Su Ayıları (Lat: Tardigrad) Nasıl Dünyanın En Dayanıklı Hayvanı Haline Geldi? Onlardan Öğreneceklerimiz Var!

Su Ayıları, bilim dünyasının ve medyasının gözde mikroskobik hayvanlarından biri. Bilim insanları, kaplıcalarda, Himalayaların tepesinde, 5 metrelik katı buz katmanlarının altında ve okyanus çökeltilerinde varlıklarını bildirdiler. En zor koşullarda bile hayatta kalmayı başaran bu canlılar, nasıl oldu da dünya üzerindeki en dayanıklı hayvan olabilme potansiyeline ulaşabildi?

Tanım

Su ayıları olarak da bilinen tardigradlar, dört çift bacağı olan mikroskobik su hayvanlarıdır. Deniz, tatlı su veya limno-karasal ortamlar gibi çeşitli habitatlardan 1000'den fazla tür rapor edilmiştir. Tüm tardigradlar büyümek ve çoğalmak için çevredeki suya ihtiyaç duyar, ancak bazı türler (tipik olarak limno-karasal ortamlarda yaşayanlar) neredeyse tamamen susuz kalmayı tolere etme yeteneğine sahiptir. Uzunlukları 0,1 mm ila 1 mm arasında değişen küçük omurgasızlardır. 1773 yılında zoolog August Ephraim Goeze tarafından ilk gözlemleri sırasında, yürüme hareketleri bir ayınınkine benzediğinden küçük su ayıları olarak tanımlandılar. Bir tardigradın vücudunda beş bölüm vardır ve her bacağın ucunda emici disk pençeleri olan dört çift eklemsiz bacak vardır (Romano III 2003). Tardigrad'ın başı sertleştirilmiş bir stilet, sondaya benzer bir ağız parçası ve beslenme için kullanılan kaslı bir farenksten oluşur.

pix11

2008 yılında yapılan bir deneyde tardigratların hayatta kalabildiği ve uzay boşluğuna maruz kaldıktan sonra iyileşebildiği keşfedilmiştir (Jönsson ve ark. 2008). Genellikle ekoloji, ekstremofiller ve genetik ile ilgili bilimsel araştırmalar için model organizma olarak kullanılırlar.

Üç ana sınıfı oluşturan 1.300'den fazla tanımlanmış tardigrad türü vardır: Eutardigrada, Mesotardigrada ve Heterotardigrada. Bu tardigrad sınıfları, fizyolojik özellikleri ve yaşadıkları habitatlarla ayırt edilir. Farklı sınıflardaki tardigratlar kafa büyüklüğü, segmentasyon şekli ve sayısı ve her ayak parmağındaki pençe sayısı bakımından farklılık gösterir.

Uzayda bir Tardigrad:

Dayanıklılıkları en büyük testlerden birine tabi tutulan tardigradların, uzaya maruz kaldıktan sonra hayatta kaldıkları gösterildi. 2007 yılında, FOTON-M3 misyonunun bir parçası olarak susuz kalmış tardigratlar alçak Dünya yörüngesine götürüldü. 10 gün boyunca ya dış uzayın sert vakumuna (ve UV radyasyonundan korunan) ya da vakum ve güneş UV radyasyonuna maruz bırakıldılar. UV ışınlarına karşı korunan su ayıları, Dünya'ya döndükten sonra 30 dakikalık rehidrasyon işlemiyle yeniden canlandırıldı. Daha sonra ölüm oranı yüksekti, ancak birçoğu ölmeden önce yaşayabilir embriyolar üretebildi.

2017 yılında Oxford ve Harvard Üniversitelerinden araştırmacılar, farklı yaşam biçimlerinin asteroitler, süpernova patlamaları ve gama ışını patlamaları gibi potansiyel astrofizik olaylara karşı ne kadar dirençli olduğunu test etmeye karar verdiler. Elbette insanların hiç şansı yoktu. Ama kim orada kaldı? Tardigradlar. Bu küçük organizmaların çoğu durumda hayatta kalabildiğini buldular; bu da onların, insanlar yok olduktan çok sonra bile Dünya'da hayatta kalma potansiyeline işaret etti.

The Daily Beast

Astrokimyacı Alejandra Traspas ve astrofizikçi Mark Burchell, Su ayılarını silahlara (laboratuvar düzeyinde iki aşamalı, hafif gaz tabancaları) yükleyip kum torbalarına ateşlediler. Daha sonra tardigradlar toplandı, su verildi ve yeniden canlanmaları izlendi. Sonuçlar, tardigradların saniyede 900 metreye kadar darbelere ve 1,14 gigapaskal şok basıncına dayanabildiğini gösterdi. Bu da, Su ayılarının meteor çarpışmalarına dayanabileceği alt yapısını düşündürttü.

Su Ayılarının Olağanüstü Hayatta Kalma Becerileri: Kriptobiyoz

Tüm canlı organizmalar metabolizmayı tamamlamak, kimyasal bileşikleri hayatta kalmak için gerekli olan kullanılabilir enerjiye dönüştürmek için enzimler kullanır. Ancak bazı organizmalar metabolizmalarını ''askıya alma'' yeteneğine sahiptir.

Kriptobiyoz (ing: cryptobiosis), olumsuz çevresel koşullara yanıt olarak bir tür aşırı hareketsizlik durumudur. Kriptobiyotik durumda tüm metabolik prosedürler durur, üreme, gelişme ve onarım engellenir. Kriptobiyozda bir organizma çevre koşullarının iyileşmesini beklerken neredeyse süresiz olarak yaşayabilir. Neredeyse 10 yıl boyunca metabolizmalarını askıya alıp kriptobiyoza düşebilirler. Bu adaptasyon, tardigratların aşırı sıcaklık, basınç, dehidrasyon ve hatta radyasyon koşullarında hayatta kalmasına olanak tanır.

“Yarı ölü” derken neyi kastediyoruz? Yaşamın tüm geleneksel tanımlarına göre, bir tür üreme ve metabolizmanın söz konusu olması gerekir. Uyum halindeyken tardigratlar canlı olmakla ilişkilendirebileceğimiz hiçbir şey yapmıyorlar, hiçbir şekilde ATP üretmiyor veya tüketmiyorlar.

sify

Kriptobiyoz Türleri

Anhidrobiyoz: Susuz ortam

Kriyobiyoz: Çok düşük sıcaklık

Ozmobiyoz: Yüksek tuz oranı

Anoksibiyoz: Oksijenin bulunmaması

Dsup Proteinine Yakından Bakmak

2016 yılında bir grup bilim insanı, yüksek enerjili radyasyona karşı en dayanıklı su ayısı türlerinden biri olan Ramazzottius varieornatus'un DNA haritasını çıkardı. Gen analizleri sonucunda su ayılarının DNA’larını radyasyonun zararlı etkilerinden koruyan ve hasar gören DNA’nın onarılmasını sağlayan “Dsup” adlı bir protein keşfettiler. Bu protein, hücrenin çekirdeğindeki DNA’ya bağlanıyor.^[1]

gelecek bilimde

Dsup (hasar baskılayıcı) adı verilen tardigradlara özgü bir proteinin, DNA'yı radyasyon ve radikallerin ürettiği hasardan koruduğu keşfi, bunun biyoteknoloji ve tıptaki potansiyel uygulamalarına ilişkin beklentileri artırdı.

Dsup'un yanı sıra, tardigradlara bazı hayatta kalma taktikleri kazandırıyor gibi görünen iki benzersiz protein grubunu daha ortaya çıkardı: sitoplazmik olarak bol miktarda ısıda çözünebilen (CAHS) proteinler ve salgısal olarak bol miktarda ısıda çözünebilen (SAHS) proteinler. CAHS ve SAHS'nin, membranlardaki fosfolipid çift katmanlarıyla birleşerek su ayılarını koruyabileceği ve yapılarının korunmasına yardımcı olabileceği düşünülmektedir. Son derece kuru koşullarda, CAHS proteinleri, tardigrat hücrelerini şekilsiz ve esnek durumdan , proteinleri ve molekülleri yeniden sulanana kadar bir arada tutan bir "biyocam"a dönüştürebilir .

Onlardan Ne Öğrenebiliriz?

Bilim insanları, Dsup proteini genini zaten laboratuvarda insan hücrelerine yerleştirdi. Bu değiştirilmiş hücrelerin çoğu, sıradan hücreleri öldüren X-ışınları veya peroksit kimyasallarından sağ kurtuldu.

Gıda bitkileri için deneysel bir model olan tütün bitkilerine eklendiğinde Dsup geni, bitkileri etil metansülfonat adı verilen DNA'ya zarar veren bir kimyasala maruz kalmaktan koruyor gibi görünüyordu. Ekstra gene sahip olan bitkiler, olmayanlara göre daha hızlı büyüdü. Dsup'lı bitkiler ayrıca ultraviyole radyasyona maruz kaldıklarında daha az DNA hasarına maruz kaldı.

Araştırmacıların 18 Mart tarihli ACS Sentetik Biyoloji dergisinde bildirdiğine göre, bu proteinleri üretecek şekilde değiştirildiğinde insan hücreleri, hücre öldürücü bir kemoterapi ajanı olan kamptotesine (ing:Camptothecin) karşı dirençli hale geldi . Tardigrad proteinleri bunu, genellikle zararlı kimyasallara veya radyasyona maruz kalmayla tetiklenen hücresel bir kendi kendini yok etme programı olan apoptozu (programlanmış hücre ölümü) engelleyerek yaptı.

Sonuç

Su ayıları, inanılmaz yaşam koşullarına dayanabilmesiyle hala popülerliğini koruyor. Tardigradları taklit etmek bir gün insanların uzayda koloni kurmasına yardımcı olabilir. Gıda bitkileri, maya ve böcekler, tardigrad proteinler üretecek şekilde tasarlanabilir ve bu organizmaların, Dünya'ya kıyasla radyasyon seviyelerinin yüksek olduğu uzay gemilerinde daha verimli bir şekilde büyümesine olanak sağlanabilir. Ayrıca Radyasyona maruz kalan çalışanların veya radyoterapi alan kansrr hastalarının radyasyonu daha iyi tolere edebilmeleri veya daha az hasar almalarını sağlayabilir. Tardigradlardan öğreneceğimiz çok şey var!