Dünya ve ötesinde buzul altı mikrobiyal yaşam

Dünya’nın ötesinde yaşam arayışı pek çok kişiyi büyülüyor ve büyük sorulara ilham veriyor: Evrende gerçekten yalnız mıyız? Dünyamız eşsiz mi? Dünya’nın ötesindeki yaşamın aslında küçük yeşil uzaylılardan uzak ve gezegenimizi paylaştığımız mikrobiyal yaşama çok daha yakın olması mümkün mü?

Tek hücreli organizmalar, milyarlarca yıl önce Dünya üzerinde gelişen ilk yaşam formlarıydı ve insanlardan ve diğer çok hücreli organizmalardan çok daha uzun süredir varlar. Ayrıca metabolik olarak çeşitlidirler ve gelişebilirler. biz insanların aşırı olduğunu düşündüğümüz ortamlar– örneğin okyanusun dibinde, çok sıcak hidrotermal menfezlerde, aşırı tuzlu göllerde ve hatta kayaların içinde.

Europa—buzlu bir Jüpiter ayı

Dünya dışında yaşam aramak için ilk yer, bizimle potansiyel olarak yaşanabilir dünyalar arasındaki mesafelerin, uzay aracı uçuşları ve hatta örnekleme görevleri için hala yönetilebilir olduğu güneş sistemimizin içidir. Venüs, Mars ve Jüpiter ile Satürn’ün birçok uydusu astrobiyologların ilgisini çekmektedir; ancak Jüpiter’in 95 ayından biri olan Europa özellikle umut verici bir aday dünyadır. Europa, kalın bir buz kabuğunun altındaki okyanustan su bulutlarının fışkırdığı buzlu bir okyanus dünyasıdır.

Yüzey sıcaklığı sürekli olarak -220°F’nin altında gizlense de Europa, buzul altı okyanusu nedeniyle birçok astrobiyologu güneş sistemimizde olası bir yaşam alanı olarak heyecanlandırıyor. Su, bir gezegenin bildiğimiz şekliyle yaşamın yaşanabilirliği açısından önemlidir; Su gibi polar bir çözücü, Dünya üzerindeki tüm yaşamı yönlendiren biyokimyasal reaksiyonlar için gereklidir ve aynı zamanda organizmaların yaşaması ve gelişmesi için termal olarak stabil bir yaşam alanı sağlayabilir.

Karbon, suyla birlikte bildiğimiz anlamda yaşamın bir diğer önemli yapı taşıdır. Yaşamın tüm temel makromolekülleri karbona dayalıdır; şekerler, proteinler, DNA ve lipitlerin tümü, halkalar, tabakalar ve zincirler de dahil olmak üzere çeşitli şekillerde düzenlenmiş karbon atomlarından oluşur.

Eylül 2023’te iki bağımsız bilim insanı ekibi, katı karbondioksitin (CO₂Europa’nın yüzeyindeki ) büyük olasılıkla buzul altı okyanusundan kaynaklanmaktadır, çünkü yüzeydeki konumu, buzun altından malzeme taşındığını gösteren jeolojik özelliklerle örtüşmektedir.

Ekiplerden biri ayrıca okyanusların oksitlendiğini, bunun Dünya’nın mevcut biyosferini destekleyen ve dolayısıyla bildiğimiz şekliyle yaşamın yaşanabilirliğini destekleyen kimyasal bir durum olduğunu öne sürdü. Bilim insanları CO’nun kaynağını kesin olarak belirleyemese de₂ Europa’da karbonun varlığının doğrulanması, burada mikrobiyal yaşama ev sahipliği yapabileceğine inanan astrobiyologların ateşini artırdı.

Organik karbon ve su gibi yaşam belirtileri genel olarak şu şekilde bilinir: biyoimzalarÖzellikle biyolojik köken gerektiren kimyasal veya fiziksel belirteçler. Uzak bir dünyada yaşam olduğunu iddia etmek için tek bir biyoimza yeterli olmasa da, Europa gibi bedenlerde birçok tamamlayıcı biyoimza bulunması, yaşamın bir şekilde Dünya’nın ötesinde var olabileceği argümanını güçlendirebilir.

Avrupa’dan Antarktika’ya buzulaltı mikroplarını incelemek

Mikrobiyolojik bir saha çalışması alanı olarak Europa, olabildiğince ulaşılmaz; 390 milyon milden fazla uzakta ve akıl almaz derecede soğuk. O halde Avrupa koşullarında yaşamın devam edip edemeyeceğini nasıl belirleyebiliriz? Fikirlerden biri, Dünya’daki koşulları uzak dünyaların koşullarını taklit eden aşırı ortamlar olan Dünya merkezli analog siteleri incelemektir.

Bu ekosistemlerdeki mikrobiyal yaşamı karakterize ederek, diğer yaşam formlarının çoğuna tamamen elverişsiz olan yerlerde yaşamın nasıl devam edebileceğine dair fikir edinebiliriz. Analog siteleri incelemek aynı zamanda bize farklı ortamlarda ne tür biyolojik imzaların önemli olabileceğine dair ipuçları verebilir ve araştırmacıların gelecekte Avrupa’ya gidecek misyonlardan gelecek verilerde neleri aradıklarını belirlemeye yardımcı olabilir.

Knoxville’deki Tennessee Üniversitesi’nde doçent olan Ph.D. Jill Mikucki, böyle bir analog site üzerinde çalışıyor: Antarktika’nın McMurdo Kuru Vadileri’ndeki Taylor Buzulu’nun sonunu renklendiren bir özellik olan Blood Falls. Orada, tuzlu, buzul altı bir yeraltı suyu ekosistemi, demir içeren tuzlu suyu yüzeye sızdırıyor. Demir, havayla temas ettiğinde oksitlenerek dışarı akan tuzlu suyu paslı bir kırmızıya boyar ve Blood Falls’a ürkütücü görünümünü ve buna uygun adını verir.

Mikucki, “Kuru vadilerde çalışmak ve kamp yapmak bambaşka bir duygu” dedi. “Son derece sessiz olabilir… insanı deli edecek kadar sessiz. Ama rüzgar şiddetlenirse kükreyebilir.”

Blood Falls’un bir analog olarak çekiciliğinin bir kısmı, benzersiz jeo- ve hidrolojik özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Mikucki, “Kan Şelalesi’nin okyanus dünyası çalışmaları için harika bir benzetme olduğunu düşünüyorum çünkü sıvının buzun altından yüzeye geçtiği birkaç yerden biri.” diye açıkladı. “Ayrıca, tuzlu, bu nedenle buzul altı sıvılarının ve mikrobiyal içeriklerinin bölümsel olarak dökülen küçük bir okyanus dünyası gibi.”

Bu özellikler buzun altından fışkıran Avrupa tüylerini anımsatıyor. Mikucki, “Blood Falls’ta buzun altındaki yaşamın nasıl olduğunu, yüzeye geçişin neleri içerdiğini ve yüzeyde hayatta kalmanın nasıl bir şey olduğunu inceleyebiliriz” dedi.

2009 yılında Mikucki ve meslektaşları bunun nasıl gerçekleştiğini ayrıntılarıyla anlatan bir makale yayınladılar. Taylor Buzulu’nun altındaki mikroplar kükürt döngüsü ve demirin terminal elektron alıcısı olarak kullanılması olabilir; bu, oksijenin Dünya yüzeyindeki birçok organizma için oynadığı bir roldür.

Bu tür bir metabolizma anaerobik koşullar altında (oksijen sınırlı olduğunda) meydana gelir; bu, bazı ortamlarda O üreten organizmaların fotosentez yaptığı sırada meydana gelebilir.₂ yoklar. Bu ekosistem buzun derinliklerinde gömülü ve 1 milyon yılı aşkın süredir dışarıdan izole edilmiş olabilir.

Mikucki yirmi yılı aşkın bir süredir buzul altı ortamlar üzerinde çalışıyor ancak kendisinin ve ekibinin bazı bulguları karşısında hâlâ şaşkına dönüyor. Örneğin mikrobiyal hücreler buzun altında çok yavaş büyüyor ve muhtemelen bölünmeleri bir yıl veya daha uzun sürüyor.

“Her şey hâlâ aklımı karıştırıyor,” diye güldü. “Bu tuzlu suyun ne kadar süredir Taylor Buzulu’nun altında sıkışıp kaldığını ve nasıl, nerede, hangi koşullar altında ortaya çıktığını merak ediyorum. Bu mikrobiyal topluluklar bu fiziksel ve kimyasal yolculukta nasıl varlığını sürdürdü?” Peki Avrupa’da yaşam benzer şekilde devam edebilir mi? Jüri henüz hazır değil ancak daha fazla veri toplama çabaları sürüyor.

Avrupa’ya gelecekteki görevler

Önümüzdeki yıllarda Europa’ya iki görev aracılığıyla daha iyi bakacağız: Avrupa Uzay Ajansı’nın JUICE’ı (Jüpiter Buzlu Ay Kaşifi) ve NASA’nın Europa Clipper’ı. Nisan 2023’te başlatılan JUICE misyonu Europa’yı ve Jüpiter’in diğer iki uydusunu karakterize etmeyi hedeflerken, NASA’nın Clipper misyonu (Ekim 2024’te fırlatılması planlanan) Europa’ya odaklanacak.

Clipper’ın amacı buzlu kabuğun kalınlığını ve yüzey ile okyanus arasındaki değişimi ölçmek, ayrıca Europa’nın bileşimini ve jeolojisini incelemektir. İki uzay aracının 2030’larda hedeflerine ulaşması ve ardından veri toplamaya ve geri göndermeye başlayabilmesi bekleniyor.

Yaşamın Dünya’nın ötesinde var olma ihtimali ve burada sahip olduğumuzdan çok farklı olabileceği ihtimali hem heyecan verici hem de alçakgönüllü. Eğer Dünya’nın ötesinde yaşam bulamazsak bu, burada yaşananların olağanüstü derecede özel olduğu anlamına gelecektir. Bunu yaparsak, hayat hakkında bildiğimizi sandığımız şeyleri tersine çevirebilir ve bize uçsuz bucaksız evrende yalnız olmadığımızı gösterebilir.