Ekstremofiller ve Astro biyoloji Yaklaşımları


Dünya ötesindeki bir yaşamı araştırmak için üzerinde yaşam olan bir gezegen Dünya’nın evrimini ve yaşam orijinini incelemek gerekir. 3.8 milyar yıl öncesinden(Ga) beri dünya üzerinde atmosfer ve karalarda meydana gelen yaşam izleri veya biyoişaretler bize geçmişteki ve şimdiki aktiviteleri inceleme fırsatı sağlamaktadır.

Stromatolitlerin varlığı, mikrobiyal matlar, izotop fraksiyonları, kompleks organik moleküller, fosiller yeryüzündeki yaşamın evrimini incelemeye izin vermektedir. Precambien çağında şu devirler vardır: güneş sisteminin ve Dünya’da organik madde oluşumu; Hadean ( 4,6-4 Ga), yaşamın oluştuğu Archaean ve Proterozoik (2,5 -0,56 Ga) çağ. Proterozoik çağ 3’e ayrılır: Paleo, Meso, Neoproterozoik.

Erken Arkean dönemdeki ağır bombardımanlardan sonra yüksek UV radyasyona maruz kalmış dünyada yaşam oluştu, atmosferinde ve okyanuslarda oksijen yoktu ama organik molekülleri ve hidrotermal, solar, kimyasal gibi enerji kaynaklarını oluşturabilecek sıvı su bakımından zengindi. Sıvı su, elementler ve enerjinin yaşamı oluşturmak için gerekli olduğu düşünülse de yaşamın orijinine ait koşullar henüz net değildir. Yaşam için önemli olan şeylerden biri büyük bir aya sahip olmaktı. Ay, uzun zaman skalasında iklimlerin kararlılığını ve gezenimizin eğimini korumasını sağlamıştır. İklimleri kararlı kılan ve yüzeyindeki sıvı suyla gezegenimizi yaşanabilir yapan diğer önemli faktör karbon dioksit ve silikatların tektonik hareketlerle döngü yapmasıdır. En eski zirkonlar 4.3 Ga yıl öncesine aittir buda o dönemde okyanus varlığını göstermektedir. 4.6 Ga( gigaannum : 1 milyar) yıl önce güneş oluştuğunda şimdikinden % 30 daha az parlaktı buna “sönük genç güneş problemi” denir. Sera gazları karbondioksit ve metan olmadan donmuş halde bir dünya vardı bunu izleyen Paleoproterozoik dönemde( 2.32Ga) siyanobakterilerce üretilen atmosferik oksijende artış olmuş ve metanın oksidasyonu ile oluşan CO2 iklimde soğuma oluşturmuştur bunun kanıtı ise buzul depozitlerdir. Okijenleşme olayları okyanuslardaki kimyasal olaylarla; anoksik çevrelerden çok az oksijenlenmiş yüzey sularıyla örtülü anoksik ve kükürtlü derin okyanuslara ve daha fazla oksijenli ortamlara kadar modifiye olmuştur. Okyanuslardaki bu değişen redox, yaşam çeşitliliği paternine muhtemelen sınırlı elementlerden dolayı darbe vurmuştur. Bu dönemdeki çevresel koşullar şimdiki koşullara göre ekstrem durumdaydı hala gezegenimizin ötesinde bir yerlerde var olabileceği gibi…

Ekstremofil sözcüğü ( extreme: aşırı, uç; phile : sevmek) ilk olarak 1974 yılında MacElroy tarafından kullanılmıştır ve dünya yüzeyinin 3 km altında, nüklear reaktörlerde, hidrotermal ventlerde, asitli kaynaklarda, tuz kristallerinde, yüksek ağır metal içeren bölgelerde, kutup buzları ve göllerinde, basınçlı ortamlarda ve anaerobik koşullarda gelişebilen mikroorganizma gruplarını ifade eder. Bu aşırı koşullar; sıcaklık, radyasyon, basınç gibi fiziksel olabildiği gibi; tuzluluk, kuruluk, pH, oksijen durumu, redoks potansiyeli, metaller ve gazlar gibi jeokimyasal da olabilmektedir. Ekstremofiller bu zor şartlara yapısal ve moleküler düzeyde adapte olmuşlardır. Son yıllarda bu organizmalara dünya üzerinde yüksek oranda rastlanmaktadır örneğin; Şili Atacama çölü, Antarktika Dry Valley .

Bizim alışılmamış olarak tabir edebileceğimiz dünya yüzeyinin altındaki kaya diplerinde, çok düşük su ve besin aktivitesine sahip ekstrem kuru bölgelerde yaşayan çoğu ekstremofil, yüksek basınç, yüksek düzeyde radyasyon, toksik bileşikler gibi koşulları tolere edebilirler. Ayrıca, ekstremofiller bu aşırı çevrelerin çeşitli kombinasyonlarında da yaşayabilirler. Örneğin; yüksek sıcaklık ve yüksek asidite, yüksek sıcaklık ve yüksek alkalilik, yüksek basınç ve düşük sıcaklık. Ancak yaşamın devam edebileceği sıcaklık, pH, basınç, tuzluluk ve su aktivitesi değerleri henüz tam olarak tanımlanmamıştır.

Ekstremofiller yaşadıkları koşullara göre isimlendirilirler:

 Alkalifil: pH 10 üzerinde ideal büyüme gösteren organizmalar.

Barofil(Piezofil): Yüksek hidrostatik basınç altında ideal olarak büyüyebilen organizmalar.

Endolit: Kayaların alt yüzeyinde yaşayan organizmalar.

Hipolit: Kayaların altında yaşayan organizmalar.

Kazmolit: Kaya çatlaklarda yaşayan organizmalar

Asidofil: pH 3’te veya daha altında yaşayabilen organizmalar.

Halofil: Büyümesi için en az 0.2M tuza ihtiyaç duyan organizmalar.

Hipertermofil: Optimum büyüme için 80oC veya daha yüksek sıcaklığa ihtiyaç duyan organizmalar.

Oligotrof: Sınırlı besin durumlarında büyüyebilen organizmalar.

Psikrofiller: Optimum büyüme sıcaklığı 15oC veya altında olan organizmalar.

Toksitolerant: Yüksek seviyedeki zarar verici ajanlara dayanabilen organizmalar. Örneğin “benzen” gibi kimyevi maddelerin yoğun bulunduğu zehirli ortamlarda ya da nükleer reaktörün çekirdeğindeki soğutma suyunda yaşayabiliyorlar.

Kserofil: Düşük su aktivitesinde büyüme yeteneğine sahip organizmalar.

Radiorezistant: Yüksek seviyedeki iyonize radyasyona ( yaygın olarak u.v.) dayanıklı organizmalar. Nükleer radyasyona dayanıklı organizmaları da içerir.

Neden Ekstremofil" diyorsun? Buraya yaşamasını seviyoruz biz.

Global filogenetik modeller en erken organizmaların hipertermofiller olduğunu söylesede bu hipotez şu an için uluslararası olarak kabul görmemektedir. Şuan ki jeolojik ve jeokimyasal kanıtlar, dünyaya çarparak, okyanuslarla atmosferin yaklaşık 100oC’nin üzerine ısınmasını sağlayan meteorlar nedeniyle dünyanın milyonlarca yıldır sıcak kaldığını göstermektedir. Hipertermofiller ise ya yaşayan ilk organizmalar olmakta yada böylesine steril bir çevrede hayatta kalan tek canlılardır. Bu nedenle yaşamın orjininde soğuğa karşı sıcak teorileri çokça tartışılmaktadır.

Antarktika’da prokaryot ve ökaryotlar( mantar, alg ve protistalar) buz içinde, soğuk suda ve yine onları kuraklıktan, UV radyasyonundan koruyacak kaya içlerinde yaşamaktadırlar. Bu zorlu soğuk koşullar Europa ve Mars’ta da bulunmaktadır. Mars yüzeyi gezegenin ilk oluşum evrelerinde sıvı su içermekteydi, Europa ise muhtemelen okyanusu çevreleyen ince bir buzla kaplıdır.

Astrobiyoloji; uzaydaki yaşamın geleceğini, evrimini, dağılımını orijinini çalışan astronomi, astrofizik, biyokimya, kimya, extremofil ekolojisi, jeoloji, mikrobiyoloji, moleküler biyoloji, palaentoloji, fizyoloji, gezegen bilimleri, prebiyotik kimya, uzay araştırmaları ve teknolojisi gibi bilim dallarını içeren multidisipliner yaklaşıma sahip bir alandır(Tablo 1). Astrobiyologlar zor koşullarda yaşama adapte olabilmelerinden ötürü ekstremofillerle ilgilenmektedirler. Bu canlılar dünya ötesinde bir yaşama adapte olabilirler ya da bulunabilirler keza uzay aşırı soğuk, filtrelenmemiş solar radyasyona, galaktik radyasyona, solar rüzgarlara maruz kalmaktadır. Avrupa Uzay Ajansı ve Amerika’ nın ortak yaptığı uçuş deneylerinde bazı karasal organizmaların uzayda da yaşayabildiği gösterilmiştir. Örneğin, halofilik mikroorganizmalar uzay koşullarına maruz kalıp yaşayabilen ilk örneklerdir. Bazı veriler çelişkilide olsa uzun maruz bırakma ve BioPan denemeleri göstermiştir ki; mikroplar dünya dışında yaşayabilirler. Aşağıda uzayda bulunması muhtemel bazı ekstremofil örnekleri verilmiştir :

  • Metanogenler: Hidrojen(H) yer, Karbondioksit solur(CO2), Metan(CH4) üretiler. İnek ve insan sindirim siteminde bulunurlar. Yaşam orijinini, erken dünyayı anlamak için önemlidirler. Metanogenler muhtemelen Titan ve Mars’ta bulunabilirler. Derin denizlerdeki hidrotermal ventlerde bulunurlar, mavi ve siyah renktedirler Biofotoniks kullanılarak tespit edilirler.
  • Endolitler: Siyanobakteriler soğuk ve sıcak çöllerdeki kumtaşlarının içlerinde bulunurlar. Bu mavi-yeşil algler kayaları bir perdeleme aracı olarak kullanarak ve biyofilm oluşturarak UV’den korunur. Siyanobakterilerin koruyucu UV biyofilmi güneş perdeleyici olarak kullanılır. Yüksek UV toleranslılıklarından dolayı Mars yüzeyinin üyeleri olabilirler.
  • Hipolitler: Açık renkli kuvarz kaya altlarında bulunan siyanobakterilerdir, endolitlerle çok farklarıı yoktur. Siyanobakterilerin koruyucu UV biyofilmi güneş perdeleyici olarak kullanılır. Yüksek UV toleranslılıklarından dolayı Mars yüzeyinin üyeleri olabilirler.
  • Kar Algleri: Güneşe maruz kaldıklarında kırmızıya dönen yeşil alglerdir(strese bağlı olarak). Kar algleri kar su etkileşiminin olduğu yerlerde bulunur.Ancak suları kontamine ederek hastalığa neden olabilirler. Kar algleri Mars’ta bulunabilir(Şekil 2).

Uzay teknolojilerindeki son gelişmeler (uzay istasyonları, uzay uçuşları, laboratuar similasyonları ve uzay koşulları); bu karasal organizmaların uzayda bulunabilecek mikro yerçekimi ve vakum gibi yeni ekstrem koşul kategorilerine adaptasyonlarını ve yaşamlarını araştırmayı sağlamıştır. Bu tür atılımlar ise; gelecekteki gezegen istasyonları için yaşam destek sistemlerinin kurulumu, böyle kapalı sistemlerde kontaminasyon problemlerinin kontrolü, gezegensel koruma gibi mikrobiyolojiyle alakalı yeni konuların doğmasını sağlamıştır. Bu bağlamda; ekstremofillerin biyolojisini ve yaşam için gerekli çevresel etkinliği anlamak, dünya gibi bir gezegen üzerindeki yaşamın orijinine ve en eski çeşitliliğe ait hipotezleri geliştirmeyi sağlayacaktır.

Şekil1: Alkali Göl ve yüzeyinde mikroorganizmaların oluşturduğu jelatinöz yumuşak matriks

Şekil 2: Kardaki alg patlaması

DERLEYEN: Özge Kahraman

KAYNAKLAR:

1) Extreme life on Earth—past, present and possibly beyond

2) THE ASTROBIOLOGY MATRIX AND THE “DRAKE MATRIX” IN EDUCATION

3) http://serc.carleton.edu/microbelife/extreme/environments.html

4) http://www.babs.unsw.edu.au/research/ehm/lab_cavicchioli_extremo.html

5) Detection and Identification of Extremophiles by their Optical Properties.

6) Extremophiles 2002

7) Microbial Life in Extreme Environments, Horikoshi, Grant 1998

Kaynak: Astrobiyoloji.com

Reklamlar

No comments yet... Be the first to leave a reply!

Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Google+ fotoğrafı

Google+ hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

w

Connecting to %s

%d blogcu bunu beğendi: