Kalkülüs ile Yemek Arayışı: Yuvarlak Solucan

Caenorhabditis elegans isimli model organizmanın beyin olarak tanımlayabileceğimiz bir organı yok. Hatta, bu yuvarlak solucanın bilgiyi işleyebilmesi için kullanabileceği sadece 302 nöronu var ve bu yüzden verimlilik çok önemli. C. elegans, bu nöronlardan sadece ikisini kullanarak beyin gücü, zaman ve enerji yönünden çok verimli olan bir sistem geliştirmiş. Açıklaması yakın zamanda gerçekleştirilen bu sistemin, kısıtlı işlemci gücü olan minyatür robotlara da yararı olması bekleniyor.

Hayvanlar nasıl yiyecek bulurlar?

Gözlerimizin bizi aldatabildiği gibi, burunlarımız bunu daha büyük bir hacimde yapabiliyor. Hayvanlar koku duyularını kullanarak yemek bulmak için etraflarındaki kokunun kimyasal yapısındaki oranlara göre yol çizerler. Sizin de tahmin edebileceğiniz gibi, çevrelerinde çoğu zaman başka kokular da var ve bu kokular yollarında bazı sapmalara yol açabiliyor.

Tek hücreli canlıların bu probleme çözümü, matematikçilerin “Yanlı rastgele yürüyüş” adını verdikleri bir sistemle gerçekleşiyor. Bu sisteme aslında deneme yanılma diyebiliriz. Rastgele dönüp ilerler ve dönme yönünü kokunun yoğunluğuna göre ayarlarlar.

Kudüs İbrani Üniversitesi araştırmacısı Dr. Alon Zaslaver ve lisansüstü öğrencilerinin Nature Communications adlı hakemli dergide yayınladığı notlara göre, çok hücreli canlılar daha sofistike yöntemler geliştirmişler. Başta olmak üzere, C. elegans tarafından kullanılan sistem isminin Türkçe karşılığı gibi zarif.

Peki bu nöronlar ne yapıyorlar?

Canlı

İki nöron ile türev alabilen canlı – Wikipedia

C.elegans öncelikle muhtemel bir besin kaynağına doğru kıvrılır ve sonrasında “Piruet” gibi yönünü düzeltmek için eğriliğinde kademeli düzeltmeler yapar. Zaslaver’in keşfinden önce solucanın ne zaman yön değiştirdiği bilinmiyordu.

Zaslaver’in bulgularına göre, C. elegans nöronlarından biri koku miktarını ölçüp amacına götürüyor ve yönü hatalı ise ikinci bir nöron devreye giriyor. Zaslaver’in benzetmesine göre bu bir navigasyon uygulamasının yeniden hesaplama fonksiyonu gibi.

İkinci nöron kokunun yoğunluğuna değil, değişimine tepki veriyor. Matematiksel açıdan konuşursak, büyüklüklerinin türevleri ya da koku yoğunluğu grafiğinin eğimini ölçer. Türev sonucunun negatif olması kokunun zayıfladığını ve yönün yanlış olduğunu gösterir. Türevin değeri arttıkça yönün doğruluğu da artar.

İki stratejiyi karşılaştıran simülasyonlar yapıldığında solucanımızın stratejisinin her seferinde yanlı rastgele yürüme stratejisinin önüne geçtiği görüldü. Peki bu nöronları çıkarırsak ne olur? Zaslaver bunu denedi ve sonucunda solucan besin bulma özelliğini kaybetmedi fakat bulma yolu aktarmalıydı.

Bu keşif her ne kadar teknolojiye katkı sağlasa da bize şu soruyu sorduruyor:

100 milyar nörona sahip olmamıza rağmen neden insanlar yanlış yoldan çıkmayacak kadar inatçılar?

Kaynakça

http://www.iflscience.com/brain/brainless-worms-find-food-with-calculus-using-just-two-neurons/

Bilgiyi Yay!