Neden Beynimizin Sağ Tarafı, Vücudumuzun Sol Tarafını Kontrol Ediyor (ve Tam Tersi)?
Yayınlanma Tarihi 19/08/2011 14:48
Okunma Süresi 10 dakika 50 saniye
Son Düzenlenme 27/08/2019 14:27
Bu yazı, Sinirbilim ve Beyin yazı dizisinin 19. yazısıdır. Dizinin ilk yazısına gitmek için buraya, dizideki tüm yazıları görmek için buraya tıklayınız. Yazı dizileri, EA Akademi'nin bir parçasıdır.
Eğer sinir sisteminizi inceleyecek olursanız, beyninizden vücudunuza giden ve vücudunuzdan beyninize gelen sinirlerin beynimizin medulla oblongata isimli bölgesinde çaprazlandığını (buna bilimde "deküzasyon" denir) görürsünüz. Yani vücudumuzun sol tarafına giden sinirler beynimizin sağ tarafından, vücudumuzun sağ tarafına giden sinirler beynimizin sol tarafından çıkar. Ama neden böyle bir çaprazlanma söz konusudur? Bu da tıpkı omurgalılarda bulunan "ters retina" yapısı gibi evrimin kör bir hatasından ibaret midir? Süreç içerisinde evrimleşen türlerde "günü kurtarmak" için evrimleşen adaptasyonlardan birisi midir? Bu makalemizde bu konulara göz atacağız.
Beynimizdeki çaprazlanmayı gösteren bir görsel...
180 Derece Dönen Sinir Sistemi: Somatik Terslenme Teorisi
Bu evrimsel biyologlar ve sinirbilimciler arasında uzun bir süredir tartışılan ve araştırılan bir konudur. Konunun nihai cevabı henüz verilememiş olsa da, durumu harika bir şekilde açıklayan birçok teori bulunmaktadır. Örneğin bunlardan en meşhur olanlarından birisi, Somatik Terslenme Teorisi'dir ve tüm omurgalıların evrimsel süreçteki ortak atasına dayanmaktadır. Bu teoriye göre çaprazlanmanın kendisi evrimsel bir adaptasyon değildir ve çok daha büyük bir evrimsel değişimin yan ürünüdür; yani bir hatadır. Bu teorinin merkezinde, omurgalıların atalarının karınlarında yer alan sinir şeridinin evrimsel süreçte sırt bölgesine kaydığı gerçeği yatmaktadır. Bu devasa değişim, kaçınılmaz olarak bazı hataları beraberinde getirmiştir, çünkü doğa (ve dolayısıyla evrim) kusursuz değildir.
Bildiğimiz tüm hayvan türlerinin %96'sı gibi ezici bir çoğunluğu omurgasızdır (örneğin karıncalar, yengeçler, mürekkep balıkları, solucanlar, süngerler, denizanaları, kelebekler, tarakkabuklular, salyangozlar ve daha nicesi). Bu canlıların hiçbirinde omurga tarafından korunan bir omurilik bulunmaz. Omurgasızların tek bir tanesinin bile sinir sisteminde, omurgalılarda bulunan sinir çaprazlanması durumu bulunmaz. Hatta omurgasız hayvanların bazılarında (örneğin süngerlerde) özelleşmiş bir sinir sistemi bile bulunmaz! Bu durum, bu tür çaprazlanmaların omurgalılara has bir özellik olduğunu göstermektedir. Omurgasız hayvanların evrimsel süreçte biraz daha gelişmiş torunlarında, çok basit sinir sistemleri olarak sayılabilecek "sinir iplikçikleri" veya "sinir ağı" bulunur. Daha ileri gittikçe, bu sinir sisteminin evrimsel süreçte karmaşıklaşarak geliştiğini, beyinlerin ortaya çıkmaya başladığını görürüz. Nihayetinde, en gelişmiş omurgasız hayvanlarda karmaşık sinir sistemlerine ulaşırız. Ancak bu hayvanlarda bulunan merkezi sinir sistemi, beyinde başlar, buradan çıkar ve vücudun karın (ventral) bölgesine doğru yönelir. Yani omurgasızların "omurilik-benzeri" olan yapısı, sırtta değil, karında bulunur. Bu sinir hattının biraz üzerinde bizdeki böbreklere karşılık gelen, böbreklerimizin atası konumunda olan "nefridiya" bulunur, onun üzerinde mide ve onun da üzerinde, bizlerdeki kalplere benzeyen (onun evrimsel öncülü konumunda olan) "pompalayıcı organ" bulunur.
şubelerinden olan süngerler..." src="https://evrimagaci.org/dosyalar/icerikler/79568598_sabaeiland003jpg.jpg" />
En ilkin hayvan şubelerinden olan süngerler...
Biz omurgalı hayvanlarda ise bu durum tam tersidir: omurilik beyinden çıkar, sonra hemen sırt bölgesinden ilerler. Bu sinir ağının alt kısmında (ventral bölgesinde) böbrekler bulunur, onun altında mide, onun altında ise kalp... Tabii bunu insan gibi iki ayak üzerindeki hayvanlarda değil de, dört ayak üzerinde yürüyen atalarımız ve kuzenlerimizde düşünmeniz gerekiyor; çünkü anatomide "alt", "üst" gibi kavramlar dört ayak üzerindeki duruşa (quadrupedal postür) göre belirleniyor.
İşte omurgalıların omurgasızlardan evrimindeki bu müthiş terslenmeye "Somatik Terslenme" adı verilir. Evrimsel süreçte, ilk omurgalıların evrimleştiği dönemlerde, henüz tam olarak bilinmeyen bir sebeple vücut planlarımız 180 derece tersine döndü. Bu, belki de vücut planlarını belirleyen genlerde meydana gelen mutasyonlardan oldu. Belki de gerçekten adaptif bir anlamı vardı. Tam sebep henüz bilinmiyor; ancak evrimsel süreçte böyle bir terslenmenin olduğu gerçek. Bu gizem perdesini aralamak isteyen evrimsel biyologlar, omurgalılar ile omurgasızlarda vücut planının "arka" ve "ön" şeklindeki dağılımını (ventral-dorsal gelişimini) sağlayan proteinleri incelediler ve iki canlı grubunda da bu kimyasalların ortak olduğunu tespit ettiler. Tam da beklendiği gibi, omurgalılar antik atalarının proteinlerini neredeyse olduğu gibi taşıyorlardı. Örneğin omurgalı ya da omurgasız olması fark etmeksizin, kordin adı verilen proteinin öbeklendiği bölgeden gelişim sırasında "omurilik" rolünü üstlenen sinir ipliği geçiyordu. Yani örneğin omurgalılarda kordin proteinleri sırt bölgesinde toplandığı için omurilik buradan geçiyordu. Omurgasızlarda ise aynı proteinin birikimi karın bölgesinde oluyordu.
Farklı hayvanlarda anatomik analiz...
Omurgasızlar içerisinde omurgalılara en yakın akraba olan ve muhtemelen omurgalılar ile omurgasızların son ortak atasının özelliklerini hala büyük oranda koruyan palamut solucanlarında bu protein ağzın da bulunduğu karın bölgesinde birikmektedir. Dolayısıyla sinir ipliği de buradan geçer. Evrimsel sürecin öteki tarafında, omurgasızlardan ayrılarak ilk defa evrimleşen omurgalı atalarımızı günümüzde temsil eden, halen en ilkin yapılı omurgalılar olarak görülen cadıbalıkları (hagfish) ve bofa balıklarında (lamprey) ise vücut planı 180 derece dönmüştür ve sırttan geçer.
Evrimsel süreçte bu dönüş, sinir sisteminin tamamını etkilemiş gibi gözükmektedir. Örneğin omurgalı veya omurgasız olması fark etmeksizin, sinir sisteminin veri almaktan sorumlu uzantılar, vücudun dışarısına en yakın bölgede bulunur. Böylece çevreden gelen sinyaller toplanabilir. Ancak bu da, omurgalılar ile omurgasızlarda terstir. Omurgasızlarda bu özelleşmiş sinir uçları karında bulunurken, omurgalılarda (örneğin balıklarda veya insanlarda) sırtta bulunur. Bunlara omurgalılarda "sırt kökleri" adı verilir.
En gelişmiş omurgasızlar arasında yer alan palamut solucanları...
Yine benzer bir şekilde, hem omurgalılarda, hem de omurgasızlarda kas hareketlerini sağlayan motor sinyalleri hayvan türlerinin merkezinden gönderilir. Omurgasız hayvanlar olan solucanlarda bu, sinir şeridinin üzerindeki kısımda bulunur. Çünkü algılayıcı sinir uzantıları karna doğrudur, dolayısıyla ipliğin "merkez" kısmı vücudun sırta daha yakın kısmında kalmaktadır. İnsanlar gibi omurgalı hayvanlarda ise bu karın tarafında kalmaktadır, çünkü dorsal kökler vücudun üst kısmındadır (yine dört ayak üzerinde olduğumuz bir postürü düşünmeniz gerekmektedir).
Yani omurgalıların omurgasızlardan evriminde 180 derecelik bir sinir sistemi dönüşü yaşanmıştır. Bu tersinmenin tam sebebi veya kaynağı belirsizdir. Ancak böyle bir tersinme eğer ki beyinde gerçekleşmediyse ve sadece baş haricinde kalan sinir sisteminde gerçekleştiyse, omuriliğin beyne girdiği bölgede bir çaprazlanma kaçınılmazdır. Bunu aynı merkezden çıkan iki kabloyla test edebilirsiniz. Kabloların çıktığı noktayı sabit tutup da kabloları 180 derece çevirirseniz, kabloların kök kısmında çaprazlanma meydana gelecektir. İşte beynimizdeki sinir çaprazlanmasının nedeni bu olabilir.
Her Şeyin Sebebi Göz Bebeklerimiz mi?
Konu hakkındaki tek açıklama bu değildir. Bir diğer ilgi çekici teori, omurgalı gözlerinin çalışma prensibini temel almaktadır. Bilindiği gibi ışık gözlerimize girerken, göz bebeklerimizde kırılır ve dolayısıyla beynimize tüm görüntüler "ters" bir şekilde yansır. Evet, vücudumuzda mantıklı bir şekilde "düz" olması gerekirken "ters" olan sayısız yapı vardır: retinamız, göz bebeklerimiz (en azından onlardan geçen ışık), beynimize giren sinirler... Ancak bu "terslikler", evrimsel geçmişe ve evrimin özüne dair çok faydalı bilgiler vermektedir. Bunlardan birini de göz bebeklerimizde görüyoruz.
Işığın gözümüze girerken kırılmak zorunda oluşu, fizik yasalarından kaynaklanır. Işık, farklı yoğunluktaki ortamlara geçerken kırılır. Bu fiziğin bir yasasıdır. Ve biyoloji, fiziği yenemez. Dolayısıyla bilinçli bir şekilde tasarım yapamayan evrimsel süreçler de, fiziksel yasalara uygun bir şekilde türlerin değişimine neden olurlar. Görme, "Görme - Gözün Evrimi, Kusurları, Evrimsel Hatalar ve Çok Daha Fazlası..." başlıklı makalemizden de okuyabileceğiniz gibi, sayısız tür için evrimsel açıdan çok büyük faydalar sağlayan bir evrimsel adaptasyondur. Dolayısıyla göz yapısı Evrim Ağacı üzerinde birçok sefer, birbirinden bağımsız olarak evrimleşmiştir. Ancak "göz" dediğimiz yapı, ışığı toplamak için bir merceğin evrimini gerektirmektedir. Fakat bu mercek, fizik yasalarına boyun eğmek zorunda olduğu için (ve evrimin kusursuz bir iş çıkaramamasından ötürü) ışığı tersine de çevirir. Bu nedenle dışarıdan gelen her görüntü, retinamıza ters bir şekilde düşer. Sonradan bu ters bilgi beyinde düzeltilir. Bu gereksiz bir işlemdir; ancak evrim muhtemelen elindeki malzemeyle daha iyisini başaramamıştır. Unutmamak gerekiyor ki popülasyon içerisinde yeterli çeşitlilik bulunmadığı ve belirli bir yönde seçilim baskısı bulunmadığı müddetçe evrimin yeni bir özelliği var etmesi imkansızdır. Dolayısıyla evrim tarihinde, gözlerin daha başarılı ve karmaşık sistemler olması yönünde yeterli çeşitlilik veya seçilim baskısı bulunmadığını düşünebiliriz.
İşte omurliğimizden gelen sinirlerin beyne girerken çaprazlanması (veya beyinden çıkan sinirlerin omuriliği oluştururken çaprazlanması), gözümüzdeki bu ışık tersinmesine bağlı bir durum olabilir. Bazı evrimsel biyologlar, bu açıdan konuyu ele alarak sinir çaprazlanmasını açıklamaya çalışmışlardır. Temel olarak söyledikleri şudur:
Eğer ki görüntü tersine dönseydi ama sinirler çaprazlanmasaydı, retinaya düşen bilginin beyne ulaşması için çok daha karmaşık bir yolaktan geçmesi gerekecekti. Ancak beynin ve sinir sisteminin evriminin temelinde "hızlı veri işleme ve cevap üretme" hedefi yatmaktadır; hayvanlara sağladığı avantaj budur. Dolayısıyla çevresel baskı, sinir sistemlerinin çapraz veya çapraza yakın olacak şekilde evrimleşmesini sağlamış olabilir. Bu tersinme, belki öyle bir mutasyonla, bir anda olmamıştır. Ara basamaklardan geçerek, kademeli bir şekilde tersinmiştir. Ancak sinir ağının da gözden gelen verilere uyumlu biçimde ters olacak şekilde gelişimi, veri işleme hızında önemli bir artışı sağlamış olabilir.
Bu konuyu aşağıdaki görseli inceleyerek anlamaya çalışabiliriz:
Göz bebeğinden geçen ışığın kırılmasından ötürü, sağ taraftan gelen görsel veri iki gözümüzün de sol tarafına düşer. Sol taraftan gelen veriler ise iki gözümüzün de sağ tarafına düşer. Ancak beynimizin sol taraftan gelen verileri sol tarafta, sağ taraftan gelen verileri sağ tarafta işleyebilmesi için, bir sinir çaprazlanması olması gerekmektedir. Bu, optik kiyazma adı verilen bir noktada gerçekleşir. Böylece gözün sol tarafına düşen veriler beynin sol tarafına, sağ tarafına düşen veriler ise beynin sağ tarafına iletilebilir. Bu, en hızlı veri işlemeyi mümkün kılmaktadır.
Yukarıdaki görseli ve açıklamayı inceleyecek olursanız, bir sorun dikkatinizi çekecektir. Bu durumda, beynimizin sol tarafı, sağ taraftan gelen görsel veriyi işlemiş olmaktadır. Sol taraftan gelen veriler ise sağ beyinde işlenir. Bu durumda, eğer ki vücuda beyinden çıkan sinyaller olduğu gibi iletilecek olursa, vücudun sağ tarafı, sol taraftan gelen veriye göre tepki gösterecektir ki bu ölümcüldür. Bu sebeple, beyinden çıkan sinyallerin, özellikle görsel veriye doğru tepkileri verebilmek amacıyla çaprazlanması gerekmektedir. İşte bu sebeple medulla oblongata'dan omuriliğe geçecek olan sinirler tersinirler ve sol beyinden gelen sinirler vücudun sağ tarafına, sağ beyinden gelen sinirler vücudun sol tarafına gönderilirler.
Bu teori, ilkine göre biraz daha zayıf gözükse de, omurgalı hayvanların ekolojik ilişkilerinde görsel verilerin önemi ve evrimlerine yön veren duyuları olduğu anlaşıldığında, bu tür bir sinir sistemi dönüşünün neden gerçekleştiğine dair de fikir sahibi olabiliriz. Evrim kusursuz çalışabilseydi, elbette bu tür çaprazlanmalara asla ihtiyaç kalmayacak, dolayısıyla evrimsel süreçte bu tür garip bağlantılar hiçbir zaman gerekmeyecekti. Ancak omurgalı atalarımızın evriminde görsel verilerin en seri ve düzgün şekilde işlenebilmesi için oluşan doğal seçilim, sinirlerin çaprazlanmasını beraberinde getirmiştir. Buna cevap olarak, vücuda gönderilen sinirlerin de çaprazlanması gerekmiştir. Dolayısıyla iki teoriyi ortak bir paydada buluşturmak mümkün olabilir.
Konuyla ilgili en yaygın olarak araştırılan iki teori yan yana koyulduğunda, büyük resim ortaya çıkmaktadır. Muhtemelen omurgalıların evriminde, özellikle av-avcı ilişkilerinin çok karmaşıklaşmasından ötürü görsel veri işleme kapasitesi müthiş bir öneme sahip olmuştur. Bu süreçte göz ve beyin "Vücudumuzdan Karşılıklı Evrim Örnekleri: Göz, Deri ve Beyin Evrimi" başlıklı makalemizden de okuyabileceğiniz gibi karşılıklı bir evrim sürecinden geçmişlerdir. Ancak bu durum, omuriliği oluşturacak olan sinir kordonunun da tersinmesini gerektirmiştir. Aksi takdirde görsel duyulara verilecek fiziksel cevaplar, verilmesi gerekenin tam tersi olmak zorunda kalacaktır. Belki beyin bunu kendi içerisindeki bağlantılar ve veri değerlendirme yöntemleriyle düzeltebilirdi. Ancak görünen o ki, böyle bir düzeltme evrimsel süreçte mümkün olmadı ve sinir yolaklarının çaprazlanması daha kolay (veya en azından "uygulanabilir") bir çözüm oldu.
Omurgalıların omurgasızlardan evrimi sırasında sinir sistemlerinin oldukça geniş bir varyasyon göstermiş olması muhtemeldir. Bu sebeple, beynin kendi iç işlem varyasyonlarına kıyasla, sinir sisteminin gelişimini değiştirecek bir evrimsel baskı daha etkili ve faydalı olmuş olabilir. Dolayısıyla tüm omurgalılar, bu tür bir çaprazlanmayı vücutlarında taşımak zorunda kalmış olabilirler.
Bu konudaki araştırmalar elbette halen devam etmektedir. Ancak bu iki teori, hem evrimsel değişimlere ait önemli bilgiler vermek açısından, hem de kendimizi daha iyi tanımamız açısından faydalı örneklerdir.
M. Kinsbourne. (2019). Somatic Twist: A Model For The Evolution Of Decussation. Neuropsychology, sf: 511-5.
C. J. Lowe, et al. Dorsoventral Patterning In Hemichordates: Insights Into Early Chordate Evolution. (2006, Ekim 17). Alındığı Tarih: 27 Ağustos 2019. Alındığı Yer: PLoS Biology
N.J.Capozzoli. (1995). Why Are Vertebrate Nervous Systems Crossed?. Medical Hypotheses, sf: 471-475.
Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 17/10/2019 19:55:00 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/213
Amigdala, Hipokampus ve Bellek Üzerine...
Somatik Terslenme Teorisi