Dünya'dan bir mikrop Satürn'ün uydusundaki koşullara dayandı

Almanya ve ABD'den bir araştırma ekibi, Dünya'da yaşayan bir mikroorganizmanın Satürn'ün uydusu Enceladus'un okyanusunu taklit eden laboratuvar koşullarında hayatta kalabildiğini ve metan üretebildiğini ortaya koydu. Bilim insanlarına göre bu bulgu, Güneş Sistemi'nin dış bölgelerinde yaşam olasılığına dair anlayışı genişletiyor.

Enceladus'un buzlu yüzeyinin altında büyük bir okyanus uzanıyor. Uydunun güney kutbundan fışkıran gayzerler uzaya su buharı, hidrojen ve metan püskürtüyor. Astrobiyologlar uzun süredir bu metanın biyolojik kökenli olup olamayacağını tartışıyordu. Almanya'daki bir araştırma grubu bu soruya biraz daha yaklaşmış durumda.

Enceladus suyu çok bazik

Araştırmacıları en çok, Enceladus okyanusunun kimyasal bileşimi endişelendiriyordu; çünkü buradaki su oldukça bazik. pH değeri 8 ile 12 arasında değişiyor. Böyle koşullarda yaşam için gerekli serbest karbondioksit çoğunlukla karbonatlara ve bikarbonatlara dönüşüyor. Bu, besinini kendi üreten ototrof canlılar için sürekli ve potansiyel olarak ölümcül bir karbon açlığı anlamına geliyor.

Uzaktaki gök cisminin koşullarını taklit etmek için bilim insanları laboratuvarda, Enceladus'un okyanusu ile taş çekirdeğinden gelen karışımı andıran bir çözelti hazırladı. Üretilen mineral toz silisyum dioksit, magnezyum, demir ve kalsiyum içeriyordu. Ekip, karışımı oksijensiz ortamda 65 derecede iki gün boyunca ısıttı.

Toz ile suyun tepkimesi sonucunda deney tüpünde yeşilimsi mavi bir çökelek oluştu. Bu çökelek büyük ölçüde demir açısından zengin brusit (magnezyum hidroksit), kalsit ve başka minerallerden oluşuyordu. Tepkime sırasında kayda değer miktarda abiyotik hidrojen açığa çıktı. Araştırmacılara göre demirce zengin brusitin çözünmesi, Enceladus'un hidrotermal çatlaklarında muhtemelen gerçekleşen süreçlere büyük ölçüde benziyor.

Mikrop pH 11'de hayatta kaldı

Ekip, hazırlanan model okyanusa Dünya kaynaklı termofilik bir arkeyi, Methanothermococcus okinawensis'i yerleştirdi. Bu mikroorganizma doğal olarak derin deniz sıcak su kaynaklarında yaşıyor ve yaşamını sürdürmek için hidrojen ile karbon kullanıyor. Daha önce bu türün dayanıklılık sınırının pH 8,5 olduğu kabul ediliyordu.

Ancak mikroorganizmalar Enceladus simülasyonunda hayatta kaldı ve pH 11 düzeyinde bile çoğaldı. Hücreler kayalardan açığa çıkan hidrojeni kullandı ve metabolizmanın yan ürünü olarak metan üretti. Ekibe göre bu dayanıklılık, bilinen biyolojik sınırları öteliyor: sıvıda çok az serbest karbondioksit bulunsa bile sistemde bol miktarda metan oluştu.

Arkeler karbon açlığına, genellikle ifade edilmeyen bazı genler sayesinde uyum sağladı ve indirgeyici asetil-CoA yolunu tam kapasiteyle çalıştırdı. Böylece bazik sudaki son karbondioksit kalıntılarını da yakaladılar. Bilim insanlarına göre mikroorganizmaların metabolizması tamamen kayalardan açığa çıkan abiyotik hidrojenle çalıştı.

Hücrelerin yaşamsal faaliyeti, sistemin kimyasal dengesini Le Chatelier ilkesine uygun biçimde kaydırdı. Yani sürekli karbon kullanımı, okyanus suyunu minerallerle tepkimeye zorladı: denge yeniden kurulsun diye bikarbonatlardan yeni karbondioksit molekülleri açığa çıktı. Yazarlara göre mikroorganizmalar tam da bu zincirleme tepkime sayesinde boğulmadı; bu tepkime onlara kalıcı bir karbon deposu sağladı.

Bazik ortamda hücrelerin, enerji para birimi olan adenozin trifosfat (ATP) üretmek için gereken protonları bulması zorlaşıyor. Hayatta kalmak için M. okinawensis ikinci bir biyolojik mekanizmayı devreye soktu. Hücrenin olağan sözde elektrik şebekesi, yani sitokromları bulunmadığından, mikroorganizma enerji üretmek için hücre zarından sıradan tuz iyonlarını (Na+) pompaladı ve bunların moleküler bir türbinden geçerek hücreye geri akmasını sağladı. Bu da aşırı koşullarda enerji krizinden kaçınmalarını mümkün kıldı.

Ne var ki laboratuvar deneyine dayanarak Enceladus'ta kesinlikle yaşam bulunduğu söylenemez. Uydunun koşullarını taklit eden deney yalnızca 48 saat sürdü ve araştırmacılar tepkimeyi demir klorürle hızlandırdı. Onlara göre deneyde oluşan hidrojen miktarı, uzaktaki buzlu uydunun okyanuslarında görülen gerçek proton yoğunluğunu muhtemelen aşıyor; çünkü laboratuvar duvarları arasında doğal süreçlerin kısa bir zaman aralığına sıkıştırılması gerekti.

Yine de bulgu, Güneş Sistemi'nin dış bölgelerinin yaşanabilir olabileceğine işaret ediyor: karbon açısından zengin bazik okyanuslar yaşama tümüyle kapalı değil. Ekibin değerlendirmesine göre tanımlanan uyum mekanizmaları, gelecekteki astrobiyoloji görevleri için sağlam bir bilimsel temel sunuyor. Buz kabuğunun altından fışkıran gayzerlerin kimyasal bileşiminin daha fazla incelenmesi, böylece ilk dünya dışı yaşam formunun keşfinin yolunu açabilir.