Tek bir hücre gözün nereye yapılacağını nasıl bilir?
Döllenmiş bir yumurtanın gözü, kalbi, sağı ya da solu yoktur. Yine de haftalar içinde her organın doğru yerde olduğu bir vücut üretir. Hiç vücut görmemiş bir hücre, gözün nereye ait olduğunu nasıl bilir? Çin’in soru-cevap platformu Zhihu’da popülerleşen bu soru, gelişim biyologlarını bir asırdan fazla meşgul etti.
İlk ipucu, renkle ilgili aldatıcı derecede basit bir gözlemden geldi. İki tonlu kürkü veya derisi olan hayvanların çoğu sırtta koyu, karında açıktır. Desen o kadar yaygındır ki — fareler, geyikler, balıklar, kuşlar — öğrenilmiş değil, gelişim kurallarına yazılmış olmalıdır. Nedeni kimyadır. Sırttaki hücreler ve karındaki hücreler farklı ortamlarda bulunur ve her biri farklı sinyal molekülleri salgılar. Bu moleküller yayılır ve gradyanlar oluşturur; bir hücre de ne olacağına karar vermek için yerel konsantrasyonu okur. Renk, görülmesi en kolay gradyandan ibarettir.
Bu fikrin ünlü bir köken hikâyesi vardır. 1920’lerde Alman embriyolog Hans Spemann ve öğrencisi Hilde Mangold, bir amfibi embriyosundan küçük bir doku parçasını bir başkasına nakletti. Nakledilen doku sadece hayatta kalmadı. Çevredeki hücrelere tamamen ikinci bir vücut ekseni inşa etmeleri talimatını verdi ve iki başlı bir iribaş oluştu. Bu doku parçası organizatör olarak tanındı ve deney Nobel Ödülü kazandı. Embriyoların sabit bir plana göre değil, hücreler arası konuşmalarla inşa edildiğini kanıtladı.
Modern genetik sözlüğü doldurdu. Hox, Pax6 ve Sonic hedgehog gibi adlar verilen küçük bir gen grubu, vücut boyunca koordinatlar gibi işlev görür. Örneğin Pax6, göz oluşumunun başlatılmasına yardımcı olur. Dikkat çekici biçimde, aynı gen meyve sineklerinde, farelerde ve insanlarda aynı işi yapar. Bir sinekte yanlış yerde açarsanız, bir bacakta göz büyür. Evrim aynı araç setini tekrar tekrar kullanır; yalnızca her genin ne zaman ve nerede ateşlendiğini değiştirir.
Gradyanlar renkten fazlasını açıklar. Gelişen bir uzuv, hangi ucun omuz, hangisinin parmak ucu olduğunu bilmelidir. Bir nöral tüp, hangi tarafın beyin, hangisinin omurilik olacağını bilmelidir. Her durumda küçük bir hücre grubu bir sinyal salgılar, sinyal yayılır ve komşular kendilerine ne kadar ulaştığına göre yanıt verir. Bu bir plana değil, daha çok havaya benzer — yerel kurallardan doğan desenler.
Çin’deki ve başka yerlerdeki bilim insanları artık bu sinyalleri hücre hücre haritalıyor; embriyoların gerçek zamanlı gelişimini izlemek için floresan belirteçler ve tek hücre dizileme kullanıyor. Çalışmanın pratik ağırlığı var. Organların nasıl konumlandığını anlamak, araştırmacıların kök hücrelerden yedek doku üretmesine yardımcı olur ve bazı doğum kusurlarının neden bir gradyan çok zayıf, çok güçlü ya da kaymış olduğunda ortaya çıktığını açıklamaya yardımcı olur.
Eski soru — bir hücre gözün nereye gittiğini nasıl bilir — artık kısmi bir yanıta sahip. Tam olarak bilmiyor. Komşularını sezer, çevresindeki kimyayı okur ve evrimin yüz milyonlarca yıldır incelttiği kuralları izler. Vücut bir plan değildir. Bir anlaşmadır.