Astronematoloji: Uzay Araştırmalarında Nematodlar

Heyecan verici bir faaliyet, insanlığın sınırlarını genişletmek ve evrenin gizemlerini çözebilmek için gerçekleştirilen uzay araştırmaları… Yeni gezegenlerin keşfedildiği, yaşamın kökenine dair izlerin arandığı ve uzayda hayatta kalmanın yollarının araştırıldığı bu çalışmalarda yalnızca insanların değil, mikroskobik canlıların da büyük bir önemi vardır. 

Bu mikroskobik canlılardan biri olan “nematod” adı verilen solucanlar ise “astronematoloji” olarak adlandırılan bir disiplinin temelini oluşturur ve uzay  araştırmalarında potansiyel öneme sahiptir.

Resim-1. Bitkilerde enfeksiyona yol açan bir kök-ur nematodu olan M.incognita’ya ait mikroskobik bir görüntü. (Image Credit: Rui map Zheng, Bugwood.org)

Nematodların Olağanüstü Çeşitliliği

Nematodlar, Dünya üzerinde son derece yaygın olarak bulunan, ince silindirik mikroskobik solucanlardır. Bu canlılar o kadar yaygındır ki, biyokütleleri yeryüzündeki tüm insanların biyokütlelerinin altıda birine denk gelir ve neredeyse her yerde bulunabilirler. Bugüne kadar keşfedilen nematod tür sayısının 20.000’den fazla olduğu bilinmektedir (Kepenekci, 2012).

Boyutları bir milimetre ile bir santimetre arasında değişir ve çeşitli türler arasında farklılık gösterebilirler. Bazı nematodlar mikroskobik boyutlarda olup, sadece mikroskop altında görülebilirken, diğer türler daha büyük olabilir ve çıplak gözle dahi fark edilebilirler.

Nematodlar, toprağın derinliklerinden okyanusların derinliklerine, kutup bölgelerinden çöl alanlarına kadar geniş bir yaşam alanına sahiptirler. Bu durum nematodları ekosistemin ayrılmaz bir parçası haline getirmiştir ve geleceğin uzay görevlerinde kurulması hayal edilen yapay ekosistemlerde de astronematoloji çalışmalarının büyük rol oynayacağına şüphe yoktur. 

Nematodların yaşamını sürdürdüğü çeşitli ortamlardan bir tanesi topraktır. Toprak nematodları içerisinde, yeryüzünde tarımı ve mahsul verimliliğini de etkileyen bitki paraziti nematodlar bulunur. Bu nematodlar bitkileri enfekte ederek besin kaynaklarına ulaşmalarını engelleyerek büyümesini etkileyebilir. Dolayısıyla Dünya genelinde tarımsal bir problem olarak görülmektedirler (TAGEM, 2008).

Örneğin root-knot nematode (kök-ur nematodu) olarak bilinen nematod türleri; Meloidogyne türüdür ve yaşam dönemleri Juvenil veya larva olarak adlandırılır. Bilim insanları, kök-ur nematodu çalışmalarında Meloidogyne türlerinin yaşam döngülerinde parazitik öncesi evreleri açıklarken genellikle “Juvenil” terimini kullanırken, diğer nematodların yaşam döngüsünde “larva” terimini kullanmaktadır (Perry ve Wharton, 2011). 

Kök-ur nematodları pre-parazitik ve parazitik adı verilen iki genel yaşam döngüsüne sahiptir. Pre-parazitik evre, nematodun yumurtadan çıktığı ve yeni bir konakçı (enfekte etmek için bitki kök dokusu) aradığı sürece karşılık gelirken, parazitik evre ise bitki kökünde yaşamını sürdürüp üreme gerçekleştirdiği süreci ifade eder.

Kök-ur nematodlarında, türün erkek bireyleri çok nadir olsa da bulunur ve dişilerinden morfolojik (dış görünüşü) yapısı sayesinde ayırt edilebilir. Mikroskop altında; dişiler, çengel benzeri uç kıvrıma sahip iken erkekler daha düz bir morfolojik görüntü sunarlar (Kepenekci, 2012).

Kök-ur nematodlarının yumurtadan çıkmaya hazırlandığı evre “juvenile 1” (J1) olarak geçer. Bir sonraki yaşam döngü adımı olan “juvenile 2” (J2) ise artık yumurtadan çıkan ve yeni bir konakçıyı arayan nematodu ifade eder.

Bu evrede nematodlar, kimyasal ve fotoreseptörleri sayesinde yeni konakçılara doğru hareket eder. Kimyasal reseptörleri, bitki köklerini algılamasına yardımcı olurken, fotoreseptörleri ışığı algılamasına yol açarak onları uyarır.

Kök-ur nematodları pigmentten yoksun olmaları sebebiyle şeffaf yapılara sahiptir ve bu da güneş ışığından gelen tehlikeli radyasyon ışınlarına karşı dayanıksız olmasına neden olur.

Parazit özellikteki nematodlar konakçı olarak sadece bitkileri değil aynı zamanda hayvanları da enfekte edebilir. Bazı türler, insanlar da dahil olmak üzere birçok canlının bağırsaklarında yaşamaktadır. Bu parazitik nematodlar, insan sağlığı için sorunlara neden olur ve tıbbi açıdan önem arz eder.

Örneğin, bağırsak solucanı olarak bilinen Ascaris lumbricoides, insanların bağırsaklarında yaşayan ve enfeksiyonlara yol açabilen bir nematod türü olarak bilinmektedir.

Dünya Sağlık Örgütü (WHO); 2,9 milyar insanın nematod enfeksiyonundan etkilendiğini tahmin etmektedir (Martin J. ve diğ., 2014).

Resim-2. Ascaris lumbricoides’a ait bir görüntü (Image Credit: Mactode Publications, Mactode Publications, Bugwood.org)

Nematodların geniş yaşam alanı ve yaygınlığı, onları biyolojik çeşitlilik açısından önemli hale getirir. Ayrıca nematodların ekosistemdeki besin zinciri içinde de önemli rolleri bulunur. Bu mikroskobik solucanlar, toprakta organik madde ayrıştırma süreçlerine katkıda bulunur ve toprak sağlığının korunmasında önemli rol oynarlar (Şenol, 2007). 

Uzay Araştırmalarında Nematodlar: Astronematoloji

Nematodlar; toprak altında reseptörleri aracılığıyla konakçı aradığı süreç boyunca yaşamını sürdürebilecek inanılmaz bir yeteneğe sahiptirler. Bu yetenek “dehidratasyon toleransı” olarak bilinir. 

Söz konusu bu yetenek sayesinde uzun süre besinsiz ve susuz koşullarda yaşayabilen bu canlılardan Meloidogyne incognita’nın 66 gün ve Meloidogyne hapla’nın 108 gün dehidratasyon toleransı gösterebildiğini kanıtlayan çalışmalar bulunmaktadır (Toktay ve diğ.,  2019).

Olağanüstü adaptasyon yetenekleri sayesinde uzay çalışmalarında ve uzun süreli uzay görevlerini konu alan araştırmalarda yer almaya başlamışlardır. Ekstrem koşullara adaptasyon gösteren canlıların uzay çalışmaları kapsamında incelenmesi konusunda astrobiyoloji alanında, bir alt dal olarak astronematoloji bu bağlamda yerini almaktadır.

Uzay Ortamının Nematodlar Üzerindeki Etkisi

Nematodların mikro yerçekimine uyum sağlamak için adaptasyon stratejileri geliştirdiği ortaya konmuştur (NASA, 2017).

Söz konusu strateji, uzayda serbestçe hareket edebilmek için kas yapılarını ve işlevlerini değiştirmelerini kapsamaktadır. Bu, insanlığın uzayda mikro yerçekimine karşı uyumluluğunda rehberlik edecek çalışmalara imkan tanır (NASA, 2017).

Uzay görevlerinin beraberinde getirdiği bir diğer problem olan yüksek radyasyon da nematodlara etki etmektedir. Bazı tür nematodlar yüksek seviyelerde radyasyona maruz kalmasına rağmen hayatta kalabilmektedir. Bunu, hücresel düzeyde radyasyon hasarını onarabilen özel DNA tamir mekanizmalarına borçludurlar (Nelson ve diğ., 1994). 

Söz konusu nematodların radyasyon adaptasyonun anlaşılması; bitkilerden insanlara kadar tüm canlıların uzun süreli uzay yolculuklarında ve gelecekteki Mars kolonileşmesinde radyasyon ile savaşında önemli bir strateji sağlayabilir.

Bazı nematod türleri ayrıca düşük oksijen ortamına uyum sağlayabilme yeteneğine sahiptir. Oksijen metabolizmasını düzenleyerek enerji üretimi için alternatif yollar geliştirir ve böyle kısıtlı oksijen bulunan ortamlarda bile hayatta kalabilirler (Kitazume ve diğ., 2018).

Bu adaptasyon stratejileri, insanlığın uzay koşullarına uyum sağlamasında nematodları değerli bir model organizma haline getirmiştir. 

Resim-3. Entomopatojen nematod örneği. (Image Credit: Peggy Greb, USDA Agricultural Research Service, Bugwood.org)

Uzayda Bitki Sağlığının Korunmasında Entomopatojen Nematodlar

Bitki zararlıları böcekler, tarımda verimliliğin önünde büyük bir engeldir ve peşimizi sadece Dünya’da değil bitkileri beraberimizde götürdüğümüz uzay görevlerinde de bırakmayacak gibi görünmektedir.

Uzun süreli uzay görevlerinde ve kolonileşmede tarımın önemi, insanlığın kendi kendine yetebilmesi için oldukça önemlidir. Bu anlamda da entomopatojen nematodlar önemli bir noktada bulunur ve bitki hastalıklarının kontrolünde potansiyel rol oynayabilirler.

Örneğin böceklere parazitik olarak yaşayan entomopatojen nematodlar (EPN), bitkiler için faydalı bir türü oluşturur. Bu nematodlar, genellikle bitki zararlısı böceklerin içine girerek onları öldürür ve bu şekilde, bitkilerin zarar görmesini engelleyerek bitki sağlığını korurlar. 

Resim-4. Entomopatojen nematodların bitki zararlısı böcekler üzerindeki etkisi. Heterorhabditis bacteriophora Poinar tarafından enfekte edilmiş kımıl ve Aelia rostrata Boh. erginleri (sol). Sağlıklı (orta) ve diğer patojenler tarafından enfekte edilmiş (sağ) (Kepenekci ve ark. 1999).

Uzay kolonilerinde ve uzun süreli uzay görevlerinde tarımın sürdürülmesi düşünüldüğünde, bitki zararlılarından korunmanın önemi açık bir şekilde ortaya çıkmakta ve entomopatojenlerin kullanımı potansiyel olarak gözükmektedir.

Astronematoloji alanında yürütülen çalışmalar uzay çalışmaları henüz sayıca az olsa da bu çalışmaların çıktıları büyük önem taşımaktadır.

Bu kapsamda Kaliforniya’da bulunan Pheronym şirketi; Uluslararası Uzay İstasyonu‘nda entomopatojen nematodlar üzerinde yapılan bir çalışmaya öncülük etmiş ve bu nematodların mikro yerçekimi koşullarında nasıl işlev gösterdiklerini araştırmıştır (Kaplan ve diğ., 2020). 

Resim-5. Astronematoloji alanında aktif faaliyet yürütmekte olan Pheronym şirketinin ISS’e göndermek üzere hazırladığı nematod içerikli tüpler. Her bir tüp içerisinde yaklaşık 2.000 birey nematod bulunmaktadır. (Photo by Laura Lucy-Ilan.)

Astronematoloji çalışmaları, uzay tarımı alanında değerli bilimsel bilgiler sağlayacaktır. Bitkilerin büyüme süreçleri, beslenmeleri ve hastalıklara karşı dirençleri gibi faktörler üzerinde yapılacak araştırmalar, gelecekteki uzay misyonlarında bitki yetiştirme sistemlerinin tasarımında rehberlik edebilir. 

Sonuç Olarak

Astronematoloji, mikroskobik nematodların uzay araştırmalarında oynadığı önemi ortaya koymaktadır. Bu alan, hem uzayda hayatta kalma stratejilerini anlamamızı sağlamakta hem de uzay tarımında zararlı böceklerle mücadele için yenilikçi ve çevre dostu çözümler sunmaktadır.

Dünya genelinde nematod çalışmalarını desteklemek üzerine açık kaynaklı olarak yayınlanan çeşitli online veri bankaları kurulmuştur.  Makale içerisinde bahsi geçen nematodlar da dahil olmak üzere daha nice nematod türü hakkında detaylı bilgiye ulaşabileceğiniz bir veri tabanı olan “Nemaplex” kaynak olarak sizlere sunulmuştur.

Astronematoloji alanında gerçekleştirilen çalışmaların sayısı her geçen gün artmaktadır. Ben de bir MoEP gönüllüsü ve analog astronot adayı olarak MoEP-Biyoloji takımında, Mars ve astrobiyoloji alanında çalışmalar yürütüyorum.

Sizlere bu yazıda ifade ettiğim nematodlar; mikroskobik dünyalarıyla bize uzaydaki yaşamın farklı yönlerini keşfetme imkânı sunacak önemli bir araştırma alanıdır. Mikroskobik dünya bir sır ise elimizdeki ilk kitap nematodlar.