Kıtlık Başlayınca Dev Yamyama Dönüşen Tek Hücreli Canlı

Karayip adası Curaçao'da bulunan bir deniz suyu filtrasyon sisteminde keşfedilen ve "Euplotes gigatrox" adı verilen yeni bir siliyat (sillerle kaplı tek hücreli canlı) türü, bilim dünyasında büyük yankı uyandırdı. Bu mikroorganizmanın, belirli koşullar altında kendi türünden diğerlerini avlayan yamyam bir "süperdev" formuna dönüşebildiği ortaya çıktı. Mikroskobik ölçekteki yaşamın karmaşıklığına dair ezberleri bozan bu keşif, tek hücreli canlıların gelişimsel yetenekleri hakkında tamamen yeni soruları beraberinde getiriyor.

Rensselaer Polytechnic Institute'dan Dr. Ben Larson ve ekibi tarafından yürütülen çalışmada, Euplotes cinsinin mikroskobinin ilk günlerinden beri yaygınlıkları ve çarpıcı özellikleriyle dikkat çektiği vurgulandı. Çoğu su ekosisteminde rastlanan bu türlerin hareket biçimleri, çiftleşme alışkanlıkları, simbiyotik ilişkileri ve yerel çevrelere adaptasyonları uzun süredir inceleniyordu. Ancak Euplotes gigatrox'un sergilediği bu radikal dönüşüm, daha önce rastlanmamış bir boyutu gözler önüne seriyor.

Euplotes hücreleri, hayvan benzeri oldukça düzenli ve karmaşık bir vücut planına sahip. Bu canlılar, "membraneller" ve "cirri" adı verilen, sillerin bir araya gelerek oluşturduğu daha büyük yapılara sahip. Bu yapılar; su akımları oluşturarak beslenme, yüzme veya yüzeylerde yürümek için kullanılan "bacaklar" gibi işlev görerek tek hücreli bir organizmaya gelişmiş bir mobilite sağlıyor.

Yapılan gözlemler, aynı DNA'yı paylaşan klonal popülasyonlar içinde, küçük bir grup hücrenin kendiliğinden "süperdev" formuna dönüştüğünü gösterdi. Bu süperdev hücreler, normal hücrelerin iki katından fazla uzunluğa ulaşırken, daha geniş bir gövde yapısı ve çok daha büyük bir ağız geliştiriyor. Normal hücreler bakterileri süzerek beslenirken, süperdevler raptorial (yakalayıcı) avcılara dönüşerek kendi klonal akrabalarını avlıyor ve yaklaşık her on dakikada bir küçük bir hücreyi bütün olarak yutuyor.

Dr. Larson, bu durumu "tek bir hücrenin, genellikle hayvanların gelişimiyle ilişkilendirdiğimiz bir şeyi yapması" olarak tanımlıyor. Bu keşif, tek hücreli organizmaların neler yapabileceğine dair mevcut algıyı genişletirken, hücrelerin form ve fonksiyonlarını nasıl kontrol ettiklerini anlamak için bilim insanlarına yepyeni bir model sunuyor. Davranışsal değişim sadece beslenme alışkanlıklarıyla sınırlı kalmıyor; süperdevlerin hareket kabiliyetleri de kökten değişiyor.

Normal hücreler yüzeylerde yürüyebildiği gibi, sıvı içerisinde zarif helisel yörüngeler çizerek yüzebiliyor. Buna karşın süperdevler sadece yürüyebiliyor ve yüzeyde sürünen avlarını yakalamaya uygun dairesel yollar izliyorlar. Yüzeyden ayrıldıklarında ise zarifçe yüzmek yerine sakarca taklalar atıyorlar. Bu durum, evrimsel bir ödünleşmeyi (trade-off) temsil ediyor; hücreler daha iyi birer avcıya dönüşürken, yüzme yeteneklerini kaybediyor ve besin nişlerini bakterilerden kendi türlerine kaydırıyorlar.

Araştırmacılar, bu dönüşümün moleküler temelini anlamak için normal hücrelerin, süperdevlerin ve süperdev formundan normale geri dönen hücrelerin tek hücreli transkriptomlarını sekansladılar. Sonuçlar, süperdevlerin transkripsiyonel olarak farklı bir gelişimsel aşamada olduğunu kanıtladı. Hücre döngüsü düzenlemesi, protein üretimi ve membran organizasyonu gibi alanlarda gen ifadesinde yaygın farklılıklar tespit edildi.

İlginç bir şekilde, süperdev formundan normale geri dönen hücrelerin de kendilerine has bir moleküler imzası olduğu belirlendi. Bu imza, dönüşümü tetikleyen yolları geçici olarak baskılıyor gibi görünüyor. Nitekim, yeni geri dönmüş hücrelerden başlatılan popülasyonlarda, dış koşullar ne olursa olsun, normal hücrelerden başlatılan popülasyonlara göre çok daha yavaş ve düşük frekansta yeni süperdevler oluştuğu gözlemlendi.

Süperdev oluşumunun genellikle popülasyonların hızlı büyüme evresinden durağan evreye geçtiği dönemlerde, özellikle küçük avların (bakterilerin) yetersiz olduğu zamanlarda gerçekleştiği saptandı. Bu dev hücreler, ancak küçük avlar kıt olduğunda ve büyük avlar (normal hücreler) mevcut olduğunda hayatta kalabiliyor. Süperdevler, popülasyonun hiçbir zaman %5'ini aşmıyor; bu da organizmanın, kaynakları optimize etmek için küçük bir kısmını farklı bir besin kaynağına yönlendirdiği bir "riskten kaçınma" (bet-hedging) stratejisi uyguladığını gösteriyor.

Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) dergisinde yayımlanan bu çalışma, tek bir membran içerisinde hem bir hücrenin hem de tam bir organizmanın tüm fonksiyonlarını yürütmek zorunda olan tek hücreli canlıların gelişimini incelemek için yeni bir çerçeve sunuyor. Dr. Larson, gelişim biyolojisi hakkındaki bilgilerin çoğunun hayvanlardan geldiğini ancak artık yaşam ağacının tamamen farklı bir dalındaki tek hücreli bir organizmada benzer gelişimsel süreçleri inceleyebilecekleri bir sisteme sahip olduklarını belirtti.