Antik DNA’yla gelecek için çözüm arıyor

YAZI: GÜLDENİZ AYRAL

Dünyada yaşam nasıl başladı? Farklı bilim dallarından araştırmacıların belki de yüzyıllardır yanıtını aradığı bir soru. Bir tetikleyici mi vardı, koşullar mı değişmişti? Bu sorunun peşindeki bilim insanlarından biri de Prof. Betül Kaçar. Milyonlarca yıl önce gezegenimizde var olmuş bakteri hücrelerini laboratuvarda yeniden yaratarak gezegenin ilk yıllarındaki koşulları araştırıyor. Kendisi aslında bir biyolog ama liderlik ettiği laboratuvarlarında paleontolojiden jeolojiye ve moleküler biyolojiye birçok alanı harmanlayıp yeni alanlar yaratarak dünyanın bugününü anlamaya çalışıyor, bir başka deyişle ‘antik DNA’yı inceliyor. Bu çalışmalar sayesinde de gelecekte tarımın sekteye uğramaması, gıda kıtlığı yaşanmaması için çalışmalara katkıda bulunuyor.

Betül Kaçar ile konuştuğumuzda Londra’da Uluslararası Mikrobiyoloji Topluluğu’nun her yıl bir bilim insanını onurlandırdığı yıllık etkinliğinden yeni dönmüştü. Yaptığı işin tam olarak ne olduğunu anlatırken, Londra’dayken British Museum’da gördüğü ve Mısır’da bir kazıdan çıkarılmış olan Rosetta Taşı’na atıfta bulunuyor: “Bu taşa bakarken yaptığım işi düşündüm. Üzerindeki 3 farklı dili birbirleriyle kıyaslayan dil bilimciler hem yazının içeriğini daha derin anlıyorlar hem de en önemlisi eski Mısır dilini anlamamıza sebep olacak kodu çözüyorlar. Biz de aslında yaşamın geçmişine dair farklı izlere bakıp hayatın farklı mesajlarını bir araya getiriyor ve bunları birbirleriyle kıyaslayarak yaşamın kodunu çözmeye çalışıyoruz.” (Siyah bazalt Rosetta Taşı’nın üzerinde, aynı metnin Mısır’da o dönemin günlük dili olan Demotik, yönetim dili olan Antik Yunan ve hiyeroglifle yazılmış üç versiyonu bulunuyor.

Astrobiyoloji ve paleogenetik olarak adlandırdığı yeni bir dalda çalışmalarını sürdüren Prof. Betül Kaçar, araştırmalarında elde ettikleri çıktıların, gezegenimizin ve insanlığın geleceğine nasıl etki ettiğini anlattı…

PALEOGENETİK ALANINI BAŞLATTIK

Biyoloji içerisinde yeni bir alan yarattığımızı düşünüyorum. Paleogenetik henüz çok fazla duyulmayan ve yeni oluşan bir alan. Laboratuvarım da bu konuda öncü. Biyolojiyi ve jeolojiyi birleştiriyoruz. Paleontoloji ve moleküler biyolojiyi harmanlıyoruz. Genetik kodun kendisine bir fosil gibi yaklaşıyoruz. Ancak, fosil derken aklınıza dinozorlar gelmesin. Milyarlarca yıl öncesine, kimyasal fosillere odaklanıyoruz. Çok eski mikropların, bakterilerin gezegende bıraktığı kalıntılardan söz ediyorum.

Paleontologlar, bunları asıl bulan, yorumlayan, milyarlarca yıl öncesini çalışan bilim insanlarıdır. Biz buna üçüncü bir kategori ekledik; “Sentetik biyoloji”, yani “yapay sistemler.” Yapay hücre sistemleri, yapay protein, yapay DNA geliştiriyoruz. Bunların hepsini harmanlayıp, hem geçmişte var olma ihtimali yüksek hücreleri hem de şu anda hayatın içinde olabilecek hücreleri yeniden yaratıyoruz. Bunu da iki nedenle yapıyoruz: Birincisi, öncelikle gezegenimizi anlamak istiyoruz. İkincisi ve en önemlisi ise başka yerlerde de yaşam arıyoruz.

YANITLAR KENDİ GEZEGENİMİZDE

Ben NASA’ya ve uzayda yaşam arayan farklı uluslararası çalışmalara da danışmanlık yapıyorum. Eğer kendi gezegenimizdeki yaşamın evrimini, tarihini anlayamazsak başka yerde canlı aramamızın anlamı olmaz.

Uzay çalışmalarının önemli kısmının odağında yaşamın başlangıcı var. Her şeyden önce kendi yaşamımızın kodlarını anlamamız gerekiyor. Üstelik bu kodları, tek bir bilgiden değil, kıyaslamalı birçok bilgiyle elde edebiliriz.

İnsan gibi kompleks canlıları ortaya çıkaranın oksijen olduğunu biliyoruz. Oksijeni de bu gezegende ‘siyanobakteri’ ortaya çıkardı. Bilim insanları olarak bu bakterinin süreci nasıl gerçekleştirdiğini anlamaya çalışıyoruz. Çünkü, önümüzde iklim değişikliği ve küresel ısınma gibi çok büyük problemler var. İnsanlığın bu büyük değişimlerden nasıl etkileneceğini anlamaya çalışıyoruz.

Henüz bunları tam tahmin edebilecek derecede kompleks matematik modellerimiz yok. Fakat belli öngörüler yapabiliyoruz. Örneğin, sıcaklık artışının atmosferdeki karbonun emilimini biyolojik olarak nasıl etkileyeceğini tahmin edebiliyoruz. Aynı şekilde sıcaklık artışı, topraktaki bitkilerin atmosferdeki nitrojeni alma süreçlerini de etkileyecek. Okyanustaki pH dengeleri de değişiyor. Görüntü hiç iç açıcı değil ama gezegenimiz tarihte çok ekstrem koşullardan geçti. Örneğin, 2.5 milyar yıl boyunca gezegende oksijen yoktu ama yaşam bu koşullar altında oluştu. Bu nedenle de eski tarihlerdeki değişim süreçlerine bakalım, bakteri ya da enzimlerdeki değişime ayak uydurmayı anlayalım istiyoruz. Bu çalışmalardan da geleceğe çözümler ve öneriler üretelim.

NİTROJEN’E ODAKLANDIK

Şu anda yoğun olarak ‘nitrojen’ üzerinde çalışıyoruz. Atmosferimizde yüzde 75 kadar nitrojen var. Fakat karbon ya da oksijenin üretimi gibi nitrojenin canlılarca alımı da tek bir enzime bakıyor. Biz nitrojene çok bağımlıyız. DNA’mızda ve yediğimiz besinlerde nitrojen var. O kadar bağımlıyız ki, gezegendeki nitrojenin yarısı endüstriyel olarak üretiliyor.

Yediğimiz yiyeceklerin yüzde 50’si endüstriden, yüzde 50’si biyolojiden geliyor. Küresel ısınmayla, iklim değişikliğiyle topraktaki pH ve diğer dengeler değişiyor. Bakteriler atmosferdeki nitrojeni alıp sabitleyerek canlılar için yemek ve besin kaynağı haline getiriyor. Ama pH’taki denge değişince, gezegendeki yemek kaynağının yarısının tehlike altında olduğuna dair kabaca bir hesap yapabiliriz. Bu da dünya için ciddi bir açlık tehlikesi anlamına geliyor.

Kaç yıllık bir zamandan bahsettiğimizi bilemiyoruz. Çünkü, bunlar çok kompleks modeller. Doğa ise çok daha karmaşık. Fakat matematiksel olarak kafanızda şöyle bir hesap yapabilirsiniz. Nitrojenin yarısı endüstriyel, diğer yarısı biyolojikse ve biyoloji etkilenecekse, yüzde 50’si risk altında demektir. Bu nedenle 6-7 yıldır laboratuvarımızda bakterilerin atmosferden nitrojeni almayı nasıl öğrendiği üzerine çalışıyoruz.

GEZEGEN BİYOLOJİSİ ÖNEMLİ

Yaklaşık 16 yıldır astrobiyoloji üzerine çalışıyorum. Çalışmamın başlangıcında da hep aynı temel soruları sorarak başladım. Canlılar, bu kadar ekstrem koşullarda kendilerini nasıl korudular ve bu bilgi başka gezegenlerdeki yaşam olasılığı hakkında bize ne ifade edebilir?
Böyle temel sorularla başlıyorsunuz ama çalışmalarınız sırasında hiç ummadığınız alanları birleştirebiliyorsunuz. O yüzden sabırlı olmak, uzun vadeli planlar yapmak ve temel çalışmalara yatırım yapmak önemli. NASA da bu konuya uzun vadeli yaklaşıyor.

NASA, benim projemi bu uzun vadeli strateji kapsamında seçmişti. 2029’da 20’nci senemizde olacağız. Umarım o dönemde elimizde daha fazla verimiz olur. Fakat şu an için tahminimizden de daha ileriye ulaştık.

Astrobiyoloji çalışmalarında iki alan açtık: ‘Gezegen biyolojisi’ ve ‘Paleogenetik.’ Başka gezegenlerde yaşam ararken, bir yandan da kendi gezegenimize odaklanıyoruz. Çünkü, öncelikle elimizdeki yaşamı anlamak zorundayız. Bu ‘n=1 problemi’. Yani elimizde tek bir veri var ve her şeyi bu veriyle kıyaslıyoruz. Biz bu paradigmayı zorlamak istedik. Çünkü, dünya tek bir gezegenden fazlası.

Dünyanın geçmişi çok farklı yaşamlardan oluşuyor. Daha önce de söylediğim gibi ilk 2 milyar yılda oksijen yoktu. Biz o geçmişe gitsek yaşamamız mümkün değil. Yani o döneme farklı bir gezegen olarak da bakabiliriz. O dönemlerdeki yaşama, farklı yaşam formları gibi bakalım ve kendimiz ‘n=1 kapanından’ kurtaralım istedik. Biz laboratuvarımızda ‘uzayda yaşam’ araştırmalarına bu şekilde katkı yapıyoruz.

NASA İLE ORTAK PROJE

NASA’nın 10 adet uydu merkezi var. Ben bunlardan birini yönetiyorum. İlk yatırımları 6 milyon dolar, ardından 1-2 milyon daha ekliyorlar. Projeler ise 6-7 sene sürüyor. Biz ikinci yılımızdayız ve bu merkezlerdeki en genç ve tek kadın yönetici benim.

Araştırma konumuz yaşamın geçmişi, geçmişteki okyanuslar, geçmişteki atmosfer ve gezegenin kendisini nasıl tekrar devam ettirebildiği üzerine. NASA’nın seçtiği tek biyoloji ağırlıklı merkeziz.

Uzay-yaşam alanına bizim en büyük katkımız şu anda okyanustaki metallerin, elementlerin yaşama olan katkısı ve yaşamın evrimsel sürecine etkisi. Şu anda bunu örneğin Jüpiter’in Ay’larından gelen verilere uyguluyoruz. Geçmişteki okyanus koşullarını Güneş Sistemimiz’deki gezegenlerin şimdiki haliyle kıyaslıyoruz. Çünkü Güneş Sistemi’ndeki bazı gezegenler kendi gezegenimizin geçmişine benziyor. Dolayısıyla karşılaştırmalı bir gezegen çalışması yapıyoruz. Gezegenimizin geçmişindeki kompozisyonları ve elementlerin temsili yüzdelerini bir yaşam reçetesi gibi oturtarak gezegen bilimcilere ve astronomlara bir ‘aralık’ (range) veriyoruz. “Bu ‘aralık’ içerisinde yaşamın kendisi mümkün gibi görünüyor. ‘Siz şuna bakın, bu dereceye bakın’ diyoruz. Aslında onların kriterlerini daraltmaya çalışıyoruz. “Hangi derece yaşamın varlığına daha yakındır? Burası daha arkadaş canlısı bir ortamdır ama yaşam için şurası daha düşmanca bir ortamdır” diyebiliyoruz.

“ÜRETİCİ YAPAY ZEKA SAYESİNDE 4 MİLYAR YIL ÖNCEKİ YAŞAMI ANLIYORUZ”

1. YAPAY ZEKA ETKİSİ Yapay zekanın astrobiyoloji ve uzayda yaşam arama çalışmalarında kullanımı çok yeni. Yapay zeka ve makine öğrenimini biz de kullanıyoruz. Hatta bunun ilk örneklerinden birini geçen sene yayınladık. Yapay zekayı kullanarak 4 milyar yıl önceki DNA sekanslarını tekrar canlandırdık. Böylece bu DNA sekanslarını barındıran canlıların, eski gezegende yaşadığı yeri anlamaya çalıştık.
2. GÜNEŞ-DÜNYA MESAFESİ Suyun içinde yaşayan ve ışık emen canlılardan söz ediyoruz. Işığın ne kadarını emdiklerini anladıktan sonra Karadeniz örneğini de kullanarak 4 milyar yıl önceki gezegende yaşadıkları yerleri anlamaya çalıştık. Bu sayede gezegenimizin Güneş’e olan mesafesini de ölçtük, verileri diğer astronomlarla paylaştık. Böylece örneğin bir yıldızı ve yıldızın çevresinde dönen gezegeni çalıştıklarında orada yaşam olup olmayacağını anlayabilirler.

Astrobiyoloji üzerine çalışmalarını 2009 yılından beri NASA desteğiyle ABD’de sürdüren Betül Kaçar, 2021’den beri Wisconsin-Madison Üniversitesi bünyesinde çalışıyor.

PALEOGENETİK DÜNYASINDAN

Prof. Kaçar’ın odaklandığı yeni bilim alanından öne çıkanlar…

• %75: Nitrojen olmadan yaşayamayız. Atmosferin yüzde 75’i nitrojenden oluşuyor. DNA ve besinlerde de var.
• %50-50: Nitrojenin yüzde 50’si endüstriden, yüzde 50’si biyolojik olarak geliyor. Doğada denge değişirse, ciddi bir açlık tehlikesi oluşur.
• 2.5 MİLYAR YIL: Gezegenimizde ilk 2.5 milyar yıl boyunca oksijen yoktu. O dönemdeki yaşama koşullarına bakıyoruz.
• 4 MİLYAR YIL: Üretken yapay zekanın da katkısıyla 4 milyar yıl öncesindeki yaşamın nasıl olduğunu anladık.

İKİ AYRI LABORATUVAR, BİR ARAŞTIRMA TOPLULUĞU

• İKİ GRUP Wisconsin Üniversitesi bünyesindeki Planetary Biology laboratuvarındaki grubum şu anda 17 kişiden oluşuyor. NASA Life grubumda ise 45 kişi var. NASA merkezimde kendi üniversitem dışında Stanford ve Arizona dahil 7 üniversiteden araştırmacılar var. Üniversitedeki laboratuvarım daha multidisipliner.
• LIFE OLUŞUMU Üye sayısı 950 kişi olan NASA Life adlı bir oluşumun da eş-direktörüyüm. Orada da ilk hücreden çoklu hücreye, yani o ilk 2.5 milyar yıla odaklı bir NASA birimi kurduk. Bu uluslararası ve multidisipliner bir araştırma ağı. Daha önce dünyanın başlangıcına odaklı bir araştırma topluluğu yoktu. İhtiyacım olan bilimsel topluluğu da bu şekilde yaratmış oldum.

“CAM TAVANINIZLA EVLENMEYİN”

• Kadınlara ‘her ne kadar uzun bir zaman alabilse de sezgilerinize güvenmeyi öğrenin’ diyorum.
• Partner seçimi çok önemli. Hayallerinizi destekleyen kişilerle hayatınızı paylaşın.
• Yaşamdaki partneriniz cam tavanınız olmasın. Genç kadınlar hayatlarında birinin olmasını çok öncelik haline getiriyorlar. Bunu değiştirmeliyiz.
• Gençlere kendi değerlerini çok erken yaşta kavramalarını, onlara bu duygu verilmediyse de değerli olduklarını bilmelerini isterim.