Uzaya çıkan bitkiler genlerini dakikalar içinde değiştiriyor: New Shepard deneyi

Bitkiler uzaya çıktıktan yalnızca birkaç dakika sonra genlerinin çalışma biçimini değiştirmeye başlıyor. Florida Üniversitesi'nden bitki biyologlarının npj Microgravity dergisinde yayımlanan çalışması, Blue Origin'in 29 Ağustos 2024'teki New Shepard NS-26 alt yörünge uçuşunda toplanan örneklere dayanıyor. Üniversitenin 16 Ekim'de duyurduğu sonuçlara göre uçuş sırasında 1.200'ü aşkın genin etkinliği değişti.

Deneyi uçuşta araştırmacı kendisi yaptı

Çalışmanın alışılmadık yanı, deneyin otomatik bir kutuda değil, kapsüldeki bir bilim insanının elinde yürütülmesi. Florida Üniversitesi'nden Rob Ferl, NS-26 uçuşunda yolcu olarak yer aldı ve 2024'te üniversitenin duyurduğu üzere alt yörünge uçuşunda kendi deneyini yapan, NASA desteği alan ilk üniversite araştırmacısı oldu.

Deneyde bitki biliminin model organizması Arabidopsis thaliana'nın fideleri kullanıldı. Hardalgiller ailesinden bu küçük bitki, genomu iyi bilindiği için genetik çalışmalarda standart haline geldi. Fideler, Kennedy Uzay Merkezi'nin geliştirdiği "sabitleme tüpleri" içinde taşındı. Ferl'in uçuş tulumuna bağlanan sekiz tüp, uçuşun dört anında ikişer ikişer etkinleştirildi: fırlatmadan hemen önce kulede, kapsülün roketten ayrılıp ağırlıksızlığa girdiği anda, atmosfere dönüşten hemen önce ve inişten kısa süre sonra. Tüplerdeki koruyucu sıvı, bitkideki RNA'yı o anki haliyle dondurarak genlerin o saniyedeki etkinliğinin bir "fotoğrafını" saklıyor.

Yerde ise ekipten Jordan Callaham, aynı anlarda eş tüpleri etkinleştirdi. Böylece uzaydaki her örneğin, aynı saniyede sabitlenmiş bir yer kontrolü oldu.

Uçuş yaklaşık 10 dakika sürdü

Makaledeki tarife göre New Shepard kapsülü yaklaşık 105 kilometre (65 mil) yüksekliğe ulaşıyor ve yolculara 3-4 dakika ağırlıksızlık yaşatıyor. Fırlatma ve iniş sırasında kısa süreli yüksek yerçekimi anları da var. Uçuşun tamamı yaklaşık 10 dakika sürdü.

Bulgular: tepki fırlatmayla başlıyor

Araştırmacılar, dört zaman noktasının en az birinde kökte ya da yaprakta etkinliği değişen 1.272 gen saptadı. Değişim özellikle fırlatma ve ağırlıksızlık evrelerinde belirgindi. Kök ve yaprak farklı tepkiler verdi; uçuşun her evresinde de farklı gen grupları devreye girdi.

Etkilenen genlerin önemli kısmı çevresel strese yanıtla ilgili. Makaleye göre uzaya girişin ilk dakikalarında bitkide yanlış katlanmış proteinler ve reaktif oksijen türleriyle (hücreye zarar verebilen kararsız oksijen molekülleri) ilişkili ani bir stres tepkisi ortaya çıkıyor; bunların bir kısmı mitokondri süreçlerini içeriyor. Değişen genlerin bir bölümü, uzay istasyonunda uzun süre kalan bitkilerde görülen genlerle de ilişkili.

Araştırmacılar buradan uzaya uyumun tek bir ayar değil, fırlatma, ağırlıksızlık ve dönüş boyunca kademe kademe ilerleyen bir süreç olduğu sonucunu çıkarıyor. Ferl'in yirmi yılı aşkın çalışma arkadaşı Anna-Lisa Paul, üniversitenin açıklamasında uçuşun birkaç noktasında örnek alabilmenin, yalnızca yerdeki bitkiyi uzayda bir süre kalmış bitkiyle karşılaştırmak yerine geçişin kendisine bakmalarını sağladığını söyledi.

Neden önemli?

Uzun süreli görevlerde besin üretmek için bitkilerin uzaya nasıl uyum sağladığını anlamak şart. Şimdiye kadarki çalışmaların çoğu, haftalarca yörüngede kalmış bitkileri inceliyordu; yerden uzaya geçişin ilk dakikaları ise makaleye göre daha önce yalnızca sınırlı örneklemeyle incelenmişti.

Çalışma aynı zamanda bir yöntem denemesi. Ferl, açıklamasında alt yörünge uçuşlarında yapılacak bilimin gerçek ve yolculuğa değer olduğunu, özellikle uzaydaki ilk birkaç dakikanın biyolojiye etkisini anlamak için bu uçuşların kendi başına değerli olduğunu vurguladı. Basınçlı giysi gerektirmeyen kabin ortamı, araştırmacının laboratuvardaki gibi elle deney yürütmesine izin veriyor.

Sınırlar ve sıradaki adımlar

Sonuçlar tek bir uçuştan ve yalnızca fidelerden geliyor. Birkaç dakikalık ağırlıksızlık, yörüngedeki uzun süreli koşulları temsil etmiyor. Uçuş, ağırlıksızlığın yanı sıra fırlatma ve inişteki kısa yüksek yerçekimi anlarını da içeriyor; ölçülen tepki bu deneyimin bütününe ait. Bu nedenle bulgular, uzaya geçişin ilk anlarına dair ayrıntılı bir anlık görüntü olarak okunmalı.

Ekip, alt yörünge araçlarını araştırmacıların doğrudan deney yaptığı düzenli platformlara dönüştürmeyi hedefliyor. Uzayda tarım üzerine benzer çalışmalar için Ay yerçekiminde suyun akışını ve Mars toprağında mantar ortaklığını inceleyen yazılarımıza bakabilirsiniz.