Küre sıcak ve nemliydi. Deniz hayat doluydu. İlk kalamarlar, yılan balığı benzeri balıklar ve deniz solucanları daha küçük hayvanları avlıyordu. Ancak yerin üstünde hiçbir şey kıpırdamadı. Hayvanlar henüz karaya çıkmamıştı.
Yaklaşık 450 milyon yıl önce Ordovisiyum döneminin sonunda Dünya böyle görünüyordu.
Sıcak su yaban hayatı için mükemmel yaşam koşullarını yarattı. Ancak bu durum yakında değişecek. Kısa bir süre sonra kara kütleleri donmaya ve buz örtüsü yayılmaya başlayacaktı.
Daha önce sıcak ve yaban hayatı için uygun olan su, soğudu ve yaşanmaz hale geldi. Türler birbiri ardına yenik düştü. Kısa bir süre içinde, gezegen tarihindeki en kötü ikinci kitlesel yok oluşun bir parçası olarak tüm yaşamın yarısı yok oldu.
Ancak hayatta kalan hayvanlardan biri de yay kuyruğuydu. Soğukla savaşmak için özel bir strateji geliştirmiş, küçük, böceğe benzeyen bir hayvan. Hayvanın hücreleri, hücreyi donmaktan koruyabilecek proteinler üretmeye başlamıştı.
Yay kuyruğu, antifriz proteinlerini geliştiren ilk hayvan olabilir. Bilim insanları daha önce hayvanların bunu yapmaya çok daha sonra başladığına inanıyordu. Bu, Kanada’daki Aarhus Üniversitesi ve Queen’s Üniversitesi’nin araştırmalarıyla gösterilmiştir.
“Antifriz proteinlerinin evrimsel tarih boyunca birbirinden bağımsız olarak birkaç kez geliştiğini biliyorduk. Balıklarda var. Böceklerde var. Bazı örümceklerde var. Ancak bu sonuçları görene kadar bu kadar erken geliştiklerini bilmiyorduk. hayvanlar dünyasında” diyor Martin Holmstrup.
Aarhus Üniversitesi Çevre Bilimi Bölümü’nde profesör ve yeni çalışmanın arkasındaki araştırmacılardan biri.
BAHÇE DAHİL, HER YERDE BULUNABİLİR
Yay kuyruğu küçük bir hayvandır ve en büyük yay kuyruğu türü yalnızca altı milimetre uzunluğundadır. Önünde altı bacağı ve iki anteni vardır. İlk bakışta böceğe benziyor ama değil. Aslında evrim ağacında kendine ait bir dalı vardır.
Şimdiye kadar araştırmacılar 9.000’den fazla farklı bahar kuyruğu türü buldular ve bunlar bahçeniz de dahil olmak üzere hemen hemen her yerde bulunabilir. Yay kuyrukluları tipik olarak toprağın üst katmanlarında veya düşen yapraklarda yaşar ve burada mikroskobik mantarlar, bakteriler ve diğer mikroorganizmalarla beslenirler.
Hayvan, adını mancınık çubuğu gibi vücudunun altında tuttuğu çatallı kuyruğundan alır. Kuyruk aynı zamanda furcula olarak da bilinir ve hayvan, örümcek gibi bir düşmanın saldırısına uğradığında onu hızlı bir şekilde serbest bırakabilir ve 10 santimetreye kadar havaya sıçrayabilir.
Yay kuyrukları toprağın sağlığı için iyidir çünkü besin maddelerinin bitkilere yeniden sirküle edilmesine yardımcı olurlar.
Petri kaplarındaki minik hayvanlar
Martin Holmstrup laboratuvarda neredeyse 20 farklı türdeki yay kuyruğuyla ilgileniyor. Küçük hayvanların fazla alana ihtiyacı yoktur. Bütün bir koloninin tek bir cam kapta yaşayabileceğini söylüyor.
“Onları nemli tutabileceğimiz bir alçı tabanına sahip Petri kaplarında saklıyoruz. Yem olarak onlara biraz kuru maya veriyoruz. Temelde ihtiyaçları olan tek şey bu” diyor.
Martin’in laboratuvarındaki yaylı kuyruklar deneyde kullanılanlardı. Hayvanlardan alınan örnekleri, hayvanların antifriz proteinini ilk ne zaman geliştirdiğini öğrenmek için bir dizi moleküler deney yürüten Kanada’daki üç meslektaşına gönderdi.
Araştırmacılar, hücrelerin antifriz proteini oluşturmasını sağlayan DNA dizisini bildikleri için türler, aileler ve rütbeler arasında aynı diziyi arayabilirler. Ayrıca genin oluşumuna yol açan mutasyonun ne zaman meydana geldiğini de hesaplayabiliyorlar: Ordovisiyen dönemi.
“Hesaplamalar, yay kuyrukluların antifriz proteinini diğer hayvanlardan çok önce geliştirdiğini gösteriyor. Bu durum balıklar ve böcekler için bir milyon yıl sonrasına kadar gerçekleşmedi. Ancak bakteriler ve tek hücreli algler gibi bitkiler ve mikroorganizmalar da benzer bir mekanizma geliştirmiş olabilir.” hatta daha erken” diyor.
YAY KUYRUKLUĞU NASIL BULUNUR
Martin Holmstrup ve Çevre Bilimleri Bölümü’ndeki meslektaşları laboratuvar için yay kuyruklarını kendileri topladılar. Danimarka, İzlanda ve Grönland’da toplandılar.
Bulmak o kadar da zor değil, hatta kendi bahçenizde bile bulabilirsiniz.
Şu adımları uygulamanız yeterlidir:
- Bahçenizden bir avuç toprak veya yaprak alın ve bir eleğe koyun.
- Eleğin üzerine ayarlanabilir bir lamba yerleştirin ve eleğin altına bir tepsi koyun.
- Lambadan gelen ısı yay kuyrukluların daha soğuk ortamlar aramasına neden olacaktır. Bu onların süzgeçten geçip tepsiye düşmesine neden olacak ve orada etrafta sürünürken bulacaksınız.
Buz kristallerini kapsüller ve yavaşlatır
Yay kuyruklularını dünyanın hemen hemen her yerinde bulabilmenize rağmen, Kuzey Kutbu’nda sayıları diğer yerlere göre daha fazladır. Grönland ve Kanada’nın soğuğunda yalnızca az sayıda diğer kara hayvanı hayatta kalabiliyor; bu da bahar kuyruklu kuşların bakteri ve mantarlarla rahatsız edilmeden beslenebileceği anlamına geliyor.
Martin Holmstrup, “Yaykuyrukların süper güçlü antifriz proteinleri, soğuk bölgelerde hayatta kalmalarına olanak tanıyor; orada yalnızca birkaç solucan ve böcekle yiyeceklerini paylaşmak zorundalar. Ayrıca çok fazla doğal düşmanları da yok” diyor.
Kışın, Kuzey Kutbu’nda sıcaklıklar düştüğünde, bahar kuyrukları antifriz proteinleri üretmeye başlar. Bunlar aynı zamanda “buz bağlayıcı proteinler” olarak da adlandırılıyor çünkü küçük buz kristallerinin yüzeyine tutunup büyümelerini önleyebiliyorlar. Kara hayvanları, toprak donduğunda buz kristalleriyle yakın temasa girer, dolayısıyla antifriz proteinleri, buzun hayvana yayılmasını ve onu öldürmesini önlemede önemli bir rol oynar.
“Tıpkı bizim gibi – ve diğer birçok hayvan gibi – yay kuyruklu hayvanların “kanları” donup buza dönüşürse hayatta kalamaz. Antifriz proteinleri bunu önlemeye yardımcı olur” diyor.
Kuru üzüm gibi kuru
Ancak bu özel protein, yaykuyrukların Kuzey Kutbu’nun sert soğuğunda hayatta kalmasını mümkün kılan tek yetenek değildir. Ellerinde başka bir numara daha var.
“Her canlının hücrelerinde su molekülleri bulunduğundan donma sıcaklıklarına karşı hassasız. Su donarsa hücreler yok olur. Bunu önlemek için baharkuyruk kendini kurutur ve kış uykusuna yatar. ,” diye açıklıyor Martin Holmstrup.
Bahar kuyrukları kış uykusuna yattığında metabolizmaları o kadar yavaşlar ki bilim insanları bunu gerçekten ölçemez. Ancak bahar geldiğinde suyu tekrar vücuda alarak metabolizmalarını yeniden başlatırlar.
“Bunları, dondurarak kurutmayı anımsatan bir süreçte kuruyup kuru üzüm haline gelen bir üzümle karşılaştırabilirsiniz. İlkbahar kuyrukları küçülür ve kışın küçük, kırışık yaratıklara dönüşür. Daha sonra, bahar geldiğinde suyu emer ve normal boyutlarına geri dönerler. ,” diyor.
Donarak ölmesi gereken balıklarda keşfedildi
Belirli hayvan türlerinin gezegenin en soğuk bölgelerinde nasıl hayatta kalabildiği uzun yıllar boyunca bir gizemdi. Bilim adamlarının hayvanların soğukla baş etmesini mümkün kılan antifriz proteinlerini ancak geçen yüzyılın ortalarına kadar keşfettiler.
Onlarca yıldır bilim insanları kutup balıklarının eksi 1,8 santigrat derece sıcaklıktaki deniz suyunda nasıl yüzebildiğini merak ediyordu. Tuz içeriğinden dolayı deniz suyunun donma noktası daha düşüktür. Balıkların kanının donma noktası ise eksi 1 santigrat derecedir, yani suyun içinde donmaktan kurtulamamaları gerekir.
“Balıkların buzlu deniz suyunda nasıl hayatta kalmayı başardığı uzun süre bir sır olarak kaldı. Ancak 1960’ların sonlarında Amerikalı araştırmacı Arthur DeVries, Arktik balıklarda bulunan proteinleri izole etmeyi başardı ve bunların buzun oluşmasını önleyebildiğini keşfetti. balığın yaşamı boyunca aşırı soğutulmuş olmasına rağmen, balığın hücrelerinde ve kanında” diye açıklıyor Martin Holmstrup
O zamandan bu yana araştırmacılar birçok başka hayvan, bitki ve mikroorganizmada antifriz proteinleri keşfettiler. Ve bu antifriz proteinleri artık endüstri tarafından kullanılıyor.
Günümüzde antifriz proteinleri gıda endüstrisinde önemli bir rol oynamaktadır.
Günümüzde pek çok yiyecek dondurulmuş gıda olarak alınıp satılıyor. Ancak sorun, buz kristalleri oluşmaya başladığında donmuş gıdanın değişmesidir. Genellikle yiyeceklerin hem tadını hem de dokusunu azaltırlar.
Ancak Martin Holmstrup, bunun özel antifriz proteinleri sayesinde önlenebileceğini açıklıyor:
“Balıktaki antifriz proteinlerini kodlayan genler, endüstriyel maya hücre kültürlerine kopyalandı. Bu, mayanın daha sonra farklı gıdalara eklenebilecek çok faydalı proteinler üretmesini sağlıyor” diyor.
Proteinlerin özellikle etkili olduğu besinlerden biri de dondurmadır.
“Unilever’in dondurmadaki proteinleri kullandığını biliyorum çünkü bunlar gerçekten güzel bir doku oluşturmaya yardımcı oluyor. Dondurma ayrıca sert bir buz kristali bloğuna dönüşmeden çözülüp tekrar dondurulabiliyor. Uzun vadede bu etki kullanılabilir.” Nakil organlarının dondurularak saklanması ile bağlantılı olarak.
“Havacılık, uzay ve rüzgar türbini endüstrileri gibi diğer endüstriler de proteinlerle deneyler yaptı. Proteinlerin kanatları donmaya ve buzunun çözülmesine karşı koruyabileceğini umuyorlar.”