Tardigradlar ve Uzay: RoTaRad (Rotiferler, Tardigradlar ve Radyasyon) Misyonu Nedir?

Değerli okurlarımız, bu yazımızda sizlere FOTON-M3 projesinin tardigradlara odaklı üç misyonundan biri olan RoTaRad (Rotiferler, Tardigradlar ve Radyasyon) misyonundan bahsedilecektir. RoTaRad misyonu rotiferler ve tardigradlar üzerine gerçekleştirilmiş olmasına rağmen yazımızda sadece tardigradlar üzerindeki deneylere ve sonuçlara odaklanılmıştır. Uzay ortamındaki stres faktörlerinin tardigradlar üzerindeki etkilerini belirlemek adına oluşturulan diğer iki misyon olan TARDIS ve TARSE ile ilgili yazılarımıza linklere tıklayarak ulaşabilirsiniz.

Tardigradlar ve Radyasyon

Tardigradlar veya su ayıları, dünyadaki en zorlu hayvanlar olmaya adaydır. Bu metazoanlar, tüm dünyada derin deniz bölgeleri, gelgit bölgeleri, göller, nehirler, Himalaya dağları, tropiklerin yeşil yağmur ormanları, en kurak çöller ve Kuzey Kutbu'nun sert tundrası gibi çeşitli habitatlarda bulunabilmektedirler. Bununla birlikte, tüm tardigradlar aktif olabilmek için su filmine ihtiyaç duyar. Karasal habitatlarda, nemin fazla olduğu ortamlarda yetişen yosunlarda ve likenlerde bulunurlar. Çevresel strese maruz kaldığında bu yarı karasal tardigradlar kriptobiyoz adı verilen “askı” durumuna girebilirler. Kendilerini gözlemleme fırsatı bulduk. Yaşam Ağacı projemizdeki gözlem kaydımıza buradan ulaşabilirsiniz.

Kriptobiyoz ile ilgili ilk kayıt üç yüz yıldan daha eskilere dayanmaktadır. Gerçekten de, kurumaya bağlı kriptobiyoz veya anhidrobiyoz, organizmanın uzun süreli kuruma, aşırı soğukta hayatta kalma ve ayrıca vakum, yüksek basınç, radyasyon, toksik kimyasallar, aşırı pH, oksijensiz kalma ve bir dereceye kadar yüksek sıcaklık da dahil olmak üzere birçok farklı stres türüne dayanmasını sağlar. Yapılan deneyler, farklı kuruma toleranslı organizmalarda polihidroksil disakkarit trehalozun varlığını ortaya koymuş ve bunun moleküler stabilizatör olarak önemli bir rol oynadığı öne sürülmüştür. Bununla birlikte, son çalışmalar trehalozun kriptobiyoz geçirme yeteneğindeki unsurlardan sadece biri olduğunu göstermektedir. Anhidrobiyoza girme kabiliyeti aynı zamanda ısı şoku proteinleri gibi moleküler şaperonların (refakatçilerin) sentezine de dayanabilir.

Wiki How

Radyasyon Nedir? Uzayda Radyasyonun Etkisi

Uzaydaki çevresel stres faktörlerinden biri, çoğunlukla galaksideki yıldızlardan kaynaklanan her yere saçılan yüksek enerjili iyonize radyasyondur. Bu tip radyasyona kozmik radyasyon denir. Öncelikle protonlardan, aynı zamanda nötronlardan ve ağır iyonlardan oluşan kozmik radyasyon, atomların maddeden geçerken iyonlaşmasına ve büyük miktarlarda enerji birikmesine neden olur. Bu enerji transferleri, atomların uyarılmasına neden olarak, bazı biyomoleküller üzerinde hasara sebebiyet verebilir. Bu moleküllere örnek olarak proteinler, DNA veya RNA molekülleri verilebilir. Bu, radyasyonun doğrudan etkisi olarak adlandırılan birincil etkidir ve ağırlıklı olarak yüksek enerjili nötronlar veya alfa parçacıkları tarafından indüklenir. Ek olarak, yaşayan bir hücrenin çoğu sudan oluştuğu için, iyonlaştırıcı parçacıkların daha sonra normal hücresel işlevi bozabilecek serbest radikaller üretmek için su veya diğer bol moleküller ile etkileşime girmesi muhtemeldir. Bu, radyasyonun dolaylı etkisi olarak adlandırılan ikincil etkidir. Tabii "radyasyon" dediğimiz bir enerji aktarım biçimidir. Aslında ışık da bir elektromanyetik radyasyondur. Burada kastedilen asıl hasar veren iyonize radyasyondur.

Yaşamları sürdüren her canlı yaşadıkları süre boyunca düşük dozlarda arka plan radyasyonu ile sürekli olarak bombardıman edilmektedir. Bu durumdan kaynaklı bozulmaların önüne geçebilmek adına hücreler evrimsel süreç içerisinde moleküler bir onarım sistemi geliştirdiler. Bu sistem tüm Dünya’daki canlılığın günümüze kadar ulaşmasında elzem rol oynadı. Sonuç olarak, hücresel hasar hızla onarılır ve/veya bozulan ya da hasar alan hücrelerin yerine yeni hücreler geçer.

Ne Kadarlık Radyasyon Dozuna Dayanabiliyorlar?

Bununla birlikte, yüksek dozlarda hasar çok hızlı birikir, hatta bazen hasar tamir edilemeyecek kadar büyüktür, bu da dokuların ve organların fonksiyonel çöküşüne neden olur. Bir insan için genel LD50 (ölümcül doz %50 mortaliteye neden olan) değeri 4 Gy'ye yaklaşmıştır. Gün geçtikçe artan kanıtlar, toplam kurumaya tolerans gösterme konusunda doğal bir yetenek sergileyen organizmaların ikincil olarak aşırı derecede yüksek dozda radyasyona dayanma yeteneği kazandığını göstermektedir. Konu hakkında çalışmalar yürüten araştırmacılar bu olağanüstü yeteneğin kuruma toleransının bir yan ürünü olduğunu varsaydı; kurumuş durumda serbest su olmadığından, bu nedenle metabolik olaylar gerçekleşmez veya hızı oldukça düşük seviyelerde seyreder. Sonuç olarak hücresel onarım sistemi geçici olarak durmuştur. DNA gibi hayati öneme sahip moleküler yapılar bu nedenle arka plan radyasyonu, oksijen, diğer kimyasal ve fiziksel maddeler nedeniyle büyük miktarlarda hasar biriktirebilir.

Live Science

Kuruma toleransına sahip organizmalar ortamda su mevcut olduğunda yeniden aktif hale gelebilirler. Bu da moleküler lezyonları onarmak için güçlü bir yeteneğin varlığına işaret eder. Kuruma toleranslı protistler ile (tek hücreli eukaryotlar) yapılan deneylerde aşırı radyasyon toleransı daha önce gösterilmiştir. Radyasyona en dirençli organizma olduğu düşünülen ekstremofil arke Thermococcus gammatolerans’ların, 30 kGy (30.000 Gy) doza dayanabilen son derece verimli bir DNA onarım sistemine sahip olduğu biliniyor. Söz konusu canlıyı incelediğimiz yazımıza buradan ulaşabilirsiniz. Dolayısıyla tardigradlar için halk arasında "radyasyona en dayanıklı canlı" olarak tabir edilmesi aslında yanlıştır. Çünkü "canlı" dediğimiz zaman tek hücreli organizmalar da kategoriye dahil olur.

Bununla birlikte, büyük dozlarda radyasyona dayanabilen sadece protistler değildir. Eutardigrade sınıfındaki Richtersius coronifer, 3 kGy'ye kadar olan gama radyasyonu dozlarından hayatta kalır ve yine Eutardigrade sınıfındaki Milnesium tardigradum, 4He formunda 5 kGy'den - 8 kGy'ye kadar ağır iyon radyasyonu dozlarında hayatta kalır. Bahsedilen dozlar anhidrobiyotik (tun formundaki) durumdaki hayvanlarla ilgilidir, ancak bazı durumlarda aktif hayvanların radyasyona daha toleranslı olduğu gösterilmiştir.

Ek olarak, bdelloid rotiferler Adineta vaga ve Philodina roseola, 1 kGy'nin üzerinde dozlarda hayatta kalan etkileyici bir radyasyon toleransı sergiler. Yukarıda belirtilen deneylerde kullanılan radyasyon tiplerinin aksine, kozmik radyasyon birçok farklı atom parçacığının ve çeşitli ağır iyonların bir karışımıdır. Ayrıca, farklı iyonlar kozmik radyasyon kavramına ve etkisine öngörülemeyen bir unsur ekleyerek, laboratuvarda simüle edilmesini olanaksız kılan geniş bir uyarım yelpazesinde bulunabilir.

RoTaRad projesindeki birincil hedef kozmik radyasyonun yetişkin tardigradların ve embriyoların hayatta kalma ve doğurganlık üzerindeki etkisini belirlemekti. Bu, BIOPAN tesisi kullanılarak düşük dünya yörüngesinde atmosfer dışı deneyler yapılarak gerçekleştirildi. Ek laboratuvar deneylerinde ayrıca R. coronifer'in aşırı soğuk ve vakum toleransı test edildi.

RoTaRad Projesi Nedir?

Uzay uçuşu deneyleri, Avrupa Uzay Ajansı’nın (ESA) finanse ettiği Agenzia Spaziale Italiana (ASA) tarafından yürütülen ve aynı şekilde yine ASA tarafından finanse edilen RoTaRad projesinin bir parçasıydı. RoTaRad projesi, BIOPAN 6 misyonunda yer alan deneylerden biriydi. Pan şeklinde bir kap olan BIOPAN, uzay ortamının biyolojik ve biyolojik olmayan malzemeler üzerindeki etkisinin araştırılması için deneysel bir platform sağlayan, geri çekilebilir çok kullanıcılı bir tesis olarak tasarlanmıştı.

RoTaRad deneyleri uçakla Milano'dan Noordwijk'e taşındı ve burada tüm BIOPAN deneyleri entegre edildi. BIOPAN daha sonra Samara'ya ulaştığı ve Foton-M3'e yüklendiği Rotterdam'a transfer edildi. Oradan, trenle Kazakistan'ın Baikonur kentindeki kozmodroma transfer edildi. Hem atmosfer dışına çıkma hem de yeniden giriş sırasında, deneyleri ısıdan korumak için BIOPAN kapsülü kapatıldı. Kapsül, doğru irtifaya ulaşıldığında açılacak şekilde önceden programlanmış ve atmosfere girişten önce uzaktan komuta ile kapatılmıştır.

Foton-M3, yaklaşık 262 ve 304 km rakım arasında 63^o eğim ile yörüngede konumunu aldı. Foton-M3, 14 Eylül 2007'de Baykonur'dan düşük dünya yörüngesine başarıyla fırlatıldı, 27 Eylül 2007 tarihinde yeniden yeryüzüne iniş yaptı. Kazakistan'ın Kustanay ilçesinin 150 km güneyinde BIOPAN tesis modülü açıldı ve Rusya'da deneyler çıkarıldı. Deneyler daha sonra uçakla Noordwijk'e ve Noordwijk'ten uçakla Milano, İtalya'ya taşındı. Uzay uçuşu sırasında, tardigradlar bir mikro yerçekimi ortamında ( ̴10-5 G) kozmik radyasyona maruz kaldı, ancak kapalı bir bölmede tutuldu. Bu nedenle, vakuma maruz kalmadılar ve sıcaklık, -5°C ila 69°C arasında tutuldu. Sonuç olarak, vakum ve aşırı düşük sıcaklık etkilerini ayrı ayrı belirlemek için laboratuvarda ek deneyler yapıldı.

Wikiwand

Deneylerde Kullanılan Tardigradlar Hangileri?

Bu çalışmada birincil odak organizması anhidrobiyoz açısından en çok çalışılan tardigradlardan biri olan limno-karasal Eutardigrade R. coronifer (boyutları 1 mm'ye kadar) idi. Bununla birlikte, iki ilave limno-karasal tardigrad türü de kullanılmıştır: Ramazzottius oberhauseri ve Echiniscus testudo. Eutardigrade R. oberhauseri, R. coronifer'in yaklaşık yarısı büyüklüğündedir ve güçlü bir anhidrobiyotik yeteneğe sahiptir. Heterotardigrade E. testudo, spike ve cirri ile dorsal plakalarla karakterizedir (bu yapıların ne olduklarını Yaşam Ağacı kısmında yer alan Heterotardigrada sınıfına tıklayarak öğrenebilirsiniz) ve Echiniscus testudo üzerinde daha önce genellikle genetik varyasyon odaklı çalışmalar yürütülmüştür. R. coronifer'in alınması için 26 Temmuz 2007'de İsveç'in O¨land kentindeki bir kireçtaşı çitinden yosun örnekleri toplanmış, Echiniscus testudo ve R. oberhauseri, 7 Ağustos 2007 tarihinde Danimarka Niva’daki çatıdaki yosundan örneklenmiştir. Ek olarak, Eutardigrade M. tardigradum'un sadece embriyoları Niva˚ örneklerinden elde edilmiştir.

Canlı Bireyleri Belirleme Kriterleri Nelerdir?

En basit tabiri ile bir hayvanın yaşayabilir veya ölü olup olmadığını tespit etmemiz için genelde dış morfolojik durumuna bakmamız gerekir fakat çevresel stres sırasında tun formuna girme eğilimi gösteren tardigradlarda bu durum sorun yaratabilir. Bunun sebebi tun formdaki bireylerin ölü olup olmadığına dair ilk bakış attığımızda durumları hakkında kesin yargıda bulunamamızdır. Bu sorunun önüne geçebilmek adına deney sonrası aynı özdeşliği korumak ve ametabolik durumları indüklemekten kaçınmak için, laboratuvardaki hayvanlara düzenli olarak temiz bir distile su verilir ve akabinde bir Pasteur pipeti yoluyla atmosferik hava ile oksijenlenir. Sonrasında tardigradların inceleme işlemi sırasında ölü ya da yaşayıp yaşamadıklarını tespit edildi.

Canlı örnekler ayrıca iki gruba ayrıldı: aktif ve koordineli hareket sergileyenler; pasif ve nispeten hareketsiz olanlar. Sonuçlarda sadece ölü ve yaşayan hayvanlar dikkate alınmıştır.

Space Legal Issues

Mikrokozmos ve Filtre Deneyi Nasıl Yapıldı?

RoTaRad deneylerinde kullanılan tüm tardigradlar Kopenhag'da çıkarıldı ve Milano Üniversitesi'ne taşınmadan önce yosun parçalarıyla kaplı küçük bir ağ üzerinde %50-60 bağıl nemde kurutuldu. Milano'ya varışta hayvanlar damıtılmış su kullanılarak yeniden sulandırıldı ve bir buzdolabında saklandı. Tüm deneylerde, sadece normal davranış sergileyen yetişkin hayvanlar kullanılmıştır. BİOPAN tesisinde, microcosmos deneyi ve filtre deneyi adında kozmik radyasyona karşı direnci test etmek için iki deneysel kurulum yapılmıştır. Deneysel donanımda, her biri oldukça küçük hacme sahip 12 silindirik hücre kullanılmıştır. Bu silindirik hücrelerden mikrokozmos deneyi için üçü ve filtre deneyi için üçü kullanılmıştır. Geri kalan altı tanesi rotiferler ve nematodlar ile çalışan araştırmacılar için ayrılmıştır.

Mikrokozmos deneyinde, üç tardigrad türü, R. coronifer, R. oberhauseri ve E. testudo, bir yosun substratı üzerinde kurutulmuştur. Her tardigrad türünden, üç kopyanın her birinde altı örnek kullanılmıştır. Kozmik radyasyonun farklı bileşenlerinin etkisini test etmek için deney her biri farklı üç alt kümeye ayrıldı:

• Tam pozlama (390 nm'nin altında %10'dan daha az iletim sağlayan esnek ince film UV filtreli pleksiglas),
• Orta pozlama (Viton adı verilen 1 mm'lik flouroelastomer ile çevrili pleksiglas),
• Düşük pozlama (paslanmaz çelik kasa ve Viton içeren pleksiglas)

Uçuş sırasında kozmik radyasyon ölçümlerine göre, tamamen radyasyona maruz kalan numuneler yaklaşık 4 Gy’lik (J kg-1) doz aldı ve en çok korunan ise yaklaşık 2 mGy’lik bir doz aldı. Viton örnekleri iki uç arasında bir doz aldı. Her alt kümede üç kopya ile, her bir türün 54 örneği kullanılmıştır. Ayrıca mikrokozmos deneyi için her bir türden toplam 162 örnek Milano ve Baykonur'da kontrol düzenekleri hazırlanmıştır. Yosunlar, mikrokozmos ortamını sterilize etmek için deney montajından önce birkaç saniye kaynatılmıştır. Tüm mikrokozmos hücrelerine yosun örnekleri yerleştirilmiş ve yosunu kaplayacak kadar su ilave edilmiştir. Daha sonra tardigradların, rotiferlerin ve nematodların hücrelere transfer işlemi gerçekleştirilmiştir. Bu işlemlerin ardından mikrokozmos örnekleri daha sonra bir hafta boyunca kurutulmuştur.

Filtre deneyinin kurulumu mikrokozmos deneyi ile aynıydı, ancak her kopyanın sadece 11-37 R.koronifer örneği içermesi söz konusuydu ve üzerinde kurudukları substratlarda Whatman-3 filtre kağıtlarıydı. Milano ve Baykonur kontrolleri ve Kopenhag'daki üçüncü kontrol kopyası da dahil olmak üzere, filtre deneyleri için toplamda 600 örnek kullanıldı. Tardigradlar, damıtılmış su içeren bir embriyo tabağına Whatman-3 filtreleri üzerine yerleştirildi ve daha sonra bir Pasteur pipeti kullanılarak çıkarıldı. Buharlaştırma yoluyla nihai kuruma, oda sıcaklığında (21°C) gerçekleştirildi. Tüm görünür su 40-60 dakika içinde buharlaştırılıp akabinde 24 saat sonra filtreler, ilgili hücrelerine dikkatlice aktarıldı.

Hans Ramlov (Research Gate)

Buna ek olarak, radyasyona en çok maruz kalması planlanan filtrelerin üzerine 18 adet M. tardigradum embriyosu içeren exuviae (terk edilmiş dış iskelet) yerleştirildi. Deney düzenekleri incelenmek istenildiğinde, mikrokozmos deneylerindeki tardigradlar yeniden sulandırıldı ve hayatta kalma oranları Milano Üniversitesi'nde tespit edildi, filtre deneyleri ise Kopenhag Üniversitesi'ne getirildi ve Danimarka Doğa Tarihi Müzesi'ndeki laboratuvarda incelendi.

Türün Doğurganlık Deneylerinde Nelere Dikkat Edildi?

R. coronifer'e uygulanan farklı streslerin doğurganlık üzerindeki etkisi, kontrollere kıyasla hayvan başına bırakılan yumurtalara bakılarak belirlenmiş ve ifade edilmiştir. Gözlem boyunca, yumurta sayısı her deneyin sona ermesine kadar sayıldı. Gözlem döneminde ölü yumurtalar çıkarıldı. Ölü yumurtaların tespiti için yumurtanın renklerine bakıldı. Parlak sarıdan beyaza solan renkleri ölü olup olmadığı hakkında araştırmacılara bilgi verdi.

Vakuma Maruziyetten Sonra Hayatta Kalan Bireyler Hangileriydi?

Yörünge sırasında, deney düzeneğindeki basınç korunarak radyasyon ve mikro yerçekiminin birleşik etkisi test edildi. R. coronifer'in vakumda hayatta kalıp kalamayacağını test etmek için laboratuvar ortamında ayrı bir deney düzeneği yapıldı. Bu deney düzeneği, Whatman-3 filtreleri üzerinde kurutulan hayvanların bir alüminyum saplama üzerine monte edilmesi ve daha sonra saplamanın, 24 saat boyunca bir tarama elektron mikroskobunun (İngilizce: SEM) numune odasına yerleştirilmesiyle gerçekleştirildi. Yukarıda tarif edilen filtre deneyinde kullanılan aynı kurutma protokolü bu deneyde de uygulandı. SEM içindeki bölmenin basıncı vakumlu uzay boşluğunu eş olan değere (2,9 x 10^-8 Pa) ayarlandı. Deney, her kopyadaki 20 numune ile üç kez tekrarlandı.

Direct Industry

Sulandırılmadan Hemen Sonra Anhidrobiyozdaki Bireyleri Dondurma Deneyi Nasıl Yapıldı?

Basınca ek olarak, sıcaklık 12 günlük yörünge sırasında nispeten sabit tutuldu (-5^oC ila 69^oC). Bu nedenle R. coronifer'in çok düşük sıcaklıkta hayatta kalma yeteneği laboratuvarda ayrı ayrı test edildi. Her biri üzerinde 20 adet kurutulmuş hayvan içeren Whatman-3 filtreleri kriyotüplere yerleştirildi ve 30 dakika, 120 dakika ve yaklaşık 24 saat sıvı azot içine bekletildi. Deney ayrıca aktif hayvanlar ile gerçekleştirilip her maruz kalma süresi için üç kopya kullanıldı. Yine her bir maruz kalma süresi için kontrol amaçlı 20 numuneli üç tekrar kullanılmıştır. Deney öncesinde kurutulmuş halde bekleyen tardigradlar, tam kuruma sağlamak için deneyden önce 3 hafta boyunca bir buzdolabında saklandı.

Aktif hale geçebilmeleri için deneyden 24 saat önce sulandırılma işlemleri gerçekleştirildi. Sıvı azota batırılma sırasında, tardigradlar yaklaşık -196°C'lik sıcaklığa maruz bırakıldı. Tardigradlar üzerinde stresi maksimum seviyeye çıkartabilmek için sıcaklıktaki değişikliği mümkün olduğunca büyük hale getirmeye çalışıldı. Bu amaç doğrultusunda deneyden önce bir saat boyunca oda sıcaklığında (21 ° C) tutuldular daha sonrasında ise belirtilen -196°C'lik sıcaklığa maruz bırakıldılar. Deney sonrasında tüpler 1-2 saat boyunca çözünmek için oda sıcaklığında tutuldu ve daha sonra en az 24 saat boyunca bir buzdolabında (3-4^oC) saklandılar.

RoTaRad Misyonu Sonuçları

Live Science

Mikrokozmos deneyi sonuçları

Bu deney serisinde yapılan üç tekrardan biri, DNA araştırması için -80°C'de saklandı, bu nedenle yeniden sulandırılmadı ve mevcut sonuçlara dahil edilmedi. Mikrokozmos deneyinde tun formunda yer alan ve daha sonra kozmik radyasyona ve mikro yer çekimine maruz kalan üç tardigrad türünün (R. coronifer, R.oberhauseri ve E.testudo) hayatta kalması şaşırtıcı derecede düşüktü. Richtersius coronifer en düşük sağ kalım oranlarını sergiledi. Mikrokozmosta gözlemlenen en yüksek sağ kalım, tüm deney düzeneklerinde bulunan E. testudo'da görüldü.

Ramazzottius oberhauseri, E. testudo'dan daha düşük olmasına rağmen, R. coronifer ile karşılaştırıldığında önemli ölçüde daha yüksek sağ kalım oranı göstermişti. Deney sonrasında yapılan analizlerde deney düzeneğine yerleştirilen tardigradların birçoğu bulunamamıştır (çalıştığınız canlı grubu mikrometrik boyutlara sahip olduğundan bu tür durumlar ile karşılaşmanız oldukça olasıdır). Bu nedenle sonuçların istatistiksel değerlendirmesi yapılamamıştır. Deney düzeneğinden toplanan “canlı” tardigradlar, 35 dakika içinde normal aktivite seviyesine geri dönmüştür. Milano ve Baykonur'da tutulan kontrol örneklerinin hayatta kalma sonuçları tıpkı uçuş numunelerine benzerdi ve bazı durumlarda daha da düşüktü. Bu durum, gözlemlenen mortalitenin deney protokolünden kaynaklı olduğunu gösterir.

Kozmik Radyasyona Maruz Kalmanın Ardından Neler Oldu?

En düşük radyasyon dozuna maruz kalan hayvanlar için hayatta kalma oranı çok yüksekti; aslında, herhangi bir kontrol grubunun hayatta kalma oranlarından anlamlı bir farklılık göstermediler (2 mGy). Orta radyasyon dozuna maruz kalan hayvanlar (4 mGy) Milano veya Baykonur kontrollerinden (sırasıyla yaklaşık %82 ve %93) önemli bir fark göstermedi, ancak Kopenhag kontrolünden önemli ölçüde farklıydı. Çünkü Kopenhag örneklerinin %100’ü hayatta kalmayı başarmıştı. Yüksek radyasyon dozuna maruz kalan tardigrada grubu ise (4 Gy) en düşük hayatta kalma oranlarını gösterdi ve tüm kontrollerden önemli ölçüde farklıydı. Aynı şartların simüle edildiği kontrol gruplarındaki değerler hala uçuş görevine dahil olan numunelerden daha yüksek sağ kalım gösteriyordu. Radyasyona tamamen maruz kalan tardigradların bir kopyası saklanıp, uçuştan 2 yıl sonra yeniden sulandırıldı. Bu kopyada bulunan hiçbir tardigrad yeniden canlandırılamadı.

Snopes

Laboratuvarda Yapılan Vakum Deneyinin Sonuçları Nelerdi?

Hatırlatmak adına RoTaRad projesinde hem yörüngeye gönderilen bir deney düzeneği hem de laboratuvar ortamında uzay koşullarını simüle ettiğimiz bir deney düzeneği yer almaktaydı. Simüle vakum ortamına yaklaşık 24 saat maruz kaldıktan sonra Richtersius koronifer yeniden sulandırıldı ve ilk sağ kalımlar tespit edildi. Test edilen tüm hayvanlar vakumda hayatta kaldılar ve yeniden sulandırılmış bireylerin deney sonrası hayatta kalma verileri, tüm numuneler ölünceye kadar değişen aralıklarda gözlemlerle belirlendi.

Deney hayvanlarının hayatta kalması, yeniden sulandırılmış kontrol grupları ile karşılaştırıldı. Mortalitenin ilerlemesi üç aşamaya ayrılıp takip edildi. Bu üç aşama: (1) başlangıç fazı, (2) ara faz ve (3) terminal fazı. İlk aşamada, hayatta kalma oranı 21 gün içinde %90'a düştü. Yirmi yedi gün sonra, ara fazın sonunda yaklaşık %42'lik bir sağ kalım oranı gözlenmiştir. Mortalitede yaklaşık 45 gün sonra ara fazın sonunda L50'ye (%50) ulaştı. Terminal faz sırasında ise sağ kalım oranı 62 günde %42'den %0'a düştü ve tüm bireylerin ölümü gerçekleşti. Toplamda, tardigradlar damıtılmış suda ve besinsiz ortamda 110 gün hayatta kaldı.

Sıvı Azot Deneyinin Sonuçları

R. coronifer'in aşırı soğukta hayatta kalma yeteneği, anhidrobiyotik (tun formundaki) ve aktif hayvanlar için test edildi. Anlık donmanın uzun vadeli etkilerini test etmek amacıyla sıvı azot (yaklaşık -196^oC) içerisine daldırılan numunelerin belli bir prosedür ile çıkarılma işlemi gerçekleştirilip akabinde ilk hayatta kalma verileri kaydedildi. Anhidrobiyozdaki hayvanlar için, 30 ve 120 dakika sıvı azota maruz kaldıktan sonra hayatta kalma oranları kontrollerden farklı değildi. Bununla birlikte, 20 saatten fazla maruziyetten sonra, ilk sağ kalım oranı %97’lik bir oran ile ilkinden biraz farklıydı. Aktif tardigradlar için yapılan aynı testin sonucunda, başlangıçtan 30 ve 120 dakika sonra sıvı azota maruz bırakılan numunelerin sağ kalım oranı hem kontrol hem de anhidrobiyotik hayvanlardan sırasıyla %28±10 ve %48±2 farklı idi. Aktif durumdaki tardigradlar 20 saatten fazla sıvı azota maruz kaldığında ise hiçbir birey hayatta kalamadı.

Anında dondurma deneyinin uzun vadeli etkisini oluşturmak için hayatta kalan örnekler, diğer deneydeki aynı prosedür izlenerek değişen aralıklarda gözlenmiştir. Anhidrobiyozdaki tardigradlar mortalitede belirgin bir üç aşamalı ilerleme kaydetmiştir.

30 dakika boyunca sıvı azota maruz kalma deneyi sonrasında hayatta kalan anhidrobiyotik durumdaki tardigradlar, ilk 25 gün içinde ara faz aşamasına kıyasla ölüm oranı daha yavaş seyretti. Ara faz aşamasında 40 gün boyunca birey sayılarındaki azalma hızı gittikçe artmaya ve son olarak terminal fazda 78 gün içinde mortalite değerine ulaştı. LD50'ye ise yaklaşık 40. günde ulaşılmış ve 142 gün sonra hiçbir bireyin hayatta kalmadığı tespit edilmiştir.

Phys

120 dakika sıvı azot içine daldırılan örneklerde, ilk 30 gün için ölüm oranları tıpkı 30 dakikalık test sonrası gözlemlerde olduğu gibi ara faz aşamasına göre çok daha düşüktü. Mortalite oranı sonraki 47 gün boyunca yükselişe geçti ve son 65 gün içinde ölüm oranı birden çok küçük seviyelere inerek 50 gün sonra yapılan ölçümlerde hayvanların hala %50'sinin aktif bir şekilde deney düzeneğinde gözlenmesine sebebiyet verdi. Son gözlemden 142 gün sonra tüm bireyler öldü.

20 saatten fazla maruz kalan anhidrobiyotik tardigrat örneklerinde, ilk 25 gün içinde diğer zaman dilimlerine nazaran ölüm oranı oldukça düşük seviyelerde seyretti. Ara fazda mortalite, son 24 günde en düşük seviyelere varıncaya kadar 40 gün boyunca belli oranda yükselişe geçmişti. Yaklaşık 35 günde LD50'ye ulaştı ve 88 gün sonra tüm örnekler öldü. İlk günlerde ölüm oranı düşük seyretmesine rağmen toplam ömürleri diğer sürelerdeki tardigratlara nazaran daha azdı.

30 dakika boyunca sıvı azota maruz kalan aktif tardigradlar, 10 gün süren kısa bir başlangıç fazı ve 117 gün süren uzun bir terminal fazdan oluşan iki fazlı bir mortalite ilerlemesi gösterdi. İlk aşamada sağ kalım oranları çok değişkendi ve 10 günlük kısa zaman diliminde popülasyonun çoğunluğu yitirilmiş durumdaydı. İkinci ve bu grup için son aşama olan terminal fazda ise ölüm oranları çok düşük seviyelerde devam etti.

120 dakika boyunca maruz kalan örneklerin hayatta kalması biraz daha yüksek olmuştur. Başlangıç fazı 10 gün sürdü ve terminal faz 138 güne yayıldı. Ölüm oranları ilk ve terminal fazlar için sırasıyla tıpkı 30 dakikalık deney düzeneğindeki bireylerde gözlendiği üzere başlangıç fazındaki bireylerin ölüm oranları terminal faza nazaran hızlı seyretti. Terminal fazda ise aynı ölüm oranındaki düşük seviye bu deney biriminde de tespit edildi. Sıvı azot içine 20 saatten fazla batmış aktif hayvanlar için hiçbiri hayatta kalmamıştır.

Türün Deney Sonrası Doğurganlığı Nasıldı?

Tüm deneylerde, yapılan testlerin doğurganlık üzerinde bir etkisi olup olmadığını araştırmak için tardigrad başına bırakılan yumurta sayısı dikkate alınmıştır. Orta ve düşük kozmik radyasyona maruz kalan R. coronifer türü tardigradların doğurganlığı kontrollere kıyasla önemli ölçüde azalmış ve yüksek dozda radyasyona maruz kalan grupta ise uçuş sonrası yapılan kontrollerde hiç yumurtaya rastlanmamıştı.

Vakum maruz kalma ve anhidrobiyotik tardigradların dondurulması doğurganlık üzerinde anlamlı bir etkiye sahip değildi. Aslında TARSE misyonunda da belirtiğimiz üzere, vakuma maruz kalma bireylerin yumurtlama yeteneğini arttırıyor gibi görünüyordu. Anhidrobiyotik örneklerin dışında doğrudan sıvı azota maruz kalan aktif halde bulunan tardigradların hiç birinden yumurta elde edilemedi.

Shutterstock

Kozmik Radyasyona Maruziyetin Ardından Yumurtaların Verimliliği

Tekrardan hatırlatmak adına RoTaRad misyonunda üç adet tardigrat aktif ve tun formunda kullanılmasının yanında bir de M. tardigradum adlı türün bir exivium içerisinde ebriyolarının bırakıldığını söylemiştik. Milnesium tardigradum türlerinin tabi tutulduğu deneyler sonucunda hem en çok maruz kalan gruptan (CR4 Gy) hem de orta derece maruz kalan gruptan (CR4 mGy) dokuz yumurta toplandı ve iki farklı derecede uzay radyasyonuna maruz kalan toplam 18 yumurta elde edildi.

Damıtılmış su ile yeniden sulandırıldıktan sonra, tüm yumurtalar 9 gün içinde yumurtadan çıkmayı başardı. M. tardigradum'un yeni ortaya çıkan bireyleri yaklaşık 3 hafta hayatta kaldı. Yeni “doğan” tardigradları beslemek amacıyla nematodlar ve rotiferler tedarik edildi, ancak besin öğelerinin hiçbiri yenilmedi.

BIOPAN 6 Sonuçları

Tardigradlar, doğada karşılaşabildikleri stres faktörlerinin de üstünde yer alan stres seviyelerini tolere edebilirler. Ayrıca, anhidrobiyoz formundaki tardigradların, uzayın zorlu ortam koşullarına maruz kaldıklarında canlılığı koruyabildiği önceki yazılarımızda birçok kez dile getirdik. RoTaRad projesinin sonuçlarına göz atacak olursak, Eutardigrad sınıfında yer alan R. coronifer'in mikro yerçekimi koşulları altında kozmik radyasyona maruz bırakıldığında deneye tabi bireylerinin hayatta kalmasını negatif yönde etkilediğini göstermektedir.

Bununla birlikte, yapılan önceki radyasyon deneyleriyle karşılaştırıldığında ve uçuşta alınan nispeten düşük diyebileceğimiz radyasyon dozunu göz önünde bulundurduğumuzda araştırmacılar daha yüksek bir sağ kalım beklemekteydi. Haliyle R. coronifer için nispeten düşük sağ kalım oranları Foton-M3: TARDIS ve TARSE ile ilgili iki benzer projeden elde edilen sonuçlar ile uyumlu görünmüyordu. Sitemizde daha öncesinde paylaşmış olduğumuz her iki projede de sadece kozmik radyasyona maruz kalan tardigradlar için daha yüksek sağ kalım oranları bildirilmiştir. TARDIS projesinde, R. coronifer ve M. tardigradum hem UV hem de kozmik radyasyona maruz kalmış, bu da UV'nin kozmik radyasyon ile birlikteyken sadece kozmik radyasyona kıyasla daha ölümcül olduğunu göstermiştir.

ESA

TARSE projesinde Macrobiotus richtersi türü, uzay ortamının hem kurumuş hem de hidratlı hayvanlar üzerindeki etkisini test etmek için kullanılmıştı. Diğer çalışmaların verileri göz önüne alındığında RoTaRad projesinin araştırmacıları, TARSE deneyinde gözlenen tardigradların çoğunun etkilenmeden hayatta kalmasını diğer görevlerdeki tardigradların BIOPAN platformunda nispeten daha “korunaklı” alanda olmalarına ve buna bağlı olarak daha az radyasyon almalarına bağlamıştır. TARDIS ve TARSE'deki sağ kalım oranları bu çalışmada gerçekleştirilen radyasyona orta ve düşük maruz kalan gruplar ile karşılaştırılabilir.

Bu misyondaki hayatta kalma oranlarındaki gözlenen tutarsızlıklar muhtemelen deneysel kurulum ve türler arası tolerans varyasyonu arasındaki farkı yansıtmaktadır. Ek olarak, radyasyon dozu, emilen radyasyonun bileşimi ve uçuş sırasında deneylerin yönlendirilmesi/konumlandırılması gibi dikkate alınmayan bazı değişkenler yer almaktadır. Araştırmacılar, tespit edilen değişkenlerin sonuçlar üzerinde doğrudan etkisi olduğunu düşündüğünden, bir sonraki çalışmalarda uzay aracının ölçümlerine ve kontrolüne daha fazla vurgu yapılması gerektiğini söylemektedir.

Deneyler sırasında yapılan gözlemlerde, R. coronifer'in nispeten hızlı kuruduğunda (anhidrobiyotik duruma hızlı geçtiğinde) en uygun hayatta kalma oranlarını sergilediği tespit edildi. Deney ile ilgili prosedür izlendiğinde yaklaşık 40 dakika sonra R. coronifer tun (anhidrobiyotik formu) oluşturmuş gibi görünüyor ve ortamda su görünmüyordu. Bu bilgiden yola çıkarak mikrokozmos deneyinde düşük sağ kalım gözlemlenmesinin sebebinin yüksek bağıl nemde çok yavaş kurutulma işleminden kaynaklandığı düşünülmektedir. Böylece, uyumlu tolerans seviyelerine sahip türlerin seçilmesinin önemi ortaya çıkmaktadır. Bununla birlikte mikrokozmos deneyindeki bazı tardigradlar uçuştaki stres faktörlerine rağmen hayatta kaldı.

Ayrıca, Eutardigrade M. tardigradum embriyolarının kozmik radyasyona maruz kaldıktan sonra dahi yumurtadan çıkabildikleri tespit edildi. Buna karşılık, uzay uçuşundan sonra R. coronifer tarafından bırakılan yumurtaların hiçbiri gelişip yeni bireyleri meydana getirmedi. Fakat yumurta “üretme” kabiliyetleri uzay ortamından önemli ölçüde etkilenmediği anlaşıldı. Yumurta üretiliyordu fakat gelişemiyordu o zaman sorunun kuluçka başarısızlığından kaynaklandığı düşünüldü. Kuluçka başarısızlığının sebebi ise saklama koşullarından kaynaklanıyor olabilirdi, çünkü TARDIS projesindeki başka bir deney düzeneğinde aynı türler R. coronifer ve M. tardigradum için kontrollerden önemli ölçüde sapmayan kuluçka oranları elde edilmişti.

James R. Garey (Research Gate)

Yapılan çalışmanın sonucunda, R. coronifer yumurtaları gelişimlerini tamamlaya bilmek için ya doğal ortamlarının varlığı gerektiriyor ya da radyasyona tahammül edemiyorlardı. Fakat alternatif ikinci kanı olan radyasyona tahammül edemiyorlar kısmı RoTaRad projesindeki bir diğer tür olan M. tardigradum yumurtalarından yeni bireylerin hepsinin başarılı bir şekilde çıkması ve uçuştan sonra bırakılan yumurtalardan elde ettiği kuluçka oranlarını düşündürücü kılıyordu. Çünkü bu bulgular bazı araştırmacılara göre tardigrad embriyolarda iyonlaştırıcı radyasyona karşı bir direnç olduğunu düşündürmektedir.

Yine aynı şekilde farklı araştırmacılar da bu direncin yetişkin tardigradlar ile karşılaştırıldığında çok sınırlı olması gerektiğini düşünüyordu. Yapılan kozmik radyasyon ölçümleri dikkate alındığında ise BIOPAN 6 misyonu sırasında deney hayvanları tarafından alınan gerçek dozun, tardigrad standartlarına kıyasla nispeten düşük olduğunu ve 4 Gy'lik en üst tabakada maksimum doz olduğunu göstermektedir. Düşük doz seviyesindeyken R. coronifer'in yüksek sağ kalım oranlarını göstermesi de bu neden ile açıklanabilir. En fazla korunan deney gruplarında, arka plan radyasyonuna eşdeğer yaklaşık doz 2 mGy idi ve bu nedenle herhangi bir zararlı etkisi olmadı.

Laboratuvar Deneyleri Hakkında

RoTaRad projesi direkt olarak uzay ortamına maruz bırakılmadı ve bu nedenle R. coronifer'in vakumu tolere edebilme yeteneği bir tarama elektron mikroskobu kullanılarak test edildi. Yapılan testten 24 saat sonra, numunelerin hiçbiri etkilenmedi, bu da sadece vakumun ani zararlı bir etkisi olmadığını gözler önüne serdi. Gerçekten de TARDIS projesinde, kozmik radyasyon ve vakum kombinasyonunun bile R. coronifer'in canlılığı üzerinde hiçbir etkisi olmadığı gösterilmişti, ancak UV ile bu etkiler birleştirildiğinde etkisi ölümcül olmuş, bu türe ait bireyler sağ kalamamıştı.

Springer Link

İlk hayatta kalım verileri üzerinde belirgin bir etkisi olmamasına rağmen, vakum ortamına maruz kalan tardigradlar, maruz kalmayan tardigradlar ile karşılaştırıldığında yaşam süreleri 20 gün daha kısaydı. R. coronifer'in vakumu tolere edebilme yeteneği, bu türün anhidrobiyotik durumunda vücudunda serbest suyun olmadığını araştırmacılara düşündürmektedir. Bu, suyun faz geçişinin büyük ölçüde basınca bağlı olduğu gerçeğine dayanılarak varsayılabilir. Herhangi bir su varsa, vücut sıvıları kaynar ve genişler, bu da hayvanların anında ölmemesine neden olur. Teorik olarak, vakumda depolanan anhidrobiyotik tardigradlar oksijen veya diğer reaktif moleküller bulunmadığından, süresiz olarak canlılığını koruyabilmelidir.

Sıvı Azot Deneyleri Hakkında

Dış uzayın ortalama sıcaklığı mutlak sıfıra (-273^oC) yakındır, bu nedenle aşırı düşük sıcaklığa maruz kalma da bu çalışmaya dahil edilmiştir. Daha önce, R. coronifer'in hidratlanmış durumda bile -196^oC'ye kadar donmada hayatta kalabildiği gösterilmiştir, ancak hayatta kalması donma oranına oldukça bağlıdır. Bu çalışmada sunulan sonuca göre hem anhidrobiyotik hem de aktif örnekler -196^oC'ye kadar ani donmadan hayatta kaldılar. Gerçekten de, anhidrobiyozdaki hayvanlar tamamen etkilenmemiş gibi göründü.

Aktif hayvanlar daha az tolerans göstermiş, ancak 120 dakika maruz bırakıldıktan sonra hala %50'ye yakını canlı kalabilmeyi başarmıştı. Bu bireyler, tıpkı anhidrobiyotik tardigradlar gibi 142 gün boyunca hayatta kaldı. Ek olarak, 20 saatten daha uzun süre maruz kalan aktif tardigradlarda hayatta kalan bireylere rastlanmadı ve benzer maruz kalma süresine sahip anhidrobiyotik tardigradlarda ise hayatta kalan bireyler 53 gün boyunca yaşamlarını devam ettirebildiler. Söz konusu verilerin ışığında, R. coronifer'in son derece düşük sıcaklıkları tolere edebildiği gösteriliyor, ancak bu koşullar altında harcanan zamanın hem başlangıç hem de uzun vadeli hayatta kalım üzerinde bir etkiye sahip olduğuna dikkat çekiliyordu. Deneylere maruz kalan bazı örnekler takip eden süre boyunca yumurta bıraka bilmeyi de başardı.

Zorlu stres koşullarından hayatta kalmanın yanında bireylerin doğurganlığın (yumurtlama) etkilenmemesi de oldukça elzem bir konudur. Doğurganlıklarında herhangi bir sorun gözlenmeyen olası kurtulanlar türler çoğalabilir ve güvence altına alınabilirdi. Yumurtlama unsurunun yapılan deneylerde maruz kalınan kozmik radyasyondan etkilendiği gözlemlenmiştir, ancak TARDIS deneyindeki sonuçlar düşünüldüğünde numunelerin yumurtlama kabiliyetini ciddi şekilde etkilenmediği savunulmaktadır. Bu iki farklı yaklaşımın sebebinin, deney düzeneğindeki farklılıklar ve türler arasındaki tolerans farklılığından kaynaklanabileceği düşünülmektedir. Deneylerde kullanılan diğer türlere nazaran M. tardigradum'un daha dirençli olduğu ve belki de bu türe odaklı gelecekte radyasyon deneylerinin yapılması gerektiği dile getirilmiştir.

Rander Rick

Gelecek Perspektifleri

Gelecekteki BIOPAN görevlerinde en zorlu koşulları sağlamak için Güneş aktivitesiyle ilgili deney düzeneklerinin hazırlanmasının daha doğru olacağı düşünülmektedir. Çünkü Güneş aktivitesi minimum olduğunda, manyetik alanında bir azalma olur, böylece güneşin yeryüzünde uyguladığı gölgeleme etkisi galaktik kozmik radyasyonla ilişkili olarak azalır. Bu, BIOPAN 6 uçuşundan alınan düşük doz ölçümlerini açıklayabilir. Dahası araştırmacılar, BIOPAN kapsülünün konumlandırılması konusunda şüpheler barındırmaktadırlar. Yörüngede konumlandırılan BIOPAN'ın yüzü dünyaya çevrilmişse, deneysel yüzeye uygulanan radyasyon miktarı çok düşük olacaktır. En güvenli risk değerlendirmesini elde etmek için, mutlak bir en kötü durum senaryosu tercih edilir, bu nedenle uçuş sırasında deney oryantasyonunun tamamen kontrol edilmesi gerekir.

RoTaRad projesinde, R. coronifer, E. testudo ve R. oberhauseri tardigrad türleri BIOPAN 6 misyonu sırasında düşük dünya yörüngesinde kozmik radyasyon ve mikro yer çekimine maruz kalmayı başardılar. RoTaRad projesinde çalışan araştırmacıların son düşünceleri şunlardı; Tardigradların radyasyon toleransını nasıl gerçekleştirdiğine dair akla gelen fikirlerden biri olan etkili bir DNA onarım sistemi gerçekten de bu canlılar içerisinde bulunuyor ise böyle bir sistemin moleküler mekanizmasını tanımlamak oldukça ilgi çekici olacaktır düşüncesiydi. Bu düşünceden yaklaşık 10 yıl sonrasında Japon bilim adamlarının gerçekleştirmiş olduğu çalışmalar ile tardigradların savunma mekanizmaları aydınlatılmaya çalışıldı ve ortaya etkiliyici sonuçlar çıktı (ilgili yazıya buradan ulaşabilirsiniz). Bu sonuçlar ışığında tardigradların gelecekteki biyoteknolojik çalışmalarda ve uzay araştırmalarında kullanılabilecek model organizma statüsünü uzun bir süre daha elinden düşürmeyecekleri anlaşılmaktadır.