Brain Dynamics Lab @MEF

  • Özenç Polat

Sinir Sisteminin Filojenisi

Sinir sistemi, organizmanın diğer sistemlerinin de olduğu gibi, milyonlarca yıl boyunca sürekli değişime uğramıştır. Evrim, gezegendeki yaşam tarihi boyunca farklı türlerin sinir sisteminin yapısını da etkiledi ve evrimsel düzeyde atılan her büyük adımla bu yapı daha kompleks ve sofistike hale ulaştı. Böylelikle bu sistem aşağı yukarı karmaşık davranışlardan oluşan bir repertuvar sunan çok sayıda hayvan türünün var olmasına izin verdi. Bunlara rağmen sinir sisteminin tüm evrim ağacına bakıldığında, fosil kayıtlarında henüz keşfedilmemiş birçok boşluk var.


Bu yazıda, son derece karmaşık olan; birçok zihinsel sürece ve oldukça kompleks davranışlara izin veren sinir sisteminin memelilere kadarki evrimin sürecine dair önemli noktalardan bahsedip, sonrasında maymunlara odaklanarak bu sistemin primatlara sağladığı yeteneklere değineceğim.


Sinir sistemi ilk defa, Kambriyen dönemindeki büyük yaşam patlamasından (bkz. Kambriyen patlaması) birkaç bin yıl sonra gözlemleniyor. Bu dönemin başlangıcında, yaşam formları ve yapılarında prokaryotik organizmalardan (Çeşitli türlerdeki bakteriler) daha karmaşık yapıdaki ökaryotik organizmalara (Eklembacaklılar gibi omurgasızların, sölenterlerin ve balık gibi omurgalıların ortaya çıkması) doğru büyük değişiklikler başladı. Yaşamanın zorlaşması ile vücut yapıları ve uzuvların işlevleri arttıkça, deniz ortamı daha vahşi hale geldi. Bununla birlikte, kaçınılmaz olarak, sadece daha iyi adapte olmuş sinir sistemine sahip türler hayatta kalabildi.


Bu sistemin ilkel kökenlerine bakıldığında en eski temsilcilerden biri, mevcut bilgiler ışığında, yalnızca çevreden ilgili bilgileri elde edebilecek kadar gelişmiş bir deniz eklem bacaklısı (Bkz: Fuxianhuiida) olarak görülebilir. Bu eklem bacaklı, Çin'de nispeten yakın zamanda bulundu ve basit bir nöronal kompleksten oluşan ilkel bir sinir sistemine sahipti. Ancak, bu eklem bacaklıdan önce daha basit organizmalardan bahsetmek daha doğru olur. Suda yaşamın zorlaşmasıyla, bazı bakteriler gibi basit organizmalar veya yumuşakçalar gibi biraz daha karmaşık biçimlere evrilen daha ilkel hayvanlar ve son olarak ilkel sinir sistemlerine sahip eklembacaklılar ortaya çıktı [14].



Bugüne kadar yumuşakçaların ve diğer suda yaşayan omurgasızların, doğası gereği sinirbilimle ilgili çok sayıda çalışma ve araştırma için kullanılan dev kalamar (Bkz: Architeuthis dux) durumunda olduğu gibi, merkezi olmayan bir sinir sistemine sahip olduğu bilinmektedir. Anakaranın kolonizasyonu kaçınılmazdı ve bununla birlikte bu bölümün başında bahsedilen çeşitli eklembacaklılar (kabuklular, çok bacaklılar, örümcekler ve böcekler) toprağı fethetmek için çeşitli formlar ve yetenekler geliştirdiler.


İlk deniz omurgalıları olan balıklar ortaya çıktığında, anakarayı kolonileştirecek hayvan türlerindeki modern beynin ortaya çıkmasına neden olacak ilk detayları görmeye başlıyoruz. İlk balıklar oldukça ilkel bir anatomiye ve sinir sistemine sahipti, bu nedenle anatomik düzeyde anakaranın fethine izin veren yeni özellikler ortaya çıkmasıyla (Yüzgeçlerden loblu yüzgeçlere, sonrasında da bacaklara geçiş), yeni ortama adaptasyon sağlayacak davranış repertuvarı da değişti [1,5,7,8,9,10,12].


Karaya kalıcı olarak yerleşen ilk omurgalı grubu olan amfibiler, o dönemlerde dünyanın farklı yerlerine yerleşmelerine olanak sağlayacak şekilde sürüngenlerin karakteristik özelliklerini gösteriyordu. Amfibiler, yaşam tarzları ve çevreyle ilişkileri açısından hem suda, hem karada nemli ortamlarda yaşamalarına olanak sağlayacak belli başlı özelliklere sahiplerdi. Sürüngenlerde ise, diğer subkortikal yapıları kaplayan serebral hemisferler gibi yapılar zaten farklılaştığı için, "Serebral korteks" ya da “Beyin zarı” olarak bilinen yapı nihayet ortaya çıkar. Sürüngenlerden memelilere doğru uzanan evrimsel süreç, günümüzde de gözlemleyebileceğimiz sinir yapılarını sağlamlaştırdı. Milyonlarca yıl sonra memeliler, çok sayıda şekil ve boyutta ortaya çıkıp, sinir sistemlerinin çevrelerinin farklı taleplerine adaptasyonlarının da yardımıyla dünyada baskın bir rol üstlendiler [1,5,12].


Memelilerin milyonlarca yıl önce gezegende hüküm sürmeye başlamasıyla beraber, sinir sistemleri de gezegende işgal edecekleri yere göre değişti. Memeliler hem anakarayı hem suları işgal ettiler, hatta bazıları uçma yeteneğini geliştirdi. Örneğin deniz memelileri söz konusu olduğunda, korteks kalın olma eğiliminde değildir ve sinir sistemleri birbirine çok güçlü bir şekilde bağlı değildir (bağlantıların hem niceliği hem niteliği bakımından) ve buna rağmen, diğer memelilerden daha üstün zihinsel yeteneklere sahiptirler.

Uçabilen tek memeli olan yarasaların sinir sistemleri, bu grubun küçük türlerinde ekolokasyona (Sesle yer belirleme) uyarlanırken, daha büyük türlerin hareket etmek için buna ihtiyaç duymamasından dolayı daha yüksek bir kortikal yoğunluğa dönüşür.


Evrimsel gelişimlerine bağlı olarak belirli özelliklere sahip kara memelileri arasında, bazı karakteristik yapılara veya diğerlerine sahip olacaklardır, ancak her durumda ortaklaşa gelişen bir dizi özelliği paylaşırlar: Serebral korteksi (hemisferlere bölünmüş) ve daha az ayrıntılı davranışlar için subkortikal yapıları olan merkezi bir beynin varlığı. Primatlar ve daha özel olarak insansı maymunlar (Hominoidea) söz konusu olduğunda, sinir sisteminin bu gelişimi, onların yüksek düzeyde nöronal ve davranışsal karmaşıklığa ulaşmalarına izin verdi. İnsansı maymunlar yani hominidlerin durumunda, yıllar içindeki evrim ve neoteni (bkz: büyüme sürecinin uzaması) gibi süreçler onların soyut düşünme, mantıksal akıl yürütme; medeniyetler yaratabilmek için yasalar ve toplumlar oluşturma, hatta psikopatolojiler geliştirme gibi kompleks davranışlar elde etmelerine izin verdi [2,6,13].


Görüldüğü üzere, milyonlarca yıl önce yaşamın ilk belirtilerini gösteren deniz faunasındaki canlılardan, yaşayan en gelişmiş canlılara kadar sinir sistemi gittikçe daha da karmaşık bir yapıya evrildi. Öte yandan, bazı türlerin (özellikle insansı maymunlar gibi primatların) sahip olduğu sinir sisteminin bu daha karmaşık yapısı sayesinde, yine daha karmaşık nitelikte belirli davranışlar ortaya çıktı. Bununla birlikte, insanoğluna gelindiğinde, bilinenden daha fazlası hala bilinmemektedir, bu nedenle insanlarda meydana gelen belirli olayları anlamak için hala sinir sistemlerinin ve onun işleyişinin araştırılması, analiz edilmesi gerekmektedir [3,4].


Kaynakça

1. Aboitiz, F., Morales, D., & Montiel, J. (2003). The evolutionary origin of the mammalian isocortex: towards an integrated developmental and functional approach. Behavioral and Brain Sciences, 26 (5), 535-552.

2. Barton, RA (2012). Embodied cognitive evolution and the cerebellum. Phil. Trans. R. Soc. B, 367 (1599), 2097-2107.

3. Bassett, DS, & Gazzaniga, MS (2011). Understanding complexity in the human brain. Trends in cognitive sciences, 15 (5), 200-209.

4. Bullmore, E., & Sporns, O. (2009). Complex brain networks: graph theoretical analysis of structural and functional systems. Nature Reviews Neuroscience, 10 (3), 186.

5. Butler, AB, Reiner, A., & Karten, HJ (2011). Evolution of the amniote pallium and the origins of mammalian neocortex. Annals of the New York Academy of Sciences, 1225 (1), 14-27

6. Donald, M. (2006). Art and cognitive evolution. The artful mind: Cognitive science and the riddle of human creativity, 3-20.

7. Edgecombe, GD (2010). Arthropod phylogeny: an overview from the perspectives of morphology, molecular data and the fossil record. Arthropod Structure & Development, 39 (2-3), 74-87.

8. Ginsburg, S., & Jablonka, E. (2010). The evolution of associative learning: A factor in the Cambrian explosion. Journal of theoretical biology, 266 (1), 11-20.

9. Ma, X., Hou, X., Edgecombe, GD, & Strausfeld, NJ (2012). Complex brain and optic lobes in an early Cambrian arthropod. Nature, 490 (7419), 258.

10. Moroz, LL, Kocot, KM, Citarella, MR, Dosung, S., Norekian, TP, Povolotskaya, IS,… & Ptitsyn, A. (2014). The ctenophore genome and the evolutionary origins of neural systems. Nature, 510 (7503), 109.

11. Northcutt, RG (2012). Evolution of centralized nervous systems: two schools of evolutionary thought. Proceedings of the National Academy of Sciences, 109 (Supplement 1), 10626-10633.

12. Northcutt, RG (2002). Understanding vertebrate brain evolution. Integrative and comparative biology, 42 (4), 743-756.

13. Porges, SW (2001). The polyvagal theory: phylogenetic substrates of a social nervous system. International Journal of Psychophysiology, 42 (2), 123-146.

14. Yang, J., Ortega-Hernández J., Butterfield, NJ, Liu Y., Boyan, GS, Hou, J., Lan, T., Zhang, X. (2016). Fuxianhuiid ventral nerve cord and early nervous system evolution in Panarthropoda. Proceedings of the National Academy of Sciences, 113 (11), 2988-2993.


Görsel Kaynakça

“Karın sinir zinciri (Vertebral cord)”: Yang, J., Ortega-Hernández J., Butterfield, NJ, Liu Y., Boyan, GS, Hou, J., Lan, T., Zhang, X. (2016). Fuxianhuiid ventral nerve cord and early nervous system evolution in Panarthropoda. Proceedings of the National Academy of Sciences, 113 (11), 2988-2993.

20 görüntüleme0 yorum

Son Paylaşımlar

Hepsini Gör

NEURALINK