Karışık Kokular Arasında Yön Bulmak

Kokunun kaynağını takip etme sanatı, aynı zamanda yön duygusu ve mükemmel bir hafıza gerektiriyor.

Bir meyve sineği yiye ararken veya eşini ararken tüm yolculuğunu koku yoluyla gerçekleştirir; kötü kokulu bu bulutları izleyerek ilerler. Doğadaki hava ise genellikle kaotiktir; güçlü kimyasal liflerle dolu ama boş ve dağınık noktalarla karışmış karmaşık bir zemin sunar. Sineklerin kaynağa giden o ince sinyalini sürekli değişen yönlerde alması, her an kokunun geleceği garantisi olmayan bu zorlu ortamda büyük bir mücadele demektir.

Bilim insanları uzun yıllardır, sinek gibi küçük beyinli canlıların bu kaotik sinyali nasıl işlediğine dair kesin bir fikre sahip değildi. Bir süre biyologlar, böceklerin kokuyu antenlerindeki koku hücreleriyle algılayıp rüzgarın yönüne doğru yürümesi ve sonra yanlara geçerek daha yeni gelen kokuları yakalaması gerektiğini savunan katı 'bir dürt-fırlat' modeline bağlı kalmıştı.

Yine de Rockefeller Üniversitesi’nde çalışan nörobilimci Vanessa Ruta liderliindeki bir ekip, meyve sineklerinin bu basit modelden çok daha gelişmiş yöntemler kullandığını ortaya koydu.

Sineklere Özel Bir Antrenman Salonu: Test Dünyası Oluşturmak

Geleneksel 'bir dürt-fırlat' yaklaşımı, bir böceğin uzun mesafeler boyunca dolambaçlı bir kokuyu nasıl takip ettiğini açıklamada zorluk çekiyordu. Doğadaki kimyasal ipuçları seyrek ve güvenilmez olabiliyor. Ancak aynı özellikler, kokuyla ilgili mekanizmayı test etmeyi son derece zor hale getiriyor; zira kokular görünmezdir ve sıkça rüzgarın akıntısı tarafından taşınır. Sineklerin bir anlık aldığı kokunun ne olduğunu bu şekilde tespit etmek neredeyse imkansızdır.

Ruta’nın ekibi, tam karanlıkta süzülen küçük bir top üzerinde tutulan sinekler için özel bir 'sinek koşu bandı' tasarladı.

Bu deney sisteminde, sinek o hava balonu yüzeyinde yürürken, antenlerine sabit bir yönden rüzgar veren bir nozülden sürekli hava akışı sağlanıyordu; böylece böcek sanki açık bir alanda yönüne göre yürüyor gibi her zaman rüzgarı belirli bir açıdan hissediyordu. Bu hava akışına elma sirkesinin aromasını sağlayan sprey püskürtülüyor ve bu koku, sineğin sanal alan üzerindeki konumuna göre açılıp kapatılıyordu.

Ruta’nın ekibi sayesinde bilim insanları, sineğin o an algıladığı her bir molekülün kimliğini ve miktarını kesin olarak kontrol edebiliyor, böylece rüzgarın taşıdığı kokuyu tamamen kontrollü bir şekilde manipüle edilebilen kusursuz sentetik kimyasal ortamlar yarattılar.

Kenar Takibi: Sadece Kokunun Tam İçinde Gitmiyor

dener döne, ekibin ilk testlerinden biri 'bir düz koridor' simülasyonuydu. Yaklaşık elliden fazla milimetre genişliğinde ve rüzgar yönünde sirkeli bir yol oluşturulduğunda sinekler, kokuyu olduğu için doğrudan merkeze doğru yürümedi. Aksine, her zaman tek bir kenara yapışıyorlardı. Bu döngüsel süreçte, kokunun içine giren sinek hemen etrafına dönüyor ve dışarıdaki saf havaya doğru tekrar kaçıyordu; ardından geri dönüp o belirgin sınırın içindeki koku bandını takip ediyordu.

Ruta bu davranışa kenar takibi diyor. Sinekler kokunun kaynağına doğru ilerleyen kısa anlarda dahi, zamanlarının büyük çoğunluğunu kokulu alandan ziyade dışındaki temiz havada geçiyorlardı.

Ancak araştırmacılar, sadece basit bir koku yoğunluğundan dolayı sineklerin yükselen bir yama boyunca yukarı çıktığını sanmışlardı; fakat rüzgarın ters yönde olduğu ve sirkenin azalmak yerine kaynağa doğru azaldığı farklı denemelerde de bu kenar takibinin devam ettiği görüldü. Bu zorlu davranış, sıradan sezgisel bir tepkiden çok daha karmaşık bir zihinsel süreç olduğunu gösteriyordu.

Hafızası Olan Bir Navigasyon Sistemi

Meyve sineğinin en inanılmaz keşfi ise onlara hiçbir koku rehberliği olmadığında ne yaptıkları üzerine geldi. Araştırmacılar kokulu alan bir sineğin dışına kaybolmasını sağladıklarında, böcek rastgele etrafton dolaşmak yerine; o koku bandının nerede olması gerektiğini bildikleri yere geri dönmeye başladı.

Ruta buna, kaydettiği ve bu yöne doğru ilerleyen olgun bir koku hafızası benzetiyor. Ekip hemen sineğin beyninde bu tür kaydedilmiş kokusal anıları araya başladılar.

beyindeki navigasyon merkezi olarak işlev gören merkeze karmaşık (central complex) adı verilen bir yapı üzerinde çalıştıklarında, fluoresan görüntüleme yöntemiyle nöronların zaman içindeki ateşlenmesini izlediler. Bu incelemede sineğin pusulası gibi çalışan ve bu kenar takibi sırasında rüzgarın yönünden bağımsız olarak sabit kalan sinir hücrelerini saptadılar.