Antarktika’nın Gizli Buzulaltı Gölleri: Mikrobiyal Yaşam, Kirlenme Riskleri ve Onları İnceleme Yarışı

1996 yılında radar verileri, araştırmacıların yıllardır şüphelendiği ancak tam olarak hayal etmekte zorlandığı bir şeyi doğruladı: Antarktika’nın buz tabakasının altında, kilometrelerce buzun altına gömülü büyük sıvı su kütleleri vardı.

Donmuş rezervuarlar değil.

Gerçek göller.

Bunlardan biri olan Vostok Gölü’nün muazzam olduğu ortaya çıktı. Yaklaşık 250 kilometre uzunluğunda, bazı yerlerde 50 kilometreye yakın genişlikte ve Doğu Antarktika buzunun yaklaşık 4 kilometre altına gömülüydü. Daha sonraki ölçümler, gölün bazı kısımlarının 1.000 metrelik derinliği aşabileceğini gösterdi. 1998'de Nature dergisinde yayımlanan bir makale, burayı Dünya üzerindeki bilinen en büyük buzulaltı göllerinden biri olarak tanımladı. Kaynak: https://www.nature.com/articles/32381

İlk başta keşif daha çok jeolojik görünüyordu. Kesinlikle ilgi çekiciydi. Ama çok uzaktı.

Ardından mikrobiyologlar daha zor sorular sormaya başladılar.

Eğer sıvı su, yüz binlerce yıldır — belki daha uzun süredir — Antarktika'nın altında sabit bir şekilde kaldıysa, mikrobiyal ekosistemler orada hâlâ hayatta kalabilir miydi?

Sonraki yirmi yıl içinde cevap, spekülatif olmaktan çıkıp giderek daha olası bir hal aldı.

Araştırmacılar, buzun altında işleyen mikrobiyal ekosistemlerle tutarlı mikrobiyal DNA, metabolik olarak aktif hücreler ve kimyasal imzalar bulmaya başladılar. Büyük organizmalar değil. Gizli Antarktika ormanları değil. Çoğunlukla soğuk, karanlık ve besin açısından kısıtlı ortamlara uyum sağlamış bakteri ve mikroorganizmalar.

Ve neredeyse anında, bilimsel heyecanın yanında başka bir sorun daha ortaya çıktı: kirlenme.

Çünkü insanlar kapalı bir ekosistemi deldikleri an, izolasyon sona erer.

Antarktika’nın Buz Levhası Göründüğünden Çok Daha Dinamik

Yirminci yüzyılın büyük bir bölümünde Antarktika, büyük ölçüde donmuş, jeolojik olarak statik bir kıta olarak görülüyordu.

Bunun eksik bir bilgi olduğu ortaya çıktı.

Radar görüntüleme, sismik haritalama, hava araştırmaları ve uydu gözlemleri, Antarktika buz levhasının altında aktif bir hidrolojik sistem olduğunu ortaya koydu. Antarktika Araştırmaları Bilimsel Komitesi'ne (SCAR) göre, bilim insanları bugüne kadar Antarktika'nın altında 400'den fazla buzul altı göl tanımladılar.
Kaynak: https://www.scar.org/science/subglacial-lakes/

Bu göllerin bazıları izole görünmektedir. Diğerleri ise buzun altındaki gömülü drenaj sistemleri aracılığıyla aralıklı olarak birbirine bağlanıyor olabilir.

Bu göllerin var olmasını sağlayan şey basınç ve jeotermal ısıdır.

Birkaç kilometreye yaklaşan derinliklerde basınç, suyun donma noktasını son derece soğuk yüzey buzunun altında sıvı rezervuarların kalabileceği kadar düşürür. Dünya'nın kabuğundan yukarı doğru sızan jeotermal ısı, buz levhasının altında ek ısınmaya katkıda bulunur.

Bazı bölgelerde su, kıtanın altındaki gömülü kanallar boyunca hareket bile eder. NASA ve ESA araştırmacıları tarafından 2000'li yılların sonlarında yayınlanan uydu gözlemleri, tüm buzul altı göl sistemlerinin aylardan yıllara varan sürelerde dolup boşalabildiğini ve üzerindeki buz yüksekliğini birkaç metre değiştirerek ince bir şekilde değiştirdiğini gösterdi.

Bu önemliydi çünkü Antarktika aniden bilim insanlarının bir zamanlar varsaydığından daha az statik görünmeye başladı.

Biyolojik açıdan ise daha önemli faktör izolasyon olabilir.

1998 tarihli bir Nature makalesi, Vostok Gölü'nün muhtemelen en az 420.000 yıl boyunca buzun altında kapalı kaldığını tahmin ediyordu. Bazı daha sonraki modeller, su değişim oranlarına ve buz dinamiklerine bağlı olarak sistemin bazı kısımlarının önemli ölçüde daha eski olabileceğini öne sürdü.
Kaynak: https://www.nature.com/articles/32381

Bu zaman dilimleri, evrimsel biyologları “sıradan” gibi kelimeleri kullanırken rahatsız hissettirecek kadar uzundur.

Vostok Gölü Bilimsel Tartışmaların Merkezi Haline Geldi

Vostok Gölü kısa sürede Antarktika mikrobiyolojisinin odak noktası haline geldi.

Kısmen büyüklüğünden dolayı. Kısmen de araştırmacıları zorlu bir teknik soruyla karşı karşıya bıraktığı için:

Yaklaşık 4 kilometre buzun altına gömülü izole bir ekosisteme, onu kirletmeden nasıl erişirsiniz?

Vostok İstasyonu yakınındaki ilk Rus sondaj çalışmaları, mikrobiyal araştırmadan ziyade öncelikli olarak derin buz çekirdeği kurtarma ve paleoklimatolojik (eski iklim) rekonstrüksiyon için tasarlanmıştı. Sondaj kuyularının donmasını önlemek için ekipler gazyağı ve freon bazlı sondaj sıvıları kullandılar.

Operasyonel açıdan sistem işledi.

Bilimsel açıdan ise daha sonra tartışmalı bir hale geldi.

Sorun sadece kirlenmenin meydana gelip gelmediği değildi. Daha büyük sorun, yorumlama belirsizliğiydi. Endüstriyel sondaj sıvıları bir kez sisteme girdiğinde, biyolojik materyalin gerçekten gölün içinden geldiğini kanıtlamak çok daha zor hale gelir.

2013 yılında PLoS ONE dergisinde yayınlanan ve Vostok Gölü ile ilişkili akresyon (birikinti) buzunu analiz eden bir makale, 3.500'den fazla DNA dizisinin tespit edildiğini bildirdi. Bazıları soğuk su sistemleriyle ilişkili psikrofilik (soğuk seven) bakterilere benziyordu. Diğerleri ise ekstremofil metabolik yollarla ilişkili görünüyordu.
Kaynak: https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0067221

Eleştirmenler, bu dizilerin kaçının gerçek anlamda gölün kendisinden geldiğini, kaçının ise sondaj sıvıları, ekipman kullanımı veya laboratuvar işlemleri yoluyla sokulan kirlenmeden kaynaklandığını hemen sorguladılar.

Bu tartışma bugün hala Antarktika mikrobiyolojisi görüşmelerinde düzenli olarak ortaya çıkmaktadır.

Antarktika buzul altı göl keşfinde yer alan önde gelen araştırmacılardan biri olan Martin Siegert, yıllar sonra bir SCAR (Antarktika Araştırmaları Bilimsel Komitesi) tartışması sırasında bu gerilimi açık bir dille özetledi:

"El değmemiş bir ortamı, onu değiştirmeden incelemeye çalışıyoruz."

Derin sondajın mekaniğine bakmaya başlayana kadar bu kulağa basit geliyor.

Antarktika buzunun birkaç kilometresini delen bir sondaj kuyusu, temiz bir cerrahi kesi değildir. Bu süreç; basınç sistemlerini, sondaj suyunu, termal değişimi, ekipman transferini, mikrobiyal riski, dizileme belirsizliğini ve bilim insanlarının hala tam olarak anlamadığı uzun vadeli çevresel sorunları içerir.

Dürüst olmak gerekirse, alanın sinematik olmaktan çıkıp teknik açıdan sinir bozucu hale geldiği nokta burasıdır. Zorluk artık sadece gölü delmek değil.

Zorluk, matkap oraya ulaşmadan önce orada halihazırda neyin bulunduğunu kanıtlamaktır.

WISSARD Projesi Soruna Farklı Bir Şekilde Yaklaşmaya Çalıştı

2010'ların başlarına gelindiğinde, kirlenme endişeleri, yeni Antarktika sondaj programlarının protokollerini neredeyse tamamen sterillik etrafında yeniden tasarlayacak kadar ciddileşmişti.

WISSARD projesi — Whillans Buz Akıntısı Buzulaltı Erişim Araştırma Sondajı (Whillans Ice Stream Subglacial Access Research Drilling) — en bilinen örneklerden biri haline geldi.

Araştırmacılar, kimyasal sondaj sıvıları yerine, biyolojik kirlenme riskini en aza indirmek için özel olarak tasarlanmış temiz bir sıcak su sondaj sistemi kullandılar. Ulusal Bilim Vakfı (National Science Foundation) proje belgelerine göre, sondaj suyu sondaj kuyusuna girmeden önce çoklu filtrasyon aşamalarından, ultraviyole sterilizasyondan ve pastörizasyondan geçirildi.
Kaynak: https://www.nsf.gov/

Teknik detaylar oldukça yoğundu.

Su 0,2 mikrona kadar filtrelendi. UV sistemleri mikrobiyal kirlenmeyi sürekli olarak hedef aldı. Cihazlar buzun altına yerleştirilmeden önce kimyasal olarak sterilize edildi.

Buna rağmen araştırmacılar yorumlama konusunda dikkatli olmaya devam ettiler.

Bu temkinli yaklaşımın haklı olduğu anlaşıldı çünkü biyolojik bulgular önemliydi.

Nature dergisinde 2014 yılında yayımlanan bir makale, Batı Antarktika Buz Levhası'nın yaklaşık 800 metre altında, Whillans Buz Akıntısı'nın altında metabolik olarak aktif mikrobiyal topluluklar olduğunu bildirdi. Araştırmacılar, bazı su örneklerinde mililitre başına yaklaşık 130.000 hücrelik mikrobiyal konsantrasyonlar tahmin ettiler.
Kaynak: https://www.nature.com/articles/nature13667

Çalışma, şu süreçlerle bağlantılı mikropları tanımladı:

• kükürt döngüsü,
• amonyum oksidasyonu,
• metan metabolizması,
• demir indirgeme yolları.

Bu önemliydi çünkü bu sistemlerin buzun altında donmuş, durağan kalıntılar olmadığını gösteriyordu.

Bunlar, zifiri karanlıkta işlev gören aktif mikrobiyal ekosistemlerdi.

Güneş ışığı yok. Fotosentez yok.

Sadece kimya, su-kaya etkileşimi, çözünmüş besinler ve uzun zaman ölçeklerinde işleyen mikrobiyal adaptasyon.

Projeye dahil olan mikrobiyologlardan biri olan Brent Christner, daha sonra bulgularla ilgili röportajlarında zorluğu daha basit terimlerle tanımladı:

"Mikroplar orada, ancak gerçekten yerli olduklarını kanıtlamak olağanüstü derecede zor."

Bu cümle, modern Antarktika mikrobiyolojisinin büyük bir kısmını tek bir satırda özetliyor.