Başak Koşmaz Giriş
UC San Diego’daki Scripps Okyanus Bilimi Enstitüsü’ndeki araştırmacılar mercanların içinde yaşadıklarını alglerin hücre yüzey altı çevresini kontrol edebilmek için kullandıkları yeni bir moleküler süreç keşfettiler.
Özelleşmiş bir protein mercanların hücre zarlarından alglere doğru olan nitrojen ve karbondioksit gündüzden geceye kadar olan transfer akışını kontrol eder. Bu süreç önemlidir çünkü mercanlar ve algler birbirleri için karşılıklı olarak yararlı mutualist bir ilişki türü olan simbiyotik ilişki yaşamaktadırlar. Yine de ekip proteini bulacağını ümit etseler de, hücreler arası alanlarda gündüz-gece değişikliğini gözlemlemeyi tahmin edemezlerdi.
Scripps Okyanus Bilimi deniz fizyologu Martin Tresguerres’in laboratuvarında çalışan doktora öğrencisi Angus Thies, “Hayvan konakları ve bitkilerin arasındaki arayüzün, içinde oldukları dinamik kontrollü mikro-ortam olduğunu gösteriyoruz.“ dedi. Thies ve Kanada’daki Manitoba Üniversite’sindeki bilim insanlarını da içeren bir ortak yazar grubuyla, Science Advances dergisinin 11 Mart’taki sayısında mercanlar ve onlarla simbiyotik ilişkiye sahip olan algler arasındaki hücresel arayüze dair ilk doğrudan gözlemleri aktarıyor. Bu çalışma Ulusal Bilim Vakfı (NSF) tarafından Tresguerres’e bir hibe ve Thies’e bir burs aracılığıyla desteklenmiştir.
Yakın zamanlara kadar, Science Advances’ te bildirilen sonuçlara ulaşmak neredeyse imkansıza yakındı. Tresguerres’in grubu çoktan yıllardır mercanların mikroskobi bilimi için en iyi nasıl hazırlanacağına öncülük etmek için araştırmaktaydı. Ancak yine de başarıyı asıl tetikleyen etken, ekibin UC San Diego’daki Deniz Biyolojisi Bilimlerinde Arthur M. ve Kate E. Tode Araştırma Vakfı tarafından finanse edilen, lazer konfokal süper çözünürlüklü sistem olarak bilinen bir aygıtı satın almasıydı.
Bu sistem sayesinde, ekibin algleri çevreleyen mercan zarını, laboratuvarın önceki mikroskobunun iki katından daha fazla bir çözünürlükte görüntülemesine olanak sağladı. Bu yeni sistem, özellikleri sadece 120 nanometre aralığında izole edebilmektedir. Karşılaştırma yapıldığında, insan saçı 90.000 nanometre kalınlığındadır.
Tresguerres, “ Onlarca çalışma göstermektedir ki mercanlar, alglerine ne kadar azot verdiklerini düzenliyor gibi görünüyor.” demekte. Ama eğer algler çok fazla nitrojen alırlarsa, çok çabuk çoğalıp büyüyerek simbiyozu bozabilirler.
Aynı insanlar gibi, mercan sağlığı ve hastalığı hücresel seviyelerde takip edilebilir. Hücresel seviyelerde işler yolunda gittiğinde mercan büyür. Ve işler ters gittiğinde, genellikle arıza ya da , potansiyel olarak “beyazlaştırıcı” hastalığa yol açar. Tresguerres, “Simbiyoz arayüzü dediğimiz şey belki de tüm resifteki, en önemli membran, en önemli arayüz olabilir. “ demektedir.
Simbiyoz çoğu canlı sistemlerdeki önemli biyolojik etkileşim formlarıdır. Mesela, insanlarla sindirim sistemimizdeki bakterilerin simbiyotik bir ilişkisi vardır. Ama burada bir fark vardır. Thies, “ İnsanlarda, bakteriler hücrelerimizin dışında yaşar; örneğin bağırsaklarımızın ve cildimiz içinde. Ancak mercanlarda, bu algler konak hayvanın kendi hücreleri içinde yaşarlar. Bu çok sıkı bir alan. Aynı sonsuza kadar bir oda arkadaşına sahip olmak gibi ve çok iyi bir oda arkadaşı olmasını umuyorsun. Herkesi olabildiğince mutlu etmeye çalışıyorsun.” demekte.
İlk bakışta mercanlar, renkli taşlardan filizlenen küçük tatlı polipler gibi görülebilir. Thies bu konuda , “ Aslında onlar, dünya üzerindeki en önemli hayvanlar arasındadır” demekte. Yaklaşık olarak bir milyon insan, yiyecekleri için doğrudan ya da dolaylı olarak ekosistemdeki mercan rezervine güveniyor ve hala bilim insanları mercanların hücresel seviyedeki fonksiyonları hakkında çok az şey biliyorlar.
Bu Science Advances çalışmasıyla, normal koşullar altında simbiyotik alglere nitrojen taşınımında aracılık eden hücresel mekanizma tespit edildi. Bu çok önemli bir bulguydu çünkü bu sayede süreçte bir yanlışlık olduğunda neyin ters gittiğini anlamak için, bilim insanlarının öncelikle sağlıklı mercanların sisteminin nasıl işlediğini belirlemeleri gerekiyordu. Ancak ya bu süreç iklim değişikliği ya da kirlilik nedeniyle değişirse?
Tresguerres bu konuda , “Belki de, iklim değişikliği koşulları altında , bu mekanizma bozulur ve alglerin yeterli gelmemesi ya da çok fazla nitrojene sahip olması nedeniyle beyazlaşmaya yol açabilir. Bu hem bizim hem de diğer laboratuvarlar tarafından çok sayıda araştırmaya kapı açabilir.”
2017 yılında UC San Diego’da deniz biyolojisi alanında lisans derecesini alan Thies, bu projeye başladığında Tresguerres’ın laboratuvarında çalışan bir lisans öğrencisiydi. Sonrasında NSF Lisansüstü Üyesi ve Scripps Okyanus Bilim Doktora Bursu Üyesi olarak devam etti.
Thies, “Mercanlar çalışmak için çok basit organizmalar değil. Mercanlar çok fazla akvaryum bakımına ihtiyaç duyuyor ve çok kompleks simbiyotik hayvanlar. Bazen, onları memnun etmek zor olabiliyor.” Ama altı UC San Diego lisans ve yüksek lisans öğrencisinden oluşan bir ekip, bunu başardı ve çabalarından dolayı Science Advances makalesinden bir onay aldılar.
Ancak Tresguerres laboratuvarı çok farklı organizma incelemesine rağmen buldukları organizma ne kadar uzaktan akraba olursa olsun, genellikle bir diğerinde ortaya çıkmaktadır. Hatta mercanlarda, köpekbalıkları ve alglerde bazı aynı enzimleri paylaşsalar da – son derece özelleşmiş proteinler – , her organizma farklı kullanımlara koymaktadır. Hatta aynı derinlikte olabilen iki farklı mercan türü bile oldukça farklı adaptasyonlar geliştirebilir.
Protein ve enzimler aynı Tresguerres’in karşılaştırdığı LEGO parçaları gibi hücresel yapı taşı görevi görmektedir. Bir mercanda, çoğu enzim simbiyozu desteklemektedir. Balina leşlerinden beslenen Osedax solucanındakine benzer enzimler de solucanın kemiği yemesine yardımcı olur. Köpekbalığı ve vatoz balıklarındaki benzer enzimler de kan asidikliğinin sağlıklı seviyelerde tutulmasında rol oynar.
Tresguerres, “ Evrimi özellikle hücresel seviyede büyüleyici buluyorum. Proteinler aynıdır, ama diğer proteinlerle ortak olurlar ya da farklı hücresel bölmelerde ve tamamen farklı fonksiyonlarda bulunurlar.” diyor.
Araştırma ekibinde Thies ve Tresguerres’in yanı sıra, Kanada Manitoba Üniversitesi’nden Alex R. Quijada-Rodriguez, Haonan Zhouyao ve Prof. Dirk Weihrauch da bulunmaktadır.
Kaynak: https://phys.org/news/2022-03-advanced-imaging-reveals-cellular-molecular.html
Görsel Kaynak: https://www.newscientist.com/article/2277726-corals-swap-in-heat-resistant-algae-to-better-cope-with-global-warming/
Editör: Yasemin CANKAT
