Çin Uzay Biyolojisi Çalışmaları

Günümüzde uzay çalışmalarında aktif rol alan Çin Halk Cumhuriyeti; Çin Ulusal Uzay İdaresi tarafından idare edilen insanlı ve insansız birçok uzay görevi kapsamında uzay biyolojisi araştırmalarını sürdürmektedir.

Geçtiğimiz günlerde Çin İnsanlı Uzay Programı; uzay biyolojisi araştırmalarında kullanılmak üzere seçilmiş olan ve Shenzhou XIV ile Shenzhou XV roketleri ile uzaya gönderilen bitki tohumu ve mikrobiyal türlerin detaylı bir listesini paylaşmıştır.

Shenzhou XIV ve Shenzhou XV roketleri, sırasıyla 5 Haziran 2022 ve 20 Kasım 2022’de Çin Büyük Modüler Uzay İstasyonu Tiangong‘a  kenetlenmek üzere fırlatılmışlardır.

Paylaşılan listede çeşitli araştırma enstitüleri ve üniversiteler gibi farklı katılımcılardan gelen yaklaşık 130 canlı türü mevcuttur. Burada listelenen canlılar üzerinde gerçekleştirilecek çalışmalar, Çin Uzay Programı’nın uzay biyolojisi araştırma hedefleri arasında gösterilebilir. Astronotların görevi, Tiangong Uzay İstasyonu’nda belirlenen canlılarının yaşamsal parametreleri ve gelişimleri üzerine incelemeler yapmaktır.

Yapılan ve yapılması planlanan çalışmaların detaylarını incelemeden önce; “Uzay görevlerinde, bitki ve mikroorganizma odaklı araştırmalar yapılmasının nedeni nedir?” sorusuna kısaca yanıt verelim.

Uzay çalışmalarının geleceği ve insanlığın Dünya dışı kolonileşme hedefleri için bitki uzay biyolojisi araştırmaları büyük önem taşımaktadır. Bitkiler oksijen ve besin kaynağı olarak, uzun süreli uzay görevlerinde sürdürülebilir yapay ekosistemlerin kurulmasında kilit rol oynayacaktır. Doğrudan bitki biyolojisi odaklı çalışmaların yanı sıra bitkilerle ilişkili mikroorganizmaların ele alınması bu doğrultuda gereklilik taşımaktadır.

Uzay Biyolojisi Çalışmalarının Odak Noktası

Çin İnsanlı Uzay Programı tarafından tasarlanan deneylerin amacı, kozmik radyasyon ve mikro yerçekiminin farklı türde bitkilere ait tohumlar ve çeşitli mikroorganizma türleri üzerindeki etkilerini araştırmaktır. 

Resim-1. Çin İnsanlı Uzay Ajansı, uzay biyolojisi araştırmalarında kullandıkları bitki türlerinin ayrıntılı bir listesini yayınladı. (Image Credit: MoEP)

Bu çalışmada da görüldüğü gibi mikroorganizmalar, bitkilerle olan ilişkilerinin ötesinde, çok daha geniş bir spektrumda değerlendirilerek uzay biyolojisinde incelenmektedir. Örnek vermek gerekirse; fermantasyon yoluyla gıda işlenmesinde mikroorganizmaların oynadığı rol, uzun süreli uzay görevleri için bu canlıları oldukça değerli hale getirmektedir. 

Resim-2. Çin İnsanlı Uzay Ajansı, uzay biyolojisi araştırmalarında kullandıkları mikrobiyal türlerin ayrıntılı bir listesini yayınladı. (Image Credit: MoEP)

Gerçekleştirilen çalışmaların sonucu olarak; uzay görevi koşullarının genom düzeyinde bitkileri ve mikroorganizmaları nasıl etkileyebileceği hakkında bir fikir edinebiliriz. 

Çin İnsanlı Uzay Ajansı’nın yayınladığı bitki türleri listesi; yüksek besin değerine ve tıbbi öneme sahip bitkileri içerir. Bu gibi doğrudan yararlı türlerin yanı sıra; adaptasyon yeteneklerini anlamak için parazit bitki türlerine ve tuz-alkali dirençli bitki türlerine de odaklanmışlardır. Araştırma kapsamında bitki-mikroorganizma etkileşimleri ve doğrudan mikroorganizmaların davranışlarını anlamak için kapsamlı mikrobiyoloji çalışmaları gerçekleştirilmektedir.

Çin’in mevcut uzay biyolojisi araştırma hedeflerinin; bitkilerin uzay görevlerinin koşullarına adaptasyonu ve mikroorganizmaların geniş bir spektrumda davranışlarının anlaşılması üzerine yoğunlaştığı görülmektedir. 

Bitki Uzay Biyolojisi Çalışmaları

Çin Uzay Programı bitki uzay biyolojisi çalışmaları, uzun süreli uzay görevlerinde ürün verimliliğini arttırmaya odaklanmıştır. Günümüzde, yeryüzünde mevcut bitki türlerinin uzay görevlerinin koşullarına kısmen uyum sağlayabildiğini ve bu şekilde doğrudan bitkilerin geleceğin uzay çiftliklerinde kullanmanın maliyetli ve riskli olduğunu biliyoruz.

Çinli bilim insanı Yongming Liu ve meslektaşlarının araştırması, uzay görevleri sırasında kullanılmak üzere, bitki sağlığını ve adaptasyonunu iyileştirmek için bitki biyoteknolojisine güvenmemiz gerektiğini gösterdi. Araştırma grubu; uzay çiftçiliği için son derece besleyici ürünler geliştirmek adına “Whole-Body Edible and Elite Plant (WBEEP)” adlı yeni bir strateji geliştirmiştir.

WBEEP projesi, bitkinin vücudundaki solanin gibi toksik bileşenleri engelleyerek tamamı yenilebilir patates bitkileri oluşturmayı amaçlamaktadır. Çalışma kapsamında, ayrıca yetiştirilecek patateslerden daha zengin bir besin içeriği sağlamak amacıyla, ilişkili biyokimyasal yolakları yeniden yapılandırıyorlar.

Üretim verimliliğini arttırmak üzerine odaklanan çalışma; RNA demetilasyon süreçleriyle fotosentetik verimliliği ve yumru oluşumunu değiştirmeye odaklanmıştır. Bu proje aynı zamanda daha iyi mineral alımı için kök yapılanmasının optimize edilmesini de içeriyor.

Resim-3. Whole-Body Edible and Elite Plant (WBEEP) Projesi biyoteknoloji ve genetik mühendisliği yoluyla patates bitkilerinin verimliliğini ve beslenme değerini artırmayı amaçlamaktadır. (Image Credit: Liu et al., 2021)

Çin ayrıca, artan insan nüfusu için gereken gıda ihtiyacını karşılamak adına, Dünya üzerinde bitki verimliliğini arttırmak için bitki uzay biyolojisi araştırmalarını kullanıyor. Çin’in kuzey-doğu bölgelerinde yaygın olarak ekilen geniş Luyuan 502 buğdayı tarlalarını görebilirsiniz. Bu buğday tarlaları hakkında ilginç olan ise, buğday tohumlarının yeryüzünde çimlendirilmesinden önce Dünya’nın 340 km yörüngesinde uzay görevi koşullarına maruz bırakılmasıdır. 

Uzay görevi sırasında mikro yerçekimi ve radyasyona maruz kalan tohumların, mutagenez sonrası seçim süreçlerinin ardından kuraklığa ve bazı hastalıklara adaptasyonlar gösterdiği biliniyor.

Resim-4. Çin’deki Luyuan 502 mutant buğday çeşidi uzay biyolojisi çalışmaları kaynaklı mutagenez kullanılarak oluşturuldu. (Image Credit: Chinese Academy of Agricultural Sciences)

Uzay Mikrobiyolojisi Çalışmaları

Çin’in uzay mikrobiyolojisi araştırmaları, mikroorganizmaların uzay eczacılığı ve biyomedikal çalışmalarında kullanılması konusunda yoğunlaşmıştır. Mikroorganizmalar; biyomedikal ve farmasötik alanlarda, uzun süreli uzay görevleri ve gelecek uzay kolonileri için ilaç etken maddesi gibi tıbbi malzemelerin tedarik edilmesi amacıyla kullanılabilir.

Biyomedikal değerlerinin yanı sıra mikroorganizmalar, bitki verimliliğini arttırmak üzere gerçekleştirilen bitki-mikrobiyal etkileşimleri araştırmalarının bir parçasıdır. Bazı çalışmalar doğrudan rizosfer olarak da adlandırılan toprak mikrobiyomunu kullanırken; birçok çalışma da gıda fermantasyon tekniklerini ve probiyotik üretimini iyileştirmek için belirli türlere odaklanır. 

Liu’ya (2017) göre, uzay mikrobiyolojisi çalışmaları, gelecek araştırmaların tasarlanması ve geliştirilmesi için üç temel teori üzerinden incelenebilir. Bu teoriler; mikroorganizmaların yüksek seviyedeki mutasyon kapasitesi ile mutasyonların nedenleri ve bu mutasyonların neden olabileceği durumlar ile ilişkilidir. 

İlk teoriye göre, mutasyonlar patojenite ve virülansa neden olarak astronotların sağlığını olumsuz etkileyebilir. Öte yandan, bu mutasyonlar, mikroplar ve insanlar arasında karşılıklı faydacı bir ilişki kurulmasına neden olabilir. Kısacası, mutasyonlar mikropların insanlarla etkileşimini tanımlayabilir.

İkinci teori, metabolik ürünler gibi biyomedikal maddelerin üretimine neden olabilecek mutasyonlarla ilişkilidir. Ayrıca, bu tür mutasyonların astronotların sağlığı için tehlikeli olabilecek antibiyotik-direncine sahip suşları da meydana getirebileceğini gösterir.

Son olarak; üçüncü teori ise uzay korozyonunun mikroorganizmalar ve ilişkili olabilecek mikrobiyal kontaminasyon durumu üzerindeki etkilerine odaklanmaktadır. Bu senaryoda, mikrobiyal etkileşimler doğrudan uzay araçlarının biyo-güvenliği ile ilişkili bir problem haline gelir. Bununla birlikte, bu modifikasyonlar ve mutasyonlar yeni biyo-malzemeler yaratmanın yolunu açabilir.

Sonuç olarak; teorilerin çıkış noktası mutasyonun türüne bağlı olarak değişirken, kendi içlerinde olumlu ve olumsuz sonuçlar doğurabilecek ayrı senaryoları barındırdığı söylenebilir.

Resim-5. Uzay biyolojisinin inceleme alanlarından biri olarak; uzay koşullarının mikrobiyal DNA üzerindeki farklı etkileri ile oluşabilecek mutasyonlar araştırılmaktadır. (Image Credit: Liu, 2017)

Gelecek Planları 

Mars ve ötesine ulaşmak için, bitki ve mikrobiyal araştırmaların çıktılarına dayanarak sürdürülebilir yapay ekosistemler oluşturmak üzere daha iyi yöntemler keşfetmemiz gerekiyor. Mevcut araştırma odakları ve güncel trendler bizlere gelecekte uzay biyolojisinin ve uzay botaniğinin öneminin daha da artacağını gösteriyor. Bu çalışmalar; uzun süreli uzay görevleri ve kolonileşme senaryoları için gıda, oksijen, ilaç ve biyo-malzemeler sağlamayı amaçlamaktadır.