Penny Chisholm, bir mikropla 35 yıllık aşk ilişkisine girdi. Ona göre kur yaratma sırasında mükemmel bir ortak-entelektüel bir yerine getirme kaynağıydı ve okyanus yolculuğunda giriş yaptıktan sonraki on yıllar boyunca hâlâ gizem dolu.
Bakmak için, tutkusunun nesnesi sadece dünya okyanuslarında çok sayıda yüzen yeşil bir oymadır. Fakat Chisholm Prochlorococcus , yani küresel fotosentezin% 5’ini oluşturan, okyanustaki en küçük, en bol fotosentezleme hücresi olan bir siyanobakteryeri içinde, bazı tahminlere göre, gizli karmaşıklığı keşfetti. Birçok farklı versiyonu veya ekotipi, güneş ışığı alan deniz yüzeyinden ışığın az olduğu 200 metre derinliğe kadar gelişir. Toplu olarak “tür”, insanların sahip olduğu dört kez, dünyadaki okyanusların attığı her şeyle uğraşacak yaklaşık 80.000 geni barındırıyor. “Güzel bir küçük yaşam makinesi ve süperorganizma gibi” dedi Chisholm. “Bize anlatacak bir hikayesi var.”
Ve Chisholm’un, herkese ve herhangi bir şekilde mümkün olduğunu söyleyin. Mikrop konusundaki çalışmaları ABD başkanıyla bir toplantıya, Dalai Lama ile yapılan bir tartışmaya ve bilimle temalı çocuk kitaplarının ortak yazarlığına yol açtı. Hatta bir zamanlar, hip-hop yıldızı GZA’ya, bakterinin ağız dolu bir adını, okyanuslar üzerinde düşündüğü bir albüm için rap şarkısına dahil etmeye çalıştı. Chisholm’un uzun süredir laboratuvar müdürü Allison Coe, ” Gerçekten Prochlorococcus’u satmak istiyor ” dedi. “Herkesin tutkuyla davranmasını ve düşüncesindeymiş gibi muhteşem olmasını istiyor.”
Mikropın tanınmaya kadar uzanan tırmanışı Chisholm’un kendi aynasını yansıtmaktadır. Cambridge’deki Massachusetts Institute of Technology’deki (MIT) inşaat mühendisliği bölümünde yalnız kadın ve tek başına bir biyolog olarak kariyerinin başlangıcında, hem bilimsel hem de kültürel engelleri aşmak, Prochlorococcus’u ortaya çıkarmak için en yeni teknikleri benimsemek zorunda kaldı . MIT’yi cinsiyet ayrımcılığına yönelik almak için diğer kadın fakülte ile çalışırken sır. Sessiz ısrarı, diğerlerine ilham verdi. Woods Hole Oşinografi Enstitüsünde (WHOI) biyolojik bir okyanus bilimcisi Heidi Sosik, son yıllarda Ulusal Bilim Madalyası’na layık görülen ve MIT’nin 13 Enstitü Profesöründen biri olarak seçilen Chisholm, “gelecekteki akademisyenlere önemli bir mesaj gönderdi” Massachusetts’te. “Sen don ‘
Mikrobiyal partnerinin boyu da büyümeye devam ediyor. Örneğin iklim üzerindeki etkisi şimdi takdir edilmektedir. Ve Chisholm ve iki meslektaşım, Prochlorococcus’un evrimin merkezi bir aktörü olduğu bir senaryo için kısa süre içinde kanıt sunacak. Yalnızca bugün nefes aldığımız oksijenin çoğundan sorumlu olmadığını ve aynı zamanda okyanuslarda erken yaşta patlamayı ve Dünya’nın atmosferinde oksijenin eski yükselişini tetiklediğini öne sürüyorlar. MIT’in oşinografçısı Mick’in yaptığı gibi, Chisholm “bize bu mikropun nasıl işlediğini ve okyanus dünyasının nasıl organize edildiğini güzelce gösterdi.”
Chisholm, zamanının bir kadını olarak, 1960’lı yıllarda “kocasını bulmak için” ağırlıklı olarak koleje gittiğini söyledi. Bununla birlikte, bir lisansüstü olarak, göllerin kimyasını keşfetti ve – bir profesör onu ittikten sonra – doktora yapmaya karar verdi. Albany, New York Eyalet Üniversitesi’nde, o içinde besin döngüsü içinde 24 saat değişikliklerini incelemiş Euglena gibi tek hücreli photosynthesizer Prochlorococcus ama tatlı bulundu. Daha sonra pratik bir sebeple San Diego, California’daki Scripps Oşinografi Enstitüsüne gitti. Tatlı sudan çok deniz mikrobik ekolojisi için daha fazla kaynak sağlandı.
1976’da MIT arıyordu. O zamanlar, inşaat mühendisliği departmanı bir mikrobiyolog tutarak “çevreye” daha fazla uyum sağlamaya çalışıyordu; başka bölgelerdeki pek çok benzer departmanda zaten belli olan bir trend. Kabul etti, ancak göreve başlamayacak kadar ikna oldu, çünkü bir ev satın almayı düşünmesi uzun yıllar aldı. Neden içeri girmediğini görmek kolay oldu. Eski bir departman fotoğrafı çoğunlukla orta yaşlı beyaz erkeklerin denizleri arasında ufacık, genç bir sarışın gösterir. Dahası, kampüsteki diğer biyologlar, içine dalmakta olduğu bulanık ekolojik dünyanın tersine, biyomedikal veya moleküler eğildi.
Fakat MIT, Cape Cod’da WHOI ile olan bağlılığı sayesinde, Chisholm’a onu denize açılmaya başlamış bir sorunun cevabını aramak için deniza gitmek için bir şans sundu: mikropların okyanusu nasıl etkilediği. California’daki Moss Landing’deki Monterey Körfezi Akvaryum Araştırmaları Enstitüsü’nden Alexandra Worden, “Okyanusu daha yüksek çözünürlükte ve daha yüksek çözünürlükte gözlemlemenin yollarını bulmak için keşfedecek yeni şeyler vardı ve bu fikri vardı” diyor. Okyanus mikroplarının evrimi.
Okyanusun serbest dolaşan organizmaları veya plankton’u 1980’lerde hafifçe mikroskopta algılamak için çok küçük oldukları için neredeyse görünmüyorlardı. Ancak diğer araştırmacılar bir avuç fotosentetik deniz bakteri tespit etmişti. Chisholm ve ilk postktörü Robert Olson, bir akış sitometresi, tek tek hücreleri görüntülemek ve sınıflandırmak için lazer kullanan bir laboratuar cihazı, daha fazla bilgi edinmek için deniz suyunu elemek için karar aldı. Olson, beklenmedik şekilde kırmızı bir flüoresan sinyali o kadar küçük fark etti ki, önce elektronik gürültü olduğunu düşündüler. Ancak sinyal, incelenen su numunesinin derinliğine ve sıcaklığına bağlı olarak değişir ve canlı bir şeyden gelebileceğini düşündürür.
Chisholm, işbirlikçiler küçük hücreleri bir elektron mikroskopu altında fotoğraflayana ve bir başka grup kırmızı sinyali mikrop klorofiline ve diğer pigmentlere kadar izleyene kadar yeni bir yaşam formu bulduklarından memnun değildi. 1988’de keşiflerini yayınladılar. 1992’ye gelindiğinde , “ilkel yeşil çilek” olan Prochlorococcus adını verdiklerinde , mikropu ilk görenlerin olmadığını fark ettiler. Ancak kimse yeni bir organizmayı temsil ettiğini kabul etmedi. Chisholm, “Bu hücrelere kim olduklarını söylemek için doğru araçlarla doğru yerde doğru yerdeydik” diyor.
Yıllarca hiç kimse Prochlorococcus’u bir laboratuarda canlı tutamadı, çünkü onu incelemek için tek yol denize çıktı. Ve şimdi Scripps’te bir okyanustograf olan Brian Palenik, 1990 yılında bir test tüpünde sonunda büyümeyi başardı, ancak pek çok deney için ihtiyaç duyulan saf kültürleri herkesin sürdürebilmesi için 10 yıl daha geçti. Bugün bile, hiç kimse manipüle etmek mümkün olmuştur Prochlorococcus , genetik olarak diğer organizmaların okuyan standart bir yaklaşım.
Bu zorluklara rağmen, Chisholm, bu basit, bol organizmanın deniz ekolojisinde önemli bir oyuncu olabileceğinden şüphelenerek ekibinin keşfi ile baştan çıkardı. Ancak Prochlorococcus’la olan ilişkisi gelişmeye başlayınca , Chisholm “hayatımı değiştirdi” diyen bir çağrı aldıktan sonra, daha genel bir aşamaya giden yolu buldu. Rahatlıkla bildiği MIT kanseri araştırmacısı olan Nancy Hopkins, okulun kadın fakültelere karşı laboratuvar ortamında, maaşta ve destekte ayrımcılığa maruz kaldığını düşünüyordu. Hopkins, soruşturma çağrısı yapan bir mektup yazmış ve daha fazla destekçiyi istemektedir. Chisholm kendini bir feminist ya da aktivist olarak tanımlamamıştı, ama aynı zamanda 17 diğer kıdemli kadın fakülteden biri hariç hepsini imzaladı. “Kadınlar için şeylerin değişmediğinden çok üzüldük”
Endişelerini 1995’te bir MİT dekanına götürmüşler ve kadınların tuttuğu öğretim ve idari pozisyonlar, maaşlar, laboratuvarların boyutları ve daha fazlası hakkında veri toplamak için bir soruşturma komitesine destek verdiler. “[Penny], Chisholm’un laboratuvarının bir alumnusu olan Boulder’daki Colorado Üniversitesi’nden biyogeokimyacı Diane McKnight, daha olumlu olanı ‘Bunu çözelim’ yaklaşımını getirenlerden biriydi” diyor.
Neredeyse 2 yıldır perde arkasında çalıştıktan sonra, komite MIT yönetiminin çabucak kucaklamış olduğu bir dizi öneri yaptı. Araştırmanın bir özeti, 1999 yılında medyaya geldiğinde, “dünyaya duyurulan bir çekimdi” diye hatırlıyor Chisholm. “Bu büyük bir hareket oldu.” MIT liderleri yapıcı bir yaklaşım gösterdiğini ekledi. “Buraya ilk geldiğimde işlerin yoluna bakmak ve şimdi işler nasılsa, muazzam bir değişim var” diyor.
Bayan bilim insanlarının profilini yükselttikten sonra, Chisholm en sevdiği mikropa yeni bir ilgi gösterdi. Kendisi ve öğrencileri ve postdocs’u laboratuarda çeşitli koşullar altında büyüdüklerinde, beş ana Prochlorococcus ekotipini tespit ettiler ; her biri farklı bir ışık ve sıcaklık kombinasyonuna uyarlandı. Laboratuvarının büyüme odalarında birbirlerinden ayırt etmek kolaydır: Bazıları parlak yeşil, diğerleri sarımsı bir renktedir. Chisholm, her biri farklı bir ışık emici pigment oluşturuyor; böylece derinliklerinde “en verimli fotosentetik makine” diyor Chisholm.
ABD Enerji Bakanlığı’nın Müşterek Genom Enstitüsü ilk kez 2003 yılında mikropları dizilemeye başladığında, Chisholm bunu iki ardışık Prochlorococcus suşu dizisi haline getirmeye ikna etti; bu, tek bir mikropun sıralamasının büyük bir işleve dönüştüğü bir dönemde gerçekleşti; böylece formlara uyarlanmış formlar arasındaki genetik farklılıkları değerlendirebildi Düşük ve yüksek ışık seviyeleri. “Bu benim için çok açgözlü” diye gülümser. Ekibi, yüksek ışık uyarlamalı ekotipin genomunun çok basit bir şekilde 1700 gen ile 1,7 milyon tabanlık olduğunu keşfetti. Chisholm’un postktocusu Jamie Becker “Bu, olmasa bile, en basit kendi kendini sürdüren organizma” diyor. Düşük ışıklı versiyonun genomu 2.4 milyon taban, 2275 gen,
Yeni moleküler teknolojiler ortaya çıktıkça – mevcut olan proteinlere bakan gen aktivitesini ve proteomik yöntemleri belgeleyen mikroarrayler – örneğin Chisholm ve öğrencileri ve postdocs’ları bunları öğrenmek ve uygulamakta hızlıydı. Bütün başarıları için onlara kredi verir. “Ben ‘biz’ dediklerini ‘onlar'” diye belirtti hayatının eseri üzerine bir konferansta. Jed Fuhrman, laboratuvarında çalışırken Nature dergisinde yayınlanan bir makaleye katkıda bulunduğunda , “yeni bir profesör olmasına rağmen ilk yazarlığını dağıtmakta zorlanmadı” diye hatırlıyor. (Fuhrman şimdi Los Angeles’taki Güney Kaliforniya Üniversitesi’nde biyolojik bir okyanus araştırmacısıdır.)
Birlikte, laboratuvarı , ana Prochlorococcus ekotiplerinin her birinin kendi genomik “adası” nı bulduğunu keşfetti. Bu ada, bir çevreye spesifik uyarlamalar yapan bir gen yamasına sahipti. Örneğin bir ada, mikrobun çok düşük fosforlu sularda hayatta kalmasına yardımcı olur. Bakterileri enfekte eden ya da genetik materyali toplayabilen ya da depolayan bakteriyofajlar, bu adaları ve diğer genleri ekotipler arasında taşıyabilir, Chisholm’un postdocu Debbie Lindell, 2004’te önerdiği mikropların değişen koşullara adapte olmasını sağlar.
Chisholm’un laboratuarı, yaklaşık 15 yıl önce, okyanus mikroplarının biyosferdeki en önemli oyuncular olduğu yönündeki deliller, Seaver, Gordon ve Betty Moore ile Simons’u milyonlarca öğrenciyi araştırmaya ikna etmek için küçük kalıyordu. Laboratuvar, bir avuç araştırmacıdan onlarca kişiye kadar büyüdü; sadece haftalarca haftalarca denizde kalabildi, veri toplama ve örnekleme yapamadı, aynı zamanda laboratuara dönerek mikrobun nasıl çalıştığını keşfetmek için yenilikçi yollar denedi. Chisholm, “Her şey heyecanlandığında” dedi.
Dünya çapında örnekleme beş birincil ekotiplerin yakalamak için başlamadı gösterdi Prochlorococcus ‘ın çeşitlilik. Dizileme, her biri 100’den fazla ayırıcı geni olan, sadece bir milyon deniz suyunda bile bulunan yüzlerce suşu ortaya koydu. Ve tek hücrelerin genomlarını dizilemek mümkün olduğunda – Chisholm’un laboratuarı deniz mikropları için öncülük etti – her suşun daha genetik varyasyonu kapsadığı ortaya çıktı . Olson, şu anda WHOI’de “Bu bir böcek değil, birbirine bitişik olan bütün bir ailenin ailesi” diyor.
Her hücrenin yalnızca 2000 geni olmasına rağmen, Prochlorococcus’un bir bütün olarak “muhtemelen 80.000 genin” pan-genomu olduğu Chisholm ve arkadaşları tahmin ediyor. “Bu küçük çocuklar için bir ton bilgi,” diyor ve Prochlorococcus’un başarısının sırrı olmalı . Muazzam genomik repertuarı, okyanusların geniş bir kesimindeki koşullarla başa çıkmasını, 40 ° Kuzeyden 40 ° Güney sıcak denizlere hakim olmasını sağlar (aşağıdaki haritaya bakın).
Bu sular toplam 220 milyon Volkswagen Beetles kadar ağırlığa sahip 3 milyar milyar milyar Prochlorococcus hücresi içerir. Bu bolluk mikropın okyanus besin ağları ve ikliminde ağır olmasını sağlar. Becker, okyanusun besleyici yoksul bölgelerinde beslendiği önemli bir besin kaynağı olduğunu söylüyor. ” Prochlorococcus , diğer mikroorganizmaların yediği organik maddeleri yapar.” Chisholm, karbon döngüsündeki rolü nedeniyle mikrop, iklim değişikliğine sahip karbon dioksit (CO 2 ) düzeylerini önemli derecede düzenler .
Önerileri fazla CO yakalamak için okyanus hayatını manipüle ederek küresel ısınmayı durdurmak için birlikte Oysa Chisholm rahatsız 2 . 2001’de, muhtemel öngörülemeyen sonuçlarla ilgili olarak uyarıda bulunan bir Science gazetesinde yer alan bir makaleyi fitoplankton büyümesini teşvik etmek için okyanuslarda demir ile gübrelemek için yapılan önerilere karşı konuştu . Yıllar sonra, 2012’de Dalit Lama’nın “denemek isteyelim” pozisyonunu MIT’deki bir paneldeyken kamuya açıkladı.
Mevcut görünürlüğüne rağmen, Chisholm hala kariyerinin başlarında onu zorlayan güvensizliğin büyük kısmını hissediyor. Mesela bir Enstitü Profesörü seçildiğinde, “Bu nasıl olabilir?” Diye sordu. Diye hatırlıyor “Kendimi böyle bir insan gibi hissetmiyorum.”
O bir itirafçı olma duygusu, onu kabullenmeye devam ediyor, onu köpekle aramaya devam ediyor. Coe şöyle devam ediyor: “Uzun zamandır hala çalışıyor -” Asla pek çok şeyle uğraşamayacağım “diyor. “Ama büyüdükçe daha da endişeli oluyor” dedi. 2013 yılında Chisholm’un laboratuarı ve Prochlorococcus kültürlerinin geleceği hakkındaki endişesi , emekli olursa çok hafif bir sağlık problemi yaratmaya başladı. Tai Chi dersleri başlatmak ona yeni bir bakış açısı kazandırdı. “Beni başımdan kurtarmak için bir şeyler yapmam lazım” diye hatırlıyor Sanatçı ve yazar Molly Bang, çocuk bilimi kitapları yazan, anlatıcı olarak güneşi içeren bir kitap da buldu. Biri “denizin görünmez mera” hikayesini anlatıyor.
Prochlorococcus’un hikayesini çözmeye devam ediyor . Örneğin, 2014’te laboratuvarında alınan elektron mikrograflarında, Prochlorococcus hücrelerinden tomurcuklanan küçük veziküller ortaya çıktı ; Daha sonra, postkocu Steven Biller, her bir hücrenin, nesiller başına DNA ve RNA ile dolu iki ila beş lipid-membran kabarcıklarını serbest bıraktığını gösterdi; diğer planktonlar için olası besin kaynakları, virüsler, gen transferi araçları veya diğer mikroplarla iletişim kuran elçiler . Biller o zamandan beri diğer deniz bakterilerinin bu vezikülleri de buldular. Chisholm, “Bu, okyanus ekosisteminin tamamıyla yeni bir özelliğiydi” diyor.
Başka bir ipucu olarak Prochlorococcus diğer deniz mikroplarla geniş ortaklıklar kurar, Chisholm’ın laboratuar diğer organizmalarda antimikrobiyal veya sinyal aktiviteye sahip olduğu, peptitler ya da kısa protein fragmanları, geniş bir çeşitlilik salgılayan bulundu. Prochlorococcus , bir başka laboratuvarda MIT’de postdoc olan Andres Fernando Cubillos-Ruiz’in çalışmasına göre, hücre başına 1500’e kadar farklı peptidlere sahiptir. Peptidler diğer çok miktarda okyanus mikropları için besin kaynağı oluşturuyor ve bazıları da reaktif oksijen moleküllerini detoxifies bir enzim salgılıyorlar. Proklorokok bu enzimi kendisi yapmaz, ancak çevredeki sudan alabilir. Peptidler çevredeki sulardaki diğer mikropları da işaretleyebilirler – ne taşıdıkları mesajlar net değilse de. Chisholm, ” Prochlorococcus’tan öğrendiğim , okyanuslardaki düşüncemi değiştiren önemli şeylerden dolayı aşağılandım ” diyor.
Küçük, güçlü bakteri de karadaki yaşam düşüncesini değiştirebilir. Chisholm’un postktörü Rogier Braakman, Prochlorococcus’un farklı ekotiplerde aktif olan genleri ve yaşadığı koşulları çizen evrim tarihini birleştirdi. Braakman, yüz milyonlarca yıl önceki mikrobun metabolik aktivitesinin atmosferdeki karbondioksidi indirgeyerek ve havadaki oksijeni artırarak okyanusların dışında patlamanın yaşam yolunu açmasına yardımcı olabileceğini inceliyor. Chisholm, bu senaryonun bir sürü sorunun olduğunu söylüyor; ancak potansiyel önemi “noktaları birbirine bağlamak için zaman harcamanızı sağlıyor” dedi.
68 yaşında, o bağlantıları sürdürmeye hevesli. ” Muhtemelen emekli olmayı düşünmeliyim , fakat ben değilim, çünkü Prochlorococcus çok ilginç,” dedi Chisholm. “Hayatımda bu organizmaya sahip olduğum için çok minnettarım.”