Dünya’daki canlıların çoğu, ‘acil fren’ devreye girdikten sonra uykuda kalıyor

• Birçok mikrop ve hücre, çevre koşulları kötüleştiğinde büyümeyi durdurup uyku durumuna girer; bazı tahminlere göre Dünya’daki mikrobiyal hücrelerin %60’ı herhangi bir anda uykudadır
• Yeni protein Balon, bakterilerin protein üretim aygıtı olan ribozomu anında durdurur ve ilişkili genler kayıtlı bakteri genomlarının %20’sinde bulunmuştur
• Mevcut uyku faktörleri, protein sentezi tamamlandıktan sonra bir sonrakini engelleyen bir şekilde çalışıyordu; ancak Balon, çalışan ribozomlara da müdahale ederek bir acil fren gibi çeviriyi durdurur
• Balon, ribozomun A site yakınında bağlanır ve hızla girip çıkabilir; bu da hücrenin stres altında uykuya geçip koşullar iyileştiğinde yeniden etkinleşmesini kolaylaştırır
• Uyku hali yalnızca bakterilerde değil; yumurta hücreleri, kök hücreler, bağışıklık hücreleri, karaciğer hücreleri, ayıların kış uykusu ve virüslerdeki lysogeny gibi yaşamın genelinde kullanılan bir hayatta kalma stratejisidir

---

Balon’un durdurduğu şey: ribozom ve enerji kullanımı

• Hücreler açlık veya soğuk gibi olumsuz koşulları algıladığında, metabolizmayı düşürmek için uyku faktörü proteinleri üretir
• Uyku faktörleri hücresel makineleri söküp dağıtır ya da gen ifadesini engeller; özellikle yeni protein üreten ribozomları durduran sınıf önemlidir
• Büyüyen bakteri hücrelerinde protein üretimi, enerji tüketiminin %50’sinden fazlasını oluşturur
• Ribozom durduğunda yeni protein sentezi azalır ve temel hayatta kalma için gereken enerji korunabilir

Balon’un keşfi ve çalışma biçimi

• Balon, Arktik kalıcı don tabakasından elde edilen soğuğa uyumlu bakteri Psychrobacter urativorans içinde keşfedildi
• Deney sırasında kültür ortamı buz kovasında fazla uzun bırakılınca bakteriler soğuk şoku yaşayıp uyku durumuna geçti
• Araştırmacılar uyku halindeki bakterilerden ribozom çıkardı ve bunları cryo-EM ile inceledi; ribozomun A site bölgesine sıkışmış bir protein gördüler
• Bu protein daha önce tanımlanmamıştı ve ribozom bileşenlerinin parçalanması ile geri dönüşümünde rol alan Pelota’ya benzediği için, İspanyolcada top anlamına gelen başka bir sözcükten esinle Balon adı verildi
• Nature’da yayımlanan çalışmada, Balon’un mevcut ribozom uyku faktörlerinden farklı bir şekilde çalıştığı doğrulandı

Mevcut uyku faktörlerinden farklı bir “acil fren”

• Daha önce bilinen ribozom bozucu uyku faktörleri nispeten pasif çalışır
  • Ribozomun bir proteini tamamen üretmesini bekler
  • Ardından ribozomun yeni bir protein sentezine başlamasını engeller
• Balon ise hücre içindeki, hâlihazırda çalışanlar da dahil olmak üzere, ribozomlara girip onların faaliyetini durdurabilir
• Mevcut uyku faktörleri ribozomun A site bölgesini fiziksel olarak tıkadığı için, ancak devam eden protein sentezi bittikten sonra bağlanabilir
• Balon ise kanalı tamamen kapatmadan yakına bağlanır; bu sayede ribozom ne yapıyor olursa olsun yerleştirilip çıkarılabilir
• Bu özellik, hücre büyümesini durdurduktan sonra kaset bandı gibi hızla çekilip çıkabilmesini sağlar

Balon nadir bir istisna değil, yaygın bir protein

• Balon gen dizisi arandığında, açık veritabanlarına kayıtlı bakteri genomlarının %20’sinde ilişkili diziler bulundu
• Araştırmacılar bunlardan iki alternatif bakteri proteinini de analiz etti
  • Tüberküloza neden olan insan patojeni Mycobacterium tuberculosis proteini
  • Aşırı sıcak deniz tabanı hidrotermal bacalarında yaşayan Thermus thermophilus proteini
• Her iki protein de ribozomun A site bölgesine bağlandı; bu da bazı Balon akrabalarının başka bakteri türlerinde de benzer şekilde çalışabileceğini gösteriyor
• Balon, hücresel uyku araştırmalarında sık kullanılan Escherichia coli ve Staphylococcus aureus’ta bulunmuyor
• Sınırlı laboratuvar model organizmalarına odaklanmak, yaygın uyku taktiklerini gözden kaçırmaya yol açabilir

Yaşamın genelinde uyku hali

• Dünya’daki canlıların büyük kısmı, faaliyeti sürekli artırmaktan ziyade gerektiğinde metabolizmayı durdurma ya da azaltma yeteneğine sahiptir
• Laboratuvar modeli bakteri E. coli, birbirinden ayrı beş uyku mekanizmasına sahiptir ve bunların her biri tek başına bile kriz koşullarında hayatta kalmak için yeterlidir
• Uyku hali yalnızca açlık durumlarında gerekli olan bir olgu değildir
  • İnsan yumurta hücreleri, döllenene kadar onlarca yıl uyku halinde kalır
  • İnsan kök hücreleri, kemik iliğinde oluştuktan sonra vücuttan gelecek sinyalleri bekleyerek durgun halde kalır
  • Sinir dokusundaki fibroblastlar, bağışıklık sistemindeki lymphocyte’lar ve karaciğerdeki hepatocyte’lar da etkin olmayan, bölünmeyen evrelere girip sonra yeniden etkinleşir
• Ayıların hibernation’ı, herpes virüsünün lysogeny’si, solucanların dauer stage’i, böceklerin diapause’u, amfibilerin aestivation’ı ve kuşların torpor’u da koşullar iyileştiğinde geri döndürülebilen uyku halleridir

Olasılıksal uyku ve topluluğun hayatta kalması

• Bazı hücreler çevresel değişimi algılayıp uykuya geçse de, birçok bakteri olasılıksal bir strateji de kullanır
• Rastgele değişen ortamlarda hiçbir hücre uykuya girmezse, tesadüfi bir felaket tüm topluluğu yok edebilir
• En sağlıklı ve en hızlı büyüyen E. coli kültürlerinde bile hücrelerin %5 ila %10’u uyku halindedir
• Bu uyuyan hücreler, daha etkin ve daha savunmasız hücreler zarar gördüğünde hayatta kalan atanmış sağ kalanlar gibi davranır
• Balon gibi uyku mekanizmaları, hangi türlerin iklim değişikliği altında istikrarlı biçimde varlığını sürdürebileceğini ya da toparlanabileceğini anlamaya bağlanıyor

[GN⁺]

Hacker News yorumları

• Karla Helena-Bueno'nun Arktik bakterileri buzun üstünde fazla uzun süre bırakıp unuttuktan sonra ortak kış uykusu etkenini keşfetmesi hikâyesi hoşuma gitti
  Yenilik ve keşiflerin sıkça izlediği o sihirli kalıbı, yani tesadüfi kazayı olduğu gibi gösteriyor. İnsani olduğu için ferahlatıcı; makine öğreniminin tamamen elimizden alacağı türden bir keşif olmadığını düşünüyorum

  • Bilimde yeni bir keşfi haber veren en heyecan verici sözün “Eureka!” değil, “Tuhaf...” olduğu ifadesi aklıma geliyor
    Genelde Isaac Asimov'a atfedilir
  • Şans eseri keşfettikten sonra geçmişi beceri anlatısı olarak rasyonalize edip ardından tüm araştırma fonunu kapma akışını destekliyorum
  • Yapay zeka buzun içindeki bakterileri unutmazdı, ama bizim gibi örüntüleri iyi bulabilir ve bunu çok daha büyük ölçekte yapabilir
    Bir kaza değil, başka bir açıdan kış uykusu mekanizmasını da bulabilir. AGI gerçek olursa, yeterince veriyle beslendikten sonra tuhaf bir şekilde “bu ilginçmiş” diyebilir. Neredeyse 60 yıl önce erken dönem AGI'nin nasıl davranabileceğini oldukça gerçekçi biçimde anlatan Colossus romanını severim: https://en.wikipedia.org/wiki/Colossus_(novel)
  • Makine öğreniminin bu tür keşifleri çok daha fazla yaptırmada önemli bir rol oynama ihtimali yüksek
    Bugünkü kısıt, ilginç örüntüleri fark edecek bilgiden çok, bu örüntüleri büyük ölçekte arayabilme kapasitesinde
  • “The Making of the Atomic Bomb”ı okuyorum; aslında daha çok nükleer fizik keşif süreci hakkında bir kitap gibi
    Ve keşiflerin çoğu tesadüfen yapılmış

• İnsanların da eskiden kış uykusuna yatabildiği gerçeği aklıma geldi (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1117993/) ve (https://www.popularmechanics.com/science/a35033907/early-hum...)

  • Üstünkörü bakınca kesinleşmiş bir olgudan ziyade hipoteze daha yakın görünüyor
    “Görece güvenli mağaraların içinde yılın en kötü dönemini uyuyarak geçirmeye karar verdiler ve bunun için beslenmeden ve güneş ışığıyla alınan D vitamininden vazgeçtiler” gibi. Kuzeyde kışın dışarıda ya da mağarada olmak D vitamini düzeylerinde büyük fark yaratmaz; güneşin alçak açısı yüzünden vücut zaten D vitamini üretmekte zorlanır. Örneğin Inuitler güneş ışığı olmadan da D vitamini alabiliyor. Kışın beslenme yetersizliği de, depolama ve koruma teknikleri gelişmeden önce kışın yiyeceğin pek olmadığı anlamına gelebilir
  • İlk BMJ 1900 yazısı biraz Gulliver'in Gezileri gibi okunuyor
    İkinci yazı 400 bin yıl önceki insan atalarıyla ilgili, yani oldukça eski bir hikâye
  • Yüksek serotonin, soğuğa maruz kalma ve az güneş ışığı düşünülünce kış uykusu mümkünmüş gibi de görünüyor
    Ama amacının ne olacağını merak ediyorum. Muhtemelen yaşam süresinin kısalmasına ve kanser riskinin artmasına yol açardı

• “Uyurken kaçırdıklarımızdan yakınmak yerine, uykuyu yeryüzündeki tüm yaşamla, Arktik permafrostun derinliklerinde uyuyan mikroplara kadar bizi bağlayan bir süreç olarak deneyimleyebiliriz” cümlesi ilginç; ama Arktik permafrostun derinliklerindeki mikropların uyuyor olması daha rahatlatıcı
  Uyanırlarsa ne olacağını düşünmek istemiyorum

  • İnsanlar ve diğer türler neden uyur? Belki de sadece uyuyabildikleri için
    Uyanık kalmak için iyi bir neden yoksa uyur, uyanık olmak için daha iyi bir zamana enerji saklarlar. Ama bu açıklama neden rüya gördüğümüzü yanıtlamıyor
  • Uyanırlarsa muazzam miktarda CO2 ve metan salmaya başlayabilirler
  • Bence bugün sahip olduğumuz antibiyotiklerle ve pek çok maddeyle sayısız karşılaşma sonucunda dikkatle evrimleşmiş mikrop ve virüsler de benzer ya da daha büyük bir tehlike seviyesinde olabilir

• Sonsuza dek yatabilen şey ölü değildir; tuhaf ebediyetler içinde ölüm bile ölebilir

• Vay, bu doğanın yaptığı bir lazy evaluation (tembel değerlendirme) mekanizması gibi

• Tedavi potansiyelinden neredeyse kimse söz etmiyor gibi
  Bakteriyel enfeksiyonları uyku hâline sokabilsek güzel olurdu. Tümörler için de aynısı geçerli

  • Tümörler zor olabilir. Bildiğim kadarıyla kanser hücreleri tanım gereği normal çalışmayan hücreler olduğu için

• Yaşlı insanların bedenlerini dondurup uyku hâlini tetikleyerek dünya daha iyi olduğunda uyanması sahnesi aklıma geliyor
  Böyle bir şirket olsa yatırım yapmak isterdim

  • Asıl zor olan, gelecek kuşakların zahmet edip çözdürmek isteyeceği biri olmak
  • Aslında 50 yılı aşkın süredir zaten yapılıyor[0]
    0. https://en.wikipedia.org/wiki/Alcor_Life_Extension_Foundatio...
  • Çok sayıda, henüz o kadar da yaşlı olmayan insan kullanırsa sonuç pek iyi olmayabilir: https://xkcd.com/989/
  • Şimdilik bilimkurgu gibi ama yavaş yavaş yaklaşıyor gibi
    Birkaç gün önce şu da çıktı: https://news.ycombinator.com/item?id=40400591
  • Ya uyandığında dünya daha kötü hâle gelmişse?
    Uzak gelecekteki insanların korunmuş bedenleri değer verilecek bir kaynak mı, yoksa sömürülecek bir nesne mi göreceği konusunda epey büyük bir kumar

• Mars'ta yaşam olduysa böyle bir uyku mekanizması kullanıp kullanmadığını merak ediyorum

• Karmaşık sistemlerde çok sayıda bireyin hiçbir şey yapmayan bir yedek kapasiteye sahip olmasının tamamen doğal olduğunu ve topluma parazit olmak yerine tüm sistemi hayatta tutmak için gerekli olduğunu halka anlatmamak lazım

  • Bu benzetmedeki halk da açlık düzeyindeki kaynak tüketiminin yarısını süresiz olarak durdurabiliyor mu?
    Nüfus düzeyinde bir yok oluş olayına karşı olasılıksal sigorta olarak bunu yapıp sonrasında toparlanma yeteneğine de sahip mi? Yazının gerçek içeriğinden çıkarılan bu genişletme gerçekten berbat