Plastik çağında evrim

YAZAR:felis agnosticus

Plastikler, insan yapımı sentetik veya yarı sentetik polimerlerden üretilen ve doğada kolay kolay parçalanmayan malzemelerdir. Dayanıklı olmaları onları son derece kullanışlı hâle getirirken, aynı özellik çevrede uzun süre birikmelerine de yol açar.

İlk sentetik plastiklerin geliştirilmesi 20. yüzyılın başlarına uzansa da plastiklerin çeşitlenmesi ve büyük ölçekli üretimi özellikle yüzyılın ortalarından itibaren hızlandı. Naylon 1935’te geliştirildi ve birkaç yıl sonra ticari olarak üretilmeye başlandı. PET, polietilen ve polipropilen gibi bugün günlük yaşamın hemen her alanında karşılaştığımız plastiklerin yaygınlaşması da büyük ölçüde 20. yüzyılın ikinci yarısında gerçekleşti. Böylece canlılar, evrimsel açıdan son derece kısa bir süre içinde çevrelerinde daha önce karşılaşmadıkları çok sayıda sentetik maddeyle karşı karşıya kaldılar.

Son yıllarda bu konuda şaşırtıcı keşifler yapıldı. Bazı bakterilerin, mantarların ve hatta böceklerin belirli plastikleri veya bunların parçalanma ürünlerini işleyebildiği; bazı mikroorganizmaların da ortaya çıkan maddeleri besin ve enerji kaynağı olarak kullanabildiği ortaya kondu.

Naylonu parçalayan bakteriler

Bu konudaki en eski keşiflerden biri 1970’lerde Japonya’da yapıldı. Bir naylon fabrikasının atık sularında keşfedilen ve günümüzde Paenarthrobacter sp. KI72 olarak adlandırılan bu bakteri, naylon-6 üretimi sırasında ortaya çıkan küçük molekülleri parçalayabiliyordu. Bakteri bu özelliğini, “naylonazlar” olarak bilinen enzimlere borçluydu. Bu enzimlerin nasıl ortaya çıktığı uzun süre tartışıldı. Eski kaynaklarda bunlardan birinin tek bir mutasyon sonucunda tamamen yeni bir proteinin ortaya çıkmasıyla oluştuğu ileri sürülüyordu. Ancak daha sonraki araştırmalar, hikâyenin bu kadar basit olmadığını ortaya koydu: naylonu parçalayan enzimler, bakterilerde zaten var olan başka enzimlerle evrimsel olarak akrabadır. Mevcut enzimlerin mutasyonlarla değişerek yeni maddeler üzerinde etkinlik kazanması ve doğal seçilimin bu yeteneği geliştirmesi, bugün için çok daha güçlü bir açıklamadır.

Naylonun parçalanma ürünlerini kullanma yeteneğinin evrimi laboratuvarda da gözlemlendi. 1995’te yayımlanan bir çalışmada, başlangıçta naylonun parçalanma ürünlerini kullanamayan Pseudomonas aeruginosa PAO bakterileri üzerinde bir deney yapıldı. Bakteriler, ihtiyaç duydukları karbon ve azotu yalnızca naylon-6 üretiminin bir yan ürünü olan 6-aminohekzanoat dimerinden (Ahx dimeri) elde edebilecekleri bir ortamda yetiştirildi. Bu koşulların yarattığı seçilim baskısı sonucunda, bazı bakteri suşlarında Ahx dimerini parçalayabilen iki yeni enzim etkinliği ortaya çıktı. Böylece insanların yalnızca birkaç on yıl önce üretmeye başladığı bir maddeyi kullanma yeteneğinin deney ortamında da evrimleşebildiği gösterildi.

Plastik şişeleri parçalayan bakteri

2016 yılında çok daha çarpıcı bir keşif yapıldı. Japonya’daki bir plastik geri dönüşüm tesisinin yakınında bulunan Ideonella sakaiensis adlı bakteri, içecek şişelerinde ve polyester kumaşlarda yaygın olarak kullanılan PET’i parçalayabiliyordu. Bakteri bunu iki enzim yardımıyla yapıyordu. PETaz adı verilen ilk enzim PET’in uzun molekül zincirlerini daha küçük parçalara ayırırken, MHETaz adı verilen ikinci enzim bu parçalanma ürünlerini daha da küçük moleküllere dönüştürüyordu. Böylece PET yalnızca fiziksel olarak ufalanmıyor; kimyasal olarak parçalanıyor ve ortaya çıkan maddeler bakterinin metabolizmasına katılabiliyordu.

I. sakaiensis tarafından üretilen doğal PETaz enziminin etkinliği, plastik atık sorununu tek başına çözebilecek kadar yüksek değildir. Bu nedenle bilim insanları, enzimi laboratuvarda değiştirerek daha hızlı ve etkili çeşitlerini geliştirmeye çalışıyor. Bunlardan FAST-PETaz adı verilen bir enzim, bazı PET ürünlerini uygun koşullarda birkaç gün içinde büyük ölçüde parçalayabiliyor. Amaç yalnızca PET’i parçalamak değil, onu başlangıç maddelerine ayırarak bu maddelerden yeniden plastik üretmek ve böylece geri dönüşümde kullanmak.

Plastik yiyen böcekler

Plastikleri parçalama yeteneği yalnızca mikroorganizmalarla da sınırlı değil. 2017’de yayımlanan bir çalışmada, Büyük balmumu güvesinin (Galleria mellonella) larvalarının polietilene zarar verebildiği gösterildi. 2022’de yayımlanan bir başka çalışmada da, yine aynı türe ait larvaların tükürüğünde bulunan bazı enzimlerin, polietilenin kimyasal yapısını değiştirebildiği ortaya kondu.

Resim: Polietilen üzerinde büyük balmumu güvesi (Galleria mellonella) larvasının temsili görünümü.

Un kurdu (Tenebrio molitor) larvalarının polistireni parçalayabildiği 2015’te, polietileni de parçalayabildiği ise 2018’de yayımlanan çalışmalarda gösterildi. Bu süreçte larvaların bağırsaklarında yaşayan mikroorganizmaların da rol oynadığı düşünülüyor.

Ancak “plastik yiyen böcek” ifadesini doğru yorumlamak gerekiyor. Bir böceğin plastiği kemirerek küçük parçalara ayırması, plastiğin gerçekten biyolojik olarak parçalandığı anlamına gelmez. Bilim insanları bu nedenle yalnızca plastiğin kaybolup kaybolmadığına değil, uzun polimer zincirlerinin kimyasal olarak parçalanıp parçalanmadığına ve ortaya çıkan maddelerin canlı tarafından kullanılıp kullanılmadığına da bakıyor.

Peki plastik sorunu çözülüyor mu?

Henüz değil. “Plastik” dediğimiz şey aslında tek bir madde değildir. PET, naylon, polietilen, polipropilen, polistiren ve poliüretan birbirinden oldukça farklı kimyasal yapılara sahiptir. Bir canlı veya enzimin bunlardan birini parçalayabilmesi, diğerlerini de parçalayabileceği anlamına gelmez.

Üstelik özellikle poşetlerde kullanılan polietilen ve ambalajlarda yaygın olan polipropilen gibi bazı plastikler biyolojik parçalanmaya son derece dirençlidir. Laboratuvarda gözlenen bir etkinin, doğada tonlarca plastik atığı kısa sürede ortadan kaldırabileceği sonucuna varmak da doğru değildir.

Yine de bu canlıların önemi büyük. Bilim insanları artık yalnızca “Plastiği yiyen bir canlı bulabilir miyiz?” sorusunu sormuyor; bu canlıların kullandığı enzimleri belirleyip onları daha hızlı ve etkili hâle getirmenin yollarını araştırıyor. Gelecekte plastik atıkların bir bölümünü yeniden kullanılabilecek hammaddelere dönüştüren biyolojik geri dönüşüm sistemleri bu enzimlerden yararlanabilir.

Canlıların, çevrelerinde ancak yakın geçmişte ortaya çıkan sentetik maddeleri parçalayabilen özellikler geliştirmesi, evrimin yalnızca milyonlarca yıl önce gerçekleşmiş bir süreç olmadığını gösteriyor. İnsanlar yeni kimyasal çevreler yaratırken, canlı popülasyonları da bu yeni çevresel koşullar altında evrimleşmeye devam ediyor. Plastik yiyen canlıların hikâyesi, bu sürecin günümüzde gözlenebilen dikkat çekici örneklerinden biridir.

Kaynaklar:

PAYLAŞ
Keşfet