İlksel Bulgular ve İTÜ Jeomikrobiyoloji Grubunun (İTÜ-GBL) Devam Eden Çalışmaları
Perseverance’in bilimsel yolculuğu ile birlikte ülkemizde Göller Bölgesi Burdur il sınırında yer alan Salda Gölü de bilimsel camianın odak noktası haline geldi. Bunun asıl nedeni, Salda Gölü’nü çevreleyen ve bazı kesimlerde metrelerce kalınlığa sahip beyaz renkli sulu magnezyum karbonatların, Jezero Krateri'nde 3,5 milyar yıl önce var olduğu düşünülen eski göl ortamında da tespit edilmesidir…
Jezero Krateri’ne 18 Şubat 2021’de başarıyla iniş sağlayan Perseverance gezgini şu ana kadar önemli bilimsel veriler elde etti. Perseverance’ın bilimsel yolculuğuyla birlikte ülkemizde Göller Bölgesi Burdur il sınırında yer alan Salda Gölü de bilimsel camianın odak noktası haline geldi. Bunun asıl nedeni, Salda Gölü’nü çevreleyen ve bazı kesimlerde metrelerce kalınlığa sahip beyaz renkli sulu magnezyum karbonatların, Jezero Krateri’nde 3,5 milyar yıl önce var olduğu düşünülen eski göl ortamında da tespit edilmesidir (Şekil 1). Jezero’daki “marjinal karbonatlar” olarak adlandırılan bu Mg karbonatlara ait spektral izler, eski göldeki delta ve kraterin sınırları boyunca orbital olarak ortaya kondu (Horgan vd., 2020) (Şekil 2). Dahası ve belki de en önemlisi, Salda Gölü’nün Jezero’daki karbonatların sonraki flüvyal ve gölsel etkilerle olası değiştiğim süreçlerini anlamak için de gerekli jeolojik ortamları içermesidir. Yani, Jezero’da olduğu gibi Salda Gölü’nü besleyen flüvyal sistemler ve bunlara bağlı delta oluşumlarının bulunması. Dahası, Salda Gölü’nü çevreleyen litolojik birimlerin Jezero Krateri’nde de bulunması. Tüm bu nedenlerle, Salda Gölü, Jezero’da olası eski yaşam izlerinin arayışında rehber niteliği taşıyor.
Bu Mars misyonunu diğer misyonlardan ayıran en belirgin kriter, Perseverance gezgininin ana görevinin, Mars’ta yaşamın filizlenmesi için uygun jeolojik ortamları belirleyerek eski yaşamın izlerini aramak. Yani, biyoiz barındırma potansiyeli yüksek kayaç örneklerini sonraki Mars Sample Return (MRS) misyonu için toplamak; bir bakıma insansız jeoloji yapmak. Perseverance gezgini her ne kadar en son teknolojik analiz cihazlarıyla donatılmış, yerinde önemli ve kritik jeolojik veriler üretse de, Dünya’da yapılacak çeşitli ve detaylı analiz yöntemlerine ve ölçüm hassasiyetine ulaşması henüz mümkün değil. Hele de aradığınız “biyoiz” mikron, belki de nano boyuttaysa (Şekil 3).
Buna bir de henüz cevabını bilemediğimiz “yaşamı nasıl tanırız?” sorusu da eklenince, Yerküre’ye 2030’da ulaştırılması umut edilen sınırlı sayıdaki jeolojik örneklerin seçimi ve önemi daha da artıyor. Dolayısıyla NASA’nın bu misyondaki başarısı önemli oranda, jeolojik örneklerin seçim kriterlerine bağlı. Yerküre’de Jezero’daki eski göl ortamına benzerlik sergileyen jeolojik ortamlar bu seçimde büyük rol oynadı; oynuyor.
Peki, kayaçlardaki biyoizleri, diğer bir deyişle yaşamın “kimyasal izlerini” nasıl tanırız? Milyarlarca yıl yaşındaki kayaçlarda bu izler kalır mı? Kalırsa potansiyel alanlar nerelerdir?
“Mars’ın erken dönemlerinde yaşam filizlendiyse, Yerküre’nin aksine bu izler o döneme ait kayaçlarda hala saklı olabilir. Perseverance gezgini bu izleri Mars yüzeyinde eski bir gölün kalıntılarını içeren Jezero Krateri’nde arıyor; umut vadeden alanlar ise kraterde bulunan -özellikle krater kenarı boyuncamagnezyumca zengin karbonat kayaçlarıdır.”
Yerküre jeolojik olarak oldukça huzursuz, yani kayaçlar sürekli dönüşüm ve değişim halinde. Bu süreçler boyunca biyoizler kolaylıkla silinebilmektedir. Yerküre’nin aksine Mars, kayaçların dönüşümüne neden olan temel jeolojik olaylardan biri olan levha tektoniğinden yoksun ve diğer jeolojik süreçler açısından da oldukça durağan. Yani, Mars’ın erken dönemlerinde yaşam filizlendiyse, Yerküre’nin aksine bu izler o döneme ait kayaçlarda hâlâ saklı olabilir. Perseverance gezgini bu izleri Mars yüzeyinde eski bir gölün kalıntılarını içeren Jezero Krateri’nde arıyor; umut vadeden alanlarsa kraterde bulunan –özellikle krater kenarı boyunca– magnezyumca zengin karbonat kayaçlarıdır. Yerküre’de yaptığımız çalışmalardan biliyoruz ki, karbonatlı kayaçların önemli bir kısmı biyolojik etkilerle oluşuyor, yani biyoiz hazineleri. Bu nedenle, Jezero’daki karbonatların doğası ve oluşum aşamalarının (yerinde ve/veya detrital) anlaşılması, Jezero’daki eski gölün oluşumuna ve biyoiz araştırma stratejisine önemli katkı sağlayacak.
“Son veriler, Salda Gölü’ndeki karbonatların sanılanın aksine oldukça çeşitli olduğunu ortaya koydu. Bu da, biyoiz tanıma, araştırma ve yorumlama açısından bilimsel birikimimize önemli katkı sağlayacak. Halen NASA ekibi ile devam eden çalışmamızda, bu veriler detaylandırılarak bilimsel camiaya bu yıl içinde sunulacak.”
İTÜ Jeomikrobiyoloji Çalışma Grubu (ITU-GBL) olarak NASA-Perseverance misyonunda yer alan bilim insanlarıyla 2019’da Salda Gölü’nde başladığımız ortak bilimsel çalışmalarımız 3 yıldır devam ediyor (Şekil 4). Bu bilimsel işbirliği ilksel sonuçlarını vermeye başladı. 2020’de gölün değişik ortamlarında jeolojik örneklemeler yaparak ilk defa gölün derinlemesine mikrobiyal ekolojik yapısını, bir bakıma mikrobiyal haritası çıkarıldı (Balci vd., 2020).
Bu aşamayı takiben, Salda Gölü’nün farklı çökel ortamlarında yürüttülen arazi ve analiz çalışmalarıyla ortaya koyduğumuz nitelikli verileri, MASTCAM-Z ve SUPER-CAM aracılığıyla Mars’tan elde edilen visible/near-infrared (VNIR; 0.3-2.5 μm) spektral verilerle karşılaştırdık. Bu çalışma sonucunda, Salda Gölü’nde gelişen farklı depolanma alanları kıstas alınarak Jezero Krateri’ndeki eski gölün 3,5 milyar yıl önceki resmini ortaya koyduk (Şekil 5). Diğer bir deyişle, Jezero’daki eski gölün biyoiz açısından “sıcak nokta”larını belirlemede kılavuz olacak temel altlık verilerini ürettik (Garczynski vd., 2019, 2020, 2021).
Bu çalışmanın devamı niteliğinde, Salda Gölü’nün farklı çökel ortamlarından mikrobiyal etkilerle oluşan sulu Mg karbonatlar –mikrobiyalitler– örneklendi. İTÜ Jeoloji Mühendisliği Bölümü-Jeomikrobiyoloji Çalışma Grubu’nda Ar. Gör. olarak çalışan Yağmur Güneş bu örnekler üzerinde doktora çalışmalarını yürütüyor. Halen devam eden çalışmada, ilk defa, gölde oluşan mikrobiyalitlerin makro, orta ve mikro ölçekte morfolojik, yapısal ve dokusal karakteristiklerini ve gölde dağılımını ortaya koyduk.
Ayrıca, bu yapılar üzerinde gelişen farklı renklerde ve karbonatlarla iç içe geçmiş mikrobiyal mat zonları İTÜ Jeomikrobiyoloji laboratuvarında steril ortamlarda titizlikle ayırt edildi (Şekil 6). Bu zonlarda bulunan mikroorganizmalar laboratuvar ortamında kültür edilerek, deneysel çalışmalara hazır hale getiriliyor. Amacımız, bu zonlarda mikroorganizma spesifik karbonat doku ve izlerini, yani mikroorganizmaların metabolik faaliyetlerinin karbonatlar üzerindeki izlerini araştırmak.
Bu son veriler, Salda Gölü’ndeki karbonatların sanılanın aksine oldukça çeşitli olduğunu ortaya koydu (Gunes vd., 2022; Balcı, 2022). Bu da, biyoiz tanıma, araştırma ve yorumlama açısından bilimsel birikimimize önemli katkı sağlayacak. NASA ekibiyle hâlâ devam eden çalışmamızda, bu veriler detaylandırılarak bilim camiasına bu yıl içinde sunulacak.
2007’de İTÜ Jeoloji Mühendisliği Bölümü’nde TÜBİTAK desteğiyle kurduğum ve hâlâ yöneticisi olduğum İTÜ Jeomikrobiyoloji-Biyojeokimya Laboratuvarı (İTÜ-GBL) Türkiye’de kurulan ilk ve hâlâ tek laboratuvar. İTÜ Jeoloji Mühendisliği Bölümü’ne yeni ve disiplinler arası bilimsel vizyon getiren laboratuvarımızda, ulusal ve uluslararası lisans ve lisansüstü öğrenciler araştırmalarını başarıyla yürütüyor.
Birçok farklı uluslararası ve ulusal projeye imza attık. En son yaptığımız proje, T.C. Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı ve İTÜ’nün paydaş olarak yer aldığı “Salda’nın Jeomikrobiyolojik Olarak Haritalanması” projesidir. Bu bilimsel işbirliğine temel olan çalışmaları ve söz konusu projenin fikirsel gelişimini 2020’de İTÜ-GBL olarak Salda Gölü’nde tamamladığımız mikrobiyal eko-sistem ve biyomineralizasyon çalışmaları oluşturdu. Bu proje kapsamında ilk defa, gölün mikrobiyal dinamik sistemini anlamak için, gölün farklı derinliklerinden (5, 10 ve 15 m) biyofilm, mikrobiyal mat ve sediman örnekleri toplandı ve bu alanlar görüntülenerek koruma altına alındı (Şekil 7).
İTÜ-GBL laboratuvarı olarak, bu örnekler üzerinde jeolojik-jeomikrobiyolojik çalışmaları yürüterek, jeomikrobiyolojik olarak öncelikli göle has bilimsel koruma alanlarını belirledik ve haritaladık. Daha da önemlisi, laboratuvarda yaptığımız kültür temelli çalışmalarla hem çevresel hem mikrobiyal tür ve metabolik reaksiyonların, mikrobiyalitlerin oluşmasına etkisini belirledik. Yani, Salda Gölü’nü laboratuvara taşıyarak, kontrollü koşullar altında çok farklı jeomikrobiyolojik deneyler yaptık. Bu deneyler, birçok farklı parametrenin birlikte işlediği karmaşık doğal ortamları anlamamız ve çözmemiz açısından oldukça kritik ve önemli deneyler; bu veriler gölün mikrobiyal dinamiğini anlamamız için gerekli.
“Salda Gölü’nü laboratuvara taşıyarak, kontrollü koşullar altında çok farklı jeomikrobiyolojik deneyler yaptık. Bu deneyler, birçok farklı parametrenin birlikte işlediği karmaşık doğal ortamları anlamamız ve çözmemiz açısından oldukça kritik ve önemli deneyler; bu veriler gölün mikrobiyal dinamiğini anlamamız için gerekli.”
Projeden elde ettiğimiz tüm jeolojik, jeomikrobiyolojik haritalama ve jeokimyasal verileri bütüncül ve sürdürülebilir bir anlayışla değerlendirilerek Salda Gölü’nde Bakanlığın kurmayı hedeflediği Salda Bilim Merkezi için fikir öncülüğü yaptığımız gibi; Merkez için önemli önerilerde sunduk. Dünyanın birçok ülkesinde benzer bilim merkezleri, araştırma ve toplumdan her kesime ulaştırma görev ve amaçlarını başarıyla sürdürmektedir. Bu tür bilim merkezlerinin, genç araştırmacıların yetişmesine ve aktif şekilde ulusal ve uluslararası projelere katılmasına katkı koyacağı açıktır. Bu çalışmamız devam etmektedir.
Bu proje yeni projelere de zemin hazırladı. Göle has fototrofik-ışık severmikroorganizmalar izole edilerek, önemli bir sera gazı olan CO2 tutunumu ve uzaklaştırılması üzerinde disiplinler arası bir çalışma başladı. Umuyoruz ki bu çalışma, yerbilimleri camiasına önemli veriler sağlayacağı gibi, disiplinler arası çalışmalarda yerbilimlerinin kilit ve merkezi rolü için de önemli bir örnek teşkil edecek.
Bir İTÜ’lü olarak uluslararası bilim camiasında saygınlığı ve yetkinliği bulunan Massachusetts Institute of Technology (MIT) ile Purdue Üniversitesi’yle (Yer, Atmosfer ve Gezegen Bilimleri Bölümü) işbirliği içinde olmaktan gurur duyuyorum. Araştırma üniversitesi kimliği taşıyan üniversitemizin uluslararası bilimsel camiada hak ettiği düzeye ulaşması için bu tür bilimsel çalışmalar artan teşviklerle desteklenmeli.
KAYNAKLAR:
Balcı, N. (2022). Hydrated Mg Carbonates Microbialites of Lake Salda: Biotic and Abiotic Processes (IAS Books Special Publication )
Balci, N., Gunes, Y., Kaiser, J., On, S.A., Eris, K., Garczynski, B. ve Horgan, B.H. (2020). “Biotic and abiotic imprints on Mg-rich stromatolites: Lessons from Lake Salda, SW Turkey”, Geomicrobiology Journal, 37(5), 401–425.
Balci, N., Demirel, C. ve Kurt, M.A. (2018). Geomicrobiology of Lake Salda and Microbial Influences on Present-Day Stromatolite Formation. 39(1), 19–40.
Garczynski, B., Horgan, B., Kah, L., Balci, N. ve Gunes, Y. (2019). “Searching for potential biosignatures in Jezero Crater with Mars 2020 A spectral investigation of terrestrial lacustrine carbonate analogs”, Ninth International Conference on Mars: July 22-25 2019, 2089, 6302, https:// onlinebooks.library.upenn.edu/webbin/book/lookupid?key=olbp86817
Garczynski, B., Horgan, B., Kah, L., Balci, N., Gunes, Y., Williford, K. ve Cloutis,
E. (2020). “Investigating the origin of carbonate deposits in Jezero Crater: Mineralogy of a fluviolacustrine analog at Lake Salda, Turkey”. 51st Annual Lunar and Planetary Science Conference, 2128, 2128.
Garczynski, B., Horgan, B., Kah, L., Balci, N., Gunes, Y., Williford, K., Cloutis, E. ve Dromart, G. (2021). “Expected results of carbonate investigations by the perseverance rover in jezero crater: lessons from a fluviolacustrine analog at Lake Salda, Turkey”, Planetary and Space Science, 67(1), 28–45.
Gunes ve Balci (2021). “Distribution and Morphological Features of Microbialites of Lake Salda, SW, Turkey”. AGU Fall Meeting 2021.
Gunes ve Balci (2021). “Carbonate Fabrics in the Modern Microbialites of Lake Salda Reflect Microbial Community Composition”. AGU Fall Meeting 2021.
Yagmur Gunes, Matthew J. Baldes, Jian Gong, Tanja Bosak, ve Nurgul Balci (2022). “Morphospace, composition and texture of Lake Salda microbialites”. EGU Meeting 2022.
Prof. Dr. Nurgül Çelik Balcı
İTÜ Maden Fakültesi, Jeoloji Mühendisliği Bölümü