Ekstrem Koşullarda Yaşayan Organizmalar

Dünya üzerinde; buzullar, volkan ağızları gibi yaşanması olanaksız görülen yerlerde bile yaşayan canlılar vardır. Ekstrem koşullarda yaşayan bu canlılar, bulundukları koşullara adapte olabilmek için diğer organizmalardan farklı bazı biyolojik özelliklere sahiptir.

Ekstrem Soğukta Yaşayan Canlılar

Bazı mikroorganizmalar 15 derecenin altında ve hatta -20 derecede yaşayabilirler. Dünyanın yüzeyin büyük bir kısmı, bu sıcaklık aralığında olduğu için soğukta yaşayan mikroorganizmalar yaygındır. Kutup bölgeleri, dağlar ve derin okyanus sularında yaşayabilirler. Çok sayıda memeli de bu tür koşullarda yaşar ama memelilerin merkezi ısıtma sistemleri varken, diğer organizmalar bu sisteme sahip değildir. Bunun anlamı, memeli canlıların çevre koşulları değişse de vücut sıcaklıkları sabittir. Fakat mikroorganizmalar gibi canlılar kendi sıcaklıklarını sabit tutamaz.

Soğukta yaşayan organizmaların yüzleştiği çok sayıda zorluk vardır. Ana sorunlardan biri, biyolojik reaksiyonların yavaşlamasıdır. Çünkü soğukta moleküllerin daha az kinetik enerjisi vardır ve enzimler katılaşır. Hücre zarlarının esnekliği azaldığı için, hücre zarı işlevini kaybetmeye başlar. Mikroplar bu sorunu aşmak için akıllıca yollar geliştirmiştir. Örneğin, zarlarının kompozisyonlarını değiştirerek daha fazla yan zincirli yağ asitleri eklerler. Böylece hücre zarları soğukta daha esnek olur. Ayrıca alt birimlerini bir arada tutan bağ sayısı daha az olan (bu da onları düşük sıcaklıklarda daha esnek yapar) soğuğa adapte enzimlere sahiptirler.

Soğukta yaşayan bakteriler ile ilgili çeşitli uygulamalar vardır. Özellikle gıda endüstrisinde; bira ve şarabın fermentasyonunda sıklıkla soğuğa adapte olan bakteriler kullanılır. Bu tür bakterilerden elde edilen bazı proteinlerin, dondurma yapımında kullanımları vardır. Çünkü bu proteinler buz kristallerinin boyutunu küçültür ve dondurmaya özgü dokuyu kazandırır. Bazı tür soğukta yaşayan bakteriler, yapay kar yapmak için suya eklenirler. Böylece 20 derecelik bir sıcaklıkta bile kar formu oluşturulabilir.

Araştırmacılar son yıllarda, vücudunun büyük kısmı donmayı ve çözülmeyi tolare eden hayvanlarla ilgilenmektedirler. P.davidi adlı Antarktik nematod (bir solucan sınıfı) vücudundaki suyun %80’i donduğunda da yaşayabilir. Bunu, yüksek konsantrasyonda trehalose adlı bir şeker üreterek yapar. Bu şeker vücutta suyun yerine geçerek donmayı önler. Böylece, su kaybı sayesinde donma önlenir. Bu şekilde, tüm vücudu su kaybetse de yaşayabilen birkaç canlı vardır.

Böcekler, balıklar ve sürüngenler gibi soğuğa adapte olabilen birkaç organizma olsa da, bu organizmalardan hiçbiri ağaç kurbağası kadar soğuğa dayanıklı değildir. Bu tür kurbağalar vücutlarındaki suların üçte ikisinin donmasına dayanabilir. Bu donma dönemi süresince kalpleri haftalarca atmaz. Nematodlar gibi ağaç kurbağaları da yüksek oranda dokuların donma noktasını düşüren glikoz ve üre moleküllerini salgılar. Bilim insanları bu canlıları; transplantasyon için organları dondurabilmenin ve uzun mesafe taşıyabilmenin yollarını bulmak için inceler.

Yüksek Sıcaklıklarda Yaşayan Organizmalar

Dünya üzerindeki çok sayıda organizma 0 – 48 derece arasında yaşar. Sadece birkaç bitki ya da hayvan türü bu sınırların dışında yaşar. Ekstrem sıcaklıkta temel olarak, aşırı soğukta olanların tersi gerçekleşir. Proteinleri birlikte tutan bağlar kırılır ve proteinler şekillerini kaybetmeye başlar. Bu nedenle işlevlerini yitirirler ve buna denatürasyon denir. Bu olay 45’in üzerindeki derecelerde meydana gelir. Eğer sıcaklık çok yüksek değilse denatürasyon süreci geri çevrilebilir.

Hidrotermal volkan ağızları, tektonik plaka hareketlerinin olduğu yerlerdir. Bu da suyun ekstrem sıcaklıklarda fışkırmasına neden olur. Çıkan suyun sıcaklığı 300 derecedir ama çevresindeki daha soğuk olan deniz suyu, fışkıran suyun sıcaklığının hızla düşmesini sağlar. Bu tür ortamlarda yaşayan Pompeii kurdu, dünyada en yüksek sıcaklıkları tolere eden bir hayvandır. Sıcak suyun çıktığı ve soğuk suyla karıştığı yerlerde yaşamak için tüpler üretir. Tüplerdeki ortalama sıcaklık 81 derecedir. Ayrıca volkan ağıznda, çeşitli bakteri ve arke türleri dahil mikrobik yaşam vardır.

Kavurucu sıcaklıkta olan çevreler, şaşırtıcı derecede yüksek mikrobiyal çeşitlilik gösterir. Yellowstone Ulusal parkından izole edilen bir bakteri türü olan Thermophilus aquaticus, çok yüksek sıcaklık derecelerinde yaşayabilir. Bilim insanları bu bakteriden Taq polimeraz adlı ısıya duyarlı bir enzim izole ettiler. Bu enzim, DNA’nın denatüre olduğu yüksek sıcaklıklarda sabit kalarak DNA’yı çoğaltabilir ve bu nedenle laboratuvar ortamında polimeraz zincir reaksiyonunda kullanılır. Bu reaksiyonla, bir DNA örneğinden kısa bir zaman içerisinde çok sayıda DNA kopyası üretilir ve bu DNA’lar çeşitli şekillerde analiz edilebilir. Taq polimeraz enziminin kullanıldığı bu reaksiyon, günümüzde tanı testlerinde ve adli tıpta yaygın olarak kullanılır.

Bir mikrorganizmanın iç sıcaklığı, dış ortamla aynıdır. Bu nedenle enzimler 45 derece civarında denatüre olur. Bu durumda bakteriler yüksek sıcaklıkla nasıl mücadele eder? Bakteriler çok sayıda kimyasal bağ içeren ve bu nedenle stabil yapıda kalabilen ısıya dayanıklı enzimler (örneğin; Taq polimeraz) üretebilirler. Hücre zarlarındaki yağ kompozisyonu da normal koşullarda yaşayan canlılardan farklıdır. Bağları kuvvetlendiren doymuş yağ asitlerini daha fazla miktarda içerirler ve bu yağ asitleri zarı daha katı yapar.

Yüksek Radyasyon Altında Yaşayabilen Canlılar

İyonize radyasyon (örneğin, X ışınları ve alfa partikülleri), organizmalardaki DNA zincirini kırabilir. Organizmalar DNA onarım mekanizmalarına sahip olsalar da, hasar çok büyükse bunu onaramazlar. Bu nedenle, canlıların çoğu belirli bir düzeyin üzerindeki radyasyonda yaşayamaz. Fakat yüksek radyasyona dayanma kapasitesine sahip bazı ekstrem organizmalar vardır.

Deinococcus radiodurans da yüksek radyasyon altında yaşayabilen bir canlıdır. Kırmızı eti sterilize etmek için gamma radyasyonun kullanıldığı, 1950 yılında yapılan bir deneyde, sağ kalan bu bakteri keşfedildi. D.radiodurans 1,500 kiloradlık radyasyonu, DNA’sı mutasyona uğramadan tolere edebilir. Bu da bir insanın dayanabileceğinin 3000 katıdır. Radyasyona dayanabilmek için anahtar nokta, DNA’nın bir halka şeklinde paketlenmesidir. Böylece radyasyon yüzünden ortaya çıkan fragmentler, DNA’nın şekli nedeniyle kolaylıkla uç uca gelebilir ve onarım mekanizmalarıyla kapanabilir.

Bdelloid rotifer de yüksek radyasyona dayanabilir. Bu canlılar, aseksüsel şekilde üreyebilen ve tatlı suda yaşayan küçük omurgasızlardır. Bu organizmanın da yüksek radyasyonda DNA’sı parçalanır ama yüksek kapasitede çalışan onarım mekanizmaları DNA’yı onarır.

Ekstrem Sıcaklıklarda ve Basınçta Yaşayabilen Bir Canlı

Tardigrad adlı bir organizma, dünyadaki en ekstrem koşullarda yaşayabilir. Vücutlarındaki suyun %99’unu kaybetmelerine rağmen yaşayabilirler ve ametabolik faza girerler. Fakat kaybettikleri suyu geri aldıklarında metabolizmaları normale döner.

Tardigradlar 0 ile 150 derece arasında yaşayabilirler. 2007 yılında uzaya gönderildiklerinde yüksek basınç ve radyasyon altında hayatta kalabildiler. Uzaya giden tardigradların %68’i, uzaydan düyaya döndüğünde canlıydı. Tardigrad’ın bu ekstrem koşullarda yaşayabilmesinin nedeni, P.davidi adlı nematodda olduğu gibi trehalozdur. Bu şeker kaybedilen su moleküllerinin yerine geçerek, hücre zarının ve makromoleküllerin yapısını sabit tutar.

Dünya üzerinde ekstrem koşullarda yaşayan canlıların araştırılmasının astrobiyoloji açısından da büyük önemi vardır. Çünkü bu koşullarda da canlıların yaşayabildiğini görmek ve koşullara adapte olmalarını sağlayan mekanizmaları öğrenmek uzayda dünyadan farklı koşullara sahip gezegenlerde yaşamın var olup olamayacağı konusunda araştırmacılara fikir vermektedir. Örneğin, Dünya’dan çok soğuk ya da çok sıcak olan bir gezegende de, Dünya’daki farklı sıcaklıklarda yaşayan mikroorganizmalara benzeyen bir canlı türü varlığını sürdürüyor olabilir.

Kaynakça:
http://www.iflscience.com/plants-and-animals/life-extreme-environments/

Yazar: Ayça Olcay