Kadim Ortaklık: Dünyanın Evrimini Şekillendiren Mikrobiyal Plan
Bilim insanları, mikroorganizmaların Dünya tarihi üzerindeki kapsamlı etkisini gözden geçirerek, izotopik ve genetik kanıtlar aracılığıyla etkilerinin izini sürüyor.
Çalışma, mikrobiyal aktivite ile Dünya’nın evrimini anlamak ve dünya dışı yaşanabilirliği değerlendirmek için çok önemli olan oksijen seviyeleri gibi büyük çevresel değişimler arasındaki bağlantıyı vurgulamaktadır.
NASA tarafından desteklenen bilim insanları, mikrobiyal yaşamın ve Dünya’nın çevresinin uzun ve karmaşık bağlantılı tarihini inceledi. Mikrobiyoloji, moleküler biyoloji ve jeoloji gibi alanlardaki mevcut bilgi durumunu gözden geçiren çalışma, mikroorganizmaların gezegenimizin okyanusları, karaları ve atmosferinin kimyasal özelliklerini nasıl şekillendirdiğini ve bunlar tarafından nasıl şekillendirildiğini inceliyor. Çalışma, birden fazla çalışma alanındaki verileri bir araya getiriyor ve gezegenimizdeki yaşamın karmaşık tarihine ilişkin tek bir alandan elde edilen bilgilerin nasıl tek başına değerlendirilemeyeceğini tartışıyor.
Mikrobiyal Fosilleri Anlamak
Dünya üzerindeki ilk yaşam mikrobikti. Bugün gezegenimizin biyokütlesinin büyük çoğunluğu hala küçük, tek hücreli mikroorganizmalardan oluşuyor. Bol miktarda bulunmalarına rağmen, mikropların geçmişi astrobiyologlar için çalışılması zor bir konu olabilir. Mikroplar arkalarında dinozorlar, balıklar ya da diğer büyük organizmalar gibi kemik, kabuk ya da diğer büyük fosilleri bırakmazlar. Bu nedenle bilim insanları mikrobik yaşamın zaman içindeki evrimini anlamak için farklı kanıtlara bakmalıdır.
Türkiye’deki Salda Gölü’nün kıyı şeridi boyunca uzanan kayalar, sudaki mineralleri hapseden mikroplar tarafından zaman içinde oluşturulmuştur. Bu mikrobiyalitler bir zamanlar Dünya’da önemli bir yaşam formuydu. Kredi: NASA/JPL-Caltech
Astrobiyologlar, Dünya’daki eski mikropları incelemek için kayalarda eski toplulukların metabolizmalarını tanımlamak için kullanılabilecek izotopik parmak izleri ararlar. Metabolizma, gıdanın enerjiye dönüştürülmesi anlamına gelir ve tüm canlılarda gerçekleşir. Birçok element (örneğin karbon (C), nitrojen (N), Sülfür (S), demir (Fe)) mikrobiyal metabolizmada yer alır. Mikroplar bu elementleri işlerken, bilim insanlarının kaya kayıtlarında tespit edebilecekleri izotopik değişikliklere neden olurlar. Mikroplar ayrıca bu elementlerin çevrede nasıl biriktiğini ve çevrildiğini kontrol etmeye yardımcı olarak hem yerel hem de küresel ölçekte jeoloji ve kimyayı etkiler (mikropların bugün Dünya’daki karbon döngüsündeki rolünü düşünün).
Genetik ve Jeolojik Kavrayışlar
Eski mikrobiyal yaşamı incelemenin bir başka yolu da, bugünkü yaşamın genetiğinde yer alan evrimsel bilgiler boyunca geriye bakmaktır. Moleküler biyolojiden elde edilen bu genetik bilginin kayaç kayıtlarından elde edilen jeobiyolojik bilgilerle birleştirilmesi, astrobiyologların erken Dünya ve erken yaşamın ortak evrimi arasındaki bağlantıları anlamalarına yardımcı olabilir.
Mikrobiyal metabolizmanın jeolojik kanıtlarına bir örnek olarak, eski deniz tabanında bantlı demir oluşumlarının (BIF’ler) oluşumunu düşünebiliriz. Demir ve silikon bakımından zengin tortudan oluşan bu renkli katmanlar 3,8 milyar ila 1,8 milyar yıl önce oluşmuştur ve Dünya’daki en eski kaya oluşumlarından bazılarıyla ilişkilidir. Sergiledikleri kırmızı renkler, yüksek demir içeriklerinden kaynaklanmaktadır ve bize bu kayaların oluştuğu 2 milyar yıl boyunca Dünya okyanusunun demir açısından zengin olduğunu göstermektedir.
Türkiye’deki Salda Gölü kıyılarında bulunan birçok mikrobik yapı, su seviyesi düştükçe açığa çıkıyor ve bilim insanlarının yaşam ile çevre arasındaki ilişkileri incelemesine olanak sağlıyor. Kredi: Tim Lyons/UCR
Yeni çalışmada araştırma ekibi, mikrobiyal yaşam tarafından kullanılan erken metabolizmalar, bu metabolizmaların ne zaman evrimleştiği ve bu süreçlerin okyanusların ve atmosferin oksijenlenmesi gibi Dünya’daki büyük kimyasal ve fiziksel değişikliklerle nasıl bağlantılı olduğu hakkında bilgi toplayarak mevcut bilgilerin bir incelemesini sunuyor.
Evrim ve Oksijenlenme Etkileri
Zaman içinde, Dünya’daki oksijen yaygınlığı okyanusta, atmosferde ve karada önemli ölçüde değişmiştir. Bu değişiklikler hem biyosferin hem de çevrenin evrimini etkilemiştir. Örneğin, fotosentetik organizmaların faaliyetleri atmosferdeki oksijen seviyesini yükselterek mikrobiyal yaşamın yaşayabileceği yeni ortamlar yaratmıştır. Büyümeyi beslemek için farklı besinler yaşam için erişilebilir hale geldi. Aynı zamanda, oksijen varlığında hayatta kalamayan mikroplar uyum sağlamak, yok olmak ya da Dünya’nın yeraltı derinlikleri gibi oksijenin bulunmadığı ortamlarda hayatta kalmanın bir yolunu bulmak zorunda kaldı.
Avustralya’da fosilleşmiş bir stromatolit fotoğrafı. Bu eski yapılar, katmanlı, mat benzeri koloniler halinde yaşayan mikroorganizmaların faaliyeti sonucu ortaya çıkmıştır. Kredi: NASA/Mike Toillion
Yeni çalışma, oksijen seviyelerinin zaman ve mekânsal ölçeklerde nasıl değiştiğine dair anlayışımızı açıklıyor. Yazarlar, oksijen ve Dünya’daki yaşamın evrimi arasındaki “neden-sonuç ilişkisini” daha iyi anlamak için fotosentez gibi farklı mikrobiyal metabolizma türlerini bu geçmişle eşleştiriyor. Makale, biyosfer ve gezegen için evrim sürecindeki büyük değişiklikler için önemli bir bağlam sağlıyor.
Biyojeokimyasal Döngüler ve Evrimsel Etkiler
Dünya üzerindeki farklı mikrobiyal metabolizma türlerinin geçmişini dikkatle ele alan bu inceleme makalesi, gezegenimizdeki biyojeokimyasal döngülerin hem yerel hem de küresel ölçeklerde zaman içinde nasıl ayrılmaz bir şekilde bağlantılı olduğunu göstermektedir. Yazarlar ayrıca bilgilerimizdeki yorumları sınırlayan önemli boşlukları da tartışmaktadır. Örneğin, Dünya’daki genç biyosferin ne kadar büyük olduğunu bilmiyoruz; bu da Dünya’nın ilk yıllarında çeşitli metabolizmaların küresel etkilerini tahmin etme kabiliyetimizi sınırlıyor.
Benzer şekilde, yaşam ağacı boyunca geriye bakmak için genetik bilgiyi kullanırken, bilim insanları belirli genlerin ilk ne zaman ortaya çıktığını (ve dolayısıyla canlı hücrelerde o sırada ne tür metabolizmaların kullanılmış olabileceğini) tahmin edebilirler. Bununla birlikte, tarihin bir noktasında yeni bir metabolizma türünün evrimleşmesi, bu metabolizmanın yaygın olduğu veya çevrede kaya kayıtlarında kanıt bırakacak kadar büyük bir etkiye sahip olduğu anlamına gelmez.
Sonuç ve Dünya Dışı Yaşam İçin Çıkarımlar
Yazarlara göre, “Mikrobiyal yaşamın tarihi, okyanusların, karaların ve atmosferin tarihiyle adım adım ilerlemiştir ve anlayışımız, Dünya’nın erken dönemlerindeki ortamlar hakkında hala ne kadar çok şey bilmediğimizle sınırlı kalmaktadır.”
Çalışmanın Dünya dışında yaşam arayışında daha geniş etkileri de var. Yaşamın ve çevrenin birlikte evrimini anlamak, bilim insanlarının bir gezegenin yaşanabilir olması için gerekli koşulları daha iyi anlamalarına yardımcı olabilir. Yaşam ve çevre arasındaki bağlantılar, uzak yıldızların yörüngesindeki gezegenlerin atmosferlerinde biyo-imza gazlarının aranmasında da önemli ipuçları sağlar.
Kaynak: https://scitechdaily.com
En Büyük Mikrobiyalitler Van Gölü’nde Görüntülendi: Tahminimize Göre 68-70 Bin Yaşında