Bugün öğrendim ki: Sıcakkanlı memeliler, vücut ısılarının mantarların yaşayamayacağı bir "termal bariyer" oluşturması nedeniyle çoğu mantar enfeksiyonuna doğal olarak dirençlidir; bu da bu özelliğin ölümcül mantarlara karşı bir koruma olarak evrimleştiğini düşündürmektedir.
Alıntı: Casadevall A (2012) Fungi and the Rise of Mammals. PLoS Pathog 8(8): e1002808. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1002808
Editör: Joseph Heitman, Duke Üniversitesi Tıp Merkezi, Amerika Birleşik Devletleri
Yayınlanma Tarihi: 16 Ağustos 2012
Telif Hakkı: © Arturo Casadevall. Bu, orijinal yazarın ve kaynağın belirtilmesi koşuluyla, herhangi bir ortamda sınırsız kullanım, dağıtım ve çoğaltmaya izin veren Creative Commons Atıf Lisansı koşulları altında dağıtılan açık erişimli bir makaledir.
Finansman: Bu çalışma herhangi bir özel finansman tarafından desteklenmemiştir. AC, NIH ödüllerinin alıcısıdır. Fon sağlayıcıların çalışma tasarımı, veri toplama ve analiz, yayınlama kararı veya makalenin hazırlanmasında hiçbir rolü olmamıştır.
Çıkar çatışması: Yazar, herhangi bir çıkar çatışmasının mevcut olmadığını beyan etmiştir.
Memeli Yaşam Tarzı Enerji Açısından Maliyetlidir
İşte tartışmasız iki gerçek: Memeliler çağında yaşıyoruz [1] ve immünolojik açıdan sağlam memeliler fungal hastalıklara karşı oldukça dirençlidir; öyle ki çoğu insan sistemik fungal hastalığı “fırsatçı” olarak kabul edilir [2]. Bu iki gerçek birbiriyle bağlantılı olabilir mi? Memeli yaşam tarzı; endotermi, homeotermi ve laktasyon yoluyla beslenme dahil olmak üzere yavru bakımı ile karakterize edilir; bunların tümü enerji açısından maliyetli faaliyetlerdir. Buna karşılık, ektoterm olan sürüngenler, günlük memeli enerji ihtiyacının yaklaşık onda birine ihtiyaç duyarlar [3] ve sürüngen gelişimi daha hızlıdır, ayrıca daha az ebeveyn katılımı gerektirir. Bu enerji dezavantajı göz önüne alındığında, memeliler baskın kara hayvanları olarak sürüngenlerin yerini nasıl aldılar? Bu makale, yedi yıl önce ilk kez önerilen, mantarların Kretase döneminin sonunda memeli yaşam tarzını seçen ve sürüngenlerin aleyhine işleyen bir fungal filtre oluşturarak memelilerin ortaya çıkışına katkıda bulunduğu hipotezini daha da geliştirmektedir [4].
Memeliler Fungal Hastalıklara Karşı Doğal Olarak Dirençlidir
Memeliler sistemik fungal hastalıklara karşı oldukça dirençlidir. Dermatofit ile ilişkili hastalıklar yaygın olsa da, bunlar nadiren hayati tehlike oluşturur. İnsanlar için çoğu fungal hastalık 20. yüzyılda tanımlanmıştır ve iyatrojenik bağışıklık baskılanması, antibiyotik aracılı mikroflora bozulması veya HIV enfeksiyonu, hematolojik maligniteler ve romatolojik durumlar gibi bağışıklığı zayıflatan diğer durumlar gibi konakçıdaki değişikliklerle ilişkilidir. Viral ve bakteriyel hastalıkların aksine, insan mikozları nadiren bulaşıcıdır.
Endotermi ve homeoterminin, çoğu mantar türünü engelleyen termal bir dışlama bölgesi oluşturarak mikozlara karşı memeli direncine katkıda bulunduğu düşünülmektedir [5]. Memelilerin mikotik hastalıklara karşı dikkat çekici direnci, muhtemelen hem doğuştan gelen hem de uyumsal kollara sahip bir omurgalı bağışıklık sistemi ile yüksek vücut sıcaklıklarının bir birleşimidir. Sıcaklık ve bağışıklığın sinerjisine dair deneysel kanıtlar, vücut sıcaklıkları 40-41°C olan tavşanlardaki kriptokok enfeksiyonu çalışmalarından açıkça görülmektedir [6]. Tavşanlar, sistemik C. neoformans enfeksiyonuna karşı doğal olarak dirençlidir. Ancak, tavşanlar deri veya korneaya aşılandıklarında (ki buralar daha soğuktur) C. neoformans ile enfekte olabilirler, ancak mantar yayılmaz. Bununla birlikte, tavşanlar kortikosteroidlerle bağışıklık sistemleri baskılandığında, C. neoformans enfeksiyonu hızla ölümcül olur [7].
Vücut sıcaklıkları 32°C civarında olan ornitorenk gibi ilkel memeliler, 36°C'lik bir maksimum termal toleransa sahip, daha yüksek memeliler için virülan olmayan bir mantar olan Mucor amphibiorum'a karşı hassastır [8]. Memelilerin fungal hastalıklara karşı direnci, şu anda bir kitrid nedeniyle ciddi baskı altında olan amfibiler gibi diğer omurgalıların savunmasızlığı ile keskin bir tezat oluşturur [9]. Memeliler gibi amfibiler de uyumsal bağışıklığa sahiptir, ancak memelilerden farklı olarak ektotermdirler ve mantarlar için dışlayıcı bir termal ortamdan yoksundurlar. Dolayısıyla, fungal hastalıklara karşı savunmasızlıkları, tavşanlardaki deneysel bulguları yansıtır; burada yüksek direnç, yüksek sıcaklık ve omurgalı seviyesinde bağışıklığın birleşimi ile sağlanır [6]. Amfibiler, 37°C'ye yerleştirildiklerinde kitridiomikozdan kurtulabilirler [10]. Omurgalı seviyesinde bağışıklık ve endoterminin sağladığı korumanın bir başka örneği yarasalardan gelir. Yaz aylarında yarasalar yüksek aktivite ve memeli sıcaklıkları gösterirler, ancak kış uykusu sırasında vücut sıcaklıkları düşer ve birkaç Kuzey Amerika yarasa türünü yok eden bir mantar olan Geomyces destructans ile enfeksiyona karşı savunmasız hale gelirler [11]. Kış uykusundan uyandırılan enfekte yarasalar, destekleyici bakım sağlandığında tamamen iyileşmişlerdir, çünkü yüksek vücut sıcaklığı mantar büyümesini engellemiştir [12]. Aynı zamanda endoterm olan kuşların, 55°C'ye kadar hayatta kalabilen termotoleran bir mantar olan Aspergillus fumigatus'a karşı duyarlı olması dikkat çekicidir [13, 14].
Yüksek sıcaklıkları korumak için gereken kalori ihtiyaçları göz önüne alındığında, mantarlara karşı maksimum koruma sağlayacak optimal sıcaklığın hesaplanması, memeli sıcaklıklarına çok yakın olan 36,7°C'lik bir değer vermiştir [13]. Bu, omurgalı seviyesinde bağışıklık ve endoterminin birleşimi yoluyla memelilerin mantarlara karşı direncinin, patojenik mantarlar tarafından seçilimin bir sonucu olabileceği olasılığını artırmaktadır.
Kretase-Tersiyer (K-T) Sınırında Fungal Bir Filtre
Memeliler, Kretase'nin sonunu ve Tersiyer'in başlangıcını işaret eden felaketten sonra baskın kara formları olarak sürüngenlerin yerini aldılar; bu olay K-T sınırı olarak bilinir. Dinozorların yok oluşu ve sürüngenler çağının sona ermesi için şu anda tercih edilen hipotez, yaklaşık 65 milyon yıl önce meydana gelen bir bolit çarpmasıdır; ayrıca artan volkanizma gibi diğer olayların da Kretase ekosistemini bozmaya katkıda bulunmuş olması muhtemeldir [15]. Bu ekolojik felakete, dünyanın devasa bir kompost yığınına dönüşmesiyle [17] mantar patlamasının izlediği [16] devasa bir ormansızlaşma eşlik etti. O zamanlar hangi sporların mevcut olduğunu bilmek mümkün olmasa da, patojenik mantarların K-T sınırında var olma olasılığı, patojenite potansiyelinin muhtemelen evrimde birkaç kez bağımsız olarak ortaya çıktığı bulgusuyla artmaktadır [18].
Artık büyük dinozorların, boyutlarının bir sonucu olarak sıcak kanlı olduklarına dair artan kanıtlar var [19]; bu, gıda metabolizmasına ve metabolik faaliyetlerine bağlı olarak önemli miktarda ısı üretimi gerektirirdi. Dinozorlar gibi besin zincirinin tepesindeki büyük hayvanlar, ekosistem bozulmalarına karşı oldukça savunmasızdır. Değişen ekosistem, besin kaynaklarının bozulması ve toz bulutları ile yangınlar nedeniyle dünyanın önemli ölçüde soğumasını da içeren iklim değişikliği anlamına gelirdi [20]. Bu tür streslerin, bolit patlamasından sağ kurtulan herkesi zayıflatması ve bunun sonucunda bağışıklık sisteminin bozulması beklenirdi; bu da hayatta kalanları ve yumurtalarını, özellikle de açlık durumunda vücut sıcaklıklarını koruyamazlarsa, fungal hastalıklara karşı savunmasız hale getirebilirdi.
Bugün sürüngenler olduğuna göre, bazı sürüngenlerin K-T sınırı felaketinden sağ kurtulduğu açıktır. Bu, "sürüngenler daha önce bu kadar başarılıysa, neden dünyayı geri alıp ikinci bir sürüngenler çağı başlatmadılar?" sorusunu akla getiriyor. Memelilerin, bu enerji açısından maliyetli yaşam tarzı için bir seçim mekanizması olmaksızın baskın kara formları olarak sürüngenlerin yerini nasıl aldığını hayal etmek zordur. Bu durum beni, KT olayının yıkımından sonra mantar çoğalmasının, mantara dirençli endotermleri tercihli olarak seçtiği ve ikinci bir sürüngen çağının yeniden ortaya çıkışını engellediği hipotezini öne sürmeye yöneltti [4]. Gezegen ikliminin toparlanması için zaman çizelgesini bilmesek de, fotosentezin 6 ay boyunca kapandığı ve iklim soğumasının en az 9 yıl sürdüğü tahmin edilmektedir [20]. Fosil kanıtı bırakmaya yetecek kadar bir mantar patlamasının meydana gelmesi, hayatta kalan hayvanların devasa miktarda mantar sporuna maruz kaldığı anlamına gelir. K-T felaketine eşlik eden kararan gökyüzü ve soğuk sıcaklıklar [20], güneşi perdeleyerek sürüngenler gibi ektotermik yaratıkların, fungal hastalıklara karşı korunmak için gerekli bir faaliyet olan güneşlenme yoluyla ateşlerini yükseltme yeteneklerini azaltırdı. Bu nedenle, davranışsal ateş oluşturamayan ve çevresel stresten dolayı zayıflamış durumdaki ektotermik yaratıkların, mantar büyümesine karşı doğal termal dışlama bölgeleri olan küçük memelilere göre ciddi bir dezavantajlı durumda olacaklarını varsaymak mantıklıdır. Sürüngenler için durumu daha da karmaşıklaştıran şey, yumurtaların mantar saldırısına karşı savunmasız olabilmesidir [21], oysa memeli yavruları plasentada korunurdu.
İklim Değişikliği ve Gelecekteki Fungal Tehditler
İklim ısınması, memelilerin vücut sıcaklığı ile ortalama çevre sıcaklıkları arasındaki ılıman gradyanın azalacağı anlamına gelir. Daha yüksek küresel sıcaklıklar, termal olarak daha toleranslı mantarları seçebilir. Şu anda memeliler için patojenik potansiyele sahip olan ancak termal toleranssızlık nedeniyle hastalık yapamayan birçok mantarın, memeli sıcaklıklarında hayatta kalma kapasitesi kazanarak memeliler için patojenik hale gelmesi mümkündür [22]. Bu endişe, bazı mantarların termal seçilim yoluyla daha yüksek sıcaklıklara kolayca adapte edilebileceği gerçeğiyle artmaktadır; böcek kaynaklı davranışsal ateşlere karşı daha az duyarlı olacak bir haşere kontrol türü yaratma girişimi olarak termal dirençli bir entopatojenik mantarın üretilmesi buna bir örnektir [23].
Bağlam İçinde Fungal-Memeli Ortaya Çıkış Hipotezi
Fungal-memeli ortaya çıkış hipotezi, mantarların memelilerin ortaya çıkışını seçtiğini öne sürer. Hipotez, enerji yoğunluğu çok yüksek olan memeli yaşam tarzının nasıl seçildiğine ve immünolojik olarak sağlam memelilerin fungal hastalıklara karşı göreceli direncinin nedenine dair bir açıklama önerir. Hipotez, çok farklı kanıt hatlarından bir araya getirilmiş makul bir sentezdir. Şu an için, açıklamaya çalıştığı şeyin doğası ve geçmiş olayların uzaklığı nedeniyle bu hipotezi doğrulamak veya çürütmek için yakın gelecekte deneysel kanıtların bulunması pek olası değildir. Örneğin, KT ile ilgili olaylar sonucunda ölen hayvanların fosil kayıtlarının son derece küçük bir kısmını temsil ettiği göz önüne alındığında, fungal hastalık kanıtlarıyla söz konusu zamana kesin olarak tarihlendirilebilecek fosiller bulmayı hayal etmek gerçekçi değildir. Fungal hastalıklar, Holosen dönemine ait bir fosil bizonunda Coccidioides benzeri kürelerin bulunmasıyla kanıtlandığı gibi fosil kayıtlarında izler bırakabilir [24], ancak bu fosiller KT olayına kıyasla çok yenidir ve kemik dokusu üzerindeki fungal etkiler genellikle kronik enfeksiyonları yansıtır. Buna karşılık, yumuşak dokuları yok ederek konakçıları öldüren mikroskobik organizmaların neden olduğu fungal hastalıklar hiçbir fosil kaydı bırakmazdı. Öte yandan, amfibi kitridiomikozu ve yarasalardaki beyaz burun sendromu ile ilgili son gelişmeler, fungal hastalıkların güçlü seçilim baskıları sağlayabileceği ve bazı türleri yok olmaya sürükleyebileceği fikri için güçlü dolaylı kanıtlar sağlamaktadır. Bunlar, özel ekolojik ortamlardaki bireysel konakçı-mantar etkileşimlerine dair örnekler olsa da, mantarların omurgalı türleri için güçlü seçici güçler olabileceği fikrine emsal teşkil etmektedirler. Ayrıca, mantarların tüm ekosistemler için potansiyel tehditler olduğuna dair artık önemli kanıtlar mevcuttur [25]. Fungal-memeli ortaya çıkış hipotezi, yeni bilgiler mevcut oldukça gelişmeye devam edecektir ve en iyi şekilde evrimsel seçilim, bulaşıcı hastalıklar ve ekolojik değişim ile ilgili küresel sorunlar üzerine düşünmeyi ve tartışmayı teşvik etmek için bilişsel bir araç olarak değerlendirilmelidir.