Görünmeyen İmparatorluk: Dünya Üzerindeki Mikroorganizma Düzeni

Gezegenin Biyokimyasal Döngülerini Yöneten Mikroorganizmalar

Arkeler ve bakteriler yalnızca yaşamın erken evriminde değil, günümüz ekosistemlerinin işleyişinde de kritik bir role sahiptir. Dünya üzerindeki biyogeokimyasal döngüler olarak bilinen süreçlerin büyük bölümü bu mikroorganizmalar tarafından yürütülür. Toprakta ve suda yaşayan birçok bakteri, ölü bitki ve hayvan kalıntılarını parçalayarak organik maddeleri yeniden doğaya kazandırır. Bu ayrıştırma süreci sayesinde karbon, azot ve fosfor gibi temel elementler ekosistem içinde sürekli olarak yeniden dolaşıma girer. Eğer bu mikrobiyal ayrıştırma mekanizması olmasaydı, yeryüzü kısa sürede devasa bir organik atık yığınına dönüşebilirdi.

Özellikle azot döngüsü, mikroorganizmaların gezegen ölçeğinde nasıl bir rol oynadığını gösteren en önemli örneklerden biridir. Atmosferde bol miktarda bulunan azot gazı bitkiler tarafından doğrudan kullanılamaz. Ancak bazı bakteriler bu gazı kimyasal olarak önüştürerek bitkilerin kullanabileceği forma getirir. Bu süreç olmadan tarımın ve bitkisel üretimin sürdürülebilir olması mümkün değildir.Mikrobiyal evrimin ekosistem üzerindeki bu etkisini açıklayan bilim insanlarından biri de Amerikalı biyolog Lynn Margulis’tir. Margulis, yaşamın evriminde mikroorganizmaların merkezi rolünü vurgulayarak şu görüşü dile getirmiştir: “Yaşamın tarihi büyük ölçüde mikroorganizmaların tarihidir; çok hücreli yaşam onların üzerine kurulmuş bir ekosistemdir.[1]” Bununla birlikte bazı bakteriler, özellikle siyanobakteriler, fotosentez yapabilme yeteneğine sahiptir. Yaklaşık 2,4 milyar yıl önce gerçekleşen ve “Büyük Oksijenlenme Olayı” olarak bilinen süreçte, bu mikroorganizmaların ürettiği oksijen atmosferin kimyasal yapısını kökten değiştirmiştir. Bu dönüşüm, karmaşık canlıların evrimleşebilmesi için gerekli koşulları hazırlamıştır.Başka bir deyişle, bugün soluduğumuz oksijenin tarihsel kökeni büyük ölçüde mikroskobik organizmalara dayanmaktadır.

[1] Lynn Margulis, University of Massachusetts, “Yaşamın tarihi büyük ölçüde mikroorganizmaların tarihidir”, Symbiosis in Evolution, Boston, 1998.

İnsan Vücudundaki Gizli Ortaklar: Mikrobiyom

Mikroorganizmaların etkisi yalnızca doğadaki ekosistemlerle sınırlı değildir; insan vücudu da devasa bir mikrobiyal ekosisteme ev sahipliği yapar. Modern biyoloji araştırmaları, insan vücudunda yaşayan bakteri sayısının insan hücrelerinin sayısıyla karşılaştırılabilecek düzeyde olduğunu göstermektedir.Bu mikrobiyal topluluğa mikrobiyom adı verilir. Özellikle bağırsaklarda yaşayan bakteriler, sindirim sisteminin sağlıklı çalışmasında önemli bir rol oynar. Bazı bakteriler vitamin üretimine katkıda bulunurken, bazıları bağışıklık sisteminin doğru şekilde gelişmesine yardımcı olur.

Nobel ödüllü genetikçi Joshua Lederberg, insan sağlığının anlaşılmasında mikrobiyom kavramının önemini şu sözlerle ifade etmiştir: “İnsan vücudu yalnızca insan genlerinden oluşmaz; mikrobiyomumuz biyolojik kimliğimizin ayrılmaz bir parçasıdır.[1]”

Son yıllarda yürütülen Human Microbiome Project gibi araştırmalar, bağırsak bakterilerinin metabolizma, bağışıklık ve hatta bazı nörolojik süreçler üzerinde etkili olabileceğini göstermektedir. Bu çalışmalar, insan sağlığının yalnızca insan hücrelerinin değil, aynı zamanda mikrobiyal ortaklarımızın faaliyetlerinin de bir sonucu olduğunu ortaya koymaktadır. Mikrobiyal çeşitlilik üzerine çalışan çevresel mikrobiyolog Norman Pace de mikroskobik yaşamın gezegen üzerindeki etkisini şu şekilde özetler: “Dünya üzerindeki biyolojik çeşitliliğin büyük bölümü mikrobiyal dünyada saklıdır.[2]”

Bu perspektif, mikroorganizmaların yalnızca sayıca fazla değil, aynı zamanda biyolojik işlevler açısından da son derece kritik olduğunu göstermektedir. Modern genom araştırmalarının öncülerinden biri olan Francis Collins ise bilimin bu keşiflerinin daha geniş bir anlam taşıdığını vurgulayarak şöyle der:“Yaşamın genetik düzenine baktıkça doğanın derin bir düzen ve anlam içerdiğini görmek mümkün.[3]” Bilimsel araştırmalar ilerledikçe, mikroskobik ölçekte çalışan bu karmaşık sistemlerin doğanın genel düzeni içinde ne kadar hassas bir denge oluşturduğu daha açık şekilde anlaşılmaktadır.

[1] Joshua Lederberg, Rockefeller University, “İnsan vücudu mikrobiyomuyla birlikte bir ekosistemdir”, Proceedings of the National Academy of Sciences, New York, 2001.

[2] Norman Pace, University of Colorado, “Biyolojik çeşitliliğin büyük bölümü mikrobiyal dünyada saklıdır”, Environmental Microbiology Review, Colorado, 2009.

[3] Francis Collins, National Institutes of Health, “Genetik düzen doğanın derin bir yapısal anlam taşıdığını gösterir”, The Language of God, Washington, 2006.