Canlılarda Donma Toleransı

Ertürk Yılmaz

Dünyamızın belli kısımlarında hava sıcaklığı, o bölgede yaşayan canlıların donmasını gerektirecek seviyelerinin altına düşmektedir. Yine de, bu canlıların pek çoğu hayatiyetlerini bu şartlar altında devam ettirebilirler. Oysa ki, hiçbirinde ne kendilerini donma sıcaklıklarının üstüne çıkarabilecek normal metabolik kapasite ne de daha elverişli bölgelere göç edebilecek fiziki imkanlar vardır. Donma ile ilgili fizik ve kimya bilgisinden mahrum bu canlıların hayatları vücut sıvılarının sadece bir bölümünün donmasına izin verilerek (donma toleransı) veya donmanın oluşumu tamamen engellenerek (donma direnci) korunurlar,

Donma toleransı, yaklaşık bütün bitkilerde, geniş bir kısım sinek-böcek ile diğer omurgasızlarda ve küçük bir grup kara memelilerinde gözlenen bir durumdur. Buz oluşumu, hemen her zaman hücre dışı sıvılarda görülür, çünkü hücre içinde buz kristallerinin oluşması ölüme yol açıcı özelliktedir. Donmaya toleranslı çoğu sinek ve böceklerde hücre dışı bazı proteinler buz oluşumunu başlatır ve buzlanmanın düzenlenmesinde rol oynarlar. Donma olayı tedrici olarak gelişir ve hücre içi su, halen donmamış olan hücre dışı sıvıya yayılma şeklinde bir geçiş gösterir. Bu olay hücre içindeki eriyik yoğunluğunu yükseltir ve paralel olarak hücre içi sıvının Bu şekilde hücreler donmaktan korunmalarına rağmen su kaybı ve hacim azalmasıyla karşı karşıya kalırlar ki bunların ikisi de hücre bütünlüğüne ve hayatına zarar verebilir. Bu zararı asgariye düşürmek için, donma toleranslı pek çok organizma, araba motorlarında kullandığımız antifriz gibi, donmadan koruyucu küçük moleküler ağırlıklı organik moleküller sentezleyip, hücre içinde biriktirir. Mesela, kışın hayatını devam ettirebilen arılar takımından buğday samanı arısı, (Bracon cephi)’nın larvası glicerol’ü (bir yağ türevi) kendi vücut ağırlığının %25’ine varan oranda biriktirebilmektedir. Glicerol ve diğer bileşikler, hücrenin ozmotik basıncını çok artırırlar ve aşırı su kaybıyla hücre çökmesini önlerken antifriz koruması da yaparlar. Ek olarak, yine antifiriz görevli moleküllerden olan “trehaloz” da, gliserol gibi hücre duvarındaki lipid tabakalarını sağlamlaştırarak ciddi su kaybına uğramış hücrelerde suyun hücre dışına çıkışını zorlaştırır ve iç yapıyı pekiştirir.

Donmaya toleranslı omurgalıların farkına yakın geçmişte varılmıştır (1982). Bunlar bir kısım sürüngenler ve amfibik (hem karada hem de suda yaşayan) canlılardır. Tahta kurbağası denilen “Rana syivatica” adındaki canlı, donmuş halde -6 ila -8 °C’ de, vücudundaki suların % 65’i buzlaşırken günlerce hayatını sürdürebilmektedir. Tahta kurbağasının donmaya dayanma stratejisinin önemli bir özelliği, hücrenin temel besin maddesi olan glikozu yani şekeri müthiş bir süratle üretip depolayabilmesidir. Vücudun dış yüzeyinden başlayan donma karaciğerin sempatik sinirlerle uyarılmasını tetikler. Karaciğerden kana salınan glikoz, donma süreci içinde kan dolaşımını durdurmadan bütün vücuda yayılır ve hücrelerde depolanır.

Donmaya dirençli organizmalar ise vücut ısıları, vücut sıvılarındaki eriyik konsantrasyonuna göre tahmin edilen donma noktalarının altında iken buz oluşumundan korunabilmektedirler. Bu olay birçok sinek ve böcekler He kemikli balıklar tarafından uygulanmaktadır. Donmaktan korunmak için, hayvanlar yine antifiriz görevi yapan maddeler sentezlemektedir. Örnek olarak, Antartika’daki deniz suyu -1,86°C dolayında olup, neredeyse donmak üzeredir. Burada yaşayan balıkların donma noktası ise, vücut sıvılarının ozmotik konsantrasyonu ve biyolojik temayülleri göz önüne alınarak -0,6 °C olarak hesaplanmıştır. Ne var ki, bu balıkların vücut sıvıları glikoprotein molekülleri sentezlemekte ve donma noktalarını beklenenden daha fazla düşürmektedirler. Bu ise, glikoproteinlerin, buz kristalleri ile hidrojen bağları yaparak bu süreci yavaşlatmaları ile olmaktadır. Bu yavaşlatmanın etkisiyle donma sıcaklığı daha da düşmekte ve aciz balıkların donması önlenmektedir.

Donmaya dirençli Antarktik balıkları, diğer bahsedilen tahta kurbağası ile sinek ve böceklerden temel bir noktada ayrılır. Antarktik balıkları her zaman 0 °C ‘nin altında yaşar ve

bu onların tabii ortamıdır. Diğer taraftan öteki hayvanlar kısmen donmuş ve hareketsiz halde hayatlarını devam ettirmekte ve ilkbaharın ılık sıcaklığıyla tekrar canlandırılmayı beklemektedirler. Tabii ne kısmen donarken, ne de ilkbaharda tekrar hareketlenirlerken, o canlıların hiçbiri bu hadiselerin temelindeki ilahi merhamet ve şefkatten habersiz yaşamaktadırlar .