Mars'ın sığ yeraltı benzetiminde tuzcul arke 160 gün boyunca çoğaldı

Dünya'nın tuz göllerinde yaşayan tek hücreli bir mikroorganizma, Mars'ın yüzeyinin hemen altında var olabileceği düşünülen koşulların laboratuvardaki bir benzetiminde aylarca büyüyüp çoğalmayı başardı. Adam Robinson liderliğindeki ekip, Haloferax volcanii adlı arkeyi düşük basınçlı, oksijensiz ve karbondioksitçe zengin bir atmosfer altında, aşırı tuzlu bir sıvıda 160 gün boyunca tuttu. Mikroorganizma bu süre boyunca oksijen yerine, Mars toprağında bulunduğu bilinen nitrat ve perklorat bileşiklerini kullanarak solunum yaptı. Sonuçlar Applied and Environmental Microbiology dergisinde yayımlandı; çalışmanın ön baskısı daha önce bioRxiv'de paylaşılmıştı.

Yazarlara göre bu, tuzcul (halofil) bir arkenin Mars'la ilişkili düşük basınç, yüksek tuzluluk, oksijensizlik ve oksitleyici kimyanın bir arada olduğu koşullarda etkin biçimde büyüyüp metabolizmasını sürdürdüğünün ilk kez gösterilmesi.

Hayatta kalmak ile çoğalmak arasındaki fark

Arkeler, bakterilerle birlikte tek hücreli canlıların iki büyük grubundan biri. Görünüşte bakterilere benzeseler de kalıtsal ve biyokimyasal açıdan ayrı bir yaşam dalı oluşturuyorlar. Haloferax volcanii, yüksek tuz derişimini seven türlerin laboratuvarlarda en çok çalışılan örneklerinden biri. Mars araştırmalarında bu tür canlılar özellikle ilgi çekiyor, çünkü Kızıl Gezegen'in sığ yeraltında suyun sıvı kalabileceği yerler varsa bunların çok tuzlu olması bekleniyor: Çözünmüş tuz, suyun donma noktasını düşürüyor.

Daha önceki deneyler, Dünya mikroplarının Mars'a özgü zorluklara tek tek, örneğin yalnız düşük basınca ya da yalnız yüksek tuza dayanabildiğini göstermişti. Birkaç zorluğun bir arada uygulandığı çalışmalar ise çoğunlukla saatler ya da günler süren dayanıklılık sınavlarıydı ve canlıların ölüp ölmediğine bakıyordu. Yeni çalışmanın farkı, birleşik koşullarda yalnız canlı kalmayı değil, büyümeyi ve kimyasal etkinliği de belgelemesi. Makalenin özetinde de belirtildiği gibi, Mars koşullarında mikroorganizmaların hayatta kalıp kalamadığını inceleyen çok sayıda çalışma olsa da etkin büyüme ve metabolizmayı gösterenler çok daha az.

Deney nasıl kuruldu?

Kültürler, yüzde 99,9'u karbondioksitten oluşan ve basıncı 24 milibarın üzerine çıkmayan bir atmosferde, 21 santigrat derecede tutuldu. Bu basınç, Dünya'daki deniz seviyesi basıncının kırkta birinden az. Büyüme ortamının litresinde 225 gram sodyum klorür vardı; bu, deniz suyunun tuzluluğunun kabaca altı katı. Ekip, üçer kültürden oluşan gruplardan birine perklorat, birine nitrat verdi; kontrol grubuna ise bu iki bileşikten hiçbirini eklemedi.

Perklorat ya da nitrat verilen düşük basınçlı kültürlerin hepsinde büyüme görüldü. Büyüme, sıvının bulanıklığını gösteren optik yoğunluktaki artışla ve nitrat ile perkloratın canlılar tarafından kimyasal olarak indirgenmesiyle doğrulandı. Bu bileşiklerin verilmediği kontrol kültürleri ise canlı kaldı ama ölçülebilir biçimde büyümedi; bu karşılaştırma, araştırmacıların hayatta kalmayı çoğalmadan ayırmasını sağladı. Büyüme, Dünya basıncında tutulan benzer kültürlere göre belirgin biçimde yavaştı.

Taramalı elektron mikroskobu görüntüleri, düşük basınçtaki kültürlerde hücrelerin yoğun biyofilmler, yani yapışkan bir matris içine gömülü topluluklar oluşturduğunu gösterdi. Deney boyunca hiçbir grupta su kaybı yüzde 4'ü geçmedi; bu da tuzlu çözeltinin uzun süre kararlı kaldığına işaret ediyor. Raman spektroskopisiyle yapılan ölçümler ise karotenoid denen pigmentlerin, aylar süren Mars koşullarından sonra da izlenebildiğini ortaya koydu. Bu tür pigmentler, ileride yaşam izi (biyoimza) aramada hedef alınabilecek moleküller arasında sayılıyor.

Bu, Mars'ta yaşam olduğu anlamına gelmiyor

Bulgunun sınırları açık. Kültürler 21 derecede tutuldu, oysa Mars'ın yeraltının büyük bölümü çok daha soğuk. Mikroorganizmaların besinleri de araştırmacılar tarafından sağlandı. Makalede, sığ yeraltındaki tuzlu su ceplerinin ancak uygun organik maddeler ve sıvı su varsa etkin metabolizmayı destekleyebileceği vurgulanıyor. Benzetilen türde sıvı su ceplerinin Mars'ta var olduğu da henüz doğrulanmadı; deney, gözlenmiş değil kuramsal olarak öngörülen bir ortamı taklit ediyor.

Dolayısıyla çalışma bugün Mars'ta yaşam olduğunu göstermiyor. Gösterdiği şey, gezegenin bazı yerel ortamlarının en azından Dünya'daki bazı canlılar için mutlak biçimde yaşanmaz olmayabileceği. Bu ayrım Mars keşfinin yönü açısından önemli, çünkü bugüne kadarki görevlerin büyük bölümü milyarlarca yıl önce yaşamış olabilecek canlıların izlerini aradı. Araştırmacılar, sonuçların gelecekteki görevlere yüzeyin altında bugün de etkin olabilecek yaşamı hesaba katmayı önerdiğini düşünüyor.

Böyle bir arayışta, soyu tükenmiş hücrelerden kalan izlerle yaşayan hücrelerin ürettiği işaretleri birbirinden ayırabilmek kritik olacak. Laboratuvar benzetimleri, bu ayrımı yapacak yaşam algılama deneylerini tasarlamak için bir zemin sunuyor. Aynı bilgi, Dünya'dan Mars'a giden uzay araçlarıyla mikrop taşıma riskini değerlendirmek için de kullanılabilir.

Açık sorular

Yazarlar, kurdukları düzeneğin tuzcul mikroorganizmaları düşük basınçlı Mars koşullarında yetiştirmek için uygulanabilir bir çerçeve sunduğunu belirtiyor. Asıl soru ise yerinde duruyor: Mars'ın sığ yeraltında böyle tuzlu su cepleri gerçekten var mı, varsa ne kadar soğuk ve ne kadar kalıcı? Deneyin çok daha düşük sıcaklıklarda ve dışarıdan besin eklenmeden de aynı sonucu verip vermeyeceği, bulgunun Mars açısından ne kadar anlamlı olduğunu belirleyecek.