BioQXs Next-Gen Researchers Öğrencimizden – Uzayda Yaşam Bilimlerinin Geleceğine Dair

Life Sciences in Space Research, uzay ortamının canlı sistemler üzerindeki etkilerini anlamaya odaklanan disiplinler arası bir araştırma alanıdır. NASA’nın Space Biology Programı bu alanın temel amacını, uzay uçuşunun canlı sistemleri nasıl etkilediğini anlamak ve Dünya’dan uzak gelecekteki insanlı keşif görevlerine hazırlık yapmak olarak tanımlamaktadır. Bu araştırmalar Uluslararası Uzay İstasyonu gibi uzay platformlarında ve uzay uçuşunun bazı özelliklerini taklit eden Dünya tabanlı deneylerde gerçekleştirilmektedir. Bitkiler, mikroorganizmalar ve hayvanların uzay ortamına nasıl uyum sağladığı; metabolizma, büyüme, stres tepkisi, fizyoloji ve gelişim gibi süreçler üzerinden incelenmektedir. Ayrıca araştırmalar hücrelerin ve genlerin işleyişinden başlayarak dokular, organlar, bütün canlılar ve mikroorganizma topluluklarına kadar farklı düzeylerde yürütülmektedir.

Bu araştırma alanının giderek daha önemli hale gelmesinin temel nedenlerinden biri, uzay ortamının yaşamın alışık olduğu Dünya koşullarından farklı olmasıdır. NASA’ya göre Dünya’daki organizmalar milyonlarca yıl boyunca yerçekimi, atmosfer ve düzenli ışık-karanlık döngüleri altında evrimleşmiştir. Uzay araçlarında ise bu koşullar değişmektedir. Bu nedenle canlıların uzaydaki değişimlere nasıl tepki verdiğini, nasıl adapte olduğunu ve bu değişimlerin neden meydana geldiğini anlamak gerekir. NASA’nın Space Biology Programı da canlıların uzay ortamına verdikleri tepkilerin altında bulunan biyolojik süreçleri ve bunların birbiriyle olan bağlantılarını anlamayı amaçlamaktadır.

Bu gereklilik özellikle insan sağlığı açısından önemlidir. Uzun süreli uzay görevlerinde insanların farklı yerçekimi koşullarında ve uzay radyasyonuna maruz kalarak yaşamaları beklenmektedir. Bu nedenle uzay ortamının hücreler, dokular ve organlar üzerindeki etkilerinin anlaşılması gerekir. NASA’nın araştırmalarında gen ve protein ifadeleri, DNA’nın yapısı ve işlevi, hücresel yapı ve hücreler arası iletişim gibi süreçler incelenmektedir. Temel amaçlardan biri, uzay ortamındaki biyolojik değişimlerin doku ve organ işlevlerini nasıl etkilediğini anlamak ve bu bilgiyi insan sağlığını destekleyecek çözümlere dönüştürmektir.

Uzayda yaşamın sürdürülebilirliği açısından mikroorganizmaların araştırılması da önemlidir. İnsanlar uzaya gittiklerinde mikroorganizmalarını da beraberlerinde götürmektedir. Uluslararası Uzay İstasyonu gibi kapalı ortamlarda bazı mikroorganizmalar astronot sağlığı açısından risk oluşturabilir veya metal yüzeylerde zamanla bozulmaya ve hasara neden olarak ekipmanlara zarar verebilir. Uzun süreli görevlerde bu tür sorunlar ortaya çıktığında ortamı tamamen boşaltmak veya temizlemek mümkün olmayacağından, mikroorganizmaların nasıl büyüdüğünü, çoğaldığını ve birbirleriyle nasıl etkileştiğini anlamak gerekir. Ancak mikroorganizmalar yalnızca bir risk olarak görülmemektedir. NASA, bazı mikroorganizmaların bitkilerle yararlı ilişkiler kurabildiğini, bitkilerin ihtiyaç duyduğu besinlere ulaşmasına katkı sağlayabildiğini ve gelecekteki biyorejeneratif yaşam destek sistemlerinde önemli olabileceğini belirtmektedir. Bu nedenle uzun süreli uzay görevleri için mikroorganizmaların bulunduğu ortamda uygun bir dengenin sağlanması önem kazanmaktadır.

Bitki biyolojisi de bu alanın önemli bir parçasıdır. NASA, mikrogravitenin bitki büyümesi, gelişimi ve metabolizması üzerindeki etkilerini; fotosentez, üreme, bitki savunması, bitki-mikrop ilişkileri ve kök bölgesindeki su ve besin yönetimi gibi süreçler üzerinden araştırmaktadır. Bu çalışmalar yalnızca uzayda yapılan deneylerle sınırlı değildir; Dünya’da normal yerçekimi veya mikrograviteyi taklit eden koşullarda yapılan karşılaştırma deneyleri de gerçekleştirilmektedir. Uzayda yenilebilir bitkilerin

yetiştirilebilmiş olması da bu araştırmaların uygulamalı yönünü göstermektedir. NASA, Uluslararası Uzay İstasyonu’nda marul ve lahana yetiştirildiğini ve gelecekte uzun süreli uzay uçuşlarında sürdürülebilir bir sağlıklı gıda kaynağı oluşturmak amacıyla bitkilerin besin içeriği ve bitkilerle birlikte yaşayan mikroorganizmaların da incelendiğini belirtmektedir.

Canlı sistemlerin uzayda neden birlikte ele alınması gerektiğini anlamak için Dünya’daki Biosphere 2 deneyi önemli bir örnektir. Biosphere 2, insanlar, teknoloji, tarım ve çok sayıda birbirine bağlı canlı sistemin kapalı bir ortam içerisinde birlikte incelendiği bir sistem olarak tasarlanmıştır. İlk iki yıllık deneyde sekiz kişi sistem içerisinde yaşamış; hava, su ve gıda gibi temel kaynakların mümkün olduğunca sistemin kendi içinde yenilenmesi ve üretilmesi amaçlanmıştır.

Bu deney, böyle bir sistemin ne kadar hassas olabileceğini de göstermiştir. İlk iki yıllık deney sırasında atmosferik oksijen seviyesi ilk on altı ayda %20,9’dan yaklaşık %14’e düşmüş ve karbondioksit seviyeleri bazı dönemlerde 4000 ppm’in üzerine çıkmıştır. Bu değişimler ekip üyelerinin sağlığı ve performansı üzerinde etkiler oluşturmuştur. Aynı zamanda gıda üretimi önemli bir zorluk olmuş; sınırlı alan, yoğun tarımsal çalışma, ürünlerin dönüşümlü yetiştirilmesi, bitkilere zarar verebilecek canlılar ve bitkilerin yeterli ışık alamadığı dönemler üretimi etkilemiştir. Buna rağmen ilk iki yıllık deneyde tüketilen gıdanın %83’ü deney sırasında yetiştirilen ürünlerden sağlanmış, ikinci deneyde ise diyetin tamamı içeride yetiştirilen ürünlerden oluşmuştur. Bu deneyim, kapalı yaşam sistemlerinde insan sağlığının atmosfer, gıda üretimi ve ekolojik süreçlerden bağımsız düşünülemeyeceğini göstermektedir.

Bunun yanında Biosphere 2 çalışması, uzun süreli uzay görevlerinin insanların psikolojik ve sosyal ihtiyaçlarını da dikkate alması gerektiğini ortaya koymaktadır. Deney ekibi izolasyon, yüksek iş yükü, iletişim sorunları ve grup içi çatışmalar gibi sorunlarla karşılaşmıştır. Makalenin yazarları, küçük ve fiziksel olarak izole grupların yönetilmesinin uzun süreli uzay keşfi ve yerleşimleri açısından önemli olduğunu vurgulamaktadır. Dolayısıyla sürdürülebilir bir uzay yaşam sistemi yalnızca insanın temel biyolojik ihtiyaçlarını karşılayan bir yapı değil, insanların uzun süre boyunca işlevsel ve sağlıklı şekilde yaşayabileceği bir çevre olmalıdır. Makalenin sonuç bölümünde de görevler uzadıkça gıda üretiminin daha önemli hale geleceği ve uzayda yaşamın daha fazla kendi kendine sürdürülebilir olması gerekeceği belirtilmektedir.

Son olarak, Space Life Sciences araştırmalarının önemi yalnızca uzayda yaşamı mümkün kılmakla sınırlı değildir. NASA, uzayda gerçekleştirilen araştırmaların Dünya’daki yaşamın anlaşılmasına ve farklı teknolojilerin geliştirilmesine de katkı sağlayabileceğini belirtmektedir. Örneğin uzayda patojenlerin davranışı, kemik yoğunluğu kaybı ve bitki büyümesi üzerine yapılan çalışmalar; yara iyileşmesi ve doku yenilenmesi, osteoporoz tedavileri ve tarım teknolojileri için yararlı bilgiler sağlayabilir. Böylece uzay, yalnızca gelecekteki keşiflerin hedefi değil, aynı zamanda Dünya’daki biyolojik süreçleri daha iyi anlamamızı sağlayan farklı bir araştırma ortamı haline gelmektedir.

Sonuç olarak Life Sciences in Space Research, uzayda yaşamın nasıl sürdürülebileceğini anlamak için insan sağlığını, mikroorganizmaları, bitkileri ve bunların içinde bulunduğu yaşam sistemlerini birlikte inceleyen bir araştırma alanıdır. İnsanlığın daha uzun süreli ve daha uzaktaki uzay görevlerine hazırlanmasıyla birlikte canlıların uzay ortamına nasıl adapte olduğunu anlamak daha da önemli hale gelmektedir. NASA’nın Space Biology araştırmaları ile Biosphere 2 deneyiminden görülebileceği gibi, gelecekte uzayda yaşamın sürdürülebilirliği yalnızca teknolojik sistemlerin geliştirilmesine değil, bu sistemlerin içinde yer alan canlı süreçlerin doğru şekilde anlaşılmasına ve yönetilmesine de bağlı olacaktır.

Kaynaklar

Allen, J. P., & Nelson, M. (1999). Overview and design: Biospherics and Biosphere 2, mission one (1991–1993). Ecological Engineering,

Allen, J. P., Nelson, M., & Alling, A. (2003). The legacy of Biosphere 2 for the study of biospherics and closed ecological systems. Advances in Space Research.

National Aeronautics and Space Administration. (n.d.). Space biology program. NASA Science. Nelson, M., Dempster, W., Allen, J. P., Alling, A., Anner, R., Alvarez-Romo, N., et al.

Massa, G. D., Newsham, G., Hummerick, M. E., Khodadad, C. L., Wheeler, R. M., & Romeyn, M. (2020). Microbiological and Nutritional Analysis of Lettuce Harvested from the Veggie System on the International Space Station.

Garrett-Bakelman, F. E., Darshi, M., Green, S. J., Gur, R. C., Lin, L., Macias, B. R., ... & Feinberg, A.

P. (2019). The NASA Twins Study: A multidimensional analysis of a year-long human spaceflight.