Dünya dışı yaşamın ipuçları okyanuslarda olabilir

Karine Valentine

Okyanus tabanının garip ve karanlık dünyasında bulunan ve ‘hidrotermal menfezler ya da bacalar’ adı verilen sualtı çatlakları, karmaşık yaşam topluluklarına ev sahipliği yapar. Bu menfezler, yakıcı düzeydeki sıcak sıvıları aşırı soğuk deniz suyuna püskürterek, bu aşırı uçlardaki ortamda varlığını sürdüren küçük organizmaların hayatta kalması için gereken kimyasal güçleri yaratır.

Kısa süre önce yayınlanan bir araştırmada, biyo-jeobilimciler* Jeffrey Dick ve Everett Shock, kendine has hidrotermal deniz tabanı ortamlarının, belirli organizmaların gelişebileceği eşsiz bir yaşam alanı barındırdığını tespit ettiler. Bu tespiti yaparak, Dünya’da bulunan okyanusların karanlık diplerinde ve Güneş Sistemi genelindeki muhtemel yaşam bağlamında yeni olasılıkların önünü açtılar. Ulaştıkları sonuçlar Journal of Geophysical Research: Biogeosciences adlı dergide yayınlandı.

BAMBAŞKA BİR YAŞAM ORTAMI

Karada, organizmalar tükettikleri besinlerden enerji aldıkları zaman bunu oksijen alımı ve karbondioksitin salımının gerçekleştiği ‘hücresel solunum’ denilen bir süreç aracılığıyla yaparlar. Biyolojik bağlamda söylersek, besinlerimizdeki moleküller oksijenin var olduğu bir durumda kararsızdır ve hücrelerimiz tarafından büyümek ve üremek için kullanılan bu kararsızlık sürecine ‘biyosentez’ adı verilir. Buna karşın, deniz tabanında yaşamını sürdüren organizmalar için yaşam koşulları dikkat çekici biçimde farklıdır.

Arizona Eyalet Üniversitesi Yeryüzü ve Uzay Araştırmaları Okulu ve aynı zamanda Moleküler Bilimler Okulu’nda görev yapan araştırma ortak yazarı Shock, “Çoğu insan, karada, Dünya’nın oksijen bakımından zengin atmosferinde yaşamsal molekülleri yaratmanın enerji gerektirdiğini bilir” diyor: “Çarpıcı bir tezat olarak, sıcak sıvılar, deniz tabanında bulunan hidrotermal deliklerin etrafında aşırı derecede soğuk olan deniz suyuna karışarak yaşamsal moleküllerin enerjiyi açığa çıkarmasını sağlayan koşulları yaratır.”

Derin denizlerdeki mikrobiyal ekosistemlerde yaşayan organizmalar, hidrotermal sıvının ortamdaki deniz suyuyla karıştığı menfezlerin etrafında gelişirler. Shock’un öncülüğünde yürütülen daha eski araştırmalar, amino asitler ve şekerler gibi baz kökenli hücresel yapı taşlarının oluşturduğu biyosentezin, sıcak su menfezlerinin özellikle de ultramafik kayalardan (çok düşük miktarda silika içeren magmatik ve meta-magmatik kayaç oluşumlardan) meydana geldiği alanlarda yaşama elverişli olduğunu buldu; zira bu kayalar hidrojeni en fazla üreten unsurlardı.

BURADA YAŞAM İÇİN GEREKLİ ENERJİ NASIL OLUŞUYOR?

Hücrelerin, amino asitler ve şekerler gibi temel yapı taşlarının yanı sıra, ‘biyomakromoleküller’ diye de bilinen daha büyük moleküller, yani ‘polimerler’ meydana getirmesi gerekir. Hücrelerde, bu moleküllerin en bol olanı proteinlerdir ve ‘polimerizasyon reaksiyonu’ (küçük moleküllerin daha büyük bir biyomolekül yaratacak biçimde birleştiği) düşünebileceğimiz hemen hemen tüm ortamlarda enerjiye ihtiyaç duyar.

Bu araştırma başladığında Arizona Eyalet Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı olan ve şu anda Çin’in Changsha kentinde bulunan Central South Üniversitesi’nde Yerbilimleri ve Bilgisel Fizik Okulu’nda jeokimya araştırmacısı olan makale başyazarı Dick, “Farklı biçimde söylersek, hayatın var olduğu yerde su vardır; yine de polimerizasyonun uygun bir hale gelmesi için suyun sistemden atılması gerekir” diyor: “Kısacası, temel yapı taşlarının biyosentezi yoluyla enerjinin serbest bırakılması ve polimerizasyon için gereken enerji gibi birbirine zıt iki enerji akışı mevcut.”

Dick ve Shock’un bilmek istediği şey, bunları birbirine eklediğinizde ne olacağıydı: Yani karışım bölgesinde genel sentezi gerçekten de uygun olan proteinlere ulaşıyor muydunuz?

Bu soruna eşsiz bir teori ve veri kombinasyonu kullanarak yaklaştılar.

Teorik açıdan, proteinler için, protein dizilerindeki belirli amino asitleri ve polimerizasyon enerjilerini de hesaba katan ve ‘grup eklenebilirliği’ diye adlandırılan termodinamik bir model kullandılar. Veriler içinse, ‘Methanocaldococcus jannaschii’ adı verilen ve ayrıntılı biçimde bilinen bir menfez organizmasının genomunda bulunan protein dizilerinin tamamını kullandılar.

Hesaplamaları gerçekleştirerek, genomda bulunan neredeyse tüm proteinlerin genel sentezinin, bu organizmanın en hızlı geliştiği sıcaklıkta, yani yaklaşık 85 santigrat derecede ultramafik** malzemeler barındıran bir menfezi karışım bölgesinde enerji ürettiğini ortaya koyabildiler. Öte yandan, daha az hidrojen üreten farklı bir menfezde (içeriğinde bazalt barındıran bir sistemde), proteinlerin sentezi mümkün olmuyor.

Dick, “Ulaştığımız bulgu, yalnızca biyokimyaya değil aynı zamanda ekolojiye de yeni bir bakış açısı sunuyor; çünkü belirli organizma gruplarının kendine has hidrotermal ortamlarda doğal olarak daha fazla tercih edildiğini gösteriyor” diyor. “Mikrobiyal ekoloji alanındaki eski çalışmalar, Methanocaldococcus jannaschii’nin bir örneğini teşkil ettiği metanojenlerin, ultramafik içeriğe sahip sıcak su bacalarında bazalt barındıran sistemlere göre daha bol olduğunu ortaya koymuştu. Ultramafik içeriğe sahip sistemlerde, protein sentezinin [sürece] uygun düşen enerjileri bu dağılımla tutarlı görünüyor” diye ekliyor.

Dick ve Shock, daha sonraki adımlar için jeokimya ile genomun evrimi arasında daha sıkı bir bağlantı sunacağını umut ettikleri bu enerji hesaplamalarını yaşam ağacında kullanmanın yollarını bulmaya çalışıyorlar. Shock, “Keşif sürdükçe, hiçbir zaman yaşadığımız ortamı yaşanabilir olanla kıyaslamamamız gerektiğini yeniden ve yeniden hatırlatıyoruz” diyor.

*Biyo-jeobilim; gezegenleri hayatın varlığı bağlamında araştıran bilim alanı.

**Ultramafik kayaçlar, içeriğinde yüzde 45’ten daha az SiO2 (silikon dioksit) bulunduran magmatik ve meta-magmatik kayaçlardır. Kayaçların bir başka özelliği yüksek oranda MgO (magnezyum oksit) ve FeO (demir oksit) bulundurmasıdır. Bu kayaçlar yüzde 90’dan fazla magnezyum ve demirce zengin, koyu renkli mineral içerirler.

Yazının orijinali Phys.org sitesinden alınmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)