Dünya'da iz bırakan en eski canlıdan günümüze kadar 3,5 milyar yıldan fazla süre geçti. Bu sürenin ilk üçte birlik kısmında, gezegende sadece bakteriler vardı. Fakat o bakteriler, şimdilerde bizimle birlikte yaşayan bakterilerin sağ kalmak için güvendiği organik madde kaynaklarından yoksundu.

İlk organizmalar, gezegenimizin kalbinden çıkan sıcak sıvılarda veya başka uç koşullu ortamlarda yaşamak için farklı yollar kullanıyordu. Bu ortamlarda, inorganik maddeleri, oksijensiz sıvıların ve gazların içinde, kimyasal tepkimeler vasıtasıyla parçalıyorlardı. Kimyasal tepkimelere dayalı yaşam tarzlarından ötürü böyle bakterilere "kemobakteri" adı da verilir. Böyle türleri bugün hâlâ görebiliyoruz. Uç koşullarda canlı kalabilen bu bakterilerin kimileri 80 santigrat derecenin üzerindeki sularda yaşar; hatta suyun kaynamasını engellemeye yetecek basınç varsa, 113 santigrat dereceye kadar sağ kalabildikleri saptanmıştır.

Dünya'nın kaynayan kükürtlü çamur sütunları saldığı sıcak su gayzerlerinin ve okyanus derinliklerindeki fayların çevresinde, bu canlılara rastlamak mümkündür. Kimileri de suyun donma noktasına yaklaştığı soğuk ortamlarda sağ kalmada uzmandır. Antartika'nın ortalama -68 santigrat derecelik buzullarının altında yaşayan bakteri türlerinin olduğu keşfedilmiştir. Bazı bakteriler, asitlik derecesi sülfirik asit ile kıyaslanabilecek çözeltilerde canlı kalabilirken, bazıları da kristalleşmenin eşiğinde yaşadıkları çok tuzlu salamuralarda ömürlerini geçirir. Bunlardan başka, hidrojeni enerji kaynağı olarak kullanıp karbon dioksiti parçalayan ve metan gazı üreten bakteriler de mevcuttur.

Son yıllarda, yeraltının sıradışı koşullarında yaşayan çok sayıda bakteri türü keşfedildi. 10 km'ye varan derinliklerde, sıcak ve nemli kayaların dibinde bulunan mikropların, basınç altındaki sıcak su ile kayalar arasındaki kimyasal tepkimelerle ortaya çıkan hidrojeni enerji kaynağı olarak kullandığı saptandı. Bu bakteriler öylesine çoktular ki, kısaca SLiME denilen bir topluluk olarak adlandırıldılar. "Yüzeyaltı Taşçı-özbeslek Mikrobiyal Ekosistemler" adının İngilizce kısaltması olarak kullanılan SLiME (İng. Subsurface Lithoautotrophic Microbial Ecosystems) için biz de YüTME kısaltmasını kullanabiliriz.

Yeraltındaki Taşlar Sayesinde Kendilerini Besleyen Mikroplar

YüTME, yeryüzünün altında bulunan ve hidrojene dayalı yaşam süren mikro-organizmalardan oluşan topluluklardır. Yaşam alanları, yüzeyden yalıtılmıştır. Hem sığ (yüzeyin 50 m altına kadar), hem de derin (yüzeyin 50 m'den daha derinlerinde) noktalarda bulunabilirler ve bulundukları derinliğe bağlı olarak farklı türlerde olabilirler. Orada fotosentetik etkinlik yoktur. Işıkbeslek (fototrofik) organizmalar olmasalar da, bazı YüTME'ler birincil üreticiler ve tüketiciler çevresinde şekillenen ekosistem paradigmasını yansıtacak biçimde evrilmiştir.

YüTME'ler için iki tür sistem ileri sürülmüştür: Kırıntılı sistemler ve üretken sistemler. Kırıntılı sistemlerde, enerjinin çoğu, yüzeydeki ışıkbesleklerden çıkan ve çöküntüyle gömülme sonucunda zamanla yüzeyaltında biriken organik maddeden elde edilir.

Kırıntılı bir sistemdeki organizmalar ağırlıklı olarak yanbeslektir (heterotrofik) ve besin kaynakları da oldukça sınırlıdır. Dahası, düşük moleküler ağırlıklı organiklerin tüketilmesi yeğlenirken, enerji ve karbonun geri kalanı giderek daha zor ayrışabilen biçimlerde kalır. Bunlar üretken sistemlerin tümleşik bir parçası olmakla birlikte, kimyasal-taşçı-özbeslekler (kemolitoototroflar) kırıntılı sistemlerde de bulunur; ama ağırlıklı olarak yanbeslek olan bir topluluğun yaşamını sürdürmeye yetecek miktarda değildir. Bu sistem fotokimyasal enerjiye daha bağlı olduğundan, kırıntılı sistemler YüTME-benzeri olarak sınıflandırılır.

Üretken sistemler ise YüTME-benzeri kırıntılı sistemlerden farklıdır. Bu ekosistemler, fotosentetik temelli enerjiden ve sabitlenmiş karbondan bütünüyle bağımsızdır. Işıkbesleklerin ekosistem enerjetiğinin yerini, hidrojen gazı biçimindeki kemolitoototrofik temelli kimyasal enerji almıştır. Üretken sistemlerin önemli bir noktası, hem başlangıçtaki elektron vericisinin hem de sonuçtaki elektron alıcısının, abiyotik jeokimyasal kaynaklardan türetilmesidir. Oksijen, bir elektron alıcısı olarak kullanılamaz; çünkü fotosentezin yan ürünlerinden biridir, ki o da yüzeyaltında gerçekleşmez. Fotosentezden bütünüyle bağımsız oluştan dolayı, üretken sistemler gerçek YüTME'ler olarak düşünülebilir.

H₂ Oluşumu ve H₂ Güdümlü Kimyasal-taşçı-özbesleklik

Yüzeyaltı kemolitoototroflarının çoğunun enerji kaynağı olarak hidrojen kullanmasının nedeni, hidrojenin erişilebilirliği ve enerjetik potansiyelidir. Hidrojen, akiferlerde (yeraltındaki su katmanlarında) bulunan yüksek derişimlerle, suda kolayca ilerleyebilir ve güçlü bir indirgeyici kuvvete sahiptir.

Hidrojenin yüzeyaltında üretilmesinin pek çok yolu vardır; şu örnekler verilebilir: Yüksek sıcaklıkta karbon dioksit gazı, su ve metan tepkimeleri; magmada çözünmüş karbon, hidrojen, oksijen ve sülfür tepkimeleri; uranyum, toryum ve potasyum gibi elementlerin radyoaktif izotoplarının bozunumundan oluşan su radyolizi; 600 santigrat derece üzeri sıcaklıklarda metanın hidrojene ve karbona ayrışması; mafik kayalardaki demirli mineral hidrolizi (serpantinleşme) ve sulu ortamda silikatların kataklazi gibi.

Bu süreçlerin hepsi, kimyasal-taşçı-özbesleklerin yararlanabileceği sürekli bir hidrojen kaynağı olacağını garantiler.

Yüzeyaltı Ortamları

Yüzeyaltı çok büyük olduğundan, YüTME'lerin yaşayabileceği çok çeşitli yerler vardır. Akiferler gibi yeraltı suyu ekosistemleri, sık karşılaşılan YüTME'lerdendir. Yeraltı suyu ekosistemlerinin karmaşıklığı ve büyüklüğü oldukça değişkendir; küçük alüvyal akiferlerden, yüzlerce kilometre uzunluktaki büyük bölgesel akiferlere kadar değişebilir.

Büyük yeraltı suyu sistemleri genellikle mağaralı karstik ortamların parçasıdır. Derin deniz hidrotermal bacaların yüzeyaltı da, YüTME konusunda iyi incelenmiş alanlardan biridir. Hidrotermal çöküntü biyosferi, hidrotermal bacaları da ilgilendirir. İkisi arasındaki fark, büyük çöküntü katmanlarının daha fazla çeşitlilikte anaerobik ve termofilik mikrobiyal yaşama izin vermesidir.

Bir örnek olarak, Idaho'da bulunan Lidy Kaplıcaları, yüzeyin 200 m altındaki hidrotermal alanlara açılan bir jeotermal ortamdır. Su içeriği, kaplıcada var olabilecek YüTME'lerin türüne ilişkin ipucu verir. İnorganik karbon bolluğu ve moleküler hidrojen derişimi, kaplıcada bulunan mikrobiyal toplulukların metanojenez ile desteklendiğine işaret eder.

YüTME'lerin Önemi

Yüzeyaltı büyük ölçüde yalıtılmış bir dünya olsa da, orayı ve YüTME'lerin yüzey üzerinde yapabileceği olası etkileri dikkate almak için geçerli nedenler vardır. Bu etkiler arasında, derin petrol rezervlerindeki mikrobiyal etkinlik üzerindeki etkiler, kirlenmiş yeraltı suyu sistemlerinin temizlenmesi için YüTME'lerin kullanımı ve derin kaya oluşumlarındaki radyoaktif atıkların uygun şekilde imha edilmesi sayılabilir. Bunun için kaya ortamları hakkında bilgi sahibi olmak gerekir; ayrıca mikrobiyal etkinliğin kaya üzerinde yaratabileceği olası etkileri de bilmek gerekir.

Şu an odaklanılan konu, metanojenezden dolayı oluşan yüzeyaltındaki devasa metan rezervleridir. Bu ilginin nedeni, metanın potansiyel bir enerji kaynağı olması ve rezervlerde bulunan miktarın, şu an bilinen petrol rezervlerinin içerdiği enerjiden iki kat daha fazla enerji içeriyor olmasıdır. Ayrıca kuvvetli bir sera gazı olması da üzerinde durulan bir konudur.

Mars'ta YüTME Olabilir mi?

Mars'ta şu an var olabilecek canlılık arayışları, yüzeyaltına odaklanmış durumdadır. Dünya'nın yeraltında fotosentezden bütünüyle bağımsız olarak yaşayan mikrobiyal ekosistemlerin keşfi, diğer gezegenlerde de böyle yaşam biçimlerinin olabileceğini akla getirmiştir.

Dünya'nın yanı sıra Mars'ta ve diğer kayalık gezegenlerde yaygın olarak bulunan bir kaya türü olan bazalttaki kimyasal enerjiye dayalı olarak yaşadıklarından, bu ekosistemin mikropları, büyük ölçüde hidrojenle beslenir. Hidrojenden yararlanan bakteriler daha önce belirlenmiştir ama YüTME'ler hidrojeni alışılmadık bir biçimde kullanır.

Diğer mikroplar, ilk olarak fotosentezden üretilmiş olan bitki maddelerinin çürümesinden çıkan organik karbon veya hidrojen kullanır. YüTME'ler ise bazalt ile kayalardan geçen yeraltı suyu arasındaki tepkime sonucu oluşan hidrojeni kullanır. Bazalt-su-mikrop ilişkisi, laboratuvarda sınanmış ve bazalt-su karışımında büyütülen mikroplarla kanıtlanmıştır. Bazalt bağlantısı, Mars yüzeyinin altında da mikro-organizmalarının var olmasının olanaklı olduğuna işaret eder.

Yakın zamana dek, Mars yüzeyinin altındaki tüm suyun donmuş olduğu düşünülüyordu; ama Mars Küresel Ölçümcüsü'nden (İng. Mars Global Surveyor) alınan hidrojeolojik veriler, bugün hâlâ Mars yüzeyinin altında sıvı suyun akıyor olabileceğini ortaya koydu. Eğer bu olasılığın gerçekliği doğrulanırsa, o zaman Mars yüzeyaltı koşulları, dünyadaki YüTME'lerin yaşam koşullarına son derece benzer demektir.

Orada Marslı mikroplar olmasa bile, Dünya'dan götürülecek YüTME'ler büyük olasılıkla orada sağ kalmayı başaracaklardır.