In the next ten minutes, we will immerse ourselves in an amazing and beautiful marine world that's very often overlooked. I'd like to take you on a journey into the sea, looking at it from the perspective of its smallest inhabitants: the microbes. My goal is that after this short journey, you'll share my amazement at how deeply connected our lives are to these microscopic creatures and also perhaps my concern that these relationships are often neglected when it comes to making decisions and policies about our oceans.
Gelecek 10 dakika içinde kendimizi sıklıkla görmezden gelinen hayret verici ve güzel deniz dünyasına daldıracağız. Sizi denizin derinliklerinde bir gezintiye çıkarmak ve en küçük ev sahipleri olan mikropların gözünden baktırmak istiyorum. Hedefim, bu kısa gezintiden sonra hayatımızın bu mikroskobik canlılara nasıl da derinden bağlantılı olduğu hakkında hayretimi, hatta bu ilişkilerin okyanuslarımız hakkında politika belirlemeye geldiğinde genellikle ihmal edilmesi konusundaki endişelerimi paylaşmanız.
When you look out on a clear blue ocean, you're actually gazing at a microbial soup full of vibrant life. What you see here are marine bacteria buzzing about and exploring other members of the marine food web. To emphasize how small this world really is, I've added a white line to most of my slides that shows you the thickness of a single strand of human hair -- very tiny. An average teaspoon of clean seawater has five million bacteria and 50 million viruses in it. If I were to scoop up two gallons of seawater, there would be more bacteria in those two gallons than there are people on this planet. Take just a moment and think about how many gallons might make up an ocean. Or maybe I've already made your stomach turn, as you think of all of the seawater we've each accidentally swallowed over the years. But luckily, we rarely get sick from that seawater, because most marine microbes are working for us, not against us.
Açık mavi bir okyanusa baktığınızda aslında hareketli hayatla dolu bir mikrobik çorbayı seyrediyoruz. Burada gördüğünüz deniz bakterilerinin koşturması ve deniz besin zincirinin diğer üyelerini keşfetmeleri. Bu dünyanın ne kadar küçük olduğunu vurgulamak için slayt sayfalarının çoğuna bir insan saç teli kalınlığında minnacık beyaz bir çizgi ekledim. Ortalama bir çay kaşığı temiz deniz suyunun içinde 5 milyon bakteri ve 50 milyon virüs var. Eğer denizden yaklaşık sekiz litre su alsam bu sekiz litrenin içinde bu gezegendeki insanlardan daha fazla bakteri olacaktır. Sadece bir dakikanızı ayırıp denizin kaç litre sudan oluşabileceğini düşünün. Belki de senelerce yanlışlıkla yutttuğunuz her deniz suyunu düşündürerek midenizi bulandırdım. Neyse ki ondan çok nadiren hastalanırız, çünkü çoğu deniz mikrobu bizim lehimize çalışıyor, aleyhimize değil.
One of my favorite examples is that they provide half of the oxygen we breathe. In middle school, we all learn to thank the trees. And admittedly, they may be more huggable than the microbes. But it turns out that land plants only create a quarter of the oxygen we breathe. Another quarter comes from macroalgae like kelp and a full 50% from the microbes. Take a deep breath in. Thank the trees. Take another deep breath in. Thank the macroalgae. Your next two breaths -- tip your hats to the microbes.
Benim favori örneklerimden biri soluduğumuz oksijenin yarısını üretmeleri. Orta okulda hepimiz ağaçlara teşekkür etmeyi öğreniriz. İtiraf etmek gerekirse mikroplardan daha sarılınabilirler. Fakat anlaşılan kara bitkileri soluduğumuz oksijenin sadece çeyreğini üretiyor. Diğer çeyrek, laminarya gibi makroalglerden ve tam bir %50'lik kısım mikroplardan geliyor. Derin bir nefes alın. Ağaçlara teşekkür edin. Bir derin nefes daha alın. Makroalglere teşekkür edin. Gelecek iki nefesiniz için mikroplara şapka çıkarın.
This picture is of a bacterium that happens to be the single most abundant photosynthesizer on our planet. It's called, "Prochlorococcus," and this is oceans' oxygen-producing powerhouse and, I might argue, one of the most amazing discoveries of recent marine microbiology. We didn't know it existed until 1988. All of human history has depended on this little microbe for the oxygen they breathe every day, no matter where or when they lived. And we've only been aware of that relationship for a mere 24 years. I find that astounding. How many more critical relationships are out there that we have yet to discover?
Bu, gezegenimizdeki en verimli fotosentezleyici olan bakteriye ait. Adı "Prochlorococcus" ve okyanusun oksijen üretim santrali, deniz mikrobiyolojisinin yakınlardaki keşiflerinden en şaşırtıcı olanı olduğunu iddia edebilirim. 1998'e kadar varlıklarından haberimiz yoktu. Bütün insanlık tarihi nerede ve ne zaman yaşamış olurlarsa olsunlar her gün soludukları oksijen için bu küçük mikroba bağımlıydı. Bu ilişkinin sadece 24 yıldır farkındayız. Bunu hayret verici buluyorum. Dışarıda daha keşfedemediğimiz kaç tane kritik ilişkimiz var acaba?
I see our relationship with marine microbes as parallel in many ways to the relationship we have with microbes in our gut. We've all experienced the wrath of unhappy gut microbes at one point or another, perhaps food poisoning or tainted water. But we may be less aware of the connection we have with marine microbes and the physical discomforts we can feel when those communities change. As an extreme example: the disease cholera is caused by a bacterium that thrives in the ocean. So while most marine microbes are indeed helping us, there do remain plenty that are not. Our relationship with the ocean, much like our gut, is dependent on the right balance of microbes. The old phrase, "You are what you eat" applies to our ocean microbes as well.
Deniz mikroplarıyla olan ilişkimizin birçok yönden bağırsaklarımızdaki mikroplarla aynı doğrultuda olduğunu görüyorum. Hepimiz bir noktada, muhtemelen gıda zehirlenmesi ya da kirli sudan, mutsuz bağırsak mikroplarının gazabına uğradık. Deniz mikroplarıyla olan bağımızın ve bu topluluk değişirse hissedebileceğimiz fiziksel rahatsızlığın pek farkında olmayabiliriz. Uç bir örnek olarak: Kolera hastalığı okyanusta büyüen bir bakteri yüzünden gelişti. Yani çoğu deniz mikrobu bize yardım ederken çoğu etmiyor. Okyanusla olan ilişkimiz, bağırsağımızdaki gibi, mikropların doğru dengesine bağlı. Eski deyiş "Ne yersen, osun" okyanus mikroplarımız için de geçerli.
To give you a sense of what an overfed ocean may look like, here are two examples of me sampling seawater. On your left, it's a clean coral reef, and on your right is a nearly dead coral reef that has a very intense fish farming operation in the waters there. You'll notice I'm only smiling in one of these two pictures, and in the other one my dive buddy had to be a whole lot closer to capture that image. So if we were to take a drop of seawater from each of these samples and put it under the microscope, this is what the bacteria and viral communities would look like. So again, clean reef on your left, fish farm reef on your right. As we all have had a feeling of discomfort from imbalanced gut microbes, a fish swimming through a part of the ocean that has been overfed in this way -- in this case, by intense aquaculture, but it could be a sewage spill or fertilizer runoff or any number of other sources -- that fish will feel the physical discomforts of the ocean microbes being out of whack. There may be less oxygen present, there may be more pathogens there, and there may be toxins produced by some of these microbes. The bottom line is that from their tiny-scale existence, these tiny microbes have a very large-scale power to control how our ocean smells, how it tastes, how it feels and how it looks.
Aşırı beslenmiş bir okyanusu anlayabilmeniz için işte iki deniz suyu örneği. Solunuzdaki temiz mercan kayalığı ve sağınızdakiyse çok yoğun bir balık yetiştirme çalışmasının yapıldığı neredeyse ölü mercan kayalığı. İki resimden sadece birisinde gülümsediğimi fark edebilirsiniz, diğerinde dalış partnerimin görüntüyü çekebilmesi için çok daha fazla yakınlaşması gerekti. Eğer bu iki deniz suyundan birer damla alıp mikroskopta inceleyecek olursak bakteri ve virüs toplulukları böyle görünürdü. Yine solunuzda temiz mercan kayalığı, sağınızda balık çiftliği mercan kayalığı. Hepimiz dengesiz bağırsak mikroplarından rahatsızlık duyduk, okyanusun böylesine aşırı beslenmiş bir kısmında yüzen bir balık- bu durumda yoğun balık yetiştirilmesi ama kanalizasyon taşması, suni gübre akışı ya da herhangi bir başka kaynağın karışması da olabilir- okyanus mikroplarının kontrolden çıkmasından fiziksel rahatsızlık hissedecektir. Oksijen azalabilir, daha fazla patojen ve bazı mikroplar tarafından üretilen toksinler olabilir. Uzun lafın kısası mikroplar, küçük ölçekli varlıklarıyla okyanuslarımızın kokusu, tadı, hissi ve görünüşü üzerinde çok büyük ölçekli etkileri var.
If you take one idea away from my talk today, let it be this: we have an incredibly important relationship with these marine microbes that have very large-scale consequences, and we're just barely beginning to understand what that relationship looks like and how it may be changing. Just as a physician will have trouble curing a disease of unknown cause, we will have similar trouble restoring ocean health without understanding the microbes better. They are the invisible engineers that control the chemistry of the ocean and therefore, what creatures can live there, whether or not it's safe for us to swim there and all of the other characteristics we sense with our eyes, noses and taste buds. And the more we pay attention to these small but very numerous members of the ocean, the more we're learning they do indeed respond to human actions, such as in this fish farm example.
Bugünkü konuşmamdan bir çıkarımda bulunacaksanız, şu olsun: Deniz mikroplarıyla, çok büyük ölçekli sonuçlara sebebiyet veren inanılmaz derecede önemli bir ilişkimiz var ve bu ilişkinin neye benzediğini ve nasıl değişebileceğini zar zor anlamaya başlıyoruz. Bir doktorun sebebi bilinmeyen bir hastalığı tedavi etmede zorlanması gibi mikropları daha iyi anlamazsak benzer problemleri okyanusu iyileştirirken yaşarız. Onlar, okyanusun kimyasını, hangi canlıların orada yaşayabileceğini, orada yüzmemizin güvenli olup olmadığını ve gözlerimiz, burnumuz, tat almaçlarımızla hissettiğimiz diğer özelliklerin belirlenmesini kontrol eden görünmez mühendislerdir. Okyanusun bu küçük ama kalabalık mensuplarına ilgi gösterdikçe daha da anlıyoruz ki, balık çiftliği örneğinde gördüğümüz gibi insan faaliyetlerine tepki veriyorlar.
Now, as the past few slides about coral reefs may have suggested, I do indeed spend much of my time as a researcher thinking about human-microbe interactions, specifically on coral reefs. It turns out, we're not alone in having our own protective community of microbes. Corals, along with most other organisms on this planet, have their own protective communities as well. However, rather than keeping theirs on the inside as we do in our gut, they keep theirs on the outside, to protect them from their surroundings So what you're seeing here is a three-dimensional image of a live spot on a living coral with all of its living bacteria, that I took with some exciting technology -- a high-speed laser-scanning confocal microscope. All of the red circles are the symbiotic algae that live inside the coral tissue, turning sunlight and into sugars they both can use, and all of the little blue dots are the protective bacteria. So when I use image analysis software to highlight the outer layer of the coral in white, you can see that there are still some tiny little blue dots above that layer. And those bacteria are sitting in a mucus layer, which is also part of the coral's protective layer.
Önceki mercan kayalığı hakkındaki birkaç slayttan anlamış olabilirsiniz, vaktimin çoğunu insan-mikrop etkileşimi hakkında, özellikle de mercan kayalıkları hakkında düşünerek geçiren bir araştırmacıyım. Kendi koruyucu mikrop topluluğuna sahip olan tek canlılar olmadığımız ortaya çıktı. Mercanların, gezegendeki diğer çoğu organizma gibi kendi koruyucu toplulukları var. Ancak bizim bağırsaklarımızda yaptığımız gibi içlerinde tutmak yerine onları çevrelerindekilerden koruması için dışarıda tutuyorlar. Burada gördüğünüz şey heyecan verici bir teknoloji olan yüksek hızlı lazer taramalı eş odaklı mikroskopla çektiğim, canlı bir mercanın bütün canlı bakterileriyle dolu bir noktasının üç boyutu görüntüsü. Kırmızı noktaların hepsi mercan dokusunda yaşayan güneş ışığını her ikisininde kullanabileceği şekere dönüştüren simbiyotik algler ve mavi noktarın hepsiyse koruyucu bakteriler. Yani mercanın dış tabakasını beyazla öne çıkarmak için görüntü analiz yazılımını kullandığımda, o tabakanın altında hâlâ bazı küçük mavi noktalar olduğunu görebilirsiniz. Bu bakteriler ayrıca mercanın koruyucu katmanı da olan mukus katmanında bulunuyorlar.
From the bigger perspective, I spend my time thinking about these relationships, because too many reefs are going from looking like the picture on your left to the picture on your right. Believe it or not, the picture on your right remains a very popular tourist snorkeling spot on the island of Maui, even though it's lost most of its coral cover over the past decade or so. Corals are getting sick all around the globe at alarming rates, and we really don't know how or why. I see the microbes on the coral reefs, both the good ones and the bad ones, trying to link their micro-scale behaviors to this big picture of: How do we help the reef that looks like the right back towards something that looks more like the left? Or: How do we stop coral disease from spreading?
Büyük resme bakacak olursak; vaktimi bu ilişkileri düşünerek harcıyorum, çünkü çok fazla mercan solunuzdaki mercandan ziyade sağınızdaki mercan gibi görünmeye başladı. İster inanın ister inanmayın sağınızdaki resim, geçen on yıl kadar bir sürede bütün mercan örtüsünü kaybeden Maui Adası'ndaki çok meşhur bir turist dalış noktasından. Mercanlar dünyanın her yerinde korkutucu oranlarla hasta oluyorlar, nedenini ve nasıl olduğunu gerçekten bilmiyoruz. Mercan kayalığındaki mikro ölçülü davranışlarını, mercanın sağdaki hâlinden soldaki hâline tekrar nasıl dönüştürebiliriz diye büyük resme bağlamaya çalışan hem iyi, hem kötü mikropları görebiliyorum. Ya da mercan hastalığının yayılmasını nasıl durdururuz?
Just over a year ago, no one had ever seen a view like this. This video is a prime example of making the invisible visible. We're looking at a side view of the same coral as before, where the protective layer meets the seawater; so, seawater on your right, coral on your left. It's incredibly exciting to me that we can finally see these bacteria in real life, in real time, at their micro scale, and learn how they interact with the world around them. Ecologists all over the world are used to being able to grab a pair of binoculars and go out and observe what their study creatures do each day. But microbial ecologists have desperately needed breakthroughs in technology, such as with this fast confocal, to make similar observations. I work to find ways that cutting-edge technologies like this can help make the unseen seeable, to see marine bacteria in action and learn how they behave. In doing so, we can learn how they respond to our actions and our behaviors and the environment around them in ways that will help us better manage our oceans.
Bir yıl öncesine kadar kimse böyle bir manzara görmemişti. Bu video görünmezi görünür kılmanın başlıca bir örneği. Önceki mercanın yandan görüntüsüne bakıyoruz, koruyucu tabakanın deniz suyuyla buluştuğu yere; deniz suyu sağınızda, mercan solunuzda. Sonunda bu bakterileri gerçek hayatta, eş zamanlı ve mikro ölçülerinde görebilmek, etraflarındaki dünyayla iletişimlerini öğrenmek benim için inanılmaz derecede heyecan verici. Dünyadaki çevrebilimciler bir dürbün kapıp araştırdıkları canlıları gözlemlemek için her gün dışarı çıkabilmeye alışkınlar. Mikrobiyal çevrebilimcilerinse benzer gözlemleri yapabilmek için hızlı eş odaklama gibi yeni buluşlara çaresizce ihtiyaçları vardı. Görünmezi görünür kılmakta, deniz bakterilerini iş başında görmeye ve davranışlarını anlamaya yardımcı olan son teknolojileri bulmaya çalışıyorum. Bunu yaparak, davranışlarımıza, hareketlerimize ve çevrelerine verdikleri tepkileri, okyanuslarımızı daha iyi idare etmemize yardımcı olması için öğrenebiliriz.
Another example of how I'm doing this is by using microfluidics to study specifically how pathogens behave in the ocean. The basic idea behind microfluidics is that you can use nanofabrication techniques to recreate or mimic the conditions bacteria experience at their own tiny scale in the ocean. What you see here is a microfluidic chamber on a microscope slide with a microscope lens underneath it. We use high-speed video microscopy to record bacteria behavior. The colored tubing is where bacteria and seawater flow in and out of the device. And it's using a device like this that I recently discovered that a known coral pathogen actually has the ability to sniff around the seawater and hunt for corals. Here's the video of in action. You'll see all of the pathogens which are the tiny green dots on the left start detecting the coral mucus I put on the right side of the channel, and they swim quickly over in that direction and stay there. Up until now, it was thought that a pathogen would need some good luck to find its host in the ocean. But simply by watching and observing, we can learn that these bacteria are very well adapted to seeking out their victims.
Özellikle patojenlerin okyanustaki davranışlarını incelemek için mikroakışkanlar kullanmak bunun başka bir örneği. Mikroakışkanların ana fikri, nanofabrikasyon tekniklerini okyanusta kendi ölçeklerinde deneyimledikleri bakteri koşullarını yeniden oluşturmak veya taklit etmek için kullanılabilmesi. Burada gördüğünüz altında mikroskop merceği bulunan mikroskop lamı üzerindeki mikroakışkan bir hazne. Bakteri davranışını kaydetmek için yüksek hızlı bir video mikroskopisi kullanıyoruz. Renkli borular, bakteri ve deniz suyunun cihazın içine ve dışına aktığı kısım. Yakınlarda, bilinen bir mercan patojenin aslında deniz suyunu koklama ve mercanlar için avlanma yeteneğine sahip olduğunu keşfettiğim bir cihaz kullanıyor. İşte faaliyet videosu. Hepiniz soldaki küçük yeşil noktalar olan patojenlerin kanalın sağ tarafına koyduğum mercan mukusunu tespit ettiğini göreceksiniz ve o yöne hızlıca yüzüp orada kalıyorlar. Şimdiye kadar patojenin okyanusta konak bulabilmesi için iyi şansa ihtiyacı olduğu düşünülüyordu. İzleyerek ve gözlemleyerek kolayca görebiliriz ki bu bakteriler kurbanlarını aramada oldukça iyiler.
These micro-channels are bringing us closer than ever before to understanding how bacteria navigate that big blue ocean. It turns out that this pathogen can even detect the coral mucus when I dilute it 20,000 fold. So these bacteria are very well adapted to hunting down these corals. I'm currently testing different environmental conditions to see what scenarios make this pathogen more or less capable of hunting corals. By learning more about what triggers the hunt, we should be able to find ways to help slow down or prevent this disease. There's also some evidence that the healthy microbes on the coral can fight off the pathogen if the conditions are right.
Bu mikro kanallar bizi bakterilerin koca mavi okyanusta nasıl gezindiğini anlamamıza daha önce hiç olmadığı kadar yakınlaştırdı. Bu patojenin mercan mukusunu 20.000 kat seyreltsem bile tespit edebiliyor. Yani bu bakteriler mercanları avlamaya oldukça aşina. Şu anda bu patojenlerin hangi senaryolarda mercanları avlamada daha az ya da daha çok yetenekli olduğunu görmek için farklı çevresel koşullar deniyorum. Avı tetikleyen şeyi bularak bu hastalığın yavaşlamasını ya da önüne geçmeyi sağlayacak yollar bulabilmeliyiz. Eğer koşullar uygun olursa mercandaki sağlıklı mikropların patojenle savaşabildiğine dair bazı deliller var.
So, one final image of a coral and its healthy bacteria. I hope you've enjoyed this short journey into our microbial oceans and that the next time you look out at the sea, you'll take in a deep breath of fresh ocean air and wonder: What else are all of the unseen microbes doing to keep us and our oceans healthy?
Sağlıklı bir mercan ve bakterisine dair son bir görüntü. Umarım mikrobiyal okyanuslara yaptığımız yolculuktan keyif almışsınızdır ve gelecek sefer denize baktığınızda taze okyanus havasını içinize çekip, bizi ve okyanuslarımızı sağlıklı tutan, görünmeyen mikroplar ne yapıyor diye düşünürsünüz.
Thank you.
Teşekkürler.