Biomedya - Biyoteknoloji & Yaşam Bilimleri

Sürüngenler için timsahlar oldukça farklı bir deriye sahiptir. Yılan ve kertenkelelerdeki şık ve pürüzsüz pullar yerine, timsahların pullu kafalarında daha pütürlü ve üç boyutlu bir desen vardır. Bu eşsiz derinin nasıl oluştuğu şimdiye kadar bilim insanlarını şaşırtmıştı. Yüzlerindeki ve çenelerindeki pul deseni genetik değil, mekanik bir deri katlanma süreciyle oluşuyor. Bulgular 11 Aralık'ta Nature dergisinde yayınlanan bir çalışmada detaylandırıldı. 

Puantiyeli desenler

Tipik olarak, saç, tüy ve pul gibi hayvan derisi uzantıları, embriyo gelişirken belirli genler tarafından kontrol edilir. Timsah kafaları da dahil olmak üzere bu kuralın bazı istisnaları vardır. 

İsviçre'deki Cenevre Üniversitesi'nde Yapay ve Doğal Evrim Laboratuvarı'nı yönetmeye yardımcı olan çalışma yazarlarından ve fiziksel biyolog Michel Milinkovitch, Popular Science'a “Timsahlar kötü bir üne sahip güzel hayvanlardır” diyor. “Onlar birçok nedenden ötürü olağanüstü yaratıklar. Bunlardan biri, kuşların ve dinozorların kardeş grubunu oluşturmaları (yani en yakın akrabaları olmaları).”

Milinkovitch'e göre, vücut pulları ve kafa pullarının bu kadar farklı gelişmesi de onları hayvan olarak ayırıyor. Timsahların vücut pulları, bilim insanlarının embriyonun gelişimi sırasında gen ifadesinin puantiyeli deseni olarak adlandırdığı şekilde gelişir. Bu, belirli genlerin dokunun veya bir organın belirli ve lokalize bölgelerinde açılmasıdır. 

Milinkovitch, “Böylece, gen ifadesinin yüksek olduğu her noktada, hücreler türe bağlı olarak bir deri uzantısı - bir kıl, bir tüy veya bir pul - oluşturmaya yazgılı hale gelir,” diye açıklıyor.

Ancak timsahların kafa pulları vücut pullarından biraz farklıdır. Bir Nil timsahından kan örneği alırken Milinkovitch, timsahın çenesinde ve yüzünde, bazı çokgenlerin birbiriyle bağlantısız kenarlara sahip olduğu bu alışılmadık pul deseninden etkilenmiş. Bu olağandışı desen, satışların nasıl oluştuğuna dair birincil genetik anlayışla gerçekten açıklanamıyordu.

Milinkovitch, genetik değil mekanik bir sürecin devrede olduğundan şüpheleniyordu. Timsah embriyolarına ulaşmak oldukça zor olduğundan, kesin mekanizmayı belirlemek bilim insanlarını atlatmıştır.

Deride katlanma

Milinkovitch ve meslektaşlarının bu yeni çalışmayı yürütmek için yeterli sayıda embriyo toplaması 10 yıldan fazla sürdü. Ekip, üzerinde çalışacak birkaç embriyoya sahip olduktan sonra, embriyolarla yapılan deneyleri ve bilgisayar simülasyonlarını birleştirerek bir timsah üzerindeki kafa pullarının desenlenmesini detaylandıran bir 3D mekanik büyüme modeli oluşturdu. 

Pulların, basınçlı katlanma da dahil olmak üzere bazı tanıdık mekanik süreçler yoluyla kendi kendini organize ettiğini keşfettiler. Bu katlanma, deri alttaki kemikten daha hızlı büyüdüğünde ve derinin kendisi daha elastik ya da sert hale geldiğinde başlıyor. Bu katlanma ve fiziksel değişim daha sonra timsah belirgin bir şekilde farklı bir şekilde büyüdükçe kafa pullarındaki düzensiz geometrik desenleri üretir.

Milinkovitch, “Matematiksel modelimiz, farklı timsah türlerindeki çok farklı kafa pulları desenlerinin, derinin mekanik özelliklerini biraz değiştirerek kolayca elde edilebileceğini gösteriyor” diyor. “Dolayısıyla, timsahlarda kafa pulu desenlerinin evrimini açıklamak için çok sayıda genin değiştirilmesi gerekmiyor: derinin büyüme ve mekanik özelliklerinde yapılan küçük evrimsel değişiklikler her şeyi açıklıyor.”

Kolajen boyama

Bu mekaniği saptayabilmek için ekibin kolajeni boyamanın yeni yollarını geliştirmesi de gerekiyordu. Bu protein deri, kemik, bağlar, tendonlar ve diğer bağ dokularını oluşturur ve diğer biyolojik rollerinin yanı sıra vücudun organlarını korumak için de çok önemlidir. Bu yeni boyama tekniği Milinkovitch'in kolajenin deriye hangi mekanik özellikleri kazandırdığını görmesine yardımcı oldu ve derideki kolajenin nasıl çalıştığını anlamanın timsahlar dışında da bazı uygulamaları var.

Milinkovitch, “Tekniğimiz şu anda birçok araştırmacı tarafından benimseniyor çünkü kolajenin 3 boyutlu mimarisi, kanser tümörlerinin invazivliğini anlamanın yanı sıra cildin yaşlanmasını anlamak için de çok önemli” diyor.

Kolajen boyama gibi geniş kapsamlı bir şey için yeni yöntemler geliştirmek ve timsah gibi bir şeyin derisinin altında neler olup bittiğini anlamak, embriyonik gelişimin genellikle göz ardı edilen bir kısmına da işaret ediyor.

Milinkovitch, “[Mekanik] embriyonik gelişimde büyük bir rol oynuyor ve biyoloji ve fizik araştırmacıları yavaş yavaş bunun farkına varıyor” diyor. “Meraklı olun, etrafınıza bakın, yaşayan dünyanın anlamadığımız pek çok yönü var.”