Tardigradlar ve Uzay: TARSE (Uzay Etkilerine Tardigrad Direnci) Misyonu Deneyleri Nasıl Yapıldı?

Bu yazımızda FOTON-M3 projesinin “Tardigrade Resistance to Space Effects” (TARSE) misyonu yani "Uzay Etkilerine Tardigrad Direnci" misyonu üzerinde durulup ilk deney sonuçlarına dair bilgiler verilmeye çalışılmıştır. FOTON-M3 projesinin diğer misyonları olan TARDIS misyonuna ait yazımıza buradan, RoTaRad misyonuna ait yazımıza ise buradan ulaşabilirsiniz.

FOTON-M3 projesi nedir?

Foton, Rus bilim uydu ve yeniden giriş aracı programlarının proje adıdır. Foton projesinin ana odağı ise genel anlamda malzeme bilimi araştırmalarını kapsar, ancak bazı görevlerde biyoloji dahil pek çok farklı disiplini içeren araştırmalar da yapılmıştır. Orijinal Foton serisi, 1985-1999 yılları arasında Plesetsk Cosmodrome'dan 12 lansmanı içeriyordu. Foton-M adı altında ikinci seri ise orijinal Foton üzerinde birçok tasarım geliştirmesini içermekle beraber günümüzde de hala devam ettiriliyor.

Şimdiye kadar, Foton-M'nin dört fırlatma girişimi oldu. İkinci serinin ilk kalkışı 2002 yılında fırlatma aracındaki bir sorundan kaynaklı başarısızlık ile sonuçlandı. Ardından takip eden 2005, 2007 ve 2014 yıllarında ise Baikonur Cosmodrome'dan fırlatılan roketlerin hepsi başarılı bir şekilde görevlerini tamamladı. İlk kez Foton-7 misyonu ile beraber Avrupa Uzay Ajansı Foton programına ortak oldu.

ESA

Rusya'nın Samara kentinde TsSKB Progress tarafından geliştirilen 6.535 kilogram Foton-M3 kapsülü, toplam 688 kilogram kütleye sahip 27 bilimsel yük taşıyor ve bunların arasında Rusya dışındaki ortaklar tarafından sağlanan 16 deneyi barındırıyordu. Bu deneylerin arasında odak noktanın tardigradlar olduğu üç misyonda yer aldı. Bu misyonların isimleri; TARDIS, RoTaRad ve TARSE’dir.

Foton-M3 uzay aracının Dünya'nın yörüngesinde 12 gün geçirmesi, deneyleri mikro yerçekimine ve programında herhangi bir aksama yaşanmaz ise sert uzay koşullarına maruz bırakması bekleniyordu.

Yörüngedeki Projede Neden Tardigrad Tercih Edildi?

Ekstremofil sözcüğü genellikle yüksek sıcaklıklara, kurumaya ve radyasyona olağanüstü tolerans gösteren bazı bakteriler için kullanılır; ancak benzer bir olağanüstü toleransla karakterize edilebilen çok hücreli ökaryotik organizmalar (bazı mantarlar, bitkiler ve hayvanlar) içinde sıklıkla kullanılmaktadır. Metazoanlar arasında sadece tardigradlar, rotiferler ve nematodlar tüm yaşamları boyunca ekstremofil olan taksonları içerir.

Ekstremofil omurgasızlar, diğer organizmaların çoğunun barınamayacağı ortamlarda gelişir. Kutup bölgelerinden, sıcak çöllere kadar belirli ekolojik nişleri işgal etme yetenekleri, çok çeşitli yaşam öykülerinin ve uyarlanabilir stratejilerin kullanılması ile ilgilidir.

Akın Karahasan

Bu canlıların en yaygın stratejilerden biri, organizmaların metabolizma hızlarını tespit edilemez bir düzeye indirebildiği bir tür kriptobiyoz olan anhidrobiyoz (suyun olmadığı durumlarda korunma amacıyla tetiklenen form) geçirme yeteneğidir. Anhidrobiyotik organizmalar, ortam koşulları iyileşene kadar (rehidrasyon olayı gerçekleşene kadar) organizmanın kararlı bir şekilde kalmasına yardımcı olan “askı” durumuna girebilirler.

Anhidrobiyotik organizmaların kuruma toleransının arkasındaki genetik ve biyokimyasal mekanizmalar tam olarak anlaşılamamıştır; ancak şekerler, ısı şoku proteinleri (Hsps) ve geç embriyogenez bol proteinleri (LEA) dahil olmak üzere birçok biyokimyasal bileşen tanımlanmış ve kriptobiyoz üzerindeki etkilerinin tespitine yönelik çalışmalar gerçekleştirilmiştir.

Özetle hem ökaryotik bir "hayvan" olmaları, hem de ekstrem koşullara dayanıklı oldukları için seçilmişlerdir. Yoksa iyonize radyasyona karşı bilinen en dayanıklı canlı tardigrad değil, burada anlatmıştık.

Tardigradlar Neden Daha Dayanıklıdır?

Ekstremofil metazoanlar arasında yer alan tardigradlar uzay stresleri de dahil olmak üzere çevresel streslerin hayatta kalması için uyarlanabilir stratejileri incelemek adına iyi bir modeldir. Karasal ekosistemlerde, anhidrobiyoz ve kriyobiyozis (düşük sıcaklıklardan korunma amacıyla tetiklenen form) formuna girme yetenekleri sayesinde kuruma veya donma gibi çoğu organizma için ölümcül sonuçlar doğurabilecek durumlara karşı kendilerini koruyabilir ve hayatta kalabilirler (tardigradlar hakkındaki genel bilgilerin yer aldığı gözlem kaydımıza buradan ulaşabilirsiniz). Kurutulmuş tardigradlar (tun [fıçı] formundakiler), atmosferik koşullar altında 9 yıla kadar hayatta kalabilir ve aktif organizmaların tolerans aralıklarını aşan kimyasal ve fiziksel uç koşullara dayanabilirler.

Quora

Bununla birlikte, kimyasal ve fiziksel streslere tolerans, kurumuş hayvanlara münhasır bir özellik değildir. Sulu ortamda aktif halde bulunan (hidratlı) tardigradlar, kurumuş hayvanlara kıyasla radyasyona benzer veya daha yüksek bir tolerans gösterir. Aynı şekilde her iki formda düşük sıcaklıklarda hayatta kalabilir.

Bu özellikler göz önünde bulundurulduğunda Eylül 2007'de, FOTON-M3 görevi sırasında yürütülen üç farklı projede tardigradlar uzayın çevresel stres faktörlerine maruz kaldı. "Uzay Etkilerine Tardigrad Direnci" (TARSE) misyonu kapsamında, zorlu uzay ortamında çok hücreli organizmaların sınırları test edildi aynı şekilde aktif ve kurumuş tardigradların karşılaştırılması yapıldı.

Bugüne kadar, birkaç tek hücreli veya çok hücreli organizma uzay ortamına maruz kalsa da, bu tür karşılaştırma uzay araştırmalarında benzersizdir. Yapılan daha önceki çalışmalarda, kurutulmuş rotiferler ve nematodlar bir Shuttleto-Mir misyonunda uzayda uçurulmuştur. Caprioli ve ark. (2002), bu uzay deneyinin zayıflığının aktif hayvanların yokluğu olarak bildirmiştir, çünkü aktif ve hareketsiz aşamalar arasında bir karşılaştırma yapılamamıştır. Bu sorun, ilk kez Eutardigrade Macrobiotus richtersi'nin hem aktif hem de kurumuş örneklerinin aynı uzay misyonunda bir araya getirildiği TARSE projesi ile çözüme ulaştırıldı.

TARSE Projesi Nedir?

TARSE deneyleri için yarı karasal Macrobiotus richtersi (Eutardigrada takımı; Macrobiotidae ailesi) seçilmiştir. İtalya/Formigine'de deniz seviyesinden 80 m yükseklikte toplanan ela yaprağı çöpünden izole edilmiştir. Bu türün seçilmesindeki en önemli etkenlerden birisi kriptobiyozun iki farklı alt tipi olarak nitelendirilen anhidrobiyoz ve kriyobiyoz geçirebilme yetenekleridir. M. richtersi örnekleri göz lekelerinden yoksun ve etobur olmakla beraber biseksüel ve amfibiktir.

TARSE'nin spesifik hedefleri:

1. Tardigradların uzay koşulları altında hayatta kalma ve yaşam öyküsü özelliklerini belirlemek,
2. Canlı hücreleri kurutulmuş bir durumda veya uzay koşullarında stabilize edebilen ve koruyabilen biyo-protektanları tespit etmek,
3. Kuruma veya uzay koşulları tarafından indüklenen DNA hasarlarını tespit etmekti.

TARSE projesi ile araştırmacılar, uzay koşullarının (mikro yerçekimi ve radyasyon) tardigradlar üzerindeki etkilerini farklı koşullardaki yer alan tardigradları karşılaştırmayı amaçlamıştır. Farklı koşullardaki tardigradlardan kast edilen ise; doğal yöntemler ile susuz bırakılan (tun formunda), laboratuvar yöntemleri ile susuz bırakılan (tun formunda), aktif formda ve beslenmiş durumda bırakılan, aktif formda ve aç durumda bırakılan tardigradları içermektedir. Bu tasarı projenin benzersiz olmasına sebebiyet verir, çünkü daha önce uzay koşullarında bir canlının hem aktif hem de “korunaklı” formdaki halinin karşılaştırılması yapılmamıştı.

TARSE projesi bu bağlamda iki bölüme ayrılmıştır: kurutulmuş (anhidrobiyotik) tardigradlar (deneysel birimler Deney F1 ve Deney F2) ve hidratlı (aktif) tardigradlar (deneysel birimler Deney F3 ve Deney F4). Tüm deneyler için yetişkin tardigradlar kullanılmıştır. Uçuş deneylerine ek olarak TARSE, rasgele bir konumlandırma makinesiyle mikro yerçekimini simüle eden ve uçuş görevi sırasında ve uçuştan hemen önce ve sonraki günlerde tardigradların yaşadığı sıcaklık profilini kullanan Dünya’daki laboratuvarlarda konumlandırılmış TC4 adlı kontrol grubunu da işin içerisine dahil etmiştir.

Deneylerde Ne Yapılmıştır?

Deney toplamda 3 koldan oluşuyor. Deney F1, F2, F3 ve F4. M. richtersi'nin tipik doğal yaşam alanını temsil eden sahadan toplanan kuru yaprak çöpleri mikrokozmoslarını oluşturmakta kullanılmakla beraber

• Deney F1: Her biri tardigrad içeren ve her birinde 5.5 gram kuru ela yaprağı çöpü olan dört kopyadan oluşuyordu. Her kopya, hava geçirmeyen bir plastik ticari kapta (3x3x3 cm) saklandı ve parafilm ile kaplandı.
• Deney F2: Kontrollü koşullar altında laboratuvarda kurutulan tardigradlar kullanılmıştır. Ayrıca Deney F2’deki tardigradlar, kurutulmuş numuneler üzerinde moleküler deneyler için biyolojik materyal kaynağı görevi üstleniyordu, bu yüzden kopya sayısı fazlaydı. On beş kopya kullanıldı; her bir kopyaya ayrılan tardigrad sayısı ve yükledikleri görev farklıydı. Her biri 100 tardigrad içeren altı kopya ısı şok proteinlerinin ekspresyonu için kullanıldı, her biri 30 tardigrad içeren üç kopya DNA analizi için kullanıldı ve her biri 10 tardigrad içeren altı kopya sağ kalım analizi için kullanıldı. Tardigradların her bir grubunu içerisinde doğal mineralli su olan Whatman filtre kağıdına yerleştirildi, akabinde belli prosedürlerin takip edilmesi ile laboratuvar ortamında kurutma işlemi gerçekleştirildi. Kurutulmuş tardigradlı kağıt kareler, parafilm ile sarılmış altı küçük plastik petri kaplarında saklandı.
• Deney F3: Bir gıda kaynağı ile aktif tardigradlar barındırıyordu. Islak ortam koşulları altında M. richtersi'nin tipik doğal yaşam alanını taklit eden nemli yaprak çöpünden yaşam ortamları simüle edilmeye çalışılmıştı. Düzenekte her bir kopyada besin kaynağına sahip 110 aktif tardigrad yer alıyor ve toplamda altı kopya bulunuyordu. Her bir hayvan grubunu, ince bir alt tabaka olan katı Bactoagar içeren bir plastik petri kabında ve yine yaşam ortamlarını simüle etmek adına fındık ağacı yaprağının çöp kalıntıları ile oluşturulan ortama yerleştirdiler. Aktif olabilmeleri için en önemli etken olan su filmini oluşturabilmek içinde doğal mineralli su kullanıldı. Son olarak gıda kaynağı konusunda istenilen ölçüde bakteriler ile beslenen (bakteriyofaji) nematodlar (Pristionchus iheritieri) eklenmiş ardından tüm petri kapları parafilm ile kaplanmıştır.
• Deney F4: Aktif tardigradlar hiçbir gıda kaynağı olmadan sadece su içinde tutuldular. Çünkü burada yer alacak tardigradların aç olmasına ihtiyaç duyuluyordu. Oluşturulan deney düzeneğinde her birinde 120 adet aktif fakat aç haldeki tardigradlardan oluşan sekiz kopya vardı. Her tardigrad grubu, doğal maden suyu ile doldurulmuş, hava geçirmez bir şekilde kapatılmış ve parafilm ile sarılmış ticari bir silindirik plastik tüpte saklandı.

Deney F3 ve Deney F4, hidratlı (aktif) tardigradlar bizlere yaşam öyküsü analizi ve moleküler analizler için biyolojik materyaller sağladı.

Michele Cesari (Research Gate)

TARSE projesinin dört deney birimi içerisinde tardigradların olduğu tüm kaplar, Rus uzay aracı FOTON-M3'ün içine kurulan BIOKON-1 tesisinde barındırıldı. BIOKON, Kayser İtalya şirketi tarafından uzayda biyolojik ve malzeme bilimi araştırmaları için tasarlanmış yüksek dayanıklılığa sahip çok kullanıcılı bir tesistir. BIOKON-1 içinde bir sıcaklık veri kaydedicisi, protonlar, Fe iyonları için bir radyasyon dozimetresi (radyasyon seviyesini ölçmekte kullanılan araç) ve nötronlar için bir radyasyon dozimetresi de mevcuttu. Uçuş görevi sırasında, sonrasında ve öncesinde sıklıkla sıcaklık ve radyasyon miktarı ölçülüp Dünya'da yer alan kontrol grubunun test ortamını simüle etmekte bu veriler kullanıldı.

TARSE Projesindeki Deneylerde Hayatta Kalma Analizi Nasıl Yapıldı?

Anhidrobiyotik (kurumuş) tardigradları barındıran Deney F1 ve Deney F2 kontrollü koşullar altında yavaşça sulandırılmıştır. Bu işlemin yavaşca gerçekleştirilmesinin sebebi tardigradları ani şekilde uyarmanın mevcut korunaklı formlarından çıkmamalarına neden olabilmesinden dolayıdır. Deney F1, yaprak çöpüne yerleştirilmiş olduğu için musluk suyu ve yaprakların hemen altına konumlandırılmış elekler ile tardigradların toplama işlemi gerçekleştirilmiştir. Tüm tardigradlar bir stereo mikroskop altında cam pipetle toplanmıştır. Son olarak, ilgili türün optimum sıcaklık aralığı olarak belirlenen 16°C'de tutulup daha sonra canlılıklarını kontrol etmek için bir stereo mikroskop altında yeniden inceleme altına alınmışlardır.

Deney F2’deki anhidrobiyotik tardigradlar da yukarıdaki öncü sulandırma işleminin aynısına maruz kalmış akabinde 16°C'de tutulmuş ve bir stereo mikroskop altında incelenmiştir. Beslenen ve hidratlanmış tardigradlar (Deney F3), akan su altında tutulan elekler ile yaprak çöp döküntüsünden ayrıştırılmış ve tüm tardigradlar (canlı ve ölü fark etmeksizin) bir stereomikroskop altında cam pipetle toplanmıştır. Bunlar 16°C'de su içinde tutulup tekrar stereomikroskop altında incelenmiştir.

Aktif ve aç tardigradlar (Deney F4), petrilerinde kendilerinden başka herhangi bir şey olmadığı için canlılıklarının tespiti adına direkt stereomikroskobu altında incelenmiştir. Ayrıca yeni doğan bireyler ve yumurtalar da sayım işlemlerine tâbi tutulmuştur.

NY Times

Analizlerin Ölçümünde Kullanılan Yöntem

Peki analiz nasıl yapıldı? Tardigradların vücutları incelenip koordineli ve aktif hareketleri (hareket performansı) baz alınarak "yaşayabilirliğin" değerlendirme kriterini oluşturmuştur. Hareket performansı sulandırma işleminin başlangıcından (Deney F1 ve Deney F2) 1 saat ve 24 saat sonra ölçülmüştür. Deney F4’deki gibi zaten aktif olan tardigradların ölçümleri ise kapların açılmasından hemen sonraki 1 saat ve 24 saat’te değerlendirildi. İlk 1 saatteki hareketsiz tardigradlar 24 saat boyunca 16°C'de suda tutuldu. Bu süreden sonra, bu hayvanlar yeniden kontrol edildi ve hareketli tardigradlar ölü kabul edilen hareketsiz olanlardan ayrıldı. Hayatta kalma, 24 saatin sonunda aktif ve canlı hayvanlar ile temsil edildi.

Deney F4/TC4'te aç ve aktif tardigradlarda ölçülen değişkenler:

Hatırlatmak gerekirse, uzayın M. richtersi'nin aç ve aktif tardigrad deneyi, Deney F4'tü. Diğer yandan karşılaştırma yapılabilmesi adına Dünya’daki kontrol grubuna ise Deney TC4 adı verildi. Deney TC4, içeriği Deney F4 ile aynı bileşiğe sahip sekiz kopyadan oluşmaktaydı. (Deney F4) örnekleri üzerindeki etkileri

1. Hayatta kalma oranı,
2. Yaşam öyküsü özellikleri,
3. Isı şok proteini ifadesi (70 kDa ve 90 kDa),
4. Antioksidan enzim içeriği ve aktiviteleri,
5. Genomik DNA bütünlüğü (çift zincirli kopmalar).

Enzo Life Sciences

Yaşam Öyküsü Analizi Nasıl Yapıldı?

Deri değişimi, bırakılan yumurta sayısı, kuluçka süresi ve yeni doğanlara ilişkin veriler, hem uçuş görevinden hem de Dünya’daki kontrol grubundan toplanmıştır. Uzay ortamının yaşam öyküsü parametreleri üzerine uzun vadeli çalışmalar Deney F4'ten elde edilen 20 yetişkin ve 68 yeni doğanın yetiştirilmesi ile yapılmıştır. Tardigradlar öncesinde belirlenen çalışma protokolüne bağlı olarak laboratuvarda yetiştirilmiştir. Erişkin örneklerin içerisinde (canlı kültür: in vivo) veya sabit örnekler üzerinde uzay misyonu sırasında yeni doğanların ve bırakılan yumurtaların morfolojisi gözlenmiştir.

Isı Şok Proteinleri Ekspresyon Deneyi Nasıl Yapıldı?

Isı şok proteinleri (Hsps) ekspresyonu, Deney F4 ve Deney TC4'ün toplanılan canlı örnekleri belirlendi. Her deney için dört kopya kullanılmıştır. Ek olarak, bir başka kontrol grubu (C) her biri 90 aktif tardigraddan oluşan üç kopya ile temsil edildi. Bu deney grubu örnekleri yaprak çöpünden ayrılmış ve herhangi bir deneysel işleme tabi tutulmamıştı. Aktif tardigradların her bir grubunu testlere hazırlamak için homojenleştirme işlemi tabi tutuldu. Ardından örnekler üzerinde inkübasyon işlemi gerçekleştirilip, akabinde birçok işlemden sonra çalışmaların yapılacağı ana kadar -20 derecede bekletildiler. Protein içeriğinin saptanmasını sağlamak adına birçok farklı method uygulandı. Bu methodlar arasında sıkça kullanılan SDS-PAGE ve Western blot tekniği de yer alıyordu.

Britannica

TARSE Misyonunun Sonuçları

TARSE misyonundan dört deneysel birimde tardigradların hayatta kalma sonuçlarını aşağıdaki gibidir.

Macrobiotus richtersi'nin en yüksek sağ kalım oranı, yaprak altlığındaki (Deney F1'deki tüm bireylerin % 94.4'ü) ve kağıt üzerinden (Deney F2'deki bireylerin %78.9'ü) elde edilen numunelerden alınmıştır. İki deneyde kaydedilen sağ kalım oranları arasında istatistiksel fark bulunamamıştır. Aktif fakat aç tardigradların (Deney F4) hayatta kalma oranı, Deney F1'den %60.6 daha düşüktü. Deney F4'te kaydedilen hayatta kalma yüzdesi ile Dünya kontrolü (Deney TC4'deki tüm bireylerin %58.9'u) arasında istatistiksel fark bulunmamıştı. En düşük hayatta kalma oranı aktif ve beslenen hayvanlar için kaydedilmiştir (Deney F3'deki tüm bireylerin %6.8'i). Neden beslenmiş tardigradların hayatta kalma oranının düşük olduğuna TARSE misyonunun deneylerinden elde edilen sonuçları tartıştığımız kısımda değinilecektir.

Aç ve Aktif Tardigradlar Üreyebildiler!

Uçuş görevi sırasında tardigradlar deri değiştirebildiler (birçok eksuviya [içi boş dış iskelet kalıntısı] bunu kanıtlar nitelikteydi) ve dişiler yumurta bırakabildiler (deneyin başında kaplara hiç yumurta sokulmamıştı).

Yumurtlanan yumurtaların morfolojisi türlerin tipik haliydi herhangi bir bozukluk gözlemlenmemişti. Deney F4'te, kopya başına ortalama bırakılan yumurta sayısı 64.9'du. Uzay uçuşu sırasında birkaç yumurta gelişti ve yumurtadan çıktı. Bu nedenle, kuluçka süreleri 19 günden daha kısaydı. Uçuş sırasında doğan tardigradların ortalama sayısı kopya başına 12.4'tür.

Uzayda yeni doğanların morfolojisi ve vücutlarının hareketi dünyadaki tardigradlara (TC4) benziyordu. Ek olarak, yeni doğanların vücut boşluklarında boş bir orta bağırsak ve az sayıda depolama hücresi (her iki sebep beslenmedikleri için olabilir) vardı.

Fine Art America

Kontrol Deney TC4'teki dişiler de yumurta bıraktı (kopya başına ortalama sayı 97.3); ve Deney F4'te olduğu gibi, birçoğu 19 günden az sürede yumurtadan çıktı. Deney TC4 kontrolü sırasında doğan kopya başına ortalama hayvan sayısı 2.7'dir. Deney F4'ten yetiştirilen birkaç yetişkin örneği, uçuşun bitiminden sonra 5 aya kadar yaşadı, ancak %50'si sadece bir ay hayatta kaldı. Deney F4'deki tardigradların yumurtalarından çıkan bireyler normal morfoloji ve davranış sergilediler. Buna ek olarak, Deney F4'ten yetiştirilen birkaç yeni doğan, 10 aya kadar aktif bir ömre sahipti, ancak %59'u sadece bir ay hayatta kaldı. Yeni doğanlar cinsel olgunluğa ulaştı ve yumurta bırakabildi. Bu yumurtaların bazıları gelişti ve yumurtadan çıkarak yeni bireyleri meydana getirdiler.

Isı şok proteini ifadesi: Deney F4 ve Deney TC4

Yapılan deneyler sonucunda Hsp70 ve Hsp90'ın seviyeleri üç farklı grup ile karşılaştırıldı. Bu gruplar; uzay programına katılan aç ve aktif tardigradlar (F4), Dünya'daki simülasyona maruz kalan kontrol grubu (TC4) ve son olarak ikinci bir kontrol grubu olan öncesinde hiçbir teste maruz bırakılmayan kontrol grubu (C) ile yapılan karşılaştırmaların sonuçları önemli ölçüde farklı değildi.

Enzim aktivitesi: Deney F4 ve Deney TC4

M. richtersi örneklerinde glutatyon (GSH) adı verilen antioksidan bir maddenin durumuna ve bununla ilgili enzimler olan GSH peroksidaz ve redüktazın aktivitelerine bakılmıştır. Yapılan testler sonucunda uzay uçuşuna maruz kalan tardigradların, glutatyon içeriğinde ve GSH peroksidaz enziminde önemli bir artışa neden olurken, GSH redüktaz enziminde hafif bir azalma ölçülmüştür.

Bir diğer iki enzim olan katalaz (CAT) ve süperoksit dismutaz (SOD) değerlerinin analiz işlemi gerçekleştirildi. Bu iki enzimin temel görevinden kısaca bahsetmek gerekir ise hücre içerisinde belli tepkimeler sonucunda oluşan serbest radikal adı verilen yapıları "yakalamak" ve daha az zararsız hale getirmek olduğunu söyleyebiliriz. Elde edilen sonuçlar değerlendirildiğinde her iki enzimin de uzay programı sırasında önemli ölçüde bastırıldığını gözlendi.

DNA'nın analizi: Deney F4 ve Deney TC4

Uzay uçuşuna katılan tardigradlardan (F4) elde edilen DNA’da “leke” görülmediğinden radyasyonun genomik DNA'ya (çift zincirli kopmalar gibi) görünür bir hasar vermediği tespit edilmiştir. Dünya üzerindeki kontrolde (TC4) ve yaprak altlığından ekstraksiyondan hemen sonra analiz edilen aktif tardigradlar (C) ile yapılan karşılaştırmada örüntüde hiçbir fark gözlenmemiştir.

Tüm Bu Sonuçların Anlamı Nedir? Gerçekten Tardigradlar Vakum Uzaya Dayanabilecek Kadar Dirençli Mi?

Tardigradlar haricinde diğer metazoanlar ile yapılan uzay araştırmaları yararlı sonuçlar doğursa da, kullanımları için çoğu zaman çoğunun büyük bir hacme ve yetiştirme için spesifik biyo-reaktörlere ihtiyaç duyması nedeniyle araştırmacıları zorlu, maliyetli ve güvenirliği kuşkuda olan deney düzenekleri hazırlamaya itmektedir. Bu yüzden tardigradların kullanımı bir avantaj olarak karşımıza çıkar. Tardigradlar küçük tesislerde saklanabilen veya yetiştirilebilen minyatür hayvanları temsil eder.

Shutterstock

TARSE deneylerinde, en yüksek sağ kalım, Deney F1 ve Deney F2'den M. richtersi'nin kurumuş örnekleri için kaydedilmişti. Bunun nedeni kurutulmuş tardigradların aşırı fiziksel ve kimyasal streslere karşı çok dirençli olmasıydı ve bu sonuç haliyle beklenmekteydi. Bu çalışmaya kadar, uzay ortamındaki aktif tardigradlar hakkında veri elde edilmemişti. Aç ve aktif örnekler (F4) için kaydedilen yüksek sağ kalım, aktif halde bulunan bireylerin mikro yerçekimi ve kozmik radyasyon gibi uzay ortamının neden olduğu streslere karşı koyabilme yeteneğine sahip olduğunu gösterdi.

Aslında, TARSE deneyleri uzay aracının içinde bulunmasına rağmen, iç çevre tamamen korumalı değildi ve tardigradlar belirli bir doz iyonize radyasyon aldı. Beklenmedik bir şekilde, Deney F4'e kıyasla Deney F3'te yer alan aktif ve beslenen tardigradların sayısı çok düşük seviyelerdeydi, ön kontrol testlerinde ise her iki deney için de benzer hayatta kalma elde edilmesine rağmen sonuçta bir anomali olduğu düşünüldü. Deney F3'ten düşük hayvan sağ kalımının gözlenmesi, uzun süreli nispeten yüksek sıcaklığın (26^oC'ye kadar) beklenmedik bir etkisinden kaynaklanıyor olabilirdi. Organik maddenin çürümesi (yaprak çöpü döküntüleri) muhtemelen tardigradlar için çok oksijensiz bir ortam yarattı. Bu hipotez, uçuşun sonunda hala hayatta olan Deney F3'ün tüm hayvanlarının kesin olarak boğulmuş (asfiksi) olduğu gerçeğiyle desteklenmektedir. Yaprak çöpü olmayan aktif aç hayvanlarda (F4) bu sorun oluşmamıştır.

Aç ve aktif tardigradların (TC4) kullanıldığı Dünya üzerindeki uçuş sonrası kontrol grubu ile Deney F4'ten tespit edilen sağ kalımda hiçbir fark göstermedi. Bu nedenle, misyonda tardigradların ölümüne yol açan çevresel parametrelerin, hem uçuş misyonu sırasında hem de Dünya'daki kontrol hayvanlarında aynı olduğu sonucuna vardık. Sıcaklık dışında açlık ve oksijen tükenmesine bağlı enerji kaybı, Deney F4'teki hayvan ölümlerinden sorumlu ana faktörler olarak düşünülebilir. Radyasyon seviyeleri hem aktif hem de kurumuş numunelerin hayatta kalmasını önemli ölçüde etkilemedi. Bu nedenle, mikro-yerçekimi ve kozmik radyasyon aktif tardigradların hayatta kalmasını kayda değer ölçüde etkilemedi. Benzer sonuçlar TARDIS FOTON-M3 misyonu deneyinde boşluktaki vakuma ve filtrelenmiş güneş radyasyonuna maruz kalan kurutulmuş tardigradlar üzerinde de gözlemlendi. Bunun yerine, kurutulmuş örnekler çıplak güneş radyasyonuna maruz kaldığında, sağ kalım çok düşüktü.

Moleküler verilerde, Deney F4'teki aktif numunelerin çift zincirli genomik DNA'larında görünür bir hasar meydana gelmediğini göstermektedir. Bu sonucu açıklamak için iki farklı hipotez sunulmuştur:

1. Radyasyon seviyesi çok düşüktü ve bu nedenle DNA'ya zarar veremedi,
2. DNA hasarı aktif hayvanlar tarafından onarıldı. Bunu nasıl yaptığına ilişkin yazımıza buradan ulaşabilirsiniz.

M. richtersi'nin (F4) örneklerinde uçuş gerilmelerinin (örn. Ağırlıksızlık ortam, boşluk veya kütle çekimsiz alan) neden olduğu ısı şok proteinlerinin üretimi seviyelerinde her iki kontrol grubuna (TC4 ve C) kıyasla önemli farklılıklar tespit edilmemiştir. Bu sonuç, uçuşa maruz kalan tardigradların kısa sürede (kesinlikle 12 günlük uçuş süresinden daha az) ağırlıksızlığa uyum sağlayabildiği varsayılarak açıklanabilir.

Tardigradlar alışılmadık ortamı “hissedebilir” ve kısa bir süre buna göre tepki verebilir. Bu hipotez, başka bir hayvan modeli olan kurbağa Xenopus laevis'in embriyoları üzerinde simüle edilmiş mikro yerçekimi ile yapılan deneylerle desteklenmektedir. Bu embriyolarda mikro-yerçekimi, ısı şok proteinlerin aktivasyonuna neden oldu; ancak daha uzun kuluçka süreleriyle aynı etkilere sahip değildi. Aksine, ısı şok proteinleriyle ilgili olarak, tardigradlarda antioksidan savunmada yer alan bazı enzimler uçuş streslerinden önemli ölçüde etkilenmiştir. Özellikle, M. richtersi'deki daha aktif enzimler olan CAT ve SOD aktivitelerinde önemli bir azalma vardı. Glutatyon sistemi bu hayvanlarda daha az aktiftir ve uzay uçuşu sırasında önemli ölçüde uyarılmış olarak gözükmektedir. Bu sonuçlar, uçuş sırasında hayvanların maruz kaldığı stresler (açlık, mikro yerçekimi, radyasyon) ile ilişkili olabilir.

Space Program

Tardigradlar Dünya'ya Döndüklerinde Normal Yaşantılarına Dönebildiler Mi?

Geçmişte yapılmış deneysel çalışmalarda kullanılan hayvanlar ile karşılaştırılabilir yaşam öyküsü özellikleri ile ilgili olarak, sonuçlar M. richtersi'deki (Deney F4) ağırlıksızlığın hayatta kalma ve yaşam öyküsü özellikleri (deri değiştirme dahil) üzerinde hiçbir etkisi olmadığını ve üreme aktivitesini azaltmadığını gözler önüne serdi. Deney F4'teki aktif numunelerin sadece Dünya'ya döndüğünde uzun bir süre hayatta kalmasıyla değil, aynı zamanda normal yeni bireyler üretmesi ile de doğruluğuna dair oldukça önemli kanıtlar taşımaktadır. Çalışma sonuçları tardigradların ağırlıksız bir ortama kolayca uyum sağladığını göstermektedir. TARSE deneylerinde kullanılan M. richtersi popülasyonu biseksüel olduğundan ve yeni bireyler uçuş misyonu sırasında doğduğundan, tardigradlar mikro yerçekimi koşulları altında çiftleşmiş ve yeni doğan bireylerde herhangi bir anomali saptanmamıştı.

Gelişme ile ilgili olarak, tardigradlar erken kader kısıtlaması (deney düzeneğinde programlanmış ölüm düzeneği vs. yoktu) olmadan düzensiz belirsiz bir bölünme modeline sahipti. Ağırlıksızlık altında üretilen M. richtersi yumurtaları, Dünya'da üretilenlere kıyasla herhangi bir şekil değişikliği göstermedi; ve uçuştan sonra cinsel olgunluğa ulaşan ve üreyen normal yavrular meydana geldi. Uçuşla doğan genç bireylerin bu normal morfolojisi, ağırlıksızlığın tardigrad embriyolarında veya yumurta bölünmesi sırasında hücre iskeleti organizasyonunu olumsuz etkilemediğini göstermekteydi. Yerçekimi yokluğunda, "uzay doğumlu" yavruların davranışlarında veya yetişkinlik dönemlerindeki üreme davranışları sırasında Dünya doğumlu bireylere kıyasla hiçbir fark göstermemiştir.

Clara Lobsterphone

Uçuş görevi sırasında ve Dünya üzerindeki uçuş sonrası kontrolde yumurta gelişim süresi benzerdi (19 günden az). Uçuş sırasında doğan yavruların sayısı (F4) Dünya'da doğan yavruların sayısından (TC4) daha yüksekti. Aynı şekilde uçuş sırasında ortaya çıkan yumurtaların sayısı (F4), Dünya’ya yayılan yumurtaların sayısından (TC4) daha yüksekti. Bu tip bir benzerlik uzay uçuşu görevleri sırasında bırakılan yumurta sayısında ve boyutlarında artış gösteren D. melanogaster türü meyve sineğinde kaydedilmiştir.

Dünya Dışında Yaşayan Canlılar?

Tüm bu bulgular ışığında ve bir diğer misyon olan TARDIS misyonundan elde edilen bilgiler veriler dikkatte alındığında tardigradların dünya dışı ortamın aşırı stresini tolere edebildiklerini ve çok hücreli organizmaların, Dünya dışında yaşama izin veren koşullar üzerinde araştırmayı kolaylaştırmak için dikkate alınması gerektiği belirtilmiştir.

Dünya üzerindeki simüle testlerin aksine, doğal uzay ortamına maruz kalmanın, çok hücreli organizmaların uzay stres yaratıcı faktörlerinin sinerjik etkisinden ve bu etkilere rağmen hayatta kalmalarına olanak veren mekanizmaların daha gerçekçi bir değerlendirmenin yapılmasını sağlamaktadır. Marthy adlı bilim insanına göre, uzay koşulları erişimimiz olduğunda taktirde Dünya'nınkinden çok farklı bir çevreye sahip eşsiz bir araştırma laboratuvarı olarak tereddüt etmeden kullanılmalıdır. Uzayda biyoloji, tanıdık bir ortamda büyüleyici bir araştırma faaliyetinden daha fazlasıdır!