Yüksek Sıcaklıkta Hayat

Hayatla ilgili olarak çevre konusunda çok dar bir görüşe sahibiz. Eğer hava çok sı­cak, çok soğuk, çok nemli, çok kuru ve­ya çok tozlu olsa insan yaşayamaz. Zira Yaratıcı her canlının yaşayabileceği şartlara uygun biyolojik özelliklerini onların genetik programlarına kodlamıştır. Bununla birlikte, uç (ekstrem) noktalar denilen bütün bu çev­relerde bile bazı organizmalar canlılıklarını korur ve gelişmelerini sürdürürler.

En çarpıcı uç ortam tiplerinden biri de yüksek sıcaklık bölgeleridir. Aslında, sıcaklık hücre faaliyetini ve organizmaların gelişimini kontrol eden en önemli parametrelerden biri­dir. Yeryüzünün ortalama sıcaklığı düşük olsa bile yüksek sıcaklık ihtiva eden çevreler, ya­nardağ faaliyetleriyle birlikte, gezegenimizin sathına geniş ölçüde serpiştirilmiş vaziyette­dir. Sıcak su kaynakları, gayzerler, okyanus­ların tabanındaki denizaltı su kaynakları bazı canlıların barınaklarıdır. İnsanoğlunun müda­halesine bağlı olarak meydana gelen birçok sıcak ortamlar da vardır. Elektrik santrallerinin, gıda sanayiinin ve diğer kuruluşların çalışmaları, bulundukları ortamlara yayılan atık ısı üretimine yol açarlar. İster tabiî, ister sun’î olsun, bu uç bölgelerin çoğunda canlı or­ganizmalar yaşar ve gelişmelerini sürdürürler. Bu yüksek sıcaklık bölgelerine soğuk okya­nusların dibinde bile rastlanır. Böyle derin­liklerde basınç, suyun sıvı olarak kalmasını sağlayacak ölçüde yüksektir ve sıcaklık 350 C’ye ulaşabilir.

Antik çağda da sıcak su kaynaklarındaki hayatın varlığı biliniyordu. Romalı tabiat bilimci Plinius, “Tabiat Tarihi”nde şunları yaz­maktadır: “Padua ılıcalarında yeşil bitkiler yetişiyor, Piza ılıcalarında kurbağalar yaşı­yor, Etrurya’da deniz kıyısındaki Vetulonia’da bulunan ılıcalarda balıklar yaşıyor.” Padua ılıcaları eskiden beri akar durur ve içinde mavi-yeşil algler yaşar, belki de bunlar Plinius’in bahsettiği yeşil bitkilerdir. Alman bakteriyolog Ferdinand Cohn, ılıcalardaki or­ganizmaların varlığının biyolojik açıklama­sını ilk yapan kişi olmuştur. Araştırmaları Cohn’u, canlı organizmaların içinde yaşaya­mayacağı bir sıcaklık sınırının varlığını dü­şünmeye yöneltti. Ondan sonra birçok biyo­log bu konu ile ilgilendi. Görüldü ki, sıcaklık ısının arttıkça yaşayan canlı türü azalmakta­dır. Tek hücreli birçok organizma gibi çok hücreli bitkiler ve hayvanlar da eucaryote (hücrelerinde çekirdek bulunan)’durlar. Procaryote(hücresinde çekirdek olmayan)’ların tek temsilcisi bakterilerdir. Eskiden mavi alg denilen cyanobakteriler bu ikinci gruba da­hildir. Bunlardan ayrı olarak, procaryote özellik gösteren, fakat şimdiye kadar bilinen bakterilerden yapı ve fizyoloji bakımından çok farklı tuhaf bakterilerin bulunuşu, Ameri­kalı bilim adamı C. R. Woese’yi 1978 yılında archaeobakteri olarak adlandırdığı yeni bir canlı grubunu tanımlamasına sebep olmuştur.

Çok hücreli organizmaların hiçbiri 50°C üstündeki sıcaklıkta yaşayamaz. Bu sınıra, bitkilerden yosunlar, hayvanlardan bazı bö­cekler ve ostracode grubundan kabuklu hay­vanlar ulaşabilmiştir. Eucaryote’lar için üst sınır bu tür sıcaklıklarda yaşayabilen bazı nadir protozoa’lar(bir hücreliler), algler ve mantarlar için 60°C civarındadır. 60°C’ın öte­sinde termofil (sıcak seven) organizmalardan bahsedilir ve sadece prokaryotik organiz­malar, yani bakteriler bu sıcaklığın üzerinde yaşarlar.

Bakteriler büyümeleri ve çoğalmaları için gereken enerjiyi organik veya mineral kalıntılarla oksijeni indirgeyen reaksiyonlardan sağlarlar. Bu son gruptakiler arasında metabolizma tipine göre fotosentetik olan ve ol­mayan organizmalar vardır. Fotosentetik prokaryot’lar 70-73°C’ye kadar yükselen bir sı­caklık sınırına ulaşabilirler. Kaynar suda yaşayan bakterilerin metabolizma farklılığı şa­şırtıcıdır. Bazı bakteriler sıcaklığın yanında asiti de severler ve pH’ı çok düşük (3’ün al­tında) oldukça asitli sularda yaşayabilirler.

Sıcak ortamı en çok seven bakteri türü 1982’de Almanya’da Rattisbonne Üniversitesi’nden K. O. Stetter tarafından bir denizaltı sıcak su kaynağında bulunmuştur. Takriben 110°C’ye kadar varlığını ve gelişmesini sür­dürebilen bu bakteri türüne Pyrodictium adı verilmiştir. Son yıllarda okyanus tabanında 265 atmosfer basınç altında sıcaklık sınırının 350°C’ye kadar ulaştığı ortamlar bu­lunmuştur. (Böyle bir basınç altında su, sıvı özelliğini 460°C’ye kadar koruyabilir) Araştırmacılar o zaman, şimdiye kadar bilinen yüksek sıcaklık sınırının da ötesinde yaşa­yabilen canlı organizmaların var olabileceğini düşünmeye başladılar. 1983’de ABD Oregon Devlet Üniversitesi’nden J. A. Baross ile Maryland’daki John Hopkins Üniversitesi’nden J. W. Deming, 2600 metre derinlikte ve 250ºC’nin üstündeki bir ortamda çoğalabilen bakterilerin varlığından bahsettiler. Fakat, bir yıl sonra, Scripps Okyanus Bilimleri Enstitü­sü’nden üç Amerikalı biyolog, bu tür bakteri­leri üretmeyi başaramadılar. Aynı yıl, bir başka Amerikalı araştırmacı R. H. White, 250°C’de bir organizmanın hayatiyetinin or­tadan kalkacağını açıkladı. 110°C’nin üstünde yaşayan bakteriler, İtalya sahilleri açığında denizaltı sıcak su alanlarından çıkarılmış bu­lunmaktadır. Bugünkü bilgilerimize göre hayatın üst sınırının 110°C ile 250°C arasında bulunduğu gibi bir neticeye varabiliriz.

Sıcaklığı seven mikroorganizmaların kaynağı konusu bilim adamlarını uzun süredir meşgul eden bir husustur. Bu konuda henüz kabul edilebilir bir görüş ortaya konmamıştır.

SICAK SEVER BAKTERİLERDEN FAYDALANMA

Sıcak sever bakteriler en azından iki se­bepten dolayı biyoteknoloji uzmanlarını ilgilendirmektedir:

1. Hayatta kalma ve üremeleri ile ilgili uç şartlar.

2. Moleküler bileşenlerinin (özellikle enzimlerinin) aslî kararlılığı.

Biyoteknolojik işlemlerde bu bakterile­rin faaliyetleri umut vericidir. Sıcaklığın artması, suyun fizikî ve kimyevî parametrelerini değişikliğe uğratmakta, gaz olmayan bileşiklerin çoğunun çözünürlüğünü ve yayılma ora­nını artırmaktadır. Oysa, kalıntıların çözünür­lüğü çoğunlukla hidrokarbürler, aromalı bi­leşikler veya glüsidik polimerler gibi karbonlu kalıntıların biyolojik dönüşümünü sı­nırlayan bir unsurdur. Diğer taraftan sıcaklık artışı, mikrobik mayalanmalar üzerinde fay­dalı etkileri bulunan suyun akışkanlığını ve yüzey gerilimini azaltır. Aslında büyük ölçek­li sistemlerde fermentler (mayalayıcı) arasın­da sıvı akışı çoğu zaman süreci sınırlayan bir unsur olmaktadır. Oysa, kalıntıların yayılma oranının artışı ve ortamın akışkanlığının azalmasıyla akım daha kolay gerçekleşmektedir. Kültür ortamını homojenleştirmek için daha az enerji harcanır. Ayrıca yüksek sıcaklıkta yapılan mayalanmalarda kültür ortamına vi­rüs veya parazit bakterilerin daha az bulaştığı görülmektedir. Sanayide, oksijensiz gerçek­leşen işlemler yüksek sıcaklıkta kolaylaşır­ken, oksijenli mayalanmalar daha karmaşık bir durum arzedecektir. Yüksek sıcaklıkta, kataliz veya mayalanma ürünlerinin toplan­ması, gaz taşımayan bileşiklerin çözünürlü­ğünün artması ve kültür ortamının akışkan­lığının azalması gibi sebeplerden dolayı daha kolaydır. Ayrıca, eğer sıcaklık yeterince yüksek olursa, etanol üretimindeki gibi, hüc­relerin gelişmesini dizginleyebilecek uçucu ürünlerin damıtılmasını iyileştirmek mümkün olacaktır. Bundan başka, metabolizma fa­aliyeti sıcaklığa duyarlı mikroorganizmaların kullanımında, uzaklaştırılması gereken bir ısı üretimini de beraberinde getirir. Sıcaklık transferi mikrobik mayalanmanın toplam ma­liyetinin %10’una denk düşmektedir. Sıcak sever bakterilerin mayalanmalarında bir ener­ji tasarrufu sağlayan ve işlemin maliyetini azaltan soğutma ihtiyacı bulunmamaktadır. Yüksek sıcaklıkta yapılan bir sınaî enzim iş­lemi, eğer sıcak sever enzimlerle gerçekleştiriliyorsa, çok daha hızlı cereyan ettiğinden, daha verimli olabilmektedir. İkinci petrol kri­zinden sonra birçok ülke fosil enerji kay­naklarını kullanmayı tedricen bırakıp yenilenebilen ve depolanabilen bir enerji kaynağı olarak çifte fayda gösteren (biomasse) biyolojik kitle’yi daha iyi değerlendirmeye yö­nelik programlar geliştirdiler. Güneş enerjisi­nin biyolojik dönüşümü (bioconversion) hari­cinde iki basamak tasarlandı:

l.Metanlaştırma yoluyla biyogaz üretimi

2.Etanol başta olmak üzere, yeni biyolo­jik yakıtların işletilmesi.

Sıcak sever metanojen bakteriler (metan üreten) sınaî, ziraî ve ev atıklarının arıtma merkezlerinde havasız ortamda işlenmesi için geniş ölçüde kullanılmaktadır. Bu metanlı mayalanma 50- 60°C arasında gerçekleşir ve özellikle sıcaksever diğer mikroorganizmalar­ca üretilen asetata dayalı CO₂ ve % 60-70 ora­nında metandan oluşan biyogazı meydana ge­tirir.

Sıcaksever mikroorganizmaların bazıları nişastadan etanol üretiminde de kullanılıyor. Bugünkü araştırmalar selüloz ve hemiselülozdan -ki hem bol hem de ucuzdurlar- alkol üretilmesiyle ilgilidir. Yüksek sıcaklıkta gerçek­leşen diğer sınaî reaksiyonlar şöyle sıralanabilir: asetik asit üretimi, laktik asit üretimi, amino asit üretimi, antibiyotik üretimi, karotenoit üretimi, metallerin mikrobiyolojik ay­rımı, sıcağa dayanıklı enzimlerin üretimi (deterjan ve peynir sanayiilerinde, sun’i tatlan­dırıcıların üretiminde).

Allah’ın yaratma ve hayat verme isim­lerinin tecellisi olarak, bize göre en zor şartlardan olan sıcak sular bile çeşitli imkânlar sunmasına rağmen, sıcaksever bakterilerden faydalanma konusunda henüz yeterli bilgi ve teknolojiden uzak durumdayız.