Mikrobiyalitler ve Astrobiyoloji Alanındaki Önemi

Bu yazımızda mikrobiyalitler ve onların astrobiyoloji için önemini sizler için derledik.

Kısaltmalar; Morphology Analysis Project for Participatory Exploration and Research (MAPPER), Pavilion Lake Research Program (PLRP), Remote Operation Vehicles (ROV), Autonom Undewater Vehicles (AUV), Microbialites and Microbial Induced Sedimentary Structures (MISS)

Mikrobiyalitler Nedir ?

Mikrobiyalitler, mikroplar ve etrafındaki çevre arasındaki etkileşimlerin doğrudan sonucu olan örgütlü yapılardır. İlkel Dünya’da bir zamanlar baskın olsa da, bugün mikrobiyalitler nadir rastlanmakla birlikte sadece eşsiz ve bazen aşırı ortamlarda bulunurlar. Mikrobiyal ekosistemlerde, kalsiyum karbonatlar gibi organizerasyonel yapıların yakalanması, bağlanması ve çökmesi için bir dizi süreçler yaşanır. Mikrobiyalit tortullar, iyi yapılandırılmış, lamine stromatolitlerden katmanlı olmayan pıhtılaşmış trombolitlere kadar çeşitlilik gösterir.

Hangi Organizmalar Mikrobiyal yapar?

Modern mikrobiyalitler, mikrobiyal malt metabolizmalarının ve aktivitelerinin ürünüdür. 5 ayrı mikrop grubundan oluşur bunlar;

• Siyanobakteriler,
• aerobik heterotrofik bakteriler,
• sülfat indirgeyen bakteriler,
• sülfür oksitleyici bakteriler,
• fermentatif bakterilerdir.

Mikrobiyalitler Neden Astrobiyoloji Açısından Önemli Ekosistemlerdir?

Mikrobiyalitler, günümüzde ilkel dünya ekosistemlerinin modern analoglarını temsil eder. Bu toplulukları inceleyerek dünyadaki yaşamın kökenlerini ve evrimini anlayabiliriz. Asrobiyologlar dünyadaki yaşamın kökenini araştırarak dünya benzeri gezegenlerde de dünyadaki gibi yaşam buluntularını araştırırlar.

Mikrobiyalitler, organomineralizasyon prosesi boyunca geniş miktarda karbon sekestrasyonuna uğrarlar. Mikrobik karbon kalsiyum karbonat (kalker) olarak çöker. Mikrobiyalitler, sudaki karbon birikimini fotosentez gibi mikrobiyal metabolizmalarla artırabilir. Bu ekosistemler, modern Dünya üzerinde nadir görülmekle birlikte, kalsiyum karbonatların çökelmesini artıran ve destekleyen mikroplara yeni bakış açısı geliştirmemizi sağlayabilir. Bu karbonat yapılar siyanobakteriler tarafından domine edilmektedir. Bu siyanobakteriler ayrıca çevresel strese, özellikle UV radyasyonu ve oksidatif strese yüksek tolerans göstermişlerdir. Bu organizmaların yüksek UV ve reaktif oksijen türlerini tolere ettiği moleküler mekanizmaları anlamak, hücreleri bu hücrelerin zararlı hücresel etkilerinden korumak için yeni yollar ortaya çıkarabilir.

Pavilion Gölü Araştırma Projesi

NASA ve Kanada Uzay Ajansının desteklediği, Pavilion Gölü Araştırma Projesi, Tatlısu mikrobiyalitlerinin kökenini açıklamak için birçok ulusun katıldığı, çok disiplinli, bilim ve araştırma çalışmasıdır. Kanada’daki Pavilion Gölünün mikrobiyalitleri, ~ 2.5 milyar ila 540 milyon yıl önce yaygın olan ilkel dünyadaki yaşamın kalıntılarını temsil etmektedir. Pavilion ve Kelly göllerindeki mikrobiyalitler, bilimsel topluluğun çalışması için yeni bir ortam sağlamıştır. Bu göller, mikrobialitlerin aşırı olmayan ortamlarda da bulunabileceğini göstermiştir. Tatlısu mikrobiyalit ekosistemi, bir zamanlar yaygın olan ve çeşitlenen antik mikrobiyolitler hakkındaki anlayışımızı değiştirmiştir.

Pavilion Gölü’ndeki mikrobiyalitler, Dünya’nın ilk zamanlarında ve potansiyel olarak Mars gibi diğer gezegenlerde aktif olan biyojeokimyasal süreçler için modern analog koşullar sağlar. Pavilion Gölü Araştırma Projesi, Pavilion Gölü’ndeki mikrobiyalitlerin morfogenezini (oluşumunu) ve koruma potansiyelini karakterize etmek için kurulmuştur.

PLRP (Pavilion Gölü Araştırma Programı) araştırma ekibi, sualtını keşfetmek için SCUBA ve otonom sualtı araçları (AUV) gibi çeşitli ekipmanlardan yararlanmıştır. Gölü haritalandırmak için, görsel ve sonar verilerini toplarken, insanların bütün göl hakkında ilk elden bilgi edinmelerini sağlayan Deepworker’lar kullandılar. Diğer analog ortamlarda da olduğu gibi PLRP’de de İnsanlarla ve robotlarla yapılan sualtı operasyonları, Ay ve Mars’ın zorlu ortamlarında nasıl çalışılacağını anlamak için bir öğrenme fırsatı sunmuştur. Sahadaki faaliyetler, analog araştırma olarak kabul edilir ve iki ana nedenden ötürü CSA ve NASA’ya büyük ilgi göstermiştir.

1. Mikrobiyalit yapıları, Dünya’da korunmuş antik fosilleşmiş mikrobiyalitlere modern bir analog sağlar. Bu modern yapıların nasıl oluştuğunu ve rock kaydında nasıl korunduğunu incelemek, ilkel yaşamın kendi ve diğer gezegenlerimizdeki imzalarını tanımlamak için imkan sağlayacaktır.
2. Uzaktan erişimli araçlar (ROV), otonom sualtı araçlarını (AUV), tüplü dalgıçlar ve su altı araçlarını kullanarak yapılan araştırmalar, Ay ve Mars’taki insan keşif misyonlarına benzerlik sağlamaktadır. Pavilion Gölü’nde geliştirilen araştırma yöntemleri, gelecekte, Ay ve Mars’ta yapılacak insanlı görevlerde planlama ve araştırma bilimine katkıda bulunacaktır.

Göldeki Mikrobiyalitleri Sınıflandırmak için MAPPER Adlı programı kullandılar

Gölü haritalamak ve mikrobiyalit kolonilerinin yerini tespit etmek için ilk adım olarak veri toplandı. Mikrobiyalitlerin fotoğraflarını çekmek için PLRP pilotları DeepWorker uçuşları esnasında gördükleri her şeyi video kaydına aldılar. sabit disklerde depolanmış onbinlerce video karesi analiz edilmek üzere, daha önce antik stromatolit çalışmalarında kullanılan yapılmış, sııflandırma sisteminden faydalandılar. Böylece Shepard, Pavilion Gölü yapılarının sınıflandırılmasında kullanılmak üzere uyarladı.

PLRP ekibi bu analizi kendi başına tamamlayacak kaynaklara sahip olmadığı için, Modern Bilim, PLRP’nin mikrobiyal morfoloji ekibinin fotoğraf etiketleme sürecini yönetmek ve kolaylaştırmak için 2010 yılında MAPPER’ın (Katılımcı Keşif ve Araştırma için Morfoloji Analiz Projesi) geliştirilmiştir. Bu ilk denemenin başarısına dayanarak, MAPPER PLRP 2011 alan sezonu için yeniledi ve o yılın eylül ayından bu yana halka açık olarak, PLA’nın Uzaktan Bilim Takımı’nın üyeleri, NASA’daki bilim insanlarıyla yan yana çalışma imkanına erişmiştir.

Mikrobiyalitler “Astrobiobot” karekatürlerinde

Astrobiobot Comics serisi, Astrobiyoloji Magazine tarafından 2012 yılında her hafta yayınlanan bölümlerden oluşmuş bir karekatür dizisidir. Küçük bir robotun gözünden çeşitli astrobiyoloji keşif misyonlarının hikayesini anlatmaktadır. Astrobiobot’un hikayesi tozlu bir depoda başlar, tekerleği olmayan küçük robot Mars’da yaşam araştırmaya karar vermiş ve bunun için kendine ekip arkadaşı aramaya başlamıştır. Ekip arkadaşı bulmak için yolu Pavilion gölünede düşer.

Van Gölü Mikrobiyalitleri

Ülkemizde Van gölününde yapılan ilk mikrobiyalit araştırmaları 1991 yılında Dr. Tosun Konuk hocamızında yer aldığı “Türkiye’nin Van Gölü’nde Keşfedilen En Büyük Mikrobiyalitleri” isim makalede Tatvan ve Adilcevaz yakınlarında büyük miktobiyalit oluşumları tespit edilmiştir. Yapılan çeşitli kimyasal analizler gölün genel kimyası ve mikrobiyalitlerin yapısına göre, stromatolitaminlenmiş Prekambriyen okyanusunun uygun bir analogu olduğu kanıtlanmıştır.

1 Haziran 2013 tarihinde, Tahsin Ceylan ve Murat Kulakaç tarafından Akdamar Adası çevresinde çok sayıda keşif dalışı yapıldı. Dalışlar esnasında iki noktada yeni mikrobiyalit kolonilerine rastlanıldı ve bu kolonilerin video ve fotoğrafları çekildi. Ekim 2015’te daha sistemli bir çalışma ile beş noktada daha mikrobiyalit kolonileri bulundu. Son bulunan mikrobiyalit kolonileri öncekilerden çok daha geniş alanlara (birbiri ile bağlantılı şekilde 3-4 km² kadar) yayılmış durumda olduğu tespit edilmiştir.

Son olarak, Fransa Dijon’da 28-30 Ekim 2019’da düzenlenmesi planlanan M-fed microbialites (Formation, Evolutio and Diagenesis) konferans ve atölye çalışması organize ediliyor. Konferans kapsamında, mikrobiyalitlerin molekül yapılarının araştırmaları sonucu ortaya çıkan yönlerini ve erken ve geç diyajenez ve fosil kayıtları tartışılacak. Açık bir forumda, öğrencilerden ve doktora sonrası araştırmacılardan beklenen katkılarla, küçük gruplarda mikrobiyalit oluşumu, evrimi ve diyajenezinin yeni ve başlangıç ​​yönleri gözden geçirelecektir. Tartışma konuları şunlardır:

1) Laboratuvarda deneysel tasarım ve modelleme çalışmalarında ne kadar ileri gidebiliriz?
2) Mikrobiyal sistemlerin şekillendirilmesinde içsel ve dışsal etkenlerin çeşitli ölçeklerdeki (nanometreden havza ölçeğine, milisaniyeden eon’a) rolü,
3) Organomineralizasyona karşı biomineralizasyona katılan prosesler: terminolojinin tarihçesi ve geleceği,
4) İlkel zaman: Fosil kayıtlarında mikrobiyalitlerin saklanması ve biyolojik imzaları.

İlaveten konferansta poster sunumları kısmında tartışılacak konular;

1. Mikrop – Mineral etkileşimleri: Nasıl başladı, nasıl evrimleşiyor.
2. Mevcut ve soyu tükenmiş mikrobiyalitlerin bağlanması.
3. Modern Mikrobiyalitler – Ortaya çıkan sonuçlar ve yeni yaklaşımlar.
4. Mikrobiyalitler ve mikrobiyal indüklenmiş tortul yapılar (MISS): Sümüksü tortullardan Fosil birikintilerine.
5. Mikrobiyal sedimanlar / mikrobiyalitler tarafından kaydedilen biyojeokimyasal çevrimler.
6. Erken Diyajenez – Sonra ne olacak?
7. Zaman ve Mekânda Mikrobiyalitler – ilkel zamandan kalan buluntularda mikrobiyalit varlığını nasıl tespit ediyoruz?
8. Jeolojik kaynaklar ve rezervuarlar olarak mikrobiyalitler.

Kaynaklar

1- Türkiye’de VAn gölünde keşfedilen en büyük mikrobiyalitler (https://www.researchgate.net/publication/232750839_Largest_Known_Microbialites_Discovered_in_Lake_Van_Turkey )

2-The Amazing Advetures of Astrobiobot (https://astrobiology.nasa.gov/uploads/filer_public/56/0a/560a6e5c-aa80-4c6b-a116-b076f6f168da/astrobiobot-issue-1-full.pdf )

3- Pavilion Lake Research Project ( http://www.pavilionlake.com/plrp-mission-objectives.php)

4- What are microbialites ? ( http://www.jamiefosterscience.com/modern-marine-microbialites/ )

5- Van Gölünün Dev Mikrobiyalitleri (http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/makale/van-golunun-dev-mikrobiyalitleri )

6- M-fed Microbialites Conference and Workshop (https://www.microbialites2019.com/conferences/topics/ )

7- What do you call a microbialites ? ( https://www.astrobio.net/extreme-life/what-do-you-call-a-microbialite/ )

8- Case Study MAPPER ( https://modernscience.net/mapper/ )