Bakterilerin Mevsimleri Öngörebildiğini Ortaya Çıkardı

 

Bakteriler, içsel 24 saatlik biyolojik saatlerini kullanarak yeni mevsimlerin gelişini öngörebiliyorlar. Bu keşif, "buz kovası mücadelesi" adı verilen bir deneyle ortaya çıktı. Yapılan araştırmaya göre bakteriler, gün uzunluklarını takip ederek mevsimsel değişikliklere uyum sağlayabiliyorlar. Bu buluş, hayvanların göçünden bitkilerin çiçek açmasına kadar birçok türün iklim değişikliğine nasıl adapte olduğunu anlamak için yeni kapılar açabilir.

Araştırma ekibi, mavi-yeşil algler (siyanobakteriler) üzerinde farklı yapay gün uzunlukları uygulayarak bu durumu inceledi. Bakteriler, sabit sıcaklık altında kısa günler, ekinoks günleri (eşit ışık ve karanlık) veya uzun günlere maruz bırakıldı. Deney boyunca bakterilere sekiz gün boyunca bu şartlar uygulandı. Sonrasında ise bakteriler iki saat boyunca buz gibi bir ortama maruz bırakıldı ve hayatta kalma oranları izlendi.

Bu deneye göre, kısa gün döngüsüne (sekiz saat ışık ve 16 saat karanlık) maruz kalan siyanobakteriler, yüzde 75 oranında hayatta kalmayı başardılar. Bu oran, diğer grupların hayatta kalma oranlarından üç kat daha fazlaydı. Ancak, bakterilerin bu soğuğa direnç kazanabilmesi için tek bir kısa gün yeterli olmadı. Yalnızca birkaç kısa gün geçirdikten sonra, özellikle altı ila sekiz günlük bir döngüden sonra, bakterilerin hayatta kalma şansı önemli ölçüde arttı.

Fotoperiyodizm: Gün Uzunluklarının Ölçülmesi

Deney sırasında biyolojik saatlerini oluşturan genleri çıkarılmış olan siyanobakterilerde, gün uzunluklarından bağımsız olarak hayatta kalma oranları aynı kaldı. Bu durum, fotoperiyodizmin (gün-gece döngüsünü ölçme yeteneği ve bu döngüye göre fizyolojiyi değiştirme) mevsimsel değişikliklere uyum sağlamak açısından kritik bir öneme sahip olduğunu gösterdi.

Çalışmanın baş yazarı Dr. Luísa Jabbur, bu bulguların doğadaki bakterilerin içsel saatlerini kullanarak gün uzunluğunu ölçtüğünü ve kısa günlerin sayısı belli bir noktaya ulaştığında, sonbaharda olduğu gibi, kışın zorlu koşullarına hazırlık için fizyolojilerini değiştirdiklerini belirtti. Dr. Jabbur, bu çalışmayı Tennessee'deki Vanderbilt Üniversitesi'nde Prof. Carl Johnson'ın laboratuvarında yaparken araştırmacıydı. Şu anda ise John Innes Centre'da BBSRC Discovery bursiyeri olarak görev yapmaktadır.

Bakterilerde Biyolojik Saat ve Evrimsel Avantaj

Johnson laboratuvarı, siyanobakterilerin sirkadiyen saatini (biyolojik saat) hem mekanik hem de ekolojik açıdan inceleyen köklü bir araştırma geçmişine sahiptir. Daha önceki araştırmalar, bakterilerin bir çeşit biyolojik saate sahip olduğunu ve bu saat sayesinde gün-gece uzunluklarındaki farkları ölçebildiğini ortaya koymuştu. Bu yetenek, bakterilere evrimsel bir avantaj sağlayabilir.

Bu yeni çalışma, fotoperiyodizmin bakterilerde evrimleşerek mevsimsel ipuçlarını öngörebilecek bir mekanizmaya dönüştüğünü gösteren ilk çalışmadır. Bu bulgulara dayanarak, bilim dünyası için yepyeni bir araştırma alanı açılmaktadır. Anahtar soru ise şu: Ortalama ömrü altı ila 24 saat arasında değişen bir organizma, sadece koşullara tepki vermekle kalmayıp gelecekteki şartları öngörebilecek bir mekanizma nasıl evrimleştirmiştir?

Dr. Jabbur, bu durumu şu sözlerle açıkladı: "Bu bakteriler adeta kızlarına ve torunlarına sinyaller gönderiyor, günlerin kısaldığını ve bir şeyler yapmaları gerektiğini söylüyorlar." Ayrıca, Dr. Jabbur ve John Innes Centre'daki meslektaşları, BBSRC Discovery Fellowship kapsamında, siyanobakterileri hızlı üreyen bir model tür olarak kullanarak diğer türlerde fotoperiyodik tepkilerin nasıl evrimleştiğini araştırmayı planlıyorlar. Bu araştırmanın gelecekte tarımda önemli uygulamalara kapı açması umuluyor.

Moleküler Bellek Sistemleri ve Gelecek Araştırmalar

Bu çalışmanın kilit noktalarından biri, bilgi aktarımının türler arasında nesilden nesile nasıl geçtiğini daha iyi anlamak olacak. Araştırma, kısa günlerde gece boyunca biriken bileşiklerin, fizyoloji ya da fenotipte değişiklik başlatan bir moleküler anahtar görevi görüp görmediğini inceleyecek. Bu mekanizma, bakterilerin hayatta kalma şanslarını artıran önemli bir unsur olabilir.

Dr. Jabbur, bu bulguların bilimsel kariyerinin başında önemli bir atılım olduğunu belirtirken, bu çalışmanın mentorü ve makalenin yazarlarından biri olan Prof. Carl Johnson’ın başlangıçta bu fikre şüpheyle yaklaştığını söyledi. Dr. Jabbur, “Carl, hem ilham verici bir insan hem de ilginç bir kişilikti. Nashville Senfoni Korosu’nda şarkı söylüyor ve operatik bir kahkahası var! Buzlu deneyi ilk kez önerdiğimde, bu kahkahası laboratuvarda yankılandı,” dedi. Ancak, Prof. Johnson daha sonra ona denemesi gerektiğini söylemiş ve ofisinin kapısında Frank Westheimer’in şu sözlerinin yer aldığı bir işaret göstermiş: “İlerleme, yaşlı bilim insanlarının işe yaramayacağını söylediği deneyleri yapan genç bilim insanları sayesinde gerçekleşir.”

Jabbur, deneyin ilk seferinde başarılı olduğunu ve ardından deneylerini tekrar ettiğini söyledi: “Bakteri dolu tabaklara bakarken, o anda kimsenin bilmediği bir şeyi bildiğinizi fark etmek gerçekten çok değerli bir duygu.”

Mevsimsel Hazırlık ve İklim Değişikliği

Bakterilerin bu tür mevsimsel değişiklikleri öngörebilme yeteneği, sadece kendi çevrelerinde değil, daha geniş ekosistemlerde de önemli bir rol oynayabilir. Özellikle iklim değişikliğinin etkilerinin giderek daha fazla hissedildiği günümüzde, bu tür biyolojik saatler, organizmaların çevresel değişikliklere nasıl uyum sağladığını anlamamız açısından kritik öneme sahiptir. Araştırmacılar, bu mekanizmanın diğer organizmalarda nasıl evrimleştiğini araştırarak, iklim değişikliğinin getirdiği zorluklara karşı yeni çözümler geliştirmeyi umuyorlar.

Özellikle tarım alanında, büyük ölçekte yetiştirilen ürünlerin bu tür biyolojik saatlerden nasıl faydalanabileceği önemli bir araştırma konusu olabilir. Bitkilerde de gün uzunluğunu ölçme ve mevsimsel değişikliklere hazırlık yapma mekanizmaları vardır, ancak bu bakterilerde görülen mekanizmaların bitkilere nasıl uyarlanabileceği halen araştırılmaktadır.

Sonuç ve Gelecekteki Uygulamalar

Bu çalışma, bakterilerin biyolojik saatlerinin sadece kısa vadeli değişikliklere yanıt vermekle kalmadığını, aynı zamanda gelecekteki koşulları öngörebildiğini gösteren önemli bir adım atmıştır. Fotoperiyodizm, bu bakterilere mevsimsel değişikliklere uyum sağlama yeteneği kazandırırken, bu mekanizmanın diğer türlerde nasıl evrimleştiği ve iklim değişikliği gibi uzun vadeli çevresel zorluklara nasıl yanıt verdiği halen büyük bir araştırma konusu olarak karşımızda duruyor.

Dr. Jabbur ve ekibinin yaptığı bu çalışma, biyolojik saatlerin evrimsel ve ekolojik rolünü anlamamızda yeni bir dönemin kapılarını aralamış durumda. Gelecek yıllarda yapılacak araştırmalar, bu mekanizmaların nasıl çalıştığını ve çevresel değişimlere nasıl uyum sağlandığını daha derinlemesine anlamamıza yardımcı olacaktır.

 Referanslar

1. Maria Luísa Jabbur, Benjamin P. Bratton, Carl Hirschie Johnson. Bacteria can anticipate the seasons: Photoperiodism in cyanobacteria. Science, 2024; 385 (6713): 1105 DOI: 10.1126/science.ado8588