reseptör, tek nöron” dengesini korumak için benzersiz bir yol geliştirdikleri anlamına gelir.
Karınca Stratejisi Avı
Ekibin 2023 yılında yayınladığı konuyla ilgili temel bir makaleye dayanarak, laboratuvar bu anlaşılması zor mekanizmayı iş başında yakalamaya koyuldu. Klonal akıncı karıncaların anten dokusunu parçalara ayırdıktan sonra, ekip hangi genlerin aktif olduğunu belirlemek için RNA dizilimini ve bu genlerin karınca antenindeki yerini belirlemek için RNA floresan in situ hibridizasyonunu kullandı. Ardından, seçilen bir reseptörün sessizleştirilmiş komşularıyla çevrili net bir görüntüsünü oluşturmak için çok sayıda son teknoloji moleküler ve hesaplamalı teknik kullandılar.
Bir karınca nöronu seçilen reseptör genini açtığında, bunun burada bitmediğini buldular. DNA’yı RNA’ya kopyalayan motor olan RNA polimeraz, o genin normal son noktasını geçerek hedefin aşağı akışında bulunan genlere sızmaya devam ediyor. Bu “okuma” transkriptleri, muhtemelen dışa aktarım için gereken benzersiz etikete sahip olmadıkları için çekirdekte sıkışıp kalıyor. Yazarlar, bu transkriptlerin işlevsel olmadığını, ancak üretimlerinin kendisinin aşağı akış genlerini susturduğunu ileri sürüyorlar. Bu arada, nöron diğer yönde “antisens” RNA’lar da üretir. Buradaki polimeraz, aksi takdirde aktif hale gelebilecek yukarı akış genlerini susturmak için bir engel görevi görür.
Sonuç, seçilen reseptör geninin etrafında koruyucu bir genetik kalkandır.
Kronauer laboratuvarında biyomedikal araştırmacı olan Parviz Daniel Hejazi Pastor, “Mekanizmayı parçalara ayırıp bileşenlerine ayırdığımızda, bu stratejinin yerel genomik ortamı susturmaya ve hücreye kendine özgü reseptör kimliğini kazandırmaya hizmet ettiğini gördük,” diyor. “Bulgularımız, transkripsiyonel müdahale etrafında dönüyor; nöron, hem yukarı hem de aşağı akıştaki diğer reseptörlerin gerçek transkripsiyonunu engelleyerek bir reseptörü seçiyor.”
Klon Akıncı Karıncaların Ötesinde
Ekip, aynı mekanizmanın Hint zıplayan karıncası ve bal arısı da dahil olmak üzere diğer sosyal böceklerde de iş başında olduğunu doğruladı. Bu bulgular, hem sosyal hem de sosyal olmayan birçok böceğin, reseptörler ve nöronlar arasında 1:1 oranını korumak için transkripsiyonel müdahale kullandığı olasılığını ortaya koyuyor. Kronauer, “Bu mekanizma, özellikle geniş bir koku reseptörü gen repertuarına sahip böcek türleri arasında, düşündüğümüzden daha geniş bir alana yayılmış olabilir,” diyor. “Hatta meyve sineklerinin bu konuda farklı olması bile mümkün.”
Bu sonuçlar, böceklerin koku alma duyusunun çok ötesine uzanıyor. İlgili genlerin sıkı kümelerinin, aşağı akıştaki komşuları susturan okuma-geçiş ve yukarı akıştakileri engelleyen antisens transkripsiyon gibi iki yönlü güvenlik önlemleriyle yönetilebileceğini göstererek, bu çalışma, genomların büyük gen ailelerini nasıl kontrol altında tutabileceğine dair bir taslak sunuyor. Sonuçlar ayrıca, karıncaların nispeten kısa bir evrimsel süre içinde koku alma duyularını nasıl hızla geliştirdiklerini açıklayan olası bir mekanizmaya da işaret ediyor. Bu makalede açıklanan bulgular, yeni kopyalanan reseptör genlerinin, ek düzenleyici mekanizmaların birlikte evrimleşmesine gerek kalmadan bir duyusal sisteme entegre edilmesini sağlayabilir.
Kronauer, “Sistemi bu şekilde kurduğunuzda, hiçbir şeyi bozmadan daha karmaşık hale gelmesini sağlayabilirsiniz,” diyor. “Bu tür bir gen düzenleyici sistemin, karıncaların yeni koku reseptörlerini bu kadar hızlı bir şekilde geliştirmelerine katkıda bulunduğunu tahmin ediyoruz.”
Kaynak: https://scitechdaily.com
Karıncaların Alarm Çağrılarını Taklit Eden Bir Bitki Keşfedildi