Yaklaşık bir asırdır sinirbilim araştırmalarında hayati bir rol oynayan bu kalamarların birkaç kilometre batıdaki Woods Hole Deniz Biyoloji Laboratuvarı’na götürülecekler. Hayvanlar, bilim adamlarının sinir sinyalinin temellerinden karmaşık beyinlerin evrimine kadar her şeye ışık tutmasına yardımcı oldu. Kalamarın benzersiz biyolojisinin incelenmesi, sonunda insanlarda nörolojik ve genetik bozukluklar için geliştirilmiş tedavilere yol açabilir.
Geçen yıl, laboratuvardaki bir grup bilim insanı, Doryteuthis kalamarındaki bir geni devre dışı bırakmak veya “nakavt etmek” için gen düzenleme aracı CRISPR-Cas9’u başarıyla kullandığında, bu araştırma ileriye doğru büyük bir adım attı ; bu, herhangi bir üye için bir ilkti. kafadanbacaklılar olarak bilinen yetenekli yumuşakçalar grubu. Çalışma, bilim adamlarının, kalamarın renk değiştiren deri hücrelerinden mürekkepbalığının ikiyüzlü çiftleşme davranışına ve ahtapotun hafıza ve öğrenme kapasitesine kadar, kafadanbacaklıların neredeyse dünya dışı yeteneklerinin ardındaki genetiği araştırmasının yolunu açıyor .
“Bu karmaşık davranışları gerçekleştirmenin farklı yollarını nasıl buldular?” Moleküler biyolog Josh Rosenthal, Skipjack’e bir kalamar sarıp sonra onu jiginden çıkarıp siyah bir mürekkep patlaması içinde kaybolduğu bir su tankına atarken merak ediyor. “Temelde bir omurgalıdan çok bir istiridyeden gelen bu şeyler.”
Tarihsel olarak, kalamarın sinirbilimciler arasında ünlü olmasını sağlayan başka bir özelliğiydi. Skipjack , tankta en az 70 kalamarla geri dönerken, Deniz Biyoloji Laboratuvarı’nda CRISPR araştırmasına liderlik eden Rosenthal motorun üzerinden bağırıyor: “Onların dev sinir hücreleriydi!”
Büyük kalamar aksonları
Birkaç saat sonra, Ulusal Sağlık Enstitülerinden bir sinirbilimci olan Pablo Miranda Fernandez kalamarlardan birini Skipjack’ten inceleme odasına götürdüğünde ve tören olmadan kafasından kopardığında Rosenthal’ın ne demek istediğini anlıyorum . Hemen soğuk deniz suyuyla kaplı bir masada çalışmaya başlar, kalamarın yarı saydam gövdesini dilimler halinde keser ve metal forseps ile dikkatlice iç organlarını çıkarır. Kalamarın kopmuş ucundan iyi kaslı mantosuna uzanan akson adı verilen bir çift sinir lifini ortaya çıkarmak için kalamarın sert iç kabuğunu veya “kalemini” soyar.
“Oldukça iyi,” diyor, pişmiş bir spagetti telinin yaklaşık dörtte biri kalınlığında olan lifin genişliğini ölçüyor. Fernandez, aksonun uçlarını bağlayarak, sinirin ateşlenmesini sağlayan içerideki iyonları bozmamak için aksonu kalsiyumsuz su dolu bir kaba koyar. İnsanlardaki en büyük aksondan yüzlerce kat daha büyük olan çevresi, elektrik uyarılarının hızla mantoya gitmesine izin verir, böylece kalamar hızla tehlikeden uzaklaşabilir.
1936’da bu dev liflerin keşfinden sonra (bilim adamları başlangıçta bunların kan damarları olduğunu düşündüler), araştırmacılar bunları sinir sistemi ve beynin kimyasal ve elektriksel mekanizmaları üzerinde deneyler yapmak için kullanmaya başladılar. Kalamar aksonu o kadar büyüktü ki, bilim adamları ona elektrotlar bağlayabilir ve voltaj değişikliklerini ölçerek vurabilirdi. İçerideki aksoplazmik yapışkanı sıkabilir ve neyden yapıldığını inceleyebilirler.
Florida Üniversitesi’nden sinirbilimci Leonid Moroz kalamarın dev aksonunu “doğanın sinirbilime armağanı” olarak adlandırıyor.
Kalamar sinirlerinin incelenmesi, yüzlerce bilimsel makale ve iki Nobel Ödülü ile sonuçlandı. İlki 1963’te, sinirlerin bir biyokimyasal reaksiyonlar zinciri yoluyla diğer hücrelerle iletişim kurmak için elektriksel uyarıları nasıl ilettiğini ortaya çıkardığı için verildi. Aksiyon potansiyeli adı verilen bu süreç, sinir sistemi olan tüm organizmalarda temel bir mekanizmadır. Kalamardan ilham alan ikinci Nobel, adrenalin gibi nörotransmitterlerin sinir sinyallemesindeki rolünü açıkladığı için 1970 yılında verildi.
Bugün, daha küçük sinir liflerini ölçebilen ve manipüle edebilen hassas aletler, kalamarın dev aksonunu araştırma için daha az gerekli hale getirdi, ancak kalamarın “hala öğrenmemiz gereken birçok gizemi ve bilimi var” diyor Fernandez.
Örneğin, Ulusal Sağlık Enstitülerinde Fernandez, belirli proteinlerin hücre gövdesinden aksona taşınmak yerine hücre gövdesinden uzanan kalamarın aksonunda yapılıp yapılamayacağını araştıran bir ekiple çalışıyor. Fernandez, çalışmanın nihayetinde insanlarda hasar görmüş sinir hücreleri için geliştirilmiş tedavilere yol açabileceğini söylüyor, ancak önce bir kalamar hücresinde temel sürecin nasıl çalıştığını anlamazsak, “bu tür şeyleri yapmayı hayal bile edemeyiz.”
ayarlanabilir genetik
Skipjack avından elde edilen diğer kalamar sinirleri, Rosenthal tarafından, hayvanın sinir hücrelerindeki RNA moleküllerindeki genetik bilgiyi çok yüksek oranlarda değiştirme konusundaki meraklı yeteneğini incelemek için kullanılacak . Bu, kalamarın vücudunun farklı bölümlerinde genlerin nasıl ifade edildiğini “ayarlamasına” izin verebilir – ancak kimse kesin olarak bilmiyor, diyor Rosenthal.
Kalamarda RNA düzenlemesinin nasıl çalıştığının daha iyi anlaşılması, insanlar için terapilere bile yol açabilir. Rosenthal tarafından ortaklaşa kurulan bir biyoteknoloji girişimi, kalamarın doğal RNA düzenleme becerilerini öğrenmek için çalışıyor ve insanlarda karaciğer, göz ve merkezi sinir sistemi hastalıklarını hedef alıyor ve kimsenin DNA’sını kalıcı olarak değiştirmek zorunda kalmadan zararlı mutasyonları düzeltiyor.
Ancak bunları ve kafadanbacaklıların diğer gizemlerini araştırmak için bilim adamlarının onlar üzerinde genetik araştırma yapabilmeleri gerekiyor. Bu, üç anahtar parça gerektirir: bir organizmanın eksiksiz genetik kodu, bu kodu manipüle etme yeteneği ve organizmayı bir laboratuvarda büyütme yeteneği.
Onlarca yıldır bu, farelerde ve meyve sinekleri ve nematod solucanları gibi diğer klasik model organizmalarda mümkün olmuş ve biyoloji ve tıpta sayısız ilerlemeye olanak sağlamıştır. Ancak kafadanbacaklıların -evrimsel tuhaflık hazineleriyle- genetik araştırmalara daha az uygun olduğu kanıtlandı (ve bunun tek nedeni ahtapotun tanklardan kaçma konusundaki kötü şöhretli yeteneği değil).
Rosenthal’ın ekibinin bir kalamar türünde yalnızca bir geni düzenlerken karşılaştığı zorluklar, söz konusu zorlukları göstermektedir.
