BiyolojiAstronomiÖzgün İçerik

Tardigratlara Genel Bir Bakış

Yazan: Arş. Gör. Duygu Berdi, Sena Parlamış, Kaan Demirtaş

Düzenleyen: Ümit Sözbilir

Özet: Uzay vakumu ve kozmik radyasyon, çoğu organizmanın uzayda hayatta kalmasını engellerken bazı organizmalar, uzay boşluğunda hayatta kalma potansiyeline sahiptir. Genellikle su ayıları olarak bilinen tardigratlar, kurumaya ve radyasyona dirençli ve birçok uzay araştırmasına konu olmuş mikroskobik omurgasız hayvanlardır.  Son yıllarda yapılan araştırmalar, aşırı iyonlaştırıcı radyasyon seviyelerinde ve birçok zorlayıcı çevre koşullarında hayatta kaldıklarını göstermiştir. Yaklaşık 250 yıl önce keşfedilen; dünya üzerinde karasal, yarı karasal ve sucul ortamlardan günümüze kadar 1.405 türü rapor edilen tardigratlar, yumuşacık görünmelerine rağmen bazı akraba oldukları böceklerin dış iskeletlerine benzer şekilde sert bir kütikülle kaplıdır. Parçalı gövdeleri, her birinin ucunda bitkilere tutunmayı sağlayan pençeye benzeyen tırnak ile sonlanan sekiz bacakları bulunmaktadır. Bu görünümleri ile oldukça sevimli olsalar da neredeyse yok edilemezler ve uzayda bile hayatta kalabilirler. Bu nedenle tardigratların biyolojik yapısını anlamak canlının bu eşsiz savunma mekanizmalarının anlaşılmasında ilk aşamadır. 

Tardigratların İlk Tanımlamaları

Su ayısı olarak adlandırılan ve mikroskobik omurgasız hayvanlar olan “Tardigratlar” ilk kez 1773-1776 yılları arasında doğa bilimcileri tarafından gözlemlenmiş ve farklı şekillerde tanımlamaları yapılmıştır. Bu yıllara kadar bağımsız olarak birçok defa gözlemlenmiş olmalarına rağmen resmî olarak tardigratların keşfini ilk kez 1773 yılında yayımlayan ve tardigratların tanımlamalarını yapan bilim insanı Alman Zoolog Johann August Ephraim Goeze olmuştur.  Goeze, bu minik canlıların görünüşü, bacaklarında bulunan pençeye benzer tırnakları ve yavaş hareketleri nedeniyle onları ayıya benzeterek küçük su ayısı anlamına gelen “Kleiner Wasser Ba’’ ismini vermiştir [1]. Bundan sonraki yıllarda ise tardigratlarla ilgili birçok tanımlama kullanılmıştır. 1774 yılında İtalya Reggio Emilia Üniversitesi fizik profesörü olan Bonaventura Corti, tardigratları Brucolini (küçük tırtıl) olarak adlandırmış ve bir yazısında “Oluktaki kuma su döktüğümde sadece rotiferleri değil aynı zamanda tırtıllara olan benzerliklerinden dolayı ‘oluk-kum’ solucanları dediğim bazı küçük canlılar da gördüm.” diyerek tardigratlarla tanışma hikâyesinden bahsetmiştir [2].

Pavia Üniversitesinde doğa tarihi profesörü olan Lazzaro Spallanzani’nin tardigratlar hakkındaki tanımı ise şu şekilde olmuştur: “Onları her gördüğümde su yüzeyinde çarpık bir şekilde hareket ediyorlardı. Onları bir yerden başka bir yere taşımak hayli güçtü. Hatta onlardan biri birçok kez sırtüstü yatmaya çalıştı ancak başarılı olamadı. Sonraki gözlemlerimdeyse su yüzeyinde adlandıramadığım bir şekilde sürüklenmeye başladılar. Ama sedimentin üzerine geldiğinde yavaş yavaş hareket etmeye başladı. Bir rotifer ile yan yana geldiğinde adeta su yüzeyinde sürünen küçük bir kaplumbağa gibi görünüyordu.’’ demiştir. Lazzaro Spallanzani, 1776 yılında tardigratların bu kaplumbağa benzeri hareketlerini tanımlamak için onlara yavaş adımlayan anlamına gelen “il Tardigrado’’ adını vermiştir ve günümüze kadar Tardigrada filumu olarak adlandırılmışlardır [2].

Tardigratların Morfolojik ve Sistemsel Özellikleri

Bir baş ve bölmeli bir vücut yapısına sahip olan bu mikroskobik omurgasızların boyları 50-1000 mµ arasında değişmekte olup, gövde bölmesi üzerinde pençe benzeri tırnak ile sonlanan 3 çift bacak, arka bölme üzerinde ise 4. çift bacakları bulunmaktadır. 8 bacağa sahip olan bu canlılar aktif hareket edebilmek için etraflarını çevreleyen ince bir su tabakasına ihtiyaç duymaktadır (Görsel 1). Çoğu yarı saydam ve beyazımsı bir renge sahip olmalarına rağmen bazı türlerde bağırsak içerisinde, depo hücrelerinde ya da kütikul adı verilen dış yüzeyinde renklenmeler gözlemlenmektedir. Deri değiştirme yeteneğine sahip olan tardigratlar ömrü boyunca periyodik olarak 5-10 gün arasında deri değiştirirler. Bu sayede tardigratların boyu her deri değişimi ile artar ve yetişkin birey olana kadar deri değiştirme devam eder.

Tardigrat
Görsel 1. Aktif yapıda olan bir tardigratın elektron mikroskopunda çekilmiş detaylı görüntüsü

Tardigratların anüs veya kloak adı verilen bir açıklıkla sonlanan ön bağırsak, orta bağırsak ve arka bağırsaktan oluşan tam bir sindirim sistemi bulunmaktadır. Özelleşmiş bir solunum ve dolaşım sistemleri yoktur. Solunum kütikül yoluyla gerçekleştirilir ve vücut boşluğu solunum ve dolaşımda görev yapan çok sayıda depolama hücresi içermektedir. Bu yolla verimli bir beslenme ve gaz alışverişi sağlanmaktadır. Genellikle alg, bakteri, nematod ve rotifer gibi mikroorganizmalarla beslenen tardigratlar aldıkları besinleri yanak bezlerinde erittikten sonra atık maddeler kütikül ve boşaltım bezleri yardımıyla vücuttan uzaklaştırır. Tardigratlarda kas sistemi gelişmiş olup enlemesine ve uzunlamasına kaslardan oluşmaktadır. Özellikle enine kaslar bacaklardaki hareketlerden sorumludur.  Sinir sistemi ventral bir sinir sistemi üzerinde dorsal 3 loblu ve somatik olmayan bağlarla birbirine bağlı dört gövde gangliyonundan oluşmaktadır. Tardigratlarda üreme denizel ve yarı karasal türlerde farklılık göstermektedir. Deniz tardigratları neredeyse her zaman biseksüel olup hermafrodit türler çok nadirdir ve partenogenez1 görülmez. Karasal türler de eşit sayıda erkek ve dişi birey gözlemlenirken yarı karasal türler tek eşeylidir yani sadece partenogenezle üreyen dişilerden oluşur.

Günümüz biyoçeşitlilik çalışmaları ile birlikte bilinen tür sayısında artış olsa da henüz mevcut tür sayısı tam olarak bilinmemektedir. Dünya üzerinde oldukça geniş yayılım gösteren tardigratların en yaygın olduğu habitatlar liken, kara yosunları ve yaprak döküntüleridir.  Bunlar dışında dağılımları için herhangi bir sınırlama olmayan tardigratların ekvatordan kutuplara; çöllerden denizlere hatta yüksek dağ zirvelerinde bulunan tatlı su ve karasal habitatlardan 2022 yılına kadar 1.400 [3], denizel ortamlarda ise 280’inin üzerinde tür tanımlaması yapılmıştır.

18s RNA ile yapılan moleküler çalışmalar tardigratların, Arthropoda (eklem bacaklılar) ve deri değiştirmeleri nedeniyle de Ecydsozoa (ilkin ağızlılar) ile yakından ilişkili oldukları ortaya konmuştur. Ayrıca moleküler çalışmalar sonucunda tardigratlar; Heterotardigrada2, Eutardigrada3 ve Mesotardigrada olarak 3 sınıf içerir. Ancak Mesotardigrada sınıfına ait sadece tek bir tür (Thermozodium esakii Rahm, 1937) bir Japon kaplıcasında bulunmuş ve yaşanan deprem sonrasında kaplıcanın yok olmasıyla bu sınıfa ait tür bir daha bulunamamıştır.

Peki Bu Canlıları Bu Kadar Heyecan Verici Kılan Özellikler Nelerdir?

Tardigratların günümüzde popüler hâle gelmesinin başlıca nedenlerinden biri birçok türün kuruma, donma ve yüksek radyasyon seviyeleri gibi aşırı stres durumlarında hayatta kalmalarını sağlayan kriptobiyozis yetenekleridir. Bu durumda bazı türler başta su olmak üzere ihtiyaç duydukları bazı koşulların yetersiz olduğu durumlarda etraflarını çevreleyen suyun azalması ile birlikte baş bölgesini ve bacaklarını geri çekerek hareketsiz duruma, bir tun veya kist biçimine dönüşürler (Görsel 2).

Tardigratlara Genel Bir Bakış
Görsel 2. Tardigrat araştırmacısı Diane Nelson tarafından kuruma sırasında bacakları tamamen geri çekilmiş, tun biçimine geçmekte olan bir tardigratın (Eutardigrada şubesine ait), taramalı elektron mikroskobu (TEM) görüntüsü [1].

Kuruma sırasında vücutlarında bulunan suyun %95’ten büyük kısmını kaybederek metabolizmasını azaltır veya askıya alır. Eğer tun biçiminde bir tardigratı tekrar canlandırmak isterseniz çok yavaş bir şekilde su ekleyerek aktif hayata geri dönüşünü sağlayabilirsiniz. Bu sayede kurumaya dayanıklı tardigratların ömrü, kriptobiyotik durumun içine girip çıkarak büyük ölçüde (bazı türlerde 20-30 yıla kadar) azatılabilmektedir. Bu tun biçimine geçiş sadece kurumaya karşı değil sudaki düşük oksijen oranlarında, çok düşük ve yüksek sıcaklıklarda, yüksek osmotik basınç altında ve susuz ortamlarda dahi hayatta kalmalarına olanak tanır [1].

Bilinen en dayanıklı hayvanlar şeklinde tanımlayabileceğimiz tardigratlar, doğadaki birçok tür için yaşaması mümkün olmayan koşullarda hayatta kalabilmektedir. 253 °C gibi çok düşük sıcaklıklardan +151 °C’ye kadar hayatta kalabilirler. Hatta bazı türler 272 °C gibi mutlak sıfıra çok yakın sıcaklıklarda bile yaşamlarına devam etmektedir. Yapılan bazı çalışmalar bu canlıların 6.000 atm’lik yüksek atmosfer basıncı, yüksek seviyelerdeki gama ve x ışımaları; H2S (hidrojen sülfür), OsO4 (osmiyum tetroksit), etanol ve metil bromür gibi kimyasallara karşı dahi son derece dayanıklı olduklarını bizlere göstermiştir [1].

2007 yılında Avrupa Uzay Ajansı (European Space Agency, ESA) ve TARDIS (Tardigrades in Space) misyonu tardigratların kriptobiyoz yetenekleri sayesinde uzayda hayatta kalıp kalamayacaklarını gözlemlemek amacıyla 3.000 kurumuş (anhidrobiyoz durumda) tardigratı 12 günlüğüne Kazakistan’dan fırlatılan bir roket gemisi ile uzaya göndermiştir (Görsel 2).

Tardigratlara Genel Bir Bakış
Görsel 3. European Space Agency tarafından yayınlanmış deney düzeneğini taşıyan Foton-M3 kapsülü.

Sadece uzay vakumuna ve uzay vakumu ile birlikte iki farklı UV radyasyona maruz bırakılmıştır.  Deney sonucunda sadece uzay vakumuna ve uzay vakumu ile birlikte uygulanan radyasyondan biri olan UVA,B‘ye  (280-400 nm arasında bulunan dalga boylarındaki ışınlar) maruz kalan tardigratlarda hayatta kalma oranı oldukça yüksekken, UVALL (filtresiz güneş ışınları) radyasyonuna maruz kalan tardigratların filtresiz güneş ışınlarının olumsuz etkilerinden dolayı hayatta kalım oranları düşmüştür. Buna rağmen canlılık aktivitesi gösteren ve öldürücü etkiye sahip radyasyonlardan sağ çıkmayı başaran tardigratlar uzay boşluğunda hayatta kalabilen ilk hayvan olma unvanını kazanmıştır [4].

Tardigratlar Gelecekle İlgili Bize Neler Söylüyor?

Tardigratların stres etmenleri ile ilgili dayanıklılık sınırları hakkında çok çeşitli çalışmalar olsa da hâlâ bu koruyucu mekanizmalarının ne olduğu hakkında tam bir bilgiye sahip değiliz. Bu mekanizmaların anlaşılması ve sorumlu genlerin bilgisi gelecekte tardigratlarla ilgili pek çok astrobiyolojik araştırmalar yapılmasını mümkün kılacaktır. Bu ilginçtir çünkü Güneş sistemimizdeki bazı gök cisimleri periyodik olarak Dünya’daki bazı ekstremofil türlerin hayatta kalabilecekleri uygun çevresel koşulları sağlayabilmektedir.  Mars koşullarının benzerini yapan araştırmalar bakteriler, siyanobakteriler, likenler ve ayrıca tardigratlar üzerinde yapılmıştır. Tüm çevresel koşullar yaşam için tamamen elverişli olmasa bile, tardigradlar hem anhidrobiyotik hem de aktif durumda oldukça dirençli canlılardır. Ayrıca, tardigratlara besin sağlayan organizmalar (örneğin bakteri, alg, rotifer veya nematod) su ayıları kadar dayanıklılık gösterebilmektedirler.

Tabii ki bu hayatta kalım mekanizmasında kriptobiyozun anahtar rol oynadığı bir gerçektir.  Kriptobiyoza girme yeteneği sadece uzun kozmik mesafeler için değil, aynı zamanda çevresel koşulların olumsuz olduğu durumlarda da uzun süre hayatta kalma ihtimalini sağlamak için de önemlidir. Ayrıca, kozmik radyasyon ve mikro kütle çekiminin birlikte etkileri veya düşük sıcaklık ve zararlı kimyasalların birlikte etkisi gibi stres koşullarına karşı tardigrat direnci üzerine çalışmalara devam edilmektedir. Bu tür çalışmalar Dünya’daki çok hücreli organizmaların hayatta kalma sınırlarını belirlemede, diğer gezegen ve uydularda yaşam aramada önemli rol oynamaktadır [5]. Tardigratların biyokimyası, fizyolojisi ve genetiği hakkında elde edilen bilgiler doğrultusunda gıda ve tıp endüstrilerinde kullanılan biyolojik materyallerin uzun süreli korunması, kendine özgü özellikli proteinlerinin ise ilaçlarda bulunan bazı enzimleri kuruma ve donmadan koruması, gelecekte ekinlerin ve diğer bazı organizmaların kuraklığa karşı dayanıklılığının artırılması gibi konular tarım,  ilaç, biyomedikal, mühendislik ve uzay çalışmaları yapan çeşitli sektörlerin heyecan verici gelişmelerine ilham kaynağı olacaktır [6]. Bir sonraki yazıda tardigratların özgün gen ve protein yapılarının neler olduğundan bahsedeceğiz.

Yazıyı hazırlayan araştırma grubu hakkında daha fazla bilgi edinmek ve takip etmek için lütfen tıklayınız.


1 Döllenme olmaksızın dişi bireyden yeni bir bireyin gelişmesi.

2 Çoğunlukla denizel türleri içerisinde barındıran zırhlı türleri kapsayan tardigrat sınıfıdır.

3 Genellikle tatlı su, karasal ve yarı karasal türleri barındıran zırhsız tardigrat sınıfıdır.


Konuyla alakalı diğer yazılarımız

Kaynak
[1] Nelson, D. R., Guidetti, R., & Rebecchi, L. (2015). Phylum Tardigrada. Thorp and Covich's freshwater invertebrates (Fourth Edition), Ecology and General Biology, 347-380. [2] Ramazzotti, G., & Maucci, W. (1995). The Phylum Tardigrada (C. W. Beasley, Trans.; 3rd ed.). McMurry University. (Original work published 1983)[3] Degma, P., & Guidetti, R. (2022). Actual checklist of Tardigrada species (2009-2022, 41th Edition: 16-05-2022). [4] Jönsson, K. I., Rabbow, E., Schill, R. O., Harms-Ringdahl, M., & Rettberg, P. (2008). Tardigrades survive exposure to space in low Earth orbit. Current biology, 18(17), 729-731. [5] Weronika, E., & Łukasz, K. (2017). Tardigrades in space research-past and future. Origins of Life and Evolution of Biospheres, 47(4), 545-553. [6] Jönsson, K. I., & Bertolani, R. (2001). Facts and fiction about long-term survival in tardigrades. Journal of Zoology, 255(1), 121-123.

Gelecek Bilimde

Gelecek Bilimde, toplum ile bilim arasındaki köprü olmayı amaçlayan popüler bilim değil, bilim iletişimi platformudur.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu