Suyunu Bırakıp Ölmemek: Kurutulan Canlı

Bölüm metni

Bir canlıyı tamamen kurutup rafa kaldırın; on yıl sonra üzerine bir damla su damlatın, kıpırdamaya başlasın. Bu bir masal değil, laboratuvarda rutin olarak yapılan bir deney. Peki hayat, suyu olmadan nerede bekliyor?

1702'nin Şubat ayında, Hollanda'nın Delft kentinde yaşlı bir kumaş tüccarı evinin çatısındaki kurşun oluktan bir tutam toz kazıyor. Bu onun alışkanlığı. Tozu cam bir tüpe koyuyor, üzerine temiz su döküyor ve beklemeye başlıyor. Bir saat geçmeden tüpün içi hareketlenir. Cama tutunan, cam boyunca sürünen, suda yüzen şeyler vardır. Başlarının ucunda dönen taçlar gibi kirpikler taşıyorlar. Oysa o toz aylardır kemik gibi kuruydu.

Antonie van Leeuwenhoek, kendi mercekleriyle gördüğü şeye inanmakta güçlük çektiğini yazar: bu kadar kurumuş bir maddenin içinde yaşayan bir şey bulunabileceğini hiç düşünmemiştir. Gördüğü canlılar, bugün tekerlekliler ya da rotiferler dediğimiz mikroskobik hayvanlardı. Bilim tarihinin ilk kez kayda geçtiği olay buydu: kuruyup ölmemek. Ve bıraktığı soru, üç yüz yıl boyunca peşini bırakmayacak kadar rahatsız ediciydi. O hayvanlar ölmüş de mi geri döndüler, yoksa hiç ölmediler mi?

Yetmiş bir yıl sonra, 1773'te, Alman bir papaz ve doğa meraklısı olan Goeze, bir su birikintisinin dibinden aldığı örnekte sekiz bacaklı, tombul, ağır ağır yürüyen bir yaratığa rastlar ve ona küçük su ayısı adını verir. Üç yıl sonra İtalyan doğa bilimci Spallanzani aynı hayvanları yürüyüşlerinden ötürü yavaş yürüyenler diye adlandırır ve aynı numarayı onlarda da fark eder: kurutursan buruşup kalıyorlar, ıslatırsan yürümeye devam ediyorlar. Bugün bu hayvanlara halk arasında su ayısı diyoruz ve kuruma karşı bilinen en iyi donanıma sahip canlı grubu onlar.

Bir su ayısının kuruması bir yaşam belirtisinin yavaşça sönmesi gibi görünmez; düzenli bir kapanma işlemi gibi görünür. Su çekilmeye başladığında hayvan sekiz bacağını da gövdesinin içine toplar, boydan boya kasılır, hacmi kabaca yarıya iner ve dış kütikülası sızdırmaz bir kabuğa dönüşür. Ortaya çıkan şekil o kadar belirgindir ki eski Alman doğa bilimciler ona küçük fıçı demişlerdir; literatürde hâlâ fıçı hâli diye geçer. Bu fıçının içinde vücut suyu, kütlenin yüzde birkaçının altına düşer. Ölçülebilir metabolizma durur; oksijen tüketimi cihazların gürültü seviyesine gömülür. Hareket yok, sindirim yok, üreme yok, yaşlanma neredeyse yok.

Bunun neden skandal olduğunu görmek için suyun hücredeki rolünü doğru düşünmek gerekiyor. Su biyokimyanın içinde gerçekleştiği boşluk değildir; biyokimyanın bir oyuncusudur. Bir protein, zincirinin su sevmeyen kısımları suyla temastan kaçtığı için katlanır; onu ayakta tutan şey büyük ölçüde etrafındaki sudur. Hücre zarı, yağ moleküllerinin su yüzünden sıraya girmesiyle oluşan çift katmandır. Her enzim tepkimesi, moleküllerin su içinde çarpışmasına bağlıdır. Suyu çekip aldığınızda beklediğiniz şey bellidir: proteinler açılır ve birbirine yapışır, zar tabakaları kırılıp parçalanır, DNA kopar. Kuruyan yumurta akı bir daha yumurta akı olmaz. Dolayısıyla asıl soru şu değil: bu hayvanlar nasıl diriliyor. Asıl soru şu: su yokken içeride hiçbir şey nasıl kırılmıyor.

1959'da David Keilin, Londra'daki bilim akademisi Royal Society, yani Kraliyet Cemiyeti'nde verdiği ve Leeuwenhoek'in adını taşıyan konferansta bu hâller ailesine bir isim önerdi: kriptobiyoz, yani gizli yaşam. Suyun gidişiyle kurulan özel biçimine ise anhidrobiyoz, susuz yaşam deniyor. Ama isim koymak açıklamak değildi. Açıklama hücrenin içinden gelecekti ve gelmesi altmış yıl daha sürdü.

İlk ve uzun süre tek olan cevap bir şekerdi. Trehaloz, iki glikoz halkasından oluşan basit bir şeker. Fikir zarifti: su molekülleri protein ve zar yüzeylerine hidrojen bağlarıyla tutunur; su gittikçe onun bıraktığı yere şeker oturur, aynı bağları kurar ve molekülleri yerinde tutar. Sonra giderek koyulaşan bu şurup akmayı bırakır ve bir cama dönüşür. Camlaşma denilen şey tam olarak budur: katı gibi sert, ama kristal gibi düzenli olmayan bir madde. Bir camın içinde moleküller yürüyemez. Yürüyemeyen moleküller birbirini bulamaz, bulamayan moleküller tepkimeye giremez. Hasar, zamanı donduğu için olmaz. Bu model başka hayvanlarda çok iyi çalıştı: tuzlu su karidesinin kuru kistlerinde trehaloz, kuru ağırlığın yüzde 13 ile 18'ine çıkar; bazı toprak solucanlarında yüzde 10 ile 15 arasındadır.

Su ayıları bu modeli bozdu. En iyi belgelenmiş ölçümde bile trehaloz miktarı kuru ağırlığın yüzde 2,3'ünü aşmıyor ve kurudukça şeker üretimini artıran yalnızca tek bir aile var; pek çok türde şeker neredeyse hiç yok. Yani su ayısında trehaloz en iyi hâlde yardımcı bir oyuncu. Ağır işi yapan başka bir şey olmak zorundaydı.

O şey proteinlerdi. Su ayısı özütünü kaynatırsanız proteinlerin çoğu, haşlanan yumurta akı gibi pıhtılaşıp dibe çöker; ama bir grup protein çözeltide kalır. Bu yüzden adları "ısıda çözünür kalan" oldu: hücre sıvısında bol bulunan, ısıya dayanıklı proteinler, kısaca CAHS. Bunların garipliği şudur ki suda belirli bir üç boyutlu şekilleri yoktur. Ders kitaplarının anlattığı kilit-anahtar geometrisine sahip değiller; gevşek, başıboş bir zincir gibi dururlar. Aynı aileden akrabaları da var: hücre dışına salgılanan bir grup, mitokondrinin içinde duran başka bir grup. Hücrenin her bölmesi kendi koruyucusunu taşıyor.

Bu proteinlerin ne yaptığı son on yılda netleşti. Su çekilmeye başladığında başıboş zincirler birbirine kenetlenip uzun lifler kurar. Ozmotik baskı altına alınan kültür hücrelerinin içinde, tıpkı bir hücre iskeleti gibi lifli bir ağ ördükleri görüntülendi; tüpte ise jelleşiyorlar. En önemlisi, bu tersine çevrilebilir bir süreç: su geri geldiğinde ağ çözülür ve protein eski gevşek hâline döner. Yani hücreye biçimini veren suyun basıncı kaybolurken, yerini bir protein iskelesi alıyor. Hücre çökmek yerine sertleşiyor. 2022'de yapılan bir çalışma, şekerle proteinin birlikte, tek başına her birinden daha iyi koruduğunu gösterdi; biri molekül ölçeğindeki boşlukları dolduruyor, öteki hücre ölçeğindeki çatıyı tutuyor.

Burada dürüst olmak gerekiyor: kuru hücre sıvısının gerçekten CAHS'ın kurduğu bir cam olup olmadığı hâlâ tartışmalı. Ölçülen camlaşma davranışının, geride kalan son su moleküllerinin buharlaşmasıyla da açıklanabileceğini söyleyen araştırmacılar var. Bu, kapanmış bir soru değil. Şu an elimizdeki en sağlam tablo, tek bir numara değil katmanlı bir savunma: şeker, protein ağı, sertleşen bir sıvı ve bunların hepsinin üstüne bir şey daha.

Çünkü cam da iskele de bir sorunu çözmez. Su çekilirken hücrede serbest radikaller, özellikle hidroksil radikali birikir ve bunlar DNA zincirini makas gibi keser. 2016'da Takuma Hashimoto ve Takekazu Kunieda'nın başında olduğu Japon ekip, kuruluğa olağanüstü dayanıklı bir kara türünün genomunu okuduğunda, su ayıları dışında hiçbir canlıda karşılığı bulunmayan bir protein buldu ve adını hasar bastırıcı anlamında Dsup koydu. Bu protein de belirli şekli olmayan, elektrik yükü yüksek bir zincir. Hücre çekirdeğinde, DNA'nın üzerine sarıldığı makaralara, yani nükleozomlara tutunur; 2019'da yapılan çalışma bunu doğruladı. Yaptığı iş neredeyse fiziksel: DNA'nın üstüne yayılıp radikallerle arasına giriyor. Ekip bu geni insan böbrek hücresi kültürüne aktardığında, röntgen ışınına maruz kalan hücrelerde DNA kırıkları yaklaşık yüzde 40 azaldı ve hücreler daha iyi hayatta kaldı.

Bu noktada çoğu zaman gözden kaçan bir çıkarım var. Dünya'da hiçbir doğal ortam bir hayvana laboratuvarda verilen türden ışınlama dozlarını vermez. Yani su ayısının radyasyona dayanıklılığı, uğruna seçilmiş bir yetenek değil. Kuruluğa karşı kurulmuş bir donanımın yan ürünü. Camlaşmış bir sıvı, sabitlenmiş bir DNA ve açılmayan proteinler, radyasyonun, vakumun, basıncın ve ısının zararını da aynı anda azaltıyor. Fıçı hâli tek bir şeye, su kaybına karşı yapılmış bir savunma; sadece tesadüfen pek çok şeyi birden karşılıyor. Ve tam bu yüzden, keskin sınırları var.

İlk sınır zamandır. Bu numara yavaş yapılmak zorunda. Su ayıları ancak nemin yüksek olduğu, kurumanın ağır ilerlediği koşullarda düzgün bir fıçıya dönüşebilir. Kuru havada bırakıldıklarında fıçı kurulmaz bile; hayvan düzensiz, yamyassı bir biçimde çöker ve bir daha açılmaz. Türler arasında eşik değişiyor, ilk kuruma için ölümcül olan bağıl nem sınırı yüzde 53 ile 78 arasında ölçülmüş durumda. Mantıklı, çünkü protein ağının örülmesi, şekerin üretilmesi, bacakların içeri çekilmesi birer iş ve her iş zaman ister. Sıcak, kuru bir rüzgârın aniden yakaladığı bir su ayısı, her canlı gibi ölür.

İkinci sınır şu ki anlatılan yetenekler hayvana değil, fıçıya aittir. Suyun içinde yüzen, aktif bir su ayısı son derece kırılgandır. Bir türle yapılan ölçümde, 24 saat boyunca maruz kalma koşulunda aktif hayvanların yarısı 37,1 santigrat derecede ölüyor; hayvanlara önce ılık ortamda alışma süresi verildiğinde bu eşik yalnızca 37,6'ya çıkıyor. Yani sıradan bir yaz sıcağı. Aynı türün kurutulmuş hâli 1 saatlik maruziyette 82,7 dereceye kadar dayanıyor, ama süreyi 24 saate çıkarınca eşik 63,1 dereceye düşüyor. "150 derecede yaşıyor" türü başlıklar, saniyeler ya da dakikalarla ölçülen anlık maruziyetleri bir yaşam biçimi gibi sunuyor.

Üçüncü sınır, hayatta kalmakla devam etmek arasındaki fark. Gama ışınlarıyla yapılan bir çalışmada ölümcül dozun ortası, sulu hayvanlarda 5000 gray, kurutulmuş hayvanlarda 4400 gray çıktı. Ayrıntıya dikkat: kuru hâl burada daha iyi değil. Dahası, 1000 grayın üstündeki dozlar hayvanları kısırlaştırdı; ışınlananlar neredeyse hiç yumurta bırakmadı. Yaşayan ama döl vermeyen bir hayvan, evrim açısından çıkmaz sokaktır.

Dördüncü sınır uzayda görüldü. 2007'de Avrupa Uzay Ajansı'nın desteklediği bir deneyde, İsveçli araştırmacı Ingemar Jönsson'ın hazırladığı kurutulmuş su ayıları Rus Foton kapsülünün dışına, 270 kilometre yükseklikte 10 gün boyunca açık uzaya bırakıldı. Yalnızca vakuma ve kozmik ışınlara maruz kalan örneklerin çoğu geri döndü ve üredi. Ama paketin üstünden güneşin tüm ultraviyole ışığı geçirildiğinde, ki yerdekinin 1000 katından fazla, tablo değişti: laboratuvarların en çok çalıştığı cinsten yalnızca 3 birey hayatta kaldı. Vakum atlatılabilir bir şey; filtresiz güneş ışığı neredeyse değil.

Beşinci sınır bir efsanenin kendisi. 1948'de İtalya'da yayımlanan bir rapor, 1828'den beri kuru duran bir yosun örneğinden su ayısı canlandırıldığını bildirdi; buradan "su ayıları 120 yıl kuru kalabilir" cümlesi doğdu ve hâlâ dolaşıyor. 2001'de Jönsson ve Bertolani'nin yaptığı derleme bu iddianın durumunu açıkça ortaya koydu: yüz yılı aşan tek kayıt odur, hayvanlarda görülen şey bacaklarda birkaç titremeden ibarettir ve kimse bunu yeniden üretememiştir. Sağlam olan kayıt başkasıdır. 1983 yılının Kasım ayında Antarktika'dan toplanıp eksi 20 derecede saklanan bir yosun örneği, 30,5 yıl sonra çözüldüğünde içinden bir hayvan ve bir de yumurtadan çıkan yavru canlandı; ikisi de sonradan üremeyi sürdürdü. Ama burada koruyucu olan donma, kuruluk değil. Kuru hâlde belgelenmiş dayanma süreleri yüzyıllarla değil, yıllarla ölçülüyor.

Altıncı sınır Ay'da duruyor. 2019'da İsrail'in gönderdiği Beresheet aracı, yani Yaratılış, Ay yüzeyine çakıldı. Yükünün arasında, mikroskobik çözünürlükte kazınmış nikel levhaların epoksi reçineyle yapıştırılmasıyla üretilmiş bir Ay Kütüphanesi vardı ve içine binlerce kurutulmuş su ayısı yerleştirilmişti. Dünya basınında "su ayıları Ay'a yerleşti" başlıkları çıktı. Sonradan yapılan çarpma deneyleri, bu hayvanların şok basıncına dayanma tavanını saniyede 0,9 kilometre hız ve 1,14 gigapaskal civarına koydu; bu, aracın bildirilen son hızının tam eşiğidir. Yani sağlam kalıp kalmadıklarını bilmiyoruz. Ama daha önemlisi şu: kalsalar bile orada sıvı su yok. Susuz bir fıçı, taşın üstündeki tohumdan farklı değil. Ay'da canlı bir koloni kurulmadı; kurulma yolu da yok.

Alanın kendini düzelttiği bir örnek de var. 2015'te bir su ayısı genomunun yaklaşık altıda birinin başka canlılardan yatay gen aktarımıyla alındığı öne sürüldü ve bu, dayanıklılığın açıklaması olarak sunuldu. Bir yıl içinde başka bir ekip, bu yabancı dizilerin büyük bölümünün örneğe karışmış bakteri bulaşından geldiğini gösterdi. Su ayısının donanımı ödünç alınmış değil; kendi genlerinden kurulmuş.

Bedeli de var. Her kuruma ve ıslanma döngüsü arkasında onarılacak hasar bırakıyor; suyla buluşmanın ilk saatleri bir tamir seferberliğidir. Fıçı hâlinde yaşlanma saatinin büyük ölçüde durduğunu gösteren ölçümler var, ama bu kurumanın bedava bir zaman bankası olduğu anlamına gelmiyor.

Bu sınırları bilmek, hikâyeyi küçültmüyor; kullanılabilir hâle getiriyor. Bugün su ayısından alınan şey dayanıklılık efsanesi değil, moleküller. Boothby'nin laboratuvarı, hemofili tedavisinde kullanılan insan kan pıhtılaşma faktörü olan faktör 8'i su ayısı proteinleriyle karıştırıp kuruttu, sonra ıslattı ve bunu altı kez üst üste yaptı; ilaç etkinliğini kaybetmedi. Araştırmacıların kendi ifadesiyle bu bir ürün değil, ilke kanıtı. Ama hedef açık: soğuk zincir gerektirmeyen, rafta kuru bekleyen aşılar ve ilaçlar, yani buzdolabı kurulamayan yerlerde tedavi. Su ayısının öğrettiği şey yıkılmazlık değil. Canlının kırılganlığının aslında suyun kırılganlığı olduğu ve bir şekerle birkaç şekilsiz proteinin, bir süreliğine suyun işini devralabildiği.

Nöron Bilim'de bugünkü bölümün sonuna geldik. Yeni bir hikâyede yeniden buluşmak üzere.