Tardigradlar ve Uzay: TARDIS Misyonunda Uzaya Gönderilen Tardigradlar

Bu yazımızda sizlere FOTON-M3 projesinde tardigradlara odaklı yapılan çalışmaları içeren üç misyondan biri olan TARDİS'den bahsedilecektir. FOTON-M3 projesinin tardigradlara odaklı diğer misyonları olan TARSE ve RoTaRad misyonlarına linklere tıklayarak ulaşabilirsiniz. Tardigradlar ve uzay adlı yazı serimizin tamamına buradan ulaşabilirsiniz.

TARDİS Misyonu Nedir?

TARDIS (Tardigrades in Space) misyonu, Avrupa Uzay Ajansı (ESA) tarafından sağlanan Biopan-6 araştırma platformundaki projelerden biri olmakla beraber Rus FOTON-M3 projesinin bir parçasıdır. Proje kapsamında, özel olarak seçilen tardigradlar uzaya gönderilmişlerdir. TARDIS adındaki bu proje tardigradların sahip oldukları kriptobiyotik* formları sayesinde uzay ortamında karşılaştıkları stres koşullarına karşın hayatta kalıp kalamayacaklarını gözlemlemeyi amaçlayan ilk araştırma projesidir. (*Kriptobiyoz: Ortam koşullarındaki değişimler canlının yaşamını tehdit ettiğinde, canlının canlılık faaliyetlerini [metabolizma seviyesini durdurarak veya çok düşük seviyelere çekerek] askıya alma durumudur.)

UnitedSpaceinEurope

Uzayda Şartlarında Hayatta Kalmak Neden Zordur?

Vakum ortamı ve güneş ışınları / kozmik radyasyon uzayda çoğu organizmanın yaşamsal faaliyetleri tehdit eder. Bu tehditleri somutlaştırmak adına; vakum ortamı söz konusu olduğunda vücuttan aşırı miktarlarda suyun uzaklaştırılması gerçekleşir. Bunun en temel nedeni uzay ortamındaki basınç değerlerinin oldukça düşük olması ve vücut içerisindeki sıvıları "kaynatarak" canlının ölümüne sebebiyet vermesidir. Aynı şekilde güneş ışınlarına / kozmik radyasyona artık Dünya'nın dışında olduğumuz için vücudumuz "filtrelenmemiş [en önemli filtre olarak verilebilecek olan ozon tabakasının dışında olduğumuzdan]" ışınlara maruz kalır ve buna bağlı olarak çeşitli moleküler kimyasal formlarının bozuna bilme ihtimali artar. Bozulan moleküllerde hücreler işlevlerin gerçekleşmemesine hatta ölümüne sebebiyet verir. Bu yüzden uzay ortamı canlılar için oldukça zorlayıcı stres faktörlerini barındırmaktadır. Evrim sürecinde karasal yaşama uyum sağlamak adına çeşitli organizmalar tarafından kuruma toleransı geliştirilmiştir. Kuruma toleransı adını verdiğimiz bu olayı gerçekleştiren canlılara anhidrobiyotik organizma ismi veriliyor ve uzay araştırmalarında bir önceki paragrafta belirttiğim nedenlerden ötürü kullanılmaya çalışılıyorlar. Fakat sadece kurumaya karşı toleranslı olmak oldukça zorlayıcı uzay şartları ile baş edebilmek adına yeterli değildir, çünkü bu canlıları tehdit eden en zorlayıcı unsur UV ışınlardır.

Genellikle su ayıları olarak bilinen tardigradlar kurumaya ve radyasyona karşı en dayanıklı hayvanlar arasındadır ve aşırı iyonize radyasyon seviyelerinde hayatta kaldıkları gösterilmiştir. Bu yazımızda sizlere tardigradların uzayın vakum ortamında hayatta kalma kaybı olmadan ve bazı numunelerin uzay vakumuna buna ek olarak güneş radyasyonuna kombine maruz kaldıktan sonra bile geri kazanıldığını gösteriyoruz.

FizikDünyasıDergisi

Tardigradların Dayanıklılıklarını Test Etmek Adına Nasıl Bir Deney Düzeneği Hazırlanmıştı?

Deney, Avrupa Uzay Ajansı (ESA) tarafından Eylül 2007'deki FOTON-M3 misyonu sırasında sağlanan Biopan-6 deney platformu içinde gerçekleştirildi. Düşük Dünya yörüngesinde (deniz seviyesinden 258-281 km yukarıda) on gün boyunca kurumuş (anhidrobiyotik) Richtersius coronifer ve Milnesium tardigradum türlerinin yetişkin örnekleri uzay vakumuna ve iki farklı UV radyasyon spektral aralığına maruz bırakıldı:

• birincil aralık UV-A ve UV-B (UV_A,B, sadece 280-400 nm dalga boyundaki ışınların geçmesine izin veriliyor),
• ikincil aralık tam UV aralığı (UV_ALL[filtresiz "çıplak" güneş ışığı], sadece 116.5-400 nm dalga boyundaki ışınların geçmesine izin veriliyor).

İçlerinde tardigradların olduğu toplamda üç set numunesi içeren deneylerin, farklı etkenlere ya da aynı etkenlere farklı dozlarda maruz kalmalarını amaçlandı. Bu etkenler şunlardı;

• sadece uzay vakum ortamına maruz kalan numuneler,
• uzay vakum ortamına ve UV_{A, B}'ye maruz kalan örnekler,
• uzay vakum ortamına ve UV_ALL'a maruz kalan örnekler.

Tüm numuneler ayrıca iyonize güneş ve kozmik radyasyona maruz bırakıldı. Yine her deney düzeneğinde olduğu gibi Dünya'da kurutulmuş numuneleri içeren kontrol grupları laboratuvar koşulları altında tutuldu.

UnitedSpaceinEurope

Nispeten alçak yörüngede 10 güne varan süre boyunca yeryüzüne inen örnekler, analizlerin yapılması ve sonuçların ortaya konması adına bir dizi işleme tabi tutuldu. Öncelikli olarak kurumuş halde deneye katılan tüm tardigradlar yeniden sulandırıldı akabinde hayatta kalım ve üreme modelleri kaydedildi. Gerçekleştirilen deneyde iki tardigrad türünün hem kurumuş formlarının hem de yumurtalarının yazımızda sıkça belirtmiş olduğumuz etkenlere maruz kalması gerçekleşmiştir.

Tardigradlara Dünya'nın En Dayanıklı Hayvanı Unvanı Veriliyor

Her iki tardigrad türünde de, kontroller ile kıyaslandığında hayatta kalma oranlarında önemli bir fark olmadığı gözlemlendi fakat bu sadece boşluk vakumuna maruz kalma deneyi için geçerli bir söylemdi. Buna karşılık, vakum ve güneş radyasyonunun kombine etkisine maruz kalan numunelerde, hayatta kalma oranı önemli ölçüde azalmıştır. Hayatta kaldıklarına dair en önemli ipucu koordine bacak hareketleri göstermeleri olarak değerlendiriliyordu. Hayvanlar için oldukça zorlu olduğu düşünülen "çıplak" UV'ye (UV_ALL) maruz kalan örneklerde ise sadece üç M.tardigradum örneği hayatta kalabilmeyi başarmıştır. UV_{A, B'}ye maruz kalan numuneler arasında M. tardigradum örneklerinin yüksek bir hayatta kalma oranı (% 68) gözlemlenmiş ve yeniden sulandırıldıklarında 30 dakika içinde yeniden canlanmışlardı, ancak takip eden dakikalarda ve günlerde ölüm oranı yüksekti. R. coronifer'de UV_{A, B}'ye maruz kalan sadece bir örnek canlılık faaliyeti gösterdi. Böylece, güneş radyasyonuna maruz kalmanın hayatta kalım üzerinde çok güçlü bir olumsuz etkisi olduğu yeniden ispatlanmış oldu.

Yapılan çalışmalarda R. coronifer ve M. tardigradum'da uzay vakumunun yumurta bırakma üzerinde anlamlı bir etkisi ile karşılaşılmamıştır. Bununla birlikte, UV_A,B'de hayatta kalan M.tardigradum bireylerinin vakum ortamına göre yumurtlama oranı daha düşük olarak tespit edilmişti. R.coronifer'den söz etmiyoruz çünkü aynı spektrumda sadece bir örnek hayatta kalmayı başarabilmiş ve yumurtlamamıştı.

Uzay misyonundaki tardigradların, vakuma maruz bırakılan yumurtaları ve kontroller arasındaki kuluçka oranlarında hiçbir fark gözlemlenmemişti, R. coronifer ve M. tardigradum'da da benzer bir örüntü vardı. Belli spektrumda güneş ışığına UV_A,B maruz kalan yumurtalardan ise yavrular gelişimlerini tamamlayamadılar ve yumurtadan çıkmadılar. Kontrol gruplarındaki tabloda R. coronifer'in bu durumu ile tutarlı bir tablo izliyordu. Aynı durum, M. tardigradum türünün UV_A,B'ye maruz bırakılan grupların ve kontrolleri arasında da gözlenmiştir.

NewsHub

Şimdiye kadar, sadece likenlerin ve bakterilerin uzay vakumuna ve güneş / kozmik radyasyona kombine maruziyetinde hayatta kaldıkları rapor edilmiştir ve bu koşullar altında daha önce hiçbir hayvan test edilmemiştir. Bu nedenle yapılan çalışmanın sonuçları, uzay vakumuna ve güneş / radyasyona eş zamanlı olarak maruz kalan bir hayvanın ilk kaydını temsil etmektedir. Sadece uzay vakumu, tardigradların hayatta kalma veya üremesi üzerinde etkin rol oynayamadı. Gelişmekte olan yumurtalar da dahil olmak üzere tardigrad hücrelerinin, vücutlarındaki suyun %1 seviyesinin dahi çok altında olduğu düşünülen "kalıntı" su diyebileceğimiz miktarları yani en aşırı dehidrasyonu bile tolere edebileceği bu çalışma ile doğrulandı. Fakat bu kadar düşük su içeriklerinde, DNA konfigürasyonunun (yapısının) değişmesi beklenir ve bu da DNA gibi hayati önem arz eden hücresel bileşenlere zarar verir. Foton-M3 projesi sırasında bu sorun hala gizemini korumaktaydı, ancak son yapılan çalışmalar ile bu konu hakkında bazı mekanizmaların varlığı ortaya atıldı. Bu konu hakkındaki yazımıza buradan ulaşabilirsiniz.

Filtrelenmemiş güneş radyasyonuna maruz kalan tardigradlar çok düşük bir hayatta kalma ve zindeliğe sahipti. Bakteriler üzerinde yapılan çalışmalarda da gözlemlendiği üzere çoğu örnek filtrelenmemiş güneş radyasyonuna maruz bırakıldığında kaçınılmaz bir şekilde ölmüştü. Bununla birlikte, dikkat çekici bir şekilde, M. tardigradum'un bazı bireyleri, özellikle UV-C (254 nm) ve vakum-UV'den çok az etkilenen numuneler i barındırmakla beraber hem uzay vakumuna hem de "çıplak" güneş radyasyonuna maruz kalmıştır. Bu hayvanların, UV radyasyon dozu aldıktan sonra vücutlarını nasıl canlandırabildikleri konusunda önemli birkaç teori olsa da hala tam olarak aydınlatılmış olmamakla beraber gizemini korumaktadır.