Hibernasyon (Kış Uykusu) ve Torpor Nedir? Canlılara Ne Gibi Avantajlar Sağlar?

Torpor Nedir?

Torpor, hayvanlarda görülen düşük metabolik ve fizyolojik aktivite hallerine verilen genel isimdir. Günlük veya mevsimsel olarak gerçekleşebilir. Günlük olarak torpor hâline geçen canlılar birkaç saat boyunca bu hâllerini korurken mevsimsel olarak torpor hâline geçebilen canlılar belli mevsimler içerisinde günlerce bu durumda kalabilirler.

Mevsimsel torpor gerçekleştiği mevsime göre farklı türlere ayrılır. Örneğin kış ayında gerçekleşiyorsa kış uykusu (hibernasyon), yaz ayında gerçekleşiyorsa yaz uykusu (estivasyon) adını alır. Mevsimsel torpor ayrı isimler aldığı için torpor terimi genellikle günlük olan torpor hâlini belirtmek için kullanılır. Böylelikle hibernasyon ve estivasyon da birbirine bağlanan birden çok torporun oluşturduğu torpor serisi olarak tarif edilebilir.

Hibernasyon Nedir?

Hibernasyon, ya da yaygın adıyla kış uykusu, bazı canlılarda mevsimsel olarak gerçekleşen bir torpor durumudur. Dolayısıyla kış uykusu esnasında da torporun karakteristik özellikleri olan düşük metabolizma hızı, düşük vücut sıcaklıkları ve minimal düzeyde fizyolojik aktivite görülür.

Kış uykusu ismini almasının sebebi açık bir şekilde anlaşılacağı üzere bu durumun genellikle kış ayları sırasında gözlenmesidir. Bunun nedenlerine ilerleyen bölümlerde değineceğiz. Fakat mevsimsel torporun sadece kış aylarında görüldüğü fikri yanlıştır. En soğuk arktik bölgelerden en sıcak tropik bölgelere kadar birçok habitatta mevsimsel olarak torpor yapabilen canlılar görülebilir.

Hibernasyon Yapabilen Canlılar Hangileridir?

Kış uykusuna yatan canlıların büyük bir çoğunluğunu memeliler oluşturur. Özellikle de vücut büyüklüğü küçük olan sincap, fare, yarasa gibi canlılar kış uykusuna yatan canlıların başında geliyor. Bu türlerin dışında Madagaskar’da yaşayan cüce lemurların da kış uykusuna yattığı biliniyor. Bu lemurlar aynı zamanda kış uykusuna yatabilen tek primatlardır.

Kış uykusuna yatan canlıların en meşhuru herhalde ayılardır. Ayılar vücutları büyük olan memeliler olduğu için bu listede bir istisnalar. Hatta bu sebeple ayıların gerçekten kış uykusuna yatıp yatmadıkları tartışma konusuydu. Fakat boz ayılar üzerinde yapılan araştırmalar ile ayıların da kış uykusuna yattığı gösterildi. Vücutları büyük olduğu için ayılar kış uykusu esnasında vücut sıcaklıklarını diğer memeliler kadar düşürmeseler de metabolizmalarını önemli ölçüde yavaşlatırlar ve uzun süre torpor hâlinde kalırlar.

Bahsedilen bu memeli türlerin yanında kış uykusuna yatan tek kuş türü  Phalaenoptilus nuttallii kuşudur.

 Hibernasyonun Genel Özellikleri

Aslında kış uykusuna yatan canlılar sürekli olarak torpor halinde kalmazlar. Yukarıda bahsedildiği gibi kış uykusu bir çeşit günlük torpor serisidir. Bu  serinin içerisinde günlük torporlar kısa süren periyodik dinlenme süreleri ile bölünürler. Bu dinlenme süreleri enerji harcamalarının arttığı bir süreçtir ve hibernasyon sırasında harcanan enerjinin büyük bir kısmı bu aralarda harcanır. Seriyi oluşturan torporlar ise genelde 24 saat süren günlük torporlardır. Fakat çevre sıcaklığının canlının vücut sıcaklığına oranının düşük olduğu koşullarda bu torporlar aylar sürebilir.

Kış uykusu sırasında canlıların vücut sıcaklığında kayda değer düşüşler yaşanır. Fakat her canlının vücut sıcaklığı eşit derecede azalmaz. Vücut büyüklüğü görece küçük olan sincap gibi canlıların vücut sıcaklıkları ortalama 37 santigrat dereceden 5 santigrat dereceye kadar düşer. Bazı durumlarda 0 santigrat derecenin altına bile inebilir. Daha iri vücutlara sahip boz ayılar gibi canlılarda ise bu denli yüksek bir düşüş görülmez. Bu canlılar kış uykusu sırasında vücut sıcaklıklarını ortalama 30 santigrat dereceye kadar düşürürler.

Vücut sıcaklığında görülen bu azalışlar canlıların metabolizmalarının da yavaşlamasına sebep olur. Kış uykusuna yatan canlılar sıcak hava koşulları altında bile metabolizmalarını önemli ölçüde yavaşlatabilir. Ortalamada kış uykusuna yatan bir canlının metabolizma hızı bazal metabolizma hızının %5’ine kadar azalabilir. Bu oran aşırı soğuk ortam koşullarında %1’in altına dahi inebilir. Metabolizma hızlarında bu düşüşün ne kadar fazla olduğunu şöyle anlayabilirsiniz: kış uykusu sırasında bir canlı dakikada ortalama sadece 5 kere nefes alır ve kalbi sadece 1 kere atar. Bu kadar yavaş metabolizmaları sayesinde enerji harcamaları da minimuma indirilmiş olur. Torporlar arasında yaşanan enerji harcamalarının yüksek olduğu aralara rağmen tüm kış uykusu süreci sırasında bir canlının harcadığı enerji miktarı, normal koşullarda harcadığı enerji miktarının %15’inden daha azdır.

Enerji harcamalarında görülen bu denli büyük bir azalışı gerçekleştirebilmelerinde ana faktör kış uykusuna yatmadan önce edinilen yap depolarıdır. Kış uykusuna yatan canlıların büyük bir kısmı bu süreçten önce yaklaşık altı aylık bir süre boyunca daha fazla beslenir ve bir hayli şişmanlarlar. Bunun nedeni kış uykusu sırasında herhangi bir beslenme faaliyetinde bulunmamalarıdır. Çünkü bu süreç boyunca yemek yemez, su içmez hatta boşaltım yapmazlar. Fakat vücutlarında gerçekleşecek temel metabolik faaliyetler için enerji harcamaları gereklidir. İşte bu enerjiyi kış uykusu öncesinde edindikleri yağ depolarından karşılarlar. Kış uykusu öncesinde yağ depolamak bu canlılar için hayati önem taşır. Öyle ki yeteri kadar yağ depolayamayan canlılar kış uykusuna yatmamayı tercih ederler.

Kış uykusu sırasında vücut sıcaklığının düşmesi canlıların kas ve dokularında hasara sebep olabilir. Bu tür olumsuz durumları önlemek için kış uykusuna yatan canlılar kış uykusu döneminde ısı üretimlerini devam ettirerek vücut sıcaklıklarının türe özgü minimum bir değerde veya daha yüksek sıcaklıklarda kalmasını sağlar. Böylece kış uykusu sonrasında normal vücut sıcaklıklarına tekrardan dönmeleri de kolaylaşır. Bu canlıların normal vücut sıcaklıklarına dönmesi de her zaman kısa sürmeyebilir. Örneğin kirpiler ve su samurları gibi canlılar kış uykusundan sonra 4 aydan uzun bir süre 23 santigrat derece gibi düşük vücut sıcaklıklarında kalırlar.

Hibernasyonun Canlılara Avantajları Nelerdir?

Kış uykusuna yatmanın canlılara ne gibi faydalar sağladığına bakmadan önce canlıların metabolizma hızlarının neye bağlı olduğunu ve vücut sıcaklıklarını nasıl kontrol ettiklerini incelememiz gerekir.

Tüm canlılar vücut sıcaklıklarını regüle etmek açısından ikiye ayrılırlar: soğukkanlı (ektoterm) ve sıcakkanlı (endoterm) canlılar. Soğukkanlı canlılar düşük metabolizma hızlarına sahiptir ve ısı yalıtımı yapamazlar. Bu yüzden bu canlıların vücut sıcaklığı bulundukları ortamın sıcaklığına bağlıdır. Soğukkanlı canlılar vücut sıcaklıklarını kontrol etmek için çevresel ısı kaynaklarından yararlanırlar. Bu durumun bir örneği timsahların vücut sıcaklıklarını artırmak için günün büyük bir kısmında güneşin altında beklemeleridir.

Bitkiler ve hayvanların büyük bir kısmı soğukkanlıdır. Soğukkanlı olmanın bu canlılara sağladığı en büyük avantaj metabolik faaliyetlerle ısı üretmek zorunda olmamalarıdır. Bu yüzden enerji ihtiyaçları da sıcakkanlı canlılara göre düşüktür.

Sıcakkanlı canlılar ise soğukkanlı canlıların aksine vücut sıcaklıklarını kontrol etmek için gerekli ısıyı kendileri üretir. Bu olaya termoregülasyon denir. Bu canlıların metabolizma hızları yüksektir çünkü daima ısı üretmeleri gerekir. Ayrıca ısı kaybını azaltmak için yalıtım yaparlar. Sıcakkanlı canlıların vücut sıcaklığı ortam sıcaklığına bağlı değildir. Ortam sıcaklığı değiştikçe ısı üretimlerini artırıp azaltarak vücut sıcaklıklarını belli bir değerde – genelde 32 ile 42 santigrat derece arası bir değer – korurlar. Sıcakkanlılık, soğukkanlılık kadar yaygın olmasa da özellikle kuşlar ve memelilerin büyük bir kısmında görülür. Bunların dışında bazı balık, sürüngen, böcek ve bitkiler de sıcakkanlı olabilirler.

Vücut sıcaklığını yüksek bir değerde sabit tutmak canlıların diğer metabolik faaliyetleri daha iyi yerine getirebilmelerine ve vücut sıcaklıklarını kontrol etmek dışındaki faaliyetlere daha fazla zaman ayırabilmelerine yardımcı olabilir. Fakat bunun da bir bedeli vardır. Yüksek metabolizma hızlarına sahip olmaları enerji ihtiyaçlarının da yüksek olduğu anlamına gelir. Sıcakkanlı canlılar metabolik ısı üretmek için sürekli enerji harcamak zorundadırlar, aksi takdirde hayati fonksiyonları tehlikeye girebilir. Bu problem küçük vücutlara sahip canlılar için daha da kritiktir. Vücut büyüklüğü küçüldükçe yüzey alanı/hacim oranı artacağından ısı kaybı da artacaktır. Ayrıca küçük bir vücuda sahip olmak bu canlıların depolayabileceği yağ miktarını da sınırlayarak yalıtım oranlarını düşürür. Bu problemle baş edebilmek için sıcakkanlı canlıların büyük bir çoğunluğu günlük veya mevsimsel olarak torpor hâline girerler.

Torpor sıcakkanlı canlılar için en etkili enerji koruma yoludur. Bunun nedeni torpor sırasında canlıların yüksek sıcaklıklarda termoregülasyon yapmayı bırakmasıdır. Yani vücut sıcaklıklarını korumak için metabolizmaları ısı üretmek zorunda değildir. Böylece enerji ihtiyaçları çok düşük bir seviyeye iner. Ayrıca düşük vücut sıcaklıklarında metabolizmaları daha da düşer ve çok daha az enerjiye ihtiyaç duyarak yaşamaya devam edebilirler. Bazı sıcakkanlı canlıların metabolizmalarını inhibe ettiği de bilinmektedir.

Çoğu sıcakkanlı canlı, az önce bahsettiğimiz nedenler yüzünden kış mevsimi boyunca daha az enerji harcayarak hayatta kalabilmek için kısa aralıklarla torpor hâline geçer. İşte kış uykusu dediğimiz olay da budur.

Kış uykusuna yatmak canlılara daha başka avantajlar da kazandırabilir. Yarasa ve lemur gibi bazı memeli türlerinin hamilelik dönemi boyunca uzun süre torpor durumunda kaldığı gözlenmiştir. Kış uykusu gibi uzun süreli bu torpor hâli bu durumda da hamile canlının enerji ihtiyaçlarını düşürerek canlıya bu süre boyunca yardımcı olur. Fakat bu canlılar hamilelik döneminde torporu sadece enerji korunumu için kullanmazlar. Besinin yeterli olduğu, yani enerji ihtiyaçlarını karşılayabilecekleri durumlarda bile uzun süre torpor hâline kalırlar. Bunun nedeni yağ depolamaktır. Bu türler torporu kullanarak şişmanlarlar ve laktasyon dönemi için yağ depolarlar. Hamilelik boyunca enerji ihtiyacının en fazla olduğu dönem de laktasyon olduğu için torporu kullanmaları bu canlılara büyük bir avantaj sağlar.

Uzun süreli torpor durumunun görüldüğü bir diğer durum ise yeni doğan yavruların gelişim sürecidir. Bazı kuş ve memeli türlerinde yavruların gelişim sürecinde torpor hâline geçtiği biliniyor. Uzun süreli torporun bu durumda yavrulara 2 önemli avantajı var. Birincisi, daha önceden bahsedilen ve diğer birçok türde görülen besin yetersizliği durumunda enerji ihtiyaçlarını düşürmesi. Diğer avantaj ise ebeveynlerin yavrulara yeterli besin bulamadığı dönemlerde elde bulunan besini daha etkili kullanarak daha az enerji harcayıp gelişim süreçlerini tamamlayabilmelerini sağlamasıdır. Bu avantajlar sayesinde bazı memeli yavruları gelişim süreçlerinde kış uykusunu kullanır.

Bahsedilen avantajların dışında kış uykusunun avlanma riskini artırdığı düşünülebilir. Canlılar kış uykusuna yattıkları zaman dışarıdaki tehditlere ve avcılara karşı daha savunmasız halde kalabilirler. Bu ilk bakışta mantıklı duran ama yanlış bir fikirdir. Bu konuda yapılan çalışmalar, kış uykusunun avlanma riskini artırmaktan ziyade azalttığını gösteriyor. Hatta sırf bu yüzden kış uykusuna yatan canlıların olduğu bile biliniyor. Kış uykusuna yatmış bir canlının bu hâlde iken bir avcı tarafından bulunması halinde kolaylıkla avlanabilecek olması bir gerçek. Av olan canlı hareketsiz ve kaçması neredeyse imkansız bir durumda olacağı için avlanma riski artacaktır. Fakat bu artış, kış uykusu sonrasında canlının avlanma ihtimalinde görülecek olan azalıştan nispeten daha küçük. Canlı kış uykusundan uyandıktan sonra enerji ihtiyaçları az olacağı için daha az yemek aramaya çıkacak ve her an avcılardan kaçmaya yetecek kadar enerjisi bulunacak. Bu da avcıların onları daha az bulabilmelerini, bulsalar bile avların daha yüksek bir ihtimalle kaçabilmelerini sağlar. Ayrıca torpor halinde iken bile bir canlının avcılar tarafından bulunma ihtimali oldukça azalır çünkü canlı etrafa normalde olduğu kadar koku yaymaz. Çoğu avcı da avlarının kokularını kullanma yoluyla onları tespit ettiği için av olan canlılar daha korunaklı hâle gelebilir. Bu canlılar avcılar tarafından bulunsa bile bazen hareketsiz bir şekilde durmaları avcıları onların ölü olduğuna ikna edebilir. Zaten bir avcı karşısında hareketsiz bir şekilde yere yatarak korunmaya çalışma davranışı birçok hayvanda görülen bir davranıştır. Sonuç olarak, kış uykusu uzun vadede canlıların avlanma ihtimalini düşüren bir davranıştır. Yarasaların besinin yeterli olduğu koşullarda bile bahsedilen nedenlerle avlanma risklerini azaltmak için kış uykusuna yattığı görülmüştür.

Görüleceği üzere kış uykusu canlılara birçok avantaj sağlamaktadır. Elbette bu bölümde bahsedilmeyen başka avantajları da mevcut fakat doğada canlıların kış uykusuna yatmalarının en yaygın sebepleri bahsedilen bu avantajlar. Tüm bu yararlar uzun süreli torpor durumunu kullanan canlıların diğer canlılara göre büyük kitleli yok oluşlardan neden daha az etkilendiklerini açıklamaktadır. Canlılar üzerinde bu kadar etkili bir davranışın evrimsel tarihini anlamak da önemlidir. Şimdi de kış uykusuna yatma davranışının kökenlerine ve nasıl ortaya çıktığına bir göz atalım.

Kış Uykusunun Evrimsel Kökeni

Öncelikle kış uykusunun sanılanın aksine soğuk iklim koşullarına karşı geliştirilmiş bir adaptasyon olmadığını söylemekte fayda var. Kış uykusu canlıların besin yetersizliği durumlarında hayatta kalmasını sağlayan bir adaptasyondur ve sadece soğuk bölgelerde görülmez. Fakat havanın genel olarak soğuk olduğu yerlerde besin yetersizliği daha sık görülür ve bu yüzden kış uykusu soğuk bölgelerde daha fazla kullanılır.

Kış uykusunun evrimine gelecek olursak, bu konuda araştırma yapmak biraz zor. Çünkü fosil kayıtlarından bir canlını torpor ya da uyku durumunu anlayamayız. Elde edilen bilgiler ışığında kış uykusunun nasıl ortaya çıktığına dair öne sürülen birden fazla model var. Bu bölümde bu modellerden en fazla kabul görenine değineceğiz.

Günümüzdeki omurgalı ve omurgasız hayvanların ataları soğuk okyanus sularında yaşayan canlılardı. Bu canlılardan türleşen diğer türler zamanla daha karasal su habitatlarında yaşamaya başladı. Canlılık tarihinde sudan karaya geçişin ardından kuşların ve memelilerin ataları sucul ortamlarını bırakarak karasal ortamlara yerleşmeye başladı. Bu habitatlarda mevsimler canlıların hayatlarında daha büyük etkilere sebep oluyordu. Örneğin fazla karasal bölgelerde soğuk mevsimler sırasında çoğu canlı yeterli besini bulamadığı için ölüyordu. Böylece torpor kullanımı canlılar için büyük bir avantaj hâline geldi. Bu modele göre kış uykusunun ortaya çıkışı balıklarda görülen bazı davranışlara dayanıyor. Balıklar soğukkanlı canlılar oldukları için vücut sıcaklıklarını kendileri regüle edemezler ve kış uykusuna yatamazlar. Fakat hipoksi, yani oksijen yetmezliği durumunda metabolizmalarını yavaşlatan balık türleri mevcuttur. Örneğin apolet köpek balıkları oksijensiz ortamda oksijen ihtiyaçlarını düşürerek 3 saat hayatta kalabilir. Bu düşük metabolizma durumunu kontrol eden moleküler mekanizmanın zaman içerisinde karasal hayvanlarda torporu ve daha sonra kış uykusunu tetiklemeye evrimleştiği düşünülüyor. Balıklardaki bu mekanizmanın nasıl evrimleştiği ise aydınlatılmayı bekleyen bir konu. Sonuç olarak torpor sayesinde metabolizmalarını yavaşlatarak besinin yetersiz olduğu mevsimlerde enerji korunumu yapan canlılar avantajlı konuma gelince bu yönde bir seçilim baskısı oluştu. Böylece karasal canlıların neredeyse tamamı enerji korunumu için torporu kullanır hâle geldi.

Günümüzde kış uykusuna yatamayan canlıların da bu özelliklerini kaybederek evrimleştiklerini biliyoruz. Vücutları görece büyük olan canlılar ortama daha az ısı kaybedince enerji korumak için torporu kullanmalarına gerek kalmadı. Bu yüzden de bu özelliklerini kaybettiler. Yani homeotermik canlılar (kış uykusuna yatmayan canlılar), heterotermik canlıların (kış uykusuna yatabilen canlılar) bu yeteneklerini kaybetmesiyle evrimleşmiştir.

Kış uykusuna yatabilme özelliğinin ilk kez Thrinaxodon adı verilen canlıda ortaya çıktığı düşünülüyor. 252 milyon yıl önce yaşamış olan bu tür memelilerin atalarından biri. Ayrıca heteroterminin (kış uykusuna yatabilme) kuşlarda ve memelilerde birbirinden ayrı olarak birden fazla kez evrimleştiğini biliyoruz. Bu nedenle kış uykusunun evrimi yakınsak evrime bir örnek oluşturmakta.

Yapay Hibernasyon

Bilindiği üzere her canlı kış uykusuna yatamaz. Bu yeteneğe sahip olmayan veya bu yeteneğini kaybetmiş olan canlılara homeotermik canlılar denir. Öte yandan doğru koşular sağlandığında homeotermik canlıların da kış uykusu hâline geçmesi sağlanabilir. Bu yönteme yapay hibernasyon diyoruz. Daha önce bazı araştırmalarda doğal olarak kış uykusuna yatamayan canlıların bir süre torpor hâline geçmesi sağlanabildi. Yapay hibernasyonu tetiklemek için araştırmacıların kullandığı genel yöntem, beynin torpor hâlini kontrol eden bölgesine uyarılar göndermek. Beyindeki bu bölgeye hipotalamus preoptik bölgesi denir. Hipotalamus preoptik bölgesine ultrasonik ses dalgaları gibi uyarılar gönderilerek bir canlının torpor hâline geçmesi tetiklenebilir. Ayrıca son yapılan çalışmalara göre bu uyarılar gönderildiği sürece canlılar torpor hâlinde kalıyor, uyarılar sonlandırıldığında ise eski hâllerine dönüyorlar.

Yapay hibernasyon literatüre yeni girmiş bir terim. Dolayısıyla bu alanda daha çok çalışma yapılması gerekiyor. Bu alandaki yeniliklerin biz insanlar için büyük bir öneme sahip olduğu da bir gerçek. Eğer insanlarda da yapay kış uykusunu tetiklemeyi başarırsak bunu birçok durumda kullanabiliriz. En önemlisi ise uzay yolculuklarında astronotlar üzerinde kullanılabilme ihtimali. Güneş sistemimize en yakın yıldız sistemi olan Alpha Cenaturi’ye gitmek istesek bile bu yolculuk en az 4 yıl sürecek, ki bu da ışık hızında gittiğimizi varsaydığımız durum.Işık hızına kıyasla çok düşük olan hızımızla yolculuğun ne kadar süreceğini siz düşünün. Dolayısıyla bu tür uzun süreli uzay görevlerinde astronotların hayatta kalmasını sağlamak için onların torpor hâline geçmesi sağlanabilir. Ek olarak yapay kış uykusunu geliştirebilirsek tıpta da kullanabiliriz. Birçok zorlu ameliyatın hastanın vücut sıcaklığı ve metabolizma hızı düştüğünde daha kolay yapılabiliyor olması bir gerçek. Hastaların torpor hâline alınması işleri önemli ölçüde kolaylaştırabilir. Yani anlaşılacağı üzere yapay hibernasyon daha gelişmekte olan ve ileride insanlara birçok alanda yarar sağlayabilecek bir alan.

Sonuç Görüldüğü üzere kış uykusu özünde basit görünse de karmaşık bir davranıştır. Hayvanlar aleminde birçok tür günlük veya mevsimsel torporu birçok farklı amaç için kullanmakta iken kış uykusunun kullanılmasının en önemli nedeni canlıda enerji korunumudur. Kış uykusunun evrimi hakkında ise öğreneceğimiz daha çok şey olduğu kesin. Bu alandaki araştırmaların sayısı arttıkça kış uykusuna yatma davranışının kökenlerini ve mekanizmalarını daha iyi anlayabiliriz. Böylece bir gün geçmişte yitirdiğimiz bu özelliği yeniden tetikleme şansına erişebiliriz. Daha sonrasında ise sadece bilim kurgu romanlarında okuduğumuz o senaryoları ve saymakla bitmeyecek daha birçok başarımı gerçekleştirebilme ihtimalimiz eminiz ki herkes için heyecan vericidir.