Evrim Ağacının Kadim Kökleri: 1.7 Milyar Yıllık Fosilde Saklanan “Karmaşık Yaşam” Sırrı Nedir?
Eski Avustralya fosilleri, en eski ökaryotların oksijene bağımlı olduğunu gösteriyor ve oksijenin karmaşık yaşamın evrimini mümkün kıldığına dair yeni kanıtlar sunuyor.
Avustralya’nın tropikal Darwin kentindeki açık hava deposunda, onlarca silindirik kaya çekirdeği içeren tepsiler saklanıyor. Bunlar, on yıllar önce maden arama şirketleri tarafından yüzeyin yüzlerce metre altında açılan sondaj kuyularından elde edilmiş örnekler.
Kuzey Bölgesi Jeolojik Araştırma Kurumu’ndaki bu çekirdeklerin bazıları, sertleşmiş deniz tabanı çamurundan oluşan bir tür tortul kaya olan çamurtaşıdır. Bu çekirdekleri çıkaran şirketler, bu çamurtaşlarının içinde, 1,5 milyar yıl önce kuzey Avustralya’nın büyük bir bölümünü kaplayan eski bir iç denizin deniz tabanında gömülü mikroskobik organizmaların fosillerinin bulunduğunun büyük ölçüde farkında değildi.
Bugün Nature dergisinde yayınlanan yeni çalışmamızın gösterdiği gibi, bu fosiller, Dünya’daki tüm karmaşık yaşamın ortaya çıkmasına yol açan büyük evrimsel sıçramayla ilgili uzun süredir devam eden bir bilmeceyi çözmek için çok önemlidir: ökaryotların kökeni.
1,7 milyar yıllık tortul kaya katmanları, Kakadu Milli Parkı, Kuzey Bölgesi. Fotoğraf: Maxwell Lechte
Karmaşık Yaşama Evrimsel Sıçrama
Dünya üzerindeki tüm yaşam, hücresel düzeyde temelde farklı olan iki tipe ayrılabilir.
Prokaryotlar (bakteriler ve arkeler) basit hücresel organizasyona sahiptir ve çoğunlukla tek hücrelidir. Ökaryotlar -tüm hayvanlar, bitkiler, algler ve mantarlar dahil- çok farklıdır. Çekirdek ve belirli görevleri yerine getiren organeller gibi diğer özelleşmiş yapılar içeren çok daha karmaşık hücrelere sahiptirler.
Ökaryotik devrim gezegeni dönüştürdü. Hayvanların ve sonunda da bizim ortaya çıkışımıza yol açtı. Yaşayan organizmaların genlerinden elde edilen gözlemlere dayanarak, tüm yaşayan ökaryotların son ortak atasının (en az) iki prokaryotik mikrobun -bir arke ve bir bakterinin- simbiyotik birleşmesinden kaynaklandığı artık yaygın olarak kabul edilmektedir.
Ökaryotik Yaşamın Bilinen En Eski Kanıtı
Ökaryotik yaşamın ilk kanıtı, tek hücreli organizmaların bu fosilleri şeklinde karşımıza çıkıyor. Bu fosiller, prokaryotlarda görülmeyen ancak ökaryotlarda yaygın olan bir hücresel karmaşıklık seviyesini gösteriyor.
Ökaryot fosilleri, dünyanın dört bir yanında en az 1,5 milyar yıl öncesine dayanan kayaçlarda bulunabilir. En eskisi 1,75 milyar yıl öncesine dayanan Kuzey Bölgesi fosilleri, şu anda küresel olarak bilinen en eski ökaryot fosilleridir.
Ancak erken ökaryotların evrimleştiği antik dünya gizemlerle örtülüdür. Ve doğalarıyla ilgili birçok temel yön bilinmemektedir.
Erken Ökaryotların Oksijene İhtiyacı Var mıydı?
Birçok bakteri türü oksijensiz ortamlarda yaşayabilir ve büyüyebilir. Ancak günümüzde yaşayan neredeyse tüm ökaryotlar hayatta kalmak için oksijen kullanır. Bunun nedeni, aerobik solunumun (oksijen kullanarak besinleri parçalama) karmaşık yaşamın gerektirdiği büyük miktarda enerjiyi sağlamasıdır.
Ancak oksijenin her zaman tüm ökaryotlar için faydalı olduğu fikri, son yıllarda eleştirilere maruz kaldı. Bu, oksijensiz koşullarda gelişebilen gizemli ökaryotların şaşırtıcı keşiflerinin ardından geldi.
Mikroskobik fosiller içeren tortul kayaçların sondaj örnekleri. Kaynak: Maxwell Lechte
Jeolojik kayıtlardan elde edilen kanıtlar, ökaryotların ilk evrimleştiği dönemde oksijenin muhtemelen çok daha az olduğunu gösteriyor. Bu, oksijensiz deniz yaşam alanlarının norm olduğu anlamına geliyor. Toplu olarak, bu gözlemler, ökaryotların başlangıcından beri oksijene bağımlı olduğu varsayımını sorgulamıştır.
İlk ökaryotun atalarına en yakın kabul edilen gruplara ait yaşayan mikropların genetik çalışmaları, ökaryot ataları hakkında önemli bilgiler sunabilir. Ancak yalnızca fosil kayıtları bize uzun zaman önce yok olmuş soylar hakkında bilgi verebilir. Ve yalnızca jeoloji, bu organizmaların yaşadığı dünyaya bir pencere açabilir.
Fosiller ve Jeokimya Yoluyla Antik Denizleri Araştırmak
Yeni çalışmamız için, Darwin’de saklanan çamurtaşı örneklerinin parçalarını ezip çözdük. Bu çözünme sonucu geride kalan organik kalıntıyı mikroskop altında analiz ederek 12.000’den fazla fosil tespit ettik.
Fosillerin korunduğu çamurtaşlarını da inceleyerek, tortuların biriktiği ortamın nasıl olduğunu daha iyi anlamaya çalıştık. Bu, bu ökaryotların yaşadığı habitatlar hakkında bilgi verdi. Ayrıca, bu çamurtaşlarının kimyasını analiz ederek, eski deniz suyunda oksijenin olup olmadığını belirleyebildik.
Sonuçlarımız, ökaryot fosillerinin kıyı çamur düzlüklerinden açık denize kadar değişen ortamlarda bulunduğunu gösteriyor. Ancak bunlar sadece oksijenli ortamlarda biriken örneklerde mevcuttu. Oksijensiz ortamlardan alınan örneklerde ise sadece basit, prokaryotik formlar bulunuyordu.
Oksijen, Erken Ökaryot Evriminin Temel Etkeni Olarak Ortaya Çıkıyor
Bu, 1,7 ila 1,4 milyar yıl önce Dünya’da yaşamış olan en eski bilinen ökaryotların bile oksijene bağımlı olduğunu gösteriyor. Bu veriler, oksijenin erken ökaryotların evrimini yönlendirmede kilit bir rol oynadığına dair uzun süredir savunulan bir hipotezi destekliyor.
Erken ökaryotların temsil ettiği büyük evrimsel sıçramanın etkenlerini ve bağlamını çözmek, yaşam bilimlerindeki en önemli sorulardan biridir. Bu gizemli, eski mikrofosillerin devam eden çalışmaları, şüphesiz kendi kökenlerimiz ve evrendeki yerimiz hakkında bize daha fazla bilgi verecektir.
Kaynak: https://scitechdaily.com