Bilim insanları kaynar suda yaşayan yeni bir amip türü keşfetti

ABD'li bilim insanları, Kaliforniya'daki volkanik bir sıcak su kaynağında şimdiye kadar bilinen hiçbir karmaşık hücreli canlının dayanamayacağı sıcaklıkta çoğalabilen yeni bir amip türü keşfetti. Incendiamoeba cascadensis adı verilen tek hücreli organizma, 63 derecelik suda üreyebiliyor ve beslenmek için 64 dereceye kadar olan ortamlarda hareket edebiliyor.

Syracuse Üniversitesi mikrobiyologları Beryl Rappaport ve Angela Oliverio, 2023-2025 yılları arasında Kuzey Kaliforniya'daki Lassen Volkanik Ulusal Parkı'ndan su ve tortu örnekleri topladı. Laboratuvarda örnekler ısıtıldığında, içlerinden bir organizma diğer tüm karmaşık hücre yapılı canlıları öldüren sıcaklıkta hayatta kalmayı başardı. Rappaport, Live Science dergisine yaptığı açıklamada sonucun bilim insanlarını o kadar şaşırttığını, laboratuvar inkübatörlerinin doğru ölçüm yapıp yapmadığını kontrol etmek zorunda kaldıklarını söyledi.

Bilinen sınır üç derece yükseldi

Biyologlar yeryüzündeki tüm yaşamı hücre yapısına göre iki büyük gruba ayırıyor. Bakteriler ve arkeler, çekirdeği ve zarla çevrili hücre içi yapıları bulunmayan ilkel hücreli canlılar grubuna giriyor. Bu basit iç yapı, arkelerin 122 dereceye varan sıcaklığa dayanmasını sağlıyor. Bitkiler, hayvanlar, mantarlar ve amipler ise kalıtım maddesini hücre çekirdeğinde tutan ökaryotlar arasında yer alıyor.

Yüksek sıcaklıkta ökaryotların yaşamı için gerekli proteinler parçalanmaya, hücre iç zarları da erimeye başlıyor. Bilim insanları yarım yüzyıldan fazla süredir ökaryot hücre zarlarının en iyi ihtimalle 62 derecede kararlılığını yitirdiğini varsayıyordu. Resmi dayanıklılık sınırı 60 derece civarında kabul ediliyordu ve bu seviyeye yalnızca birkaç sıcak seven mantar ile kırmızı alg ulaşabiliyordu. Amipler arasındaki rekor ise 57 dereceye kadar çoğalabilen Echinamoeba thermarum türüne aitti.

Incendiamoeba cascadensis, ökaryotlar grubunun dayanıklılık sınırını üç derece yukarı taşıdı. Laboratuvar deneyleri, tek hücrelinin 55-57 derece arasındaki ortamlarda yaşamayı tercih ettiğini, sıcaklık 42 derecenin altına düştüğünde ise çoğalmayı durdurduğunu gösterdi. Soğuk su, bu amipin üreme yeteneğini elinden alıyor.

70 derecede top haline geliyor

Araştırma ekibi, amibin iç yapısını incelemek için hücrenin içini parlayan maddelerle boyadı ve ısıtmalı mikroskop altında izledi. Sıcaklık 70 dereceye çıkarıldığında amipler beş dakika içinde yuvarlak bir top haline gelerek çevrelerinde güçlü bir koruyucu kabuk oluşturdu. Su yeniden soğutulduğunda hareketsiz kalan hücreler yeniden canlandı. Amipi kesin olarak öldüren sıcaklık ise 80 derece oldu.

Doğada bu amip, 70 dereceye kadar dayanabilen ipliksi bakterilerle besleniyor. Amip, uzun bakteri hücresini dış uzantısıyla yakalıyor, avını kuvvetle ikiye bölüyor ve hücre içinde sıkı bir demet haline getiriyor. Sıcak su kaynaklarında sıcaklık birkaç santimetre içinde bile değişebildiği için I. cascadensis sürekli biçim değiştiriyor. Uzun solucan biçimindeyken hızlı ve düz bir çizgide ilerliyor, daha geniş amip formundayken besin ararken daha büyük bir alanı tarıyor.

Rutgers Üniversitesi'nden evrim biyoloğu Debashish Bhattacharya, Live Science'a yaptığı açıklamada bakterilerin sıcağa uyum sağlarken çevreden diğer ilkel hücrelerin DNA'sını alıp genlerinde anında değişiklik yapabildiğini belirtti. Ökaryot hücre ise kalıtım maddesini çekirdekte kilit altında tuttuğu için yabancı genleri bu şekilde alamıyor. Bhattacharya, ökaryot bir canlının sıcağa uyum sağlamak için kat kat daha uzun bir evrimsel yol kat etmek zorunda kaldığını ekledi.

Syracuse ekibi ayrıca amibin 48 milyon baz çifti uzunluğundaki genomunu da haritaladı. 48 ve 61 derecede yetiştirilen amipler karşılaştırıldığında, sıcakta hücrede çok sayıda koruyucu genin devreye girdiği görüldü. Amip, proteinleri stabilize eden şaperonlar üretiyor, DNA'yı sürekli onarıyor ve zar taşımacılığını güçlendiriyor. Hücre 61 derecede normal metabolizmasını da yavaşlatarak kaynaklarını hayatta kalmaya yönlendiriyor.

Araştırmacılar, amibin protein yapısını incelemek için AlphaFold2 ve TemBERTure yapay zeka modellerinden yararlandı. Hesaplamalar, sıcak amibin proteinlerinin şeklini ortalama dört derece daha yüksek sıcaklıkta kaybettiğini ve hücrenin 60 derecenin üzerine dayanabilen protein sayısının akrabalarına göre beş kat fazla olduğunu ortaya koydu.

Rappaport, amibin proteinlerini kaynar suda yaşayan bakteri ve arkelerle aynı yöntemle bir arada tuttuğunu açıkladı. Amip, proteinlerinin dış yüzeyini pozitif yüklü arginin amino asidiyle kaplayarak molekülün çevresinde statik bir elektrik kalkan oluşturuyor ve proteinlerin sıcakta topaklanmasını önlüyor.

Araştırma ekibi, bu türün Kaliforniya dışında da yaşayıp yaşamadığını görmek için dünya genelinde toplanmış 31 binden fazla çevre örneğini taradı. Tarama, aynı türün DNA izlerine Yeni Zelanda'daki Taupo volkanik bölgesinde, suyun 62 dereceye ulaştığı bir noktada rastladı. Türün yakın akrabalarına ait genler ise Yellowstone Ulusal Parkı'ndaki sıcak su kaynaklarında bulundu. Sonuç, yer altının sıcak bölgelerinde henüz keşfedilmemiş çok sayıda ökaryot türünün ve sanayiye yararlı molekülün bulunabileceğine işaret ediyor.

NASA astrobiyoloji program yöneticisi Alison Olcott, kurumun basın açıklamasında çalışmanın yeryüzündeki yaşamın biyokimyasal sınırlarına ilişkin bilgiyi genişlettiğini belirtti. Olcott'a göre keşif, astrobiyologlara Güneş Sistemi'nde ve ötesinde hangi bölgelerde ne kadar karmaşık yaşam aranması gerektiği konusunda da yeni ipuçları sunuyor. Rappaport ise yalnızca uygun sıcaklığa bakarak geniş sonuçlar çıkarmanın yeterli olmadığı uyarısında bulundu. Amipin yaşaması için doğru asitlik, basınç, oksijen düzeyi, su ve besin olarak başka mikroplara da ihtiyaç var.

Araştırmacılar çalışmanın teknik sınırlılıklarını da kabul ediyor. Biyologlar amibin genlerini laboratuvarda tek tek açıp kapatamadığı için her bir genin rolünü deneysel olarak doğrulayamıyor. Sıcakta etkinleşen genlerin yüzde 70'inden fazlasının tam işlevi henüz bilinmiyor. Proteinlerin ısı dayanıklılığı ve uzamsal yapısına ilişkin hesaplamalar da şimdilik bilgisayar programlarının tahminlerine dayanıyor ve ileride test tüpünde doğrulanması gerekiyor.

Paris Ulusal Doğa Tarihi Müzesi'nden mikrobiyolog Adrienne Kish, sıra dışı yerlerde sıra dışı yaşamın bulunabileceğini, bu nedenle bilim insanlarının Dünya'nın aşırı ortamlarını araştırmayı sürdürmesi gerektiğini söyledi.

Bu amip laboratuvarda kolayca üretilebildiği için biyologlara elverişli bir model organizma sağlıyor. Rappaport, bilim makalesinde Incendiamoeba cascadensis'in bilim dünyasında bir mili dört dakikanın altında koşan ilk sporcu gibi psikolojik bir engeli yıkmasını umduğunu belirtti. Bir koşucu sınırı aştığında diğerlerinin de kısa süre içinde aynı başarıyı tekrarladığını hatırlatan Rappaport, sıcak seven ökaryotların aranmasında da benzer bir dalga bekliyor.

Bilim insanları keşiflerini Cell dergisinde tanımladı.