Beynin Evrimi Üzerine Düşüncelerin Tarihi III: Allometri ve Beyin Büyüklüğü

[n]Beyin > Sinirbilim, Yazılar 27 Aralık 2016
1.594

Canlı türleri arasında kolaylıkla gözlemlediğimiz farklılıklardan biri de benzer fonksiyonları üstlenen çeşitli yapılar arasındaki morfolojik farklılıklardır. Canlılar, büyüklük bakımından önemli bir çeşitlilik gösterir. Canlılık, yaklaşık 4 milyar yıl önce başladığında son derece küçük canlı hücrelerle başlamışsa da canlı organizmanın sahip olduğu hücre sayısı büyüklüğü, evrim süresince genellikle artma eğilimi göstermiştir. Canlı gelişiminde çeşitli vücut yapılarının vücuda veya diğer vücut yapılarına oranı allometri ile ifade edilir. Örneğin, evrimde belli bir dönemde iskelet kütlesi vücut büyüklüğüne göre orantısız bir biçimde artmış, kalp atım hızı azalmıştır.

Allometrinin nedenleri hakkında bilgimiz kısıtlı olsa da konu üzerine çok sayıda araştırma yapılmıştır. Yazıyı ilgilendiren kısmıyla beynin evriminde allometrik değişiminin neden o şekilde gerçekleştiği hâlâ gizemini korumaktadır. 18. asırdan itibaren önemli omurgalı gruplarında ve hatta omurgasızlarda beyin allometrisi çalışmaları hız kazanmıştır. Bu çalışmaların neticesinde genel olarak memelilerin kökeninden itibaren daha genç dallara doğru geldiğimizde beyin büyüklüğünün canlı vücuduna oranının arttığını görmekteyiz.

Beyin-vücut oranlarındaki evrimsel değişimlerin işlevsel önemini belirlemeye yönelik geçmişten beri yoğun çaba harcanmaktadır. Örneğin, Darwin 1871’deki bir çalışmasında beyin büyüklüğünü “yüksek kognitif güç” ile ilişkilendirmiş, fakat bu görüşünü pek çok tür ile ilişkilendirmekte ve kıyaslama yapmakta zorluk yaşamıştır. Darwin’den sonra gelen birçok gözlemci ve doğa bilimci ise beyin büyüklüğünü zekânın ya da işlem kapasitesinin bir göstergesi olarak kabul etmiştir. 1977’de Parker ve Gibson isimli bilim insanları, ensefalizasyon olarak isimlendirdiğimiz beyin oluşumu sürecini doğayı gözlemleyerek canlıların kabaca kabuklu meyve yemişlerin kabuklarını ayırabilmeleriyle ilişkilendirmişlerdir. Yakın dönemde bazı bilim insanları ensefalizasyonu ve beyin büyüklüğünü sosyal zekâ ile korelasyon halinde görmektedirler. Sonuç olarak, rölatif beyin büyüklüğünün bir çeşit zekânın göstergesi kabul edildiğinin pek çok çalışmada dile getirilmiş olduğunu bilmekte fayda vardır. Ancak rölatif beyin büyüklüğü ve ensefalizasyon, bugün salt zekâ kriteri olarak kullanılmaktan uzaktır. Rölatif beyin büyüklüğünü ayrıca uzun ömür, yaşam alanı büyüklüğü ve kompleksliği, tüketilen besin çeşitleri ve metabolik hızla uyumlu gören bazı çalışmalar vardır. Paradoksal olarak, bugüne dek incelenen çok sayıda korelasyon, evrimsel sinirbilimciler için beraberinde birtakım problemler doğurmuştur. Filogenetik ağacın dalları seyredildiğinde rölatif beyin büyüklüğünü içeren belirli bir süreçte çok sayıda korelasyonun doğduğu, bunların bir kısmının yeni dallarda yok olduğu ve bazılarının devam ettiği keşfedilmiştir. Sonuç olarak, konuya yönelik hipotezlerin sayısı kabarmış ancak net bir literatür oturtulamamıştır.

Beynin neden vücut ölçüsüyle bu kadar öngörülebilir şekilde ölçeklendiğine dair fazla netlik yoktur. Geçmiş araştırmacılar, beyin allometrisi ölçümlerinde öngördükleri oranların dışında kalan “fazla” beyin kısımlarını yüksek kognitif alanlarla ilişkilendirmişlerdir. Fakat bu görüşe ters düşen birtakım bulgular da paylaşılmıştır. Bunlardan en önemlisi, belirlenmiş oranlarla tahmin edilebilen ölçümlere beynin kognitif fonksiyonlarını içeren anatomik kısımlarının da dâhil olabilmesidir.

İllüstrasyon: Joanna Barnum

İllüstrasyon: Joanna Barnum

Böylece, excess neuron hypothesis olarak terimlendirilmiş, beyin allometrisinde tahmin edilebilir oranların dışında kalan ve yüksek fonksiyonlarla ilişkilendirilen beyin yapıları fikri 2000’li yıllara geldiğimizde geçerliliğini kaybetmiştir. Bazı bilim insanları, yazıda önceden bahsettiğimiz metabolik hız ölçümlerini beyin-vücut büyüklüğü allometrisi için kullanmışlardır. 1980’li yıllardaki bir hipoteze göre, en azından bazı taksonomik gruplarda geçerli olmak üzere beyin büyüklüğü ve bazal metabolik hız skalası benzer kuvvetlidir. Ancak ilerleyen çalışmalarda beyin ve metabolizma hızı arasında tahmin edilenden daha zayıf bir ilişki olduğu ortaya çıkarılmıştır. Neticede, vücut büyüklüğü ve beyin allometrisinde ortaya koyacağımız oranlar ve korelasyonlar, metabolizma söz konusu olduğunda, canlının vücut büyüklüğüyle sıkı bağlantılı olmayacak şekilde beyne ne kadar enerji harcayacağından etkilenecektir. Beyin allometrisinde son dönemde tartışılan bir başka sorun da rölatif beyin büyüklüğü yerine, bir bireyin sahip olduğu beynin çeşitli anatomik kısımlarının çeşitli davranışsal parametrelerle ne derece korelasyon hâlinde olduğudur. Bu tip bir araştırma sapmasına etki eden, araştırmacıları buna yönlendiren nokta muhtemelen beynin fonksiyonel heterojen doğasıdır. Beynin belirli kısımları belirli input ve output’lar için özelleşmiştir. Ancak gerek davranışsal pattern’leri beyinde takip edebilmenin ve nicel ifade edebilmenin zorluğu gerekse nöral ağların oldukça kompleks olması, bu çalışmaları zorlaştırmakta ve tartışmaları beraberinde getirmektedir. Tüm bunlar, beynin evrimsel ve allometrik incelemelerinde karşımıza çıkan problemleri yenmek için yepyeni fizyolojik ve geometrik yaklaşımlara ihtiyacımız olduğu gerçeğini gözler önüne sermektedir.

Rölatif beyin boyutu üzerine ilgi, geçmişte önemli derecede iken modern biyoloji, artık bireysel beyinde internal yapıların boyutlarının fonksiyonel kaymalarına odaklanmıştır. Örneğin, memeli beyninde neocortex tabakası, beynin geri kalanına göre fazlaca gelişim gösterirken alt beyin tabakaları, görece küçük kalmıştır. Bir diğer ilgi çekici ölçekleme bulgusu ise beynin yapısal komplekslik derecesinin absolüt beyin büyüklüğü ile artma eğiliminde olmasıdır. Buna basit bir örnek verecek olursak, neocortex içinde çok sayıda ayrı bölge, öngörülebilir biçimde neocortex büyüklüğüyle birlikte artmıştır. İlginç başka bir nokta ise memeli beyninin sahip olduğu beyaz cevherin (white matter) allometrik olarak absolüt beyin büyüklüğüyle ölçeklenebilir olmasıdır.  Bu perspektif, beyin büyüklüğüyle bağlantılı olmayan sinaps sayısı ve yoğunluğunu göz önünde bulundurduğumuzda, artan beyin büyüklüğüyle birlikte sinaptik bağlantıların daha az yoğun bir biçimde bulunacağı fikrini ortaya çıkarmaktadır.

bbbrainSonuçta, beynin alt anatomik bölgeleri fonksiyonel açıdan pek çok yönden değişebilmektedir ve bu değişimlerin fonksiyonalitesi çoğu kez gösterilebilmiştir. Örneğin hominid beyinleri büyürken iki hemisphaerium cerebri yapısını bağlayan aksonal bağlantılar yoğunlukça azalmış, uzamış ve akabinde hemisferlerin fonksiyonel açıdan birbirleriyle etkileşimleri azalmıştır. Bağımsız fonksiyonlara doğru ilerleyen hemisferler, neticede fonksiyonel asimetri ortaya çıkarmış ve iki serebral hemisfer arasında fonksiyonel özellikler bakımından farklılıklar meydana gelmiştir. Bu yaklaşım, sağ ve sol beyin olarak adlandırılan hemisferik fonksiyon özelleşmelerini açıklamakta kullanılabilir.

Geçmişe baktığımızda, evrimsel sinirbilimcilerin bugün olduğundan daha çok rölatif büyüklüğüne odaklandıklarını görmekteyiz. Bunun birtakım geçerli nedenleri vardır. Absolüt beyin büyüklüğü bakımından, sözgelimi balina ve fillerin insana göre oldukça büyük olan beyinlerini düşündüğümüzde, yüksek kognitif işlevlerin durumu konusunda endişelenebilir miyiz? Şüphesiz ki balina ve fillerin bize göre büyük olan beyinleri, kognitif fonksiyon bakımından ilgili hayvanlar lehine bir yaklaşımı barındırmaz. Yeryüzünde yaşayan en zeki ve bilişsel seviyesi yüksek canlılar olduğumuza yönelik bilimde büyük bir kabul vardır. Yine de balina ve filler davranışsal açıdan oldukça karmaşık canlılar olsalar da insana özgü olduğunu kabul ettiğimiz sembolik dili efektif olarak kullanabilme becerisi, insanı canlılar arasında önemli bir konuma getirmektedir. Ayrıca, aynı grup içerisinde yer alan balina ve fil türlerinin bireylerinin beyin büyüklüğünün zekâ ile korelasyona sahip olabileceğini iddia edebilen çalışmaları yadsımamak gerekir. Sonuçta, rölatif beyin büyüklüğü evrimsel seyri incelemek açısından önemli bulguları beraberinde getirse de daha yakın ilişkili canlılar arasında absolüt beyin büyüklüğü incelemeleri daha değerli gibi görünmektedir. Buna göre, örneğin primatlar arasında sosyal grup büyüklüğünün absolüt beyin büyüklüğü ile rölatiften daha güçlü bir korelasyon göstereceğini iddia edebilmemiz mümkündür.

Referans: Bu yazı, Evrimsel Tıp Topluluğu web sitesi adına Necdet Ersöz tarafından kaleme alınmıştır.

Bu yazı üyemiz tarafından hazırlanıp [n]Beyin Editörü tarafından düzenlenmiştir.
[n]Beyin Üyeleri Ne Diyor?

Henüz hiç yorum yapılmamış.

Facebook Yorumları