Labmedya - Laboratuvar ve Sağlık Gazetesi

BBC Wildlife (Vahşi Hayat) dergisi 2010 yılı Aralık sayısında zooloji alanında yapılmış, tüm zamanların en büyük 10 buluşunu açıkladı. 1977 yılında keşfedilen okyanus derinliklerindeki hidrotermal çatlaklar (hidrotermal vent) büyük buluşlar listesinde 4. sırada yer aldı. Fotosentezin 3., Mendel’in genetik çalışmalarının 6. olduğu bu liste araştırmacıların dikkatinin okyanus diplerine yönelmesini sağladı. Okyanus kelimesi, Cebelitarık Boğazı’ndaki akıntıya atfen, “nehir” anlamına gelen Latince “okeanos” kelimesinden köken alır. Günümüzde % 5’i keşfedilmiş okyanusların ortalama derinliği 300 metredir. Bu derinliğe kadar olan sular, güneş ışınları ulaştığı için hayatın ve çeşitliliğin bol olduğu yerlerdir. Okyanus tabanlarının % 2’si 6000 metrenin altındadır. Bu derinlikten daha aşağılara inildikçe yeni keşfetmeye başladığımız derin okyanus tabanları karşımıza çıkar. Okyanus tabanları kıta sahanlığı, kıta eğimi ve derin okyanus tabanı olarak üç kısma ayrılır. Kıtaların sular altındaki kısmı da diyebileceğimiz kıta sahanlığı, jeolojik olarak kıtayı oluşturan kara parçasının deniz altındaki uzantısıdır ve kıtanın bitip okyanusun başladığı yere kadardır. Ortalama uzunluğu 60 km olan kıta sahanlığının derinliği 200 m civarındadır (Oksijen tüpü ile dalış yapan dalgıçlarının rekoru 145 metredir). Kıta sahanlığından sonra bir eğim başlar. 3-4 km’lik eğimli yamacın sonunda 4000 metrelik derin okyanus tabanına ulaşılır. Bu derin okyanus bölgelerinde okyanus sırtı adı verilen dağlar bulunur. Bu dağların toplam uzunluğu 70.000 km civarında. Okyanus sırtları hidrotermal çatlakların ve volkanların bulunduğu yerler. Okyanus tabanına göre ortalama 2500 metre daha yüksek olan sırt sistemi, bilinen en uzun yapılardan biri. Tüm okyanuslarda bulunan sırtların eni 1000-4000 km, toplam uzunlukları 70.000 km’dir. Atlas Okyanusu’nun tam ortasındaki Orta Atlantik Sırtı’ndaki bir vadi 30 km genişliğindedir. Yeryüzü sürekli hareket halinde olduğu için okyanus sırtları boyunca çatlaklar oluşmuştur. Bu çatlaklardan mağma ve sıcak su çıkar. İzlanda’da faaliyete geçerek havaalanlarının kapatılmasına yol açan Eyjafjallajokull Yanardağı Avrupa’nın en büyük buzullarının altında yer alan bir sualtı yanardağıdır.

Sıcak magma çıkışlarının bulunduğu hidrotermal çatlaklar son yıllarda araştırmacıların ilgisini çekmeye başladı. Düzenli veya düzensiz olarak yukarı doğru su ve gaz fışkırtan sıcak su kaynaklarına gayzer denir. Gayzer, İzlanda dilinde “patlak vermek” anlamına gelen “gjosa” kelimesinden türemiştir. Ülkemizin bir çok yerinde, örneğin Denizli/Karahayıt’ta gayzer görmek mümkündür. Okyanus tabanındaki gayzerler ise hidrotermal çatlak veya yarık olarak isimlendirilir. İlk kez 1977 yılında Panama Kanalı’nın 500 km batısındaki Galapagos Adaları’nın bulunduğu Büyük Okyanus tabanında keşfedilen hidrotermal sistemlerin 10 milyon yıllık geçmişini düşünecek olursak, insanoğlu bu sistemi yeni fark etti de diyebiliriz. Hidrotermal çatlaklardan sıcak magma ve gazlar fışkırır. Bu çatlakların, magmadaki dev basıncın ayarlanmasından okyanus suyunun ısınmasına kadar birçok faydası vardır. Sıcak magma okyanus suyuyla temas edince katılaşmaya başlar. Gazlardaki mineraller de çatlaklardan çıkan suya rengini verir. Buradan fışkıran dumanlar siyah ve beyaz olabilir. Çatlaklardan çıkan sıvıların katılaşması ile bacalar oluşur. Siyah duman çıkaran gayzerlere siyah bacalar, beyaz duman çıkaranlara ise beyaz bacalar adı verilir. Gayzerden çıkan dumanın rengini, sıvının içindeki mineraller belirler. Su, birkaç yüz dereceye kadar ısındığında yoğunluğu soğuk suyun yoğunluğuna göre azalır. Isınan su bu nedenle yerküredeki fay kırıkları ve çatkaklardan yukarı doğru yükselir ve en sonunda yeryüzüne ulaştığında püskürür. Sıcak, deniz suyu kayaçların ayrışmasına sebep olur. Bu olaya hidrotermal değişim denir. Koyu renkli silikatlar (örneğin olivin ve piroksen) yeni minerallere (örneğin klorit ve serpantin) dönüşür. ABD’nin Oregon eyaleti açıklarındaki Juan de Fuca Sırtı boyunca deniz tabanındaki siyah duman bacalarını oluşturan, metalce zengin çözeltilerin püskürmesi görüntülenmiştir. Dumanlar yukarıya doğru gökdelen uzunluğunda bacalar oluşturur. Siyah ve beyaz bacalardan çıkan kaynar su, okyanus suyuyla temas edince erimiş haldeki mineraller donmaya ve birikmeye başlar. Donan ve üst üste biriken bu mineraller baca şeklinde büyür. 60 metrelik bacalar olduğu bilinmektedir. Okyanus klimaları da denilen siyah bacalar 6000 metre derinlikteki, görünmez tabir edilen bölgelerde ve 4000 metredeki uçurum bölgelerde yer alır. Siyah duman püskürten bu bacalar, yüksek düzeyde demir ve bakır sülfür içeren mineraller püskürtür. Bilinen en derin baca 5000 metredeki Cayman siyah bacasıdır. Beyaz duman püskürten beyaz bacalar ise ağır mineral püskürten siyah bacalara nazaran daha hafif mineraller içerir. Baryum, kalsiyum, silikon ve çinko yönünden zengin olan beyaz bacaların sıcaklığı siyah bacalara göre daha düşüktür. Sıcaklık beyaz bacalarda 260-300 °C iken siyah bacalarda 350-360 °C’dir. Hidrotermal çatlaklarda ilginç şeyler olur. Magmada ve yeryüzü katmanlarındaki mineraller, çeşitli işlemlerden geçirilir. Mineraller, okyanus kazanında pişirildikten sonra uygun yerlere uygun miktarlarda dağıtılır. Peki bu dağıtım şebekesi nasıl işler? Okyanus diplerinde birbirlerine bağlı olarak uzanan çok uzun çatlaklar var. Su, bu çatlaklarda kaloriferde dolaşan su gibi dolaşır. Klima gibi işleyen bu sistem, deniz suyunu canlıların yaşaması için uygun sıcaklığa getirirken atmosferin de ideal sıcaklığa gelmesine katkıda bulunur. Bu ve benzeri sistemler sayesinde çevremizdeki şartlar yaşam için en elverişli haldedir. Aksi halde bir an bile yaşamamız mümkün olmaz, elverişli sıcaklık sağlanmadığında ya donar ya da eriyip yok olurduk.

Hidrotermal çatlaklar, yerkürenin supap noktaları gibi Dünya merkezindeki büyük basıncın ayarlanmasında görev alır. Çatlaklardan çıkan ve 400 °C’ye varan sıcak magma takviyesi, okyanus sularını ısıtarak iklim ve coğrafya üzerinde etkiler oluşturur. İnsanların, hayvanların ve bitkilerin yaşaması için ideal sıcaklık, basınç ve nem ayarlanır. Acaba bu mekanizma ve sistemler olmasaydı, nasıl bir çevre ile karşılaşırdık, hiç düşündünüz mü? Bilim adamları bunları araştırıyor. Zifiri karanlık olan ve normalde hayatın mümkün olmadığı zannedilen okyanus diplerindeki çatlak sahalar, bir çok organizma için yaşama alanları oluşturur. Buradaki bakteriler ve diğer canlılar, okyanus ventilasyonunda ve metan devridaiminde hayatın devamı için vazgeçilmezdir. Bakteriler, yeryüzünden 60 km yüksekte ve okyanusların 11 km derinlerinde yaşayabilir. Atlantik Okyanusu’nun 3,8 km altında Titanik’i “yiyenler” barofilik bakterilerdir. Oralarda neler oluyor? Canlılar oralarda ne yapıyor? Okyanus sularının devridaiminde iş gören çatlaklarda serin ve alkali olan deniz suyu (pH 8) okyanus tabanındaki deliklerden daha derinlere geçer. Kimyasal işlemlerden geçirilen sular bacalardan tekrar okyanusa verilir. Bacalardan püskürtülen su, deniz suyunun aksine asidiktir (pH 3) ve sıcaktır. Bu suyun bileşimi de değişiktir. Bazı elementler, mesela magnezyum bu sudan uzaklaştırılmıştır ve bu su normal deniz suyu ile karşılaştırıldığında bazı gazlar ve elementler bakımından zengin değildir. Çok fazla helyum ve hidrojen sülfür içerir, ayrıca mangan yoğunluğu deniz suyuna göre çok fazladır. Okyanus tabanından daha derinlerdeki bir sistem, bir süzgeç gibi deniz suyunu alır, damıtma ve arıtma işlemlerinden sonra tekrar okyanusa bırakır.

Metan devridaimi, Dünya atmosfer gaz sistemindeki bilinen en önemli mekanizmalardan biri. Bu devridaim ve buradaki ekosistem için hidrotermal çatlaklar önemli. Yakıt olarak da kullanılan metan, küresel ısınmaya neden olan sera gazlarından biri. 2600 metre derinlikteki beyaz bacalarda keşfedilen, metan üreten arkeabakteri Methanococcus jannaschii bu konuda ilginç bir örnek. Karbondioksiti besin olarak kullanan Methanococcus jannaschii bizler için zararlı olan karbondioksiti kullanarak metan üretir. M. jannaschii tüm genomu ortaya çıkarılan ilk arkea bakterisidir. Biyoteknoloji firmaları, M. jannaschii proteinleri üzerine çalışarak daha şimdiden kanser kemoterapi ajanı olarak kullanılabilecek proteinler ve mekanizmalar ile ilgili çeşitli verileri kamuoyuna sundu. M. jannaschii gibi arkealar, olağanüstü çevre koşullarında yaşayabilir. 250 °C kadar yüksek sıcaklıklarda ve yüksek basınç altında yaşayabilen ekstremofil (en aşırı koşullarda yaşayabilen) arkeaların dayanıklılığının bir nedeni hücre zarlarındaki eter bağları ve özel yağ bileşiklerinin sayısıdır. Eter bağları hücre zarlarını yüksek sıcaklıklarda güçlendirir. Derin okyanuslarda insan hücresinin zarı tereyağı kıvamını alır. Hücrede hayat durur. Bu tip bakterilere ilave olarak, bacaların çevresinde 2-3 metre uzunluğunda solucanlar ve sıcak suyu seven yengeçler gibi çok ilginç canlılar yaşar. 

2008 yılında “Derin Deniz Macerası” adlı bir proje ile okyanus bacalarının daha detaylı olarak araştırılması planlandı. Çok uluslu bir proje olan 21 günlük bu araştırma dalışını, dünyanın her yerinden öğrenciler internet üzerinden takip etti. Guam Adası yakınlarındaki, Dünya’nın en derin yeri olarak bilinen, 11.000 metrelik Mariana Çukuru’na bile inilmeye başlandı. Japonya, ABD ve Rusya bu yarışta önde görünüyor. Bir Japon denizaltısı, Mariana Çukuru’nda yüksek basınca dayanıklı, protista ailesinden foraminifera adlı tek hücreli canlılar buldu. En aşırı ortamlarda yaşayabilen bu canlılar, araştırmacılara yeni buluşlar için ilham kaynağı oluyor. Şu an için bakterilerin yaşadığı bilinen üst sıcaklık sınırı 113 °C. Ancak araştırmacıların işi hiç de kolay değil. 7000 metre derinlikte su basıncı metrekare başına ortalama 5000 ton suyun ağırlığı kadardır. Bu ayağımızın üzerinde bir yolcu otobüsü kadar ağırlık olması anlamına gelir. Ancak tüm zorluklara rağmen insanoğlunun azmi, gayreti, araştırma merakı ve keşfetme heyecanı sayesinde yeni teknolojik gelişmeler ortaya çıkıyor.  

Derin sularda keşfedilmeyi bekleyen nice canlı bizleri bekliyor. Son yıllardaki yeni ilaçların ve teknolojilerin büyük bir kısmı denizlerden çıkıyor. Maden şirketleri nikel mineralini, petrol ve gaz şirketleri yeni enerji kaynaklarını, ARGE çalışanları biyoteknolojik ürünleri, deniz biyologları yeni canlı türlerini ve iklim-ekosistem ilişkilerini ortaya koymak için büyük gayret içinde. Bu araştırmalar sonucunda henüz haberdar olmadığımız birçok keşfin yapılması bekleniyor. NASA bu iş için 17 milyar dolarlık bir bütçe ayırmış durumda. Siyah ve beyaz bacaların çevresindeki mikroorganizmaların, M. Jannaschii ve Discoderma dissoluta gibi canlıların araştırılması ile yeni bilgilerin ortaya çıkması herkesin temennisi. Araştırmaların sonucunda, insan sağlığı ve biyoteknoloji konularında faydalı ürün ve teknojilerin piyasaya verilmesi bekleniyor. Yeni keşfedilen 300’den fazla canlı türünden iki metrelik solucanlara ve kaynayan suyu seven yengeçlere kadar farklı farklı canlıların bilim ve araştırma hayatımıza neler getireceği büyük merak konusu. Ülkemiz ve dünyamız denizler, göller ve akarsularla dolu. David Cameron’un 11.000 metreye dalışı kamuoyunun dikkatini geleceğin ecza deposu olan okyanuslara çekti. Çünkü denizler bilim insanlarına ilham veriyor. Leonardo Da Vinci’nin dediği gibi “İsterse ustaların ustası olsun, kim doğadan değil de yapay bir şeyden ilham alıyorsa tüm emekleri boşa gidiyor demektir” Herhalde araştırmacılar doğru yerden ilham aldığı için güzel sonuçlarla karşılaşıyorlar. Çılgın sular çılgın araştırmacıları bekliyor. Okyanusların derinlerine, bacalara doğru bir seyahate çıkmaya ne dersiniz?