Mantarlar ve algler arasında ortaklıklar geliştiren bilim insanları, buluşlarının geleceğin binalarını nasıl yaratacağımız konusunda çok geniş anlamlara sahip olduğuna inanıyor
Likenleri incelediğimde genellikle bir ormandayım, el merceğimle ağaç dallarındaki fırfırlı büyümelere bakıyorum. Ya da Alplerin yükseklerindeki açıkta kalan kayalarda, eski mezar taşlarında ya da kayalık deniz kıyısında, deniz yosununun büyümesinin durduğu ancak daha büyük kara bitkilerinin ortaya çıktığı bölgede. Ortakyaşamla ilgili bir kitap için araştırma yaparken çok sayıda likene bakıyordum, ancak onları daha önce hiç görmediğim yer, bir kuluçka makinesinde dönen bir laboratuvar şişesinin içindeydi. Likenlerin bize geçmiş hakkında neler söylediğini sık sık düşünürken, yakın zamana kadar bize gelecek hakkında ne söylediklerini düşünmemiştim.
Kuluçka makinesinde baktığım yeşil bulanık sıvı, bir mantar ile bir alg arasındaki simbiyotik ortaklık olan liken olarak düşündüğümüz şey değil. Imperial College London’daki Bezos Sürdürülebilir Protein Merkezi’nin yöneticisi Rodrigo Ledesma-Amaro, “Bunun nedeni, bunun sentetik bir liken olması” diyor. Sıvı, iki türün, bir mantarın (maya) ve bir siyanobakterinin ortak kültürüdür. Mantar da doğal liken gibi bakteri için bir iskele, konakçı yapı sağlar ve bakteri ışık, su ve karbondioksit kullanarak fotosentez yoluyla şeker yapar ve bunları mantarı besler.
Neden böyle bir iksir yapmak isteyesin ki? Çünkü Ledesma-Amaro bana, mayanın genini düzenleyerek her türlü faydalı ürünü (gıda, yakıt, kimyasal madde, malzeme, ilaç) üretmesini sağlayabileceğimizi ve eğer bu üretimi fotosentez yoluyla destekleyebilirsek, o zaman bunları sürdürülebilir bir şekilde yapabileceğimizi söylüyor. Bu nedenle sentetik likenler sadece biyoteknoloji endüstrisinde değil, biyoteknoloji sektörünün ötesinde de heyecan uyandırıyor. Likenlerin binaları onarmak, iklim kriziyle mücadele etmek ve hatta Mars’ta yaşam alanları inşa etmek için kullanılabileceği ortaya çıktı.
Ledesma-Amaro, “Sentetik likenler, doğal likenlerin simbiyozunu yeniden yaratıyor, ancak çok daha hızlı büyüyor ve mayayı bir ortak olarak kullanmak, bir dizi yüksek değerli bileşiği sürdürülebilir bir şekilde üretmemize olanak tanıyor” diyor. Maya, “programlanabilir” ve geniş ölçekte kolaylıkla büyütülebilen, iyi bilinen, sanayileşmiş bir organizmadır. Ledesma-Amaro ve ekibi, gördüğüm sentetik likenlerde, farmasötik, kozmetik ve yakıt endüstrilerinde uygulamaları olan bir bileşik olan karyofillen yapmak için genetiği değiştirilmiş maya kullanıyor. Yakın gelecekte bir dizi faydalı ürün öngörüyor: antibiyotikler, biyoyakıtlar ve sentetik palmiye yağı. Başka bir sentetik liken türü, karbondioksiti yakalayıp depolamak için tasarlanabilir. Diğer bilim insanları likenlerin dünya çapında yaşlanan beton yapıları onarmak için kullanıldığını düşünüyor. Likenlere yönelik tutkular oldukça yüksek, hatta kendi gezegenimizin ötesine bile ulaşıyor. Ay’da ve Mars’ta, NASA ve özel uzay şirketleri, regolit üzerinde büyümek ve bina ve mobilya inşa etmek için malzeme yapmak üzere, mühendislik ürünü canlı malzeme olarak bilinen sentetik uzay likenini kullanmayı planlıyor.
Birlikte yaşamak
Görünüşleri mütevazı, büyümeleri yavaş olan likenler, “birlikte yaşamak” anlamına gelen ve iki farklı türün bir arada yaşamasını ifade eden simbiyozun arketipik örneğidir. Liken vakasında ders kitabındaki açıklama, bir mantar partnerinin, fotobiyont olarak bilinen başka bir türün bir bireyini barındırdığı şeklindedir. Bu genellikle algal, ancak bazen bakteriyeldir ve fotosentez yoluyla besin yapar ve bunu ev sahibiyle paylaşır. Mantar ortağı, diğer şeylerin yanı sıra, elementlere karşı mükemmel bir koruma sağlar; böylece liken, başka pek az şeyin geçimini sağlayabileceği aşırı koşullarda hayatta kalabilir. Bazı bilim adamlarının likenleri yeniden değerlendirip kendi sentetik versiyonlarını yapmalarının nedeni budur.
Likenlerin kendi lehlerine iki özelliği vardır. Birincisi, simbiyotik bir organizma olarak bütün, parçaların toplamından daha büyüktür. Başka bir deyişle her liken, mantarın tek başına veya fotobiyont’un tek başına yapamayacağı şeyleri yapabilir. Uzaktan bakıldığında likenler görünüşte mütevazı olabilir, ancak yakından bakıldığında karmaşık, bereketli ve karizmatik organizmalardır. Doğal likenler aynı zamanda ders kitabındaki iki tür mantar ve alg ortaklığından çok daha fazlasıdır. Genellikle bu iki organizmanın yanı sıra maya formunda ikincil bir mantar ve ekstra bir bakteri türü bulunur ve dört kişilik bir topluluk oluşur. Ancak bu bile eksik bir tahmindir. Colorado Eyalet Üniversitesi’nde sentetik likenler üreten biyolog Arjun Khakhar, “Doğada, halk dilinde ‘liken’ dediğimiz şey aslında onlarca, yüzlerce farklı mikroptan oluşan bir topluluktur” diyor. “Aynı görünen ve yan yana duran iki liken, oldukça farklı üyelere sahip olabilir.” Taze liken dokusu üzerinde yapılan çeşitli analizler, bunların gram başına 1 milyon ile 100 milyon arasında bakteri içerdiğini ortaya çıkarmıştır.
Likenlerin sahip olduğu ikinci özellik ise dayanıklı olmalarıdır. En zorlu koşullarda yaşayabilir ve fotosentez yapabilirler. Kuzey Kutup Dairesi’nin çok uzağındaki Svalbard’da yaklaşık 700 liken türü bulunmaktadır. Düşük sıcaklıklar, kuraklık ve yüksek ultraviyole radyasyonla baş ederler. Deniz kıyısında, tuzlu suya tekrar tekrar dalmayı tolere ederler; bu, diğer kara bitkilerinin çoğunun başa çıkamayacağı bir deneyimdir. Bazı türler kayanın içinde büyür (“endolitik” liken, kelimenin tam anlamıyla “kayanın içinde”). Biyolojilerinin hangi yönünün onlara kuraklık ve aşırı sıcaklıklarla başa çıkmalarına izin verdiği açık bir sorudur.
Çeşitli ortamlarda doğal olarak gelişen likenler, bir mantar ile alg veya siyanobakteriler gibi bir ortak arasındaki simbiyotik ilişkiden oluşan benzersiz bir yaşam biçimidir.
Colorado’da Khakhar, likenlerin esnekliğinin, likenlerdeki tüm topluluğu koruyan filamentli mantarın ürettiği biyomoleküllerden geldiğini öne sürüyor. “Yapabildiği benzersiz moleküller, potansiyel olarak likenlerin, görevleri toplum genelinde dağıtarak hem bakteri hem de mantar biyokimyasından yararlanma kapasitesinden kaynaklanmaktadır” diyor. Örneğin, fotobiyontların içindeki bileşenler, klorofil ile çeşitli pigmentler üretebilir ve mantar, karotenoidler (havuç, olgun domates ve sonbahar yapraklarındaki pigmentler) ve melaninler (cildimizi renklendiren) gibi bileşikleri sentezleyerek güneş kremi yapabilir. Birlikte, simbiyotik liken topluluğu, tek bir organizmanın üretmeyi umabileceğinden daha geniş bir bileşik yelpazesine erişime sahiptir ve bu, likenin süper gücünün kilidini açar. Fiziksel olarak da mantar bileşeni, topluluğun sıcaklık ve nemdeki dalgalanmalara karşı korunmasına yardımcı olur. Ayrıca, minimum kaynaklarla yaşamasına olanak tanıyan yavaş büyümesi var.
Uzaydaki likenler
Bu özellikler NASA’yı heyecanlandırmaya yetti. Likenler hem simüle edilmiş hem de gerçek uzay koşullarına maruz kaldıklarında hayatta kalabilirler. 2014 yılından itibaren liken türü adı verilen Circinaria girosa 18 ay boyunca Uluslararası Uzay İstasyonu’nun dışındaki bir rafta yaşadı ya da en azından ölmedi. İçeri getirilip su verildiğinde büyümeye başladı. Likenlerin kayaların içinde büyüyebilmesi ve uzay koşullarına tolerans gösterebilmesi, mikropların asteroitlerdeki gezegenler arasında seyahat edebileceği fikri olan litopansperminin savunucularını heyecanlandırıyor.
Texas A&M Üniversitesi’nde yaşayan malzemeler konusunda uzmanlaşmış bir mühendis olan Congrui Jin, Mars’ta yaşamak ve çalışmak için yerler inşa etmenin etkili yollarını bulmayı amaçlayan ileri görüşlü bir NASA projesi için likenlerin potansiyelini düşünmeye başladı – ne zaman oraya varsak. Gezegen dışı konutlara yönelik bazı öneriler şişirilebilir yapılara dayanıyor; buradaki fikir, havayla dolu konut yapmak için daha az malzemeye ihtiyaç duyulması. Ancak oraya roketle taşınan prefabrik malzemenin her parçası hâlâ pahalı. Bu tür maddeleri Dünya’dan kaldırmanın daha ucuz bir alternatifi, halihazırda gezegende bulunan regolitten inşaat malzemeleri üretmenin bir yolunu bulmaktır. Jin için likenler mükemmel çözüm. Ancak doğal olarak oluşan bir tür mutlaka işe yaramayabilir.
Uluslararası Uzay İstasyonunda yapılan bir deney, likenlerin son derece dayanıklı olabileceğini ve uzayda 18 aydan fazla hayatta kalabileceğini gösterdi.
“Mantarları siyanobakteriler gibi bazı fotosentetik türlerle eşleştirmek istiyoruz. Güneş ışığını ve suyu organik besinlere dönüştürebilir ve kalsiyum karbonatı çökeltebilirler” diyor. “Mars’taki toprak parçacıklarını yapışkan bir yapıya bağlamak için tutkal görevi görüyor.” Bu biyomateryal daha sonra bir 3D yazıcıda inşaat malzemeleri (zeminler, bölmeler, duvarlar, mobilyalar vb.) üretmek için kullanılabilir. Güneş ışığı, karbondioksit, su, besinler veya geniş bazalt kaya kaynakları olsun, ihtiyacınız olan şeylerin büyük kısmı zaten Mars’ta mevcut.
Jin’in yakın zamanda yaptığı çalışma, likenlerin Mars regolitini yapı malzemesine dönüştürmek ve diğer biyomineralleri ve biyopolimerleri üretmek için umut verici adaylar olduğunu gösterdi. Likenler dayanıklıdır ve bazı hevesli fütüristler, onların Kızıl Gezegen’in yaşanabilir hale getirilmesine yardımcı olacak iyi adaylar olduğunu düşünüyor. Ancak uyulması gereken gezegensel koruma önlemleri olmasa bile likenler Mars’ın yüzeyinde elementlere maruz kalarak büyüyemez. Mars’ın manyetik alanı yoktur ve yüzeydeki herhangi bir yaşamın sert radyasyondan korunması gerekir. Jin, Mars likenlerinin barınaklarda büyüdüğünü hayal ediyor.
Binanın geleceği
Ancak diğer gezegenleri kolonileştirmek çok uzakta ve Jin, likenlerinin Dünya üzerinde daha acil bir role sahip olduğunu fark etti. Molozları birbirine bağlamanın ve kullanılabilir bir yapı malzemesi oluşturmanın faydalı olabileceği birçok durum vardır. Doğal ve insan kaynaklı afetlerin geride bıraktığı harap binaları düşünün. Bunun yanı sıra, beton yapım süreci sırasında karbonu ayırmanın bir yolu, devasa karbon ayak izinin azaltılmasına yardımcı olacaktır. Peki ya kendi kendini onaran beton üretebilseydik? Binaların ve yapıların bakımı daha ucuz ve daha uzun ömürlü olacaktır. Betonun yaşanması zor bir yer olması nedeniyle, bu işlevleri yerine getirmek için mikropları kullanmaya yönelik önceki girişimler başarısızlıkla sonuçlandı. Ancak likenler uzayda başa çıkabiliyorsa, diye düşündü Jin, kesinlikle betonla da baş edebilir.
Jin ve meslektaşları, mantarları siyanobakterilerle eşleştiren liken temelli bir yaklaşımın, beton üzerinde büyüyebilecek bir ortak kültür oluşturduğunu gösterdi. Sadece bu da değil, sentetik likeni kalsiyum karbonatı (tebeşir, kireçtaşı ve mermeri oluşturan mineral) çökelterek yapıdaki çatlakları iyileştiriyor. “İpliksi mantarları ve siyanobakterileri denedik ve bunların betondaki kuru ve besin açısından fakir koşullar altında (diğer mikroplara göre) daha iyi hayatta kalma kapasitesine sahip olduklarını gördük” diyor. “Birbirleriyle iyi geçiniyorlar ve süreç özerk. Ayrıca (a) kalsiyum karbonatı çökeltme konusunda çok iyi bir kapasiteye sahipler.” Tek tür yaklaşımlarından farklı olarak ortak kültür, dış besin maddelerinin eklenmesini gerektirmez çünkü sentetik liken havadaki nitrojeni çıkarır ve kendi gübresini yapar.
Khakhar ayrıca, zaten hızlı büyüyen mikropları seçerek, onları düzenleyip liken benzeri hale getirecek şekilde eşleştirerek hızlı büyüyen likenler yapmaya çalışıyor. Onun laboratuvarı, Jin’inkine benzer bir çalışmayla, mantar bileşeninin mineralize olduğu sentetik bir liken yaptı. “İpliksi mantarlar, içlerine gömülü siyanobakteriler tarafından beslenir ve taştan bir dış iskelete sahip bir miselyum yetiştirir” diyor. “Gelecekte bu, yapı malzemelerinin sürdürülebilir biyo-üretimini mümkün kılacak.” Tasarlanmış ürüne mycomaterials adını veriyor.
Simbiyoz araştırmalarım, likenlerin dinamik mini ekosistemler olarak takdirimi derinleştirdi; karşılıklı bağımlılığın gerçekliği konusunda canlı bir ders ve onların yarının malzemelerinin yapımında bilim kurgu potansiyelini anlamamı sağladı. Dolayısıyla bir dahaki sefere bir ağaçta, bir mezar taşında ya da eski bir bankta o fırfırlı bitkileri gördüğünüzde, belki biraz durup, geleceği şekillendiren ne kadar harika bir şey gördüğünüzü düşünün.
