Tardigradlar yani diğer adıyla su ayıları nasıl hayvanlardır, uzayda, radyasyonda, kuraklıkta, sıcakta, soğukta nasıl hayatta kalabilirler?
Koruma olmadan dış uzaya giderseniz ölürsünüz.
Basınç eksikliği ciğerlerinizdeki havanın dışarı fırlamasına neden olur. Vücut sıvılarınızda çözülen gazlar genişleyerek cildi parçalara ayırır ve bir balon gibi şişmeye zorlar. Kulak zarlarınız ve kılcal damarlarınız yırtılır ve kanınız köpürmeye ve kaynamaya başlar. Tüm bunlardan sağ çıksanız bile, iyonlaştırıcı radyasyon hücrelerinizdeki DNA’yı parçalara ayırır. 15 saniye içinde bilinçsiz olursunuz.
Uzayda Yaşayabilen Canlı
Ancak bir grup hayvan bundan kurtulabilir: yaklaşık 1 mm uzunluğunda tardigrad adı verilen minik yaratıklar. 2007’de binlerce tardigrad bir uyduya bağlandı ve uzaya fırlatıldı. Uydu Dünya’ya döndükten sonra, bilim adamları onları inceledi ve çoğunun hayatta kaldığını buldu. Dişilerden bazıları uzaya yumurta bile bırakmıştı ve yeni doğan yavrular sağlıklıydı.
Tardigratların hayatta kalabileceği sadece dış uzayın sert çevresi değil. Küçük yaratıklar, dünyanın en sert bölgelerinin bazılarında yaşamada ustalıkla çalışıyor gibi görünüyor. Himalayalar’da bir dağda, Japon kaplıcalarında, okyanusun dibinde ve Antarktika’da 5546 metre (18,196 ft) keşfedildi. 150 ° C’ye kadar ısıtılarak ve neredeyse tamamen sıfıra kadar donarak büyük miktarda radyasyona dayanabilirler.
Görünüşte önemsiz olan bu yaratıklar, böylesine zorlu koşullarda nasıl hayatta kalıyorlar ve bu süper güçleri neden geliştirdiler? Görünüşe göre tardigradlar, çoğu organizmayı utandıracak bir dizi numaraya sahip.
Tardigradlar ilk bakışta göz korkutucudur. Bir Doctor Who canavarı gibi, et kıvrımlı, kabarık yüzleri var. Büyük ayılarınkine benzeyen vahşi pençeleri olan sekiz bacağı vardır. Ağızları aynı zamanda avını zıplatabilen hançer benzeri dişlere sahip ciddi bir silahtır. Ancak endişelenmenize gerek yok. Tardigradlar, doğanın en küçük hayvanlarından biridir. Asla 1.5 mm’den uzun değildirler ve sadece mikroskopla görülebilirler. Genellikle “su ayıları” olarak bilinirler.
900 bilinen tür vardır. Çoğu yosun, liken ve yosun sularını emerek beslenir. Diğerleri etoburdur ve diğer tardigradları bile avlayabilir.
Tardigradların Keşfi
Gerçekten eskidirler. Tardigrad fosilleri, ilk kompleks hayvanların evrimleştiği 500 milyon yıldan fazla bir süre önce Kambriyen dönemine tarihleniyor. Ve keşfedildiklerinden beri, özel oldukları açıktı. Tardigradlar, 1773’te Johann August Ephraim Goeze adlı bir Alman papaz tarafından keşfedildi. Üç yıl sonra, İtalyan din adamı ve bilim adamı Lazzaro Spallanzani, süper güçlere sahip olduklarını keşfetti.
Spallanzani, bir yağmur oluğundan tortuya su ekledi ve mikroskop altında baktı. Etrafta yüzen ayı şeklinde yüzlerce yaratık buldu. “Opuscoli di Fisica Animale, e Vegetabile” adlı kitabında, onlara “il Tardigrado”, yani “yavaş adım” anlamına gelen “il Tardigrado” adını verdi, çünkü çok yavaş hareket ediyorlardı.
Aslında bu bir ilk değildi. 1702’de Hollandalı bilim adamı Anton van Leeuwenhoek, Londra’daki Kraliyet Cemiyetine “Evlerin çatılarındaki oluklarda bulunan tortulardaki bazı hayvanlar hakkında” başlıklı bir mektup gönderdi. Bir oluğun içinden kuru, görünüşte cansız toz aldı ve su ekledi. Leeuwenhoek, kendi tasarladığı bir mikroskop kullanarak, bir saat içinde birçok küçük “hayvanın” aktif hale geldiğini ve yüzmeye ve etrafta gezinmeye başladığını keşfetti.
Susuz Kalsalar da Ölmezler
Bu hayvanlar rotiferlerdi, kafalarında tekerlek varmış gibi görünen minik su canlılarıydı. Görünüşe göre aylarca su olmadan hayatta kalabilirlerdi. 1948’de İtalyan zoolog Tina Franceschi, 120 yaşın üzerindeki müze örneklerinden kurutulmuş yosunlarda bulunan tardigradların yeniden canlandırılabileceğini iddia etti. Bir tardigrade rehidre ettikten sonra, ön ayaklarından birinin hareket ettiğini gözlemledi.
Bu bulgu asla tekrarlanmadı. Ama imkansız görünmüyor. 1995 yılında kurutulmuş tardigratlar 8 yıl sonra hayata döndürüldü. Çoğu hayvan için susuz yaşam tamamen imkansızdır.
Chapel Hill’deki North Carolina Üniversitesinden aşırı meraklı araştırmacı Thomas Boothby, “Tipik bir hücre zarlarını kuruyunca yırtılır ve sızdırırsa ve proteinleri açılıp bir araya gelerek onları işe yaramaz hale getirdiğinde, DNA ayrıca kurudukça parçalanmaya başlayacaktır” diyor.
Bir şekilde tardigradlar tüm bunlardan kaçınır. Boothby, “Su ayıları kurumadan kurtulabildiğinden, bizimki gibi hücrelerin öleceği zararı önlemek veya düzeltmek için hilelere sahip olmalıdırlar” diyor Boothby.
Nasıl yapıyorlar?
En önemli keşiflerden biri, 1922’de H. Baumann adlı bir Alman bilim adamının izniyle geldi. Bir tardigrad kuruduğunda başını ve sekiz bacağını geri çektiğini buldu. Daha sonra ölüme çok benzeyen derin bir askıya alınmış animasyon durumuna girer. Vücudundaki neredeyse tüm suyu dökerek, tardigrade kıvrılıp kuru bir kabuğa dönüşür. Baumann bunu “Tönnchenform” olarak adlandırdı, ancak şu anda “tun” olarak biliniyor. Metabolizması normal hızın % 0.01’ine kadar yavaşlar. Yıllarca bu durumda kalabilir, ancak suyla temas ettiğinde yeniden canlanabilir.
Tardigradların yanı sıra, bazı nematod solucanları, maya ve bakteriler de kurumadan kurtulabilir. Bunu, çok miktarda trehaloz adı verilen özel bir şeker yaparak yaparlar. Bu şeker, hücrelerinin içinde, proteinler ve zarlar gibi, aksi takdirde yok edilecek olan temel bileşenleri stabilize eden cam benzeri bir durum oluşturur. Trehaloz ayrıca kalan su moleküllerinin etrafına sarılabilir ve sıcaklık yükseldiğinde bunların hızla genişlemesini durdurabilir. Hızla genişleyen su molekülleri tehlikelidir çünkü ölümcül olabilen hücreleri parçalayabilirler.
Tardigradların kurumadan kurtulmak için bu numarayı kullanacağını bekleyebilirsiniz, ancak Boothby’ye göre, sadece bazı türler trehaloz üretiyor gibi görünüyor. “Bazı türler trehaloz içermiyor gibi görünmüyor veya şekerin saptanamayacağı kadar düşük seviyelerde üretiyor” diyor.
Boothby, “Bu, tardigratların kurumadan kurtulmak için benzersiz numaralara sahip olabileceğini gösteriyor” diyor. “Kurumaya başladıkça, tardigradların tamamen kurumuş halde hayatta kalmalarına izin veren koruyucular yaptığını biliyoruz. Ancak bu koruyucuların tam olarak ne olduğu hala bir muamma.”
Kurumaya başlayınca…
Tardigradlar kurumaya başladığında, çok fazla antioksidan yapıyor gibi görünüyorlar. Bunlar, C ve E vitaminleri gibi tehlikeli derecede reaktif kimyasalları emen kimyasallardır. Bu, tardigradların hücrelerindeki zararlı kimyasalları temizleyebilir.
Tardigradlar, “reaktif oksijen türlerinden” özel bir tehditle karşı karşıyadır. Bu maddeler, normal hücre fonksiyonunun yan ürünleri olarak üretilir, ancak DNA da dahil olmak üzere bir hücrenin ana bileşenlerini parçalayabilir. Çevresel strese maruz kalan hayvanların çoğu etrafta yüzer. Antioksidanlar, tardigradların en temiz yeteneklerinden birini açıklayabilir. Bir tardigrad kuru ayar durumunda uzun süre kalırsa DNA’sı zarar görür. Ancak yeniden uyandıktan sonra hızla düzeltebilir. Ayar durumunun, tardigradların kurumayla başa çıkma becerisinin anahtarı olduğu açıktır. Ancak Baumann bunu keşfetmeden çok önce, tardigradlar diğer süper güçleri ortaya çıkarmıştı.
Yeni başlayanlar için, sıcaklığın ne kadar olduğu umurlarında değil gibi görünüyor. 1842’de Doyère adında bir Fransız bilim adamı, tun durumunda olan bir tardigradın birkaç dakika boyunca 125 ° C’ye kadar ısıtıldıktan sonra hayatta kalabileceğini gösterdi. 1920’lerde Gilbert Franz Rahm adında bir Benedictine rahibi, 15 dakika 151 ° C’ye kadar ısıttıktan sonra tardigradları hayata döndürdü.
Soğuğa Da Dayanırlar
Rahm onları soğukta da test etti. Bunları sıvı havaya -200 ° C’de 21 ay, sıvı nitrojene -253 ° C’de 26 saat ve -272 ° C’de sıvı helyuma 8 saat daldırdı. Daha sonra tardigradlar suyla temas ettikleri anda hayata geri döndüler.
Artık bazı tardigratların -272,8 ° C’ye kadar, mutlak sıfırın biraz üzerinde donmaya tahammül edebileceğini biliyoruz. Bunu bir perspektife koymak gerekirse, Dünya’da şimdiye kadar kaydedilen en düşük sıcaklık, 1983’te Orta Antarktika’da ılık -89,2 ° C idi. Tardigradların soğukta karşılaştığı en büyük tehlike buzdur. Hücrelerinin içinde buz kristalleri oluşursa, DNA gibi önemli molekülleri parçalayabilirler.
Bazı balıklar da dahil olmak üzere bazı hayvanlar, hücrelerinin donma noktasını düşüren antifriz proteinleri üretir ve buz oluşmamasını sağlar. Ancak bu proteinler tardigradlarda bulunamamıştır. Bunun yerine, tardigradlar hücrelerinde buz oluşumunu gerçekten tolere edebiliyor gibi görünüyor. Ya buz kristallerinin neden olduğu hasardan kendilerini koruyabilirler ya da tamir edebilirler. Tardigrades, buz çekirdeklendirme ajanları adı verilen kimyasallar üretebilir. Bunlar buz kristallerinin yaşamsal molekülleri korumak için içeriden ziyade hücrelerinin dışında oluşmasını teşvik eder. Trehaloz şekeri, hücre zarlarını delecek büyük buz kristallerinin oluşumunu önlediği için onu üretenleri de koruyabilir.
Sıcak da Sorun Değil
Ancak tardigradların soğukla nasıl başa çıktıklarına dair bir fikrimiz olsa da, sıcakla nasıl baş ettikleri hakkında hiçbir fikrimiz yok. 150 ° C gibi kavurucu sıcaklıklarda proteinler ve hücre zarları çözülmeli ve yaşamı sürdüren kimyasal reaksiyonlar sona ermelidir.
Bilinen en ısıya dayanıklı organizmalar, derin denizlerdeki hidrotermal menfezlerin kenarlarında yaşayan bakterilerdir. Hala 122 ° C’de büyüyebilirler. Rahm’a inanılacaksa, tardigradlar daha yüksek sıcaklıklarda hayatta kalabilir. Kaplıcalar ve kavurucu çöller gibi sıcak yerlerde yaşamak için evrimleşen birçok hayvan, ısı şoku proteinleri adı verilen kimyasallar üretir. Bunlar, hücrelerin içindeki proteinler için şaperon görevi görür ve şekillerini korumalarına yardımcı olur. Ayrıca ısıdan zarar görmüş proteinleri de onarırlar.
Hepsi iyi ve güzel, ancak tardigradların bu kimyasalları ürettiğine dair kesin bir kanıt yok. Hayatta kalabilecekleri diğer şeylerdeki faktör ve resim daha da şaşırtıcı hale gelir.
Peki Ya Radyasyon?
1964’te bilim adamları, tardigradlara ölümcül dozlarda X-ışınları uyguladılar ve hayatta kalabileceklerini buldular. Daha sonraki deneyler, aşırı miktarda alfa, gama ve ultraviyole radyasyonla da başa çıkabileceklerini gösterdi – ayar durumunda olmasalar bile.
Radyasyon, 2007’de uzaya gönderilen tardigradların karşılaştığı en büyük tehditlerden biriydi. Daha yüksek düzeyde radyasyona maruz kalanlar, korunanlardan daha kötüydü, ancak ölüm oranı% 100 değildi.
Kunihiro Seki ve Japonya, Hiratsuka’daki Kanagawa Üniversitesi’nden Masato Toyoshima tarafından 1998’de yayınlanan bir araştırmaya göre, çoğu hayvanı düz bir şekilde ezecek aşırı basınçla da başa çıkabilirler. Tun durumundaki tardigradların 600 megapaskal (MPa) basınçta hayatta kalabileceğini buldular.
Bu, doğada karşılaşabilecekleri her şeyin ötesinde. Denizin en derin kısmı, Pasifik Okyanusu’ndaki Mariana Çukuru’nda 10.994 m aşağıya inen Challenger Deep’dir. Orada su basıncı 100 MPa civarındadır. Her nasılsa tardigradlar bunun altı katında hayatta kaldı.
Bu ezici basınçlarda proteinler ve DNA parçalanır. Yağdan oluşan hücre zarları buzdolabında tereyağı gibi katılaşır. Çoğu mikroorganizma 30 MPa’da metabolizmayı durdurur ve bakteriler 300 MPa’nın ötesinde yaşayamaz. Tardigradların hayatta kalabileceği çok çeşitli stres kaynakları neredeyse baş döndürücüdür. Ama belki açıklama şaşırtıcı derecede basittir.
Peki Nasıl Başarıyorlar?
Aşırı sıcak ve soğuk, radyasyon ve yüksek basınçların hepsinin ortak bir yönü vardır: DNA’ya ve tardigrat hücrelerinin diğer bitlerine zarar verirler. Sıcak ve soğuk, proteinlerin açılmasına, birbirine yapışmasına ve çalışmayı durdurmasına neden olur. Radyasyon, DNA’yı ve diğer önemli molekülleri yırtıyor. Yüksek basınçlar, hücrelerin etrafındaki yağlı zarları katılaştırır.
Dolayısıyla, tüm stres etkenleri benzer sorunlara neden oluyorsa, belki de tardigradların onlardan kurtulmak için yalnızca bir avuç numaraya ihtiyacı vardır. “Kimse kesin olarak bilmiyor” diyor Boothby. Ancak “bu aşırılıkların bazılarının üstesinden gelmek için örtüşen stratejilerin kullanılabileceğini düşünmek için kesinlikle bazı iyi nedenler var.”
Örneğin kurumuş olmak ve radyasyona maruz kalmak tardigradların DNA’sına zarar verir. Boothby, “Bu nedenle, tardigratların bu iki duruma benzer şekilde tepki vermesi mantıklı olacaktır” diyor: antioksidanlar yaparak ve hasarlı DNA’yı tamir ederek. Bu doğruysa, tardigradların radyasyona direnci mutlu bir kazadır: ani kuraklığa adaptasyonlarının bir yan etkisi. Benzer şekilde, bir tardigratın dondurulması ve kurutulması aynı soruna neden olur: hayvanın hücrelerinde yeterli sıvı su olmaması.
İşin garibi, en ünlü hileleri olan tun state aynı zamanda en az çok yönlü olanı. Boothby, “Tardigradlar donma, radyasyon ve düşük oksijen koşullarında bir tun oluşturmadan hayatta kalabilirler” diyor. “Dolayısıyla, ayar durumu muhtemelen su kaybıyla başa çıkmak veya su kaybını yavaşlatmak için özel bir uyarlamadır.” Bununla birlikte, aşırı baskıdan kurtulmalarına da izin verir.
Neden zahmet ediyorlar?
Bu tardigratların sadece bir veya iki hayatta kalma numarası kullandığı fikri, onlar hakkındaki diğer büyük soruyu açıklamaya yardımcı olabilir: Neden zahmet ediyorlar?
Kaynayan kaplıcalarda veya diğer ekstrem bölgelerde yaşayan bakterilerin aksine, çoğu tardigrat görece önemsiz yerlerde yaşar. Su içinde veya yakınında yaşama eğilimindedirler ve bir tardigradın iyi bir yosun ve liken yığınından daha fazla sevdiği hiçbir şey yoktur. Hayatları o kadar da heyecan verici değil: Çoğu yaratık, boyutları çılgınca dalarken, tardigradlar halsizdir. Yine de oldukça sıkıcı yaşam tarzlarına rağmen, o kadar aşırı ortamlarla baş edebilecek şekilde evrimleştiler, Dünya’da bile yoklar.
Daha doğrusu, bazıları var. En eski ve en ilkel tardigrad grubu olan Arthrotardigrada, aşırı koşullarda yaşayamaz veya metabolizmalarını askıya alamaz. Bu daha savunmasız yaratıklar, diğer tardigratların neden bu kadar sertleştiğine dair bir ipucu sunuyor. Arthrotardigrada sadece okyanusta yaşar. Sadece karada yaşayan ve tatlı su türleri aşırı hayatta kalma becerilerine sahiptir. Bu, okyanusu terk etmenin anahtar olduğunu gösteriyor.
Boothby, “Deniz tardigradlarının aşırılıklardan kurtulma konusunda o kadar iyi olmamalarının bir nedeni, olmaları gerekmemesidir” diyor. “Okyanuslar o kadar büyük ki, sıcaklık veya tuzlulukta hızlı değişikliklere uğramazlar ve kesinlikle bir gecede kurumazlar.”
Aksine, arazi tehlikeli derecede değişebilir. Tardigradlar nefes almak, yemek yemek, çiftleşmek ve hareket etmek için vücutlarının etrafında ince bir su tabakasına ihtiyaç duyar. Ancak toprağın pek çok yerinde kuraklık bir risktir. Boothby, “Bu yerlerde yaşayan tardigradlar, ortamları aniden değiştiğinde başa çıkabilmeli” diyor.
Bu nedenle, karada yaşayan tardigradların aniden kuruduktan sonra hayatta kalmanın bir yolunu geliştireceği mantıklı geliyor. Bu bir hayatta kalma meselesiydi. Dahası, bir kez sahip olduklarında, kara tardigratları yeni habitatlardan faydalanabilirdi. Bugün, diğer hayvanların hayatta kalamayacağı, dünyanın en kurak yerlerinden bazılarında bulunabilirler.
Neden Diğer Hayvanlar Bunları Yapamıyor?
Ancak bu fikir başka bir soruyu gündeme getiriyor. Kuruyarak hayatta kalabilmek kara hayvanları için bu kadar yararlıysa, neden hepsi bunu yapmıyor? Neden kurbağalar, solucanlar ve insanlar aynı yeteneği geliştirmedi?
Benzer şekilde, neden diğer hayvanlar tardigratların yapabildiği sıcak, soğuk ve radyasyona dayanamıyor? Belki de soru, tardigradların neden bu kadar zor olduğu değil, diğer hayvanların neden bu kadar savunmasız olduğudur.
Boothby, “Daha fazla hayvan ve bitkinin tardigradların yeteneklerini geliştirmemiş olmasının muhtemelen birkaç nedeni vardır” diyor. “Pek çok hayvan muhtemelen buna ihtiyaç duymuyor. Ya çabuk kuruyan ortamlarda yaşamıyorlar ya da deve gibi kurumayı önleme yolları geliştirebilirler.”
Riski??
Ancak bunun ötesinde, tardigradların yeteneklerinin kesinlikle maliyetleri vardır – diğer hayvanların ödemekten kaçındığı maliyetler. Özellikle, tun durumuna geçmek riskli bir karardır.
Boothby, “Bir tardigrad tamamen kuruduğunda, hareketsiz hale gelir ve çevresindeki tehlikeleri aktif bir şekilde önleyemez” diyor. Etkin olmayan bir tardigrad susuzluktan ölmeyebilir, ancak yenebilir. “Kurumaya toleranslı birçok organizmanın ksenoprotektanlar yapmak zorunda olduğunu biliyoruz: bakteri ve mantarların inaktif durumdayken temelde onları yemesini engelleyen moleküller.”
Bir tardigrat kadar sert olmak diğer hayvanlar için işe yaramayabilir. Ama onlarda işe yaradı. 500 milyon yaşındalar ve tüm gezegende yaşıyorlar, bu yüzden hiçbir yere gitmiyorlar.