Kurbağalarda Diyafram Var mıdır? Cevap Sandığımızdan Daha İlginç
Bir kurbağayı sessizce izlediğinizde gövdesinin ritmik biçimde hareket ettiğini fark edebilirsiniz. İlk bakışta bu hareket, insandaki nefes alışverişini andırır. Peki o küçük hayvan da bizim gibi diyaframını kullanarak mı nefes alıyor?
Kısa cevap: Hayır, kurbağalarda memelilerdeki anlamıyla bir diyafram yoktur. Ancak hikâye burada bitmez. Bazı kurbağalarda “diyafram” olarak adlandırılan özel kas yapıları bulunur ve bunların solunumdaki rolü bilim tarihinde uzun süre tartışılmıştır.
Kurbağalarda diyafram neden yoktur?
İnsanda diyafram, göğüs ve karın boşluklarını ayıran kubbe biçimli güçlü bir kastır. Kasılıp aşağı doğru hareket ettiğinde göğüs boşluğunun hacmi artar ve akciğerlere negatif basınçla hava çekilir.
Kurbağaların solunum sistemi ise bambaşka bir mekanizmaya dayanır. Modern karşılaştırmalı anatomi çalışmalarına göre memelilere özgü gerçek diyafram, yaşayan diğer dört ayaklı omurgalılarda bulunmaz.
Kurbağanın temel solunum mekanizması bukkal pompa, yani ağız-boğaz boşluğunun hareketidir.
Burun deliklerinden hava alınır.
Ağız tabanı aşağı-yukarı hareket ederek havayı ağız boşluğunda toplar.
Burun delikleri kapatıldığında ağız tabanı yükselir.
Hava, basınç yardımıyla akciğerlere itilir.
Akciğerlerden hava çıkarılırken gövde ve karın kaslarının hareketleri de devreye girebilir.
Bu nedenle kurbağa, memeliler gibi akciğerlerine hava çekmekten çok hava pompalayan bir solunum sistemine sahiptir.
Peki derisi ne işe yarıyor?
Kurbağaların nefes alma biçimini yalnızca akciğerlerle açıklamak da eksik kalır. Nemli ve damarlanmış derileri önemli bir gaz değişim yüzeyidir. Oksijen deriden alınabilir, karbondioksit ise dışarı verilebilir.
Özellikle su altında veya düşük aktivite dönemlerinde deri solunumu, kurbağanın yaşamını sürdürmesinde kritik hale gelebilir. Bu olgunun bilimsel olarak araştırılması 19. yüzyılın başlarına kadar uzanır.
Kurbağaların Solunum Mekanizması Nasıl Keşfedildi?
Bugün basit görünen “kurbağa nasıl nefes alır?” sorusu, geçmişte oldukça ciddi bir bilimsel tartışmaydı.
İngiliz doğa bilimci Robert Townson, 1790’larda amfibilerin akciğerlerini bir basınç pompası mekanizmasıyla havalandırdığını ortaya koydu. Daha sonra Herholdt ve Panizza gibi araştırmacılar bu mekanizmanın ayrıntılarını farklı deneylerle tartıştı.
İlginç olan, bilimsel anlayışın tek seferde oluşmamasıdır. 1840’larda hava akımının nasıl gerçekleştiği konusunda farklı açıklamalar öne sürülmüş, deneysel çalışmalar sonucunda bazı hipotezler terk edilmiştir.
Bu tarih bize küçük bir şeyi hatırlatıyor: Bir kurbağanın nefes almasını izlemek kolay, fakat neden ve nasıl nefes aldığını anlamak hiç de kolay değildi.
Bilim insanları kurbağanın nefesini nasıl ölçtü?
1969’da yayımlanan önemli bir Science çalışmasında boğa kurbağasının solunumu basınç ve hava akışı ölçümleriyle incelendi. Araştırmacılar, ağız boşluğu hareketleri ile akciğer havalandırmasının birbirinden ayrılabilen döngüler olduğunu gösterdi.
Başka bir çalışmada ise Rana pipiens türünde akciğerlerin ortalama dakikada 6,3 ± 0,8 solunum döngüsüyle bukkal pompa aracılığıyla havalandırıldığı bildirildi.
Burada ortaya çıkan tablo oldukça etkileyici: Kurbağanın solunumu, yalnızca “ağzını açıp kapatmak” değildir; burun delikleri, glottis, ağız boşluğu, akciğerler ve çeşitli kaslar hassas bir zamanlamayla birlikte çalışır.
Kurbağalarda “Diyafram” Benzeri Kaslar Var mı?
İşte sorunun en ilginç kısmı burada başlıyor.
Bazı kurbağalarda, özellikle Xenopus laevis ve Pipa pipa gibi pipidlerde, geçmişte “ventral diyafram” veya “amfibi diyaframı” şeklinde tanımlanan kas yapıları araştırılmıştır.
1974 tarihli bir çalışma, bu kasların anatomik ve fizyolojik özelliklerinin solunum işleviyle bağlantılı olduğunu ortaya koydu. Araştırmacılar, bu yapıların akciğerlerdeki havanın dışarı çıkarılmasına yardımcı olabileceğini ileri sürdü.
Ancak burada önemli bir terminoloji tuzağı var:
Bir kasın solunuma yardım etmesi, onun memelilerdeki diyaframla aynı organ olduğu anlamına gelmez.
Memeli diyaframı, akciğerlere negatif basınçla hava alınmasını sağlayan özgün bir anatomik yapıdır. Kurbağaların “diyafram benzeri” kasları ise farklı evrimsel ve mekanik koşullarda çalışır.
Evrim açısından neden önemli?
Bu ayrım, zoolojiden evrimsel biyolojiye uzanan daha büyük bir soruya kapı açıyor: Akciğerleri havalandıran mekanizmalar omurgalılarda nasıl evrimleşti?
Araştırmalar, dört ayaklıların solunum sisteminin çok eski omurgalıların solunum yapılarından evrimleştiğini ve amfibilerde aktif ekspirasyonun gövde kaslarının kullanımıyla geliştiğini gösteriyor. Negatif basınçla aktif inspirasyon ise amniyotlarda belirginleşiyor.
Memeli diyaframının kökeni ise hâlâ evrimsel anatominin ilginç problemlerinden biri. Araştırmacılar, bu kasın hangi eski kas gruplarından evrimleşmiş olabileceği konusunda farklı senaryolar üzerinde çalışıyor.
Günümüzde Tartışma Nerede?
Bugünkü tartışma artık yalnızca “kurbağada diyafram var mı?” sorusundan ibaret değil. Asıl mesele, farklı omurgalıların solunum kaslarını hangi evrimsel yollarla geliştirdiği.
Bir tarafta memeli diyaframının benzersiz olduğu görüşü güçlü biçimde desteklenirken, diğer tarafta bazı amfibilerdeki özel kasların solunum işlevlerinin ayrıntılı incelenmesi, “diyafram” kavramının evrimsel açıdan yeniden düşünülmesine neden oluyor.
Bu yüzden en doğru bilimsel ifade şudur:
Kurbağalarda memelilerdeki anatomik anlamıyla diyafram bulunmaz; fakat bazı türlerde diyaframa benzetilen ve solunuma katkı sağlayan özel kas yapıları vardır.
Bu rehberde Kurbağalarda diyafram var mıdır ile ilgili önemli noktaları ele aldık, Microzen olarak görüşmek üzere.
Sonuç: Kurbağa Bize Nefes Almanın Tek Bir Yolu Olmadığını Gösteriyor
Kurbağaların solunumu, doğanın aynı probleme farklı çözümler üretebildiğinin güzel örneklerinden biridir.
İnsan akciğerlerini diyaframla havalandırırken kurbağa bukkal pompa, akciğerler, gövde kasları ve deri solunumunu birlikte kullanır. Üstelik bu sistemin ayrıntıları, iki yüzyılı aşkın bilimsel araştırmaya rağmen hâlâ evrimsel biyoloji açısından araştırılmaya devam ediyor.
Belki de bir sonraki kurbağaya baktığımızda onu yalnızca zıplayan küçük bir canlı olarak değil, milyonlarca yıllık solunum evriminin yaşayan bir örneği olarak görmek gerekir.
Kaynaklar
Jørgensen, “Amphibian respiration and olfaction…” – Biological Reviews
Gans ve arkadaşları, “Bullfrog ventilation” – Science
Perry & Sander, “Reconstructing the evolution of the respiratory apparatus in tetrapods”
Perry ve arkadaşları, “The evolutionary origin of the mammalian diaphragm”
“Observations on the amphibian diaphragm” – Comparative Biochemistry and Physiology
Her Bölüm Sonuna Düşündürücü Soru Ekleyelim