Donmaya Rağmen Hayatın Devamı

Canlı türlerinin çoğu için kış soğuğu ciddî problemler oluşturduğundan kendilerine korunmaları için değişik kabiliyetler verilimiştir. Bunların içinde en ilginci kışı don halinde geçirip, ilkbaharda bir şey olmamış gibi yeniden hayata başlayan canlıların durumu teşkil eder. Birçok balık türü, bazı kaplumbağa ve kurbağa gibi omurgalılar, ısı, sıfırın altına düşünce donarlar. Bütün bunlar insanın aklına, acaba insan organlarını da soğukta muhafaza mümkün olacak mı sorusunu getirmektedir?

Kış gelince bazı bitki ve hayvanlar soğuktan korunmak zorundadır. Bazı hayvanlar, özellikle kuşlar, kelebekler daha sıcak memleketlere göç ederler, bazıları da kış uykusuna yatarlar. Dünyanın bazı bölgelerinde ısı, sıfırın altında olmak üzere çok aşağılara kadar düşer. Bilindiği gibi 0 °C'de su donar. Canlıların da vücutlarında çok miktarda su vardır. Normalde soğuğa korumasız şekilde maruz kalan her canlı donar ve ölür. Zira hücre içinde buz teşekkülü, zarların yırtılması ve hücre fonksiyonlarının bozulmasıyla öldürücü etki yapar. Bununla beraber genelde ilkbaharda sanki hiçbir şey olmamış gibi hayat yeniden başlar.

PEKİ BU İŞ NASIL BAŞARILMAKTADIR?

Bu durum özellikle memeliler ve sıcakkanlı kuşlar (homaloterm) dışında hemen diğer türlerin hepsini ilgilendiren poikiloterm veya soğukkanlı denen hayvanların vücut ısılarının çevreye göre değişmesi yönüyle önem arzeder.

Bizler soğuk kış günlerini sıcacık evlerimizde geçirirken şiddetli soğuklara maruz kurbağa, böcek ve örümcekleri nadiren düşünürüz. Bu hayvanların şiddetli soğuklarda hayatlarını devam ettirebilmek için mükemmel bir intibak mekanizmalarına sahip olduklarını hiç düşündük mü acaba? Bunların hangi stratejilerle hayatlarını sürdürdüklerini araştırırken o müthiş mekanizmaları yaratanı aklımıza getiriyor muyuz? Evet, bu mükemmel mekanizmalardan birisi, bu hayvanların donmadan hayatlarını devam ettirmeleridir. Bu canlıların biyolojik sıvılarının 0°C'in altında bile sıvı halde muhafaza edilmesi ve hücre içinde buzlanma olmamasıdır. İkincisi ise donmaya uyumlu olarak yaşamaktır. Bu her iki durum da son derece ilgi çekicidir.Burada su ve buzun fizikoşimik özellikleri, düşük ısılarda dinamik sistem üzerine etkileri ve molekül yapılarını belirleyen bağlar hesaba katılmak zorundadır.

Donmayı tolere eden hayvanlarda, soğuğa karşı çok orijinal çareler düşünülmüştür. Düşük ısılara karşı olan toleransta moleküler mekanizmalar 9 seneden beri Kanada Carleton Üniversitesinde incelenmektedir. Araştırmanın hedefinde de insan organlarının soğukta muhafaza edilebilme imkânı bulunmaktadır. Kurbağalar, örümcekler, sinek kurdu düşük ısılarda tamamen donup buz haline gelirler. Az bir ısıda derhal canlanıp hareket etmeye başlarlar. Çift kanatlılar, kınkanatlılar da hep bu şekildedir. Mazı böceği (Eurasta solidaginis), ısı -10°C'yi bulunca donar, gündüzleri çözülür ve donmuş halde haftalarca kalabilir. Sedef, midye ve deniz kaplumbağaları kış boyunca günde 2 defa donarlar.

Orman kaplumbağası (Rana sylvatica), kışın bir çok haftalarını donmuş vaziyette geçirir. Diğer bir kaplumbağa çeşidi de(Chrysemys picta) aynı şekilde donar. Bunlar haziranda yumurtlarlar ve larvalar yazın sonunda çıkar. Larvalar 10 cm derinlikteki kumun içinde kışı geçirirler (6-8°C'de). Bundan sonra soğuğa adaptasyon başlar. laboratuara getirildiklerinde -4°C'de donarlar ve sonra tekrar çözülerek hayata devam ederler. Ortalama olarak vücutlarındaki suyun % 53'ü donar.

DONMANIN TEHLİKELERİNDEN NASIL KORUNULMAKTADIR?

Soğuk karşısında korumasız olan canlıların organizmaları içindeki buzlanma, doku harabiyetine, dolayısıyla ölüme sebeb olur. Donma, hücre dışı sahalara yayılınca hücreler arası bağlar kopar ve hücreleri besleyen damarlar hasara uğrar.Hücre içindeki buz, iç yapıyı, özellikle hücre fonksiyonunda esas rolü oynayan değişik kompartmanları hasara uğratır. Bu hasarlar termodinamik plânda stabil olmayan küçük buz kristalleriyle hâdiseyi daha da ağırlaştırır. Buz oluşumunun hücrelerin ozmotik dengesi üzerinde de ağır tesirleri vardır. Donma ozmotik bir şok meydana getirir, sonra su kaybı ve hücrelerin kollapsı oluşur. Eğer hücre hacmi iyice küçülürse, geri dönüşsüz hasarlar hücre zarı seviyesinde oluşur (Şekil-1).

Donma, aynı zamanda metabolik bozukluklara da sebeb olur. Zira buz, hücre fonksiyonları için gerekli oksijen ve mecburi enerji elemanlarını ve metabolik artıkların atılımını engeller. Bu etkiler, insan organ ve dokularını saklamaya çalışan araştırıcılar tarafından gayet iyi bilinmektedir. İnsan ve diğer memelilerin organlarının saklanması, şimdilik bazı tek hücreli sistemlere veya basit dokulara sınırlıdır.

Bu durum acaba niçin bazı hayvanlara hastır ve bunların hücre ve organları hayatiyetlerini nasıl devam ettirebilmektedir? Tabiatta hiçbir canlı, hücrelerinin içindeki buzlanmaya tahammül edemez. Fakat hücre dışında buzlanma, bazı durumlarda zararlı olmayabilir. Biyolojik sıvıların % 65'e kadar olan kısmı organizmaya zarar vermeksizin buzlanabilir. Şiddetli soğukları tolere edebilen hayvanlarda, hücre dışı sıvılarda kontrollü bir şekilde buzlanma olur, fakat hücre içinde asla görülmez. Ozmotik şokun zararım önlemek için buz kristalleri çok yavaş teşekkül eder. Kurbağa ve böceklerde buz oluşumu 2-4 günü alır. Hücre dışı buzlanma esnasında, saf su, buza dönüşür, arkada daha yoğun bir hücre dışı sıvı kalır. Ozmotik kuvvetlerle su ve diğer maddeler yer değiştirdiğinden hücre hacmi azalır. Böylece çevre ısısı çok aşağılara düşmedikçe yeni buz kristalleri oluşmadan denge hâli teessüs etmiş olur. Hayvan, bu sabit donma halini muhafaza eder.

BU ADAPTASYON MEKANİZMALARI NELERDİR?

Bunlardan biri, buz kristallerinin oluşumunu hazırlayan nükleotid denilen bir proteinin varlığı, diğer mekanizmalar da bütün bir hayvan serisinde bulunur ve 1. mekanizmanın aksine buz oluşumunu engellerler. Nükleasyon proteinleri, sonbaharda hemolenfte görülür ve ilkbaharda kaybolur. Bunların sentezi, çevre durumuna göre hormonlar yoluyla kontrol edilir.

Kanda antijel denen proteinler de vardır. Bu proteinler, daha da büyümelerini engellemek için buz kristallerinin dış sathını örterler. Böylece buzlanma, tehlikesiz ve kontrollü olarak küçük kristaller halinde kalır.

Hücrelerde bir miktar suyun bulunması donmaya karşı düşük molekül ağırlıklı koruyucu maddelerin birikmesiyle sağlanır. Bunlar, hücrenin küçülmesini ve hücre içinden dışına sıvı geçmesini bir miktar sınırlarlar. Böcekler bu şekilde, vücut ağırlıklarının % 10'una varan oranda gliserol veya sorbitol biriktirirler. Kurbağa ve kaplumbağalar, şeker ve glikozu aynı şekilde kullanırlar. Orman kaplumbağalarında kandaki şeker seviyesi normalden 200 defa daha yükseğe çıkar (Şekil-2).

Böceklerde bu maddeler, sonbahardan itibaren kanda hazırlanmaya başlar. Kurbağada ise soğuğa maruz kalır kalmaz adrenalin, donma devam ederken, karaciğerde glikoz oluşumunu arttırır. Glikoz, kanla hayvan vücudunun her tarafına dağılır (beyin, kalb, karaciğer, böbrekler). Glikozun bu yükselmesi, soğuğa maruz kalma esnasında devam eder. Buzdan çözülme durumunda birkaç gün içinde normal seviyeye iner.

OKSİJENİN AZALMAYA BAŞLAMASI

Soğuğa rağmen yaşamadaki diğer bir problem, zarların ve makro moleküllerin durumudur. Hücre hacminin azalmasından dolayı, zara fizikî olarak gelen baskılar, donmadan dolayı oluşan en önemli hasarın sebebidir. Hücrenin hayatta kalabilmesi için, zarların korunması yönünden oluşturulan özel maddeler bir disakkarit olan trehaloz ve bir aminoasit olan prolindir. Her ikisi de zar yağlarıyla çift bir yatak oluşturarak fonksiyon görürler. Böylece makromolekül yapısını sabit tutarlar. Trehalozun fonksiyonu, lipidlerin bir parçası olan hidrojenlerle ilişkiye geçerek lipidlerin buz haline dönüşünü engeller. Özellikle proteinler olmak üzere, makromoleküller, hücre içinde büyük bir yer tutarlar ve donmaya bağlı önemli derecede hasara uğrayabilirler. Düşük moleküllü glusidler ve gliserol makromoleküllerin etrafını çevirerek onu korur.

Son olarak da oksijen eksikliği ve enerji veren maddelerin gelemeyişi problemi ortaya çıkar. Donan kurbağa nefes alamaz, kalb ve kan dolaşımı durur. Donma devam ettiği süre içinde, oksijen ve enerji maddeleri hücrelere ulaşamaz. Bunun için bunlar, sonbaharın ilk soğuk günlerinde önemli miktarda fermente enerji maddesi olan glikojen depo ederler. Hücre atıklarının zararlı hâle gelmesi de önlenir. Metabolizma önemli derecede düşürülerek böylece hayat uzatılır.

İNSANDA DURUM NEDİR?

Şimdilik özellikle transplantasyon organlarının saklanması söz konusudur. Kan, kornea, deri, embriyon gibi özelliği olan dokularda nisbeten başarı elde edilmiştir. Şimdi istikamet biraz daha kompleks dokulara doğru yönelmiştir. Meselâ, insülin üreten pankreas dokusunun muhafazası, diabet tedavisinde önemli bir adım olacaktır. Kalb, karaciğer, böbrekler de sıradadır. Fakat şimdilik bunlar imkânsız görünmektedir. Transplantasyon bunlarda derhal alıp takma şeklinde yürütülmektedir. Bu konuda karşılaşılan zorluklar, organların eşit şekilde beslenmesi, buzlanma kalkınca önemli ozmotik hasarların gelişmemesi, soğutmak için kullanılan maddelerin toksik etkilerinin kaldırılması gibi durumlardır.

Buzlanmaya karşı yaşayan daha alt omurgalıların incelenmesiyle bu sorulara ışık tutulabilecektir. Özellikle kurbağanın bu işte kullandığı glukoz, tabiatta bol bir şekilde bulunmaktadır.

Netice olarak, kâinatta gerek yapıları ve fonksiyonları, gerek hayat şartları, gerekse makro ve mikro âlemler arası dengedeki yerleri yönüyle henüz sayısını bilemediğimiz milyonlarca canlı mevcuttur. Bunlardan hücre, organ ve sistemler olarak en gelişmişi olan insana kadar yelpazenin değişik yerlerinde yer alan bu canlılar âlemi içinde cereyan eden hadiselerde şaşırtıcılıktan öte harika ve mükemmel mekanizmalar gözler önüne serilmektedir. Her canlının içinde bulunduğu duruma göre kendini ayarlayabilmesi ve hayatiyetini devam ettirebilmesi hadisesi de bunlar arasındadır. Her geçen gün araştırmalarla bu sonsuz âlemin içinden cımbızla çekip aldığımız küçücük hadiselerdeki mükemmelliği gördükçe bunları birleştire birleştire kafamızda bir senteze doğru gidiyoruz. Hangi düşüncede ve hangi dinde olursa olsun, her araştırıcı eninde sonunda bu sentezin neticesi olarak, yukarıda gördüğümüz basit bir donmaya karşı bile her seviyede nasıl stratejiler oluşturulduğu gibi bu hadiselerin tesadüfi olamayacağını, bunları düzenleyen birinin olduğunu söylemekten kendini alamamaktadır.

Hiçbir canlı, hayatlarının hiçbir safhasında başıboş bırakılmadığına, en ince noktalarına kadar vücut mekanizmaları ayarlandığına göre, en gelişmiş yaratık ve Yaratan'ın yeryüzündeki halifesi insan da hem organ ve işleyişleri yönüyle çok mükemmel yaratılmış, hem de diğer canlılardan farklı olarak bu hadiseleri anlama ve ona göre tavır alarak Yaratıcı'nın mesajlarını yerine getirme sorumluluğuna muhatabtır. Hep birlikte bu işi başarma dileğiyle.