Kayaların İçindeki Sır: Evrimin “Eksik Halkası” Antik Mikroplarda mı Gizli?
Bilim insanları, eski mikrobiyal yapıların içinde, yaşamın en dönüştürücü anlarından biri olan karmaşık hücrelerin ortaya çıkışını yansıtabilecek bir ortaklığı ortaya çıkardı.
Stromatolitler sıradan, koyu renkli kaya oluşumları gibi görünse de, kesinlikle cansız değiller. Bu yapılar, benzer mikrobiyal örtülerle birlikte, milyarlarca yıldır Dünya yüzeyini şekillendiren mikroorganizma katmanları tarafından inşa edilmiştir.
Ormanlar, hayvanlar veya hatta basit çok hücreli organizmalar ortaya çıkmadan çok önce, bu mikrobiyal topluluklar gezegeni zaten dönüştürüyordu. Fotosentez yoluyla oksijen üreterek, stromatolitler Dünya atmosferini karmaşık yaşamı destekleyebilecek bir atmosfere dönüştürmeye yardımcı oldu. Şimdi, yeni araştırmalar, bu karmaşıklığın ilk nasıl ortaya çıktığına dair ipuçlarını da koruyabileceklerini öne sürüyor.
UNSW Sydney’de evrimsel mikrobiyolog olan Doçent Brendan Burns, bu sözde “yaşayan fosiller”in içinde başka bir organizmayla yakın ilişki içinde yaşayan daha önce bilinmeyen bir mikrobu keşfeden araştırma ekibinin bir parçası.
Sydney Teknoloji Üniversitesi ve Melbourne Üniversitesi’nden bilim insanlarıyla birlikte yürütülen çalışma, biyolojinin en büyük sorularından birine ışık tutabilir: Basit hücreler nasıl bir araya gelerek daha karmaşık yaşam formları oluşturdu?
Doçent Burns, “Stromatolitler, erken mikrobiyal yaşamın geliştiği ‘sadece’ bir yaşam beşiği olmaktan daha fazlası olabilir,” diyor. “Ayrıca bize karmaşık yaşamın ilk nasıl ortaya çıktığını da anlatabilirler.”
‘Ökaryotun yetişmesine yardımcı olan mikrobiyal köy’
Stromatolitler milyarlarca yıl önce ortaya çıkmış olsalar da, Batı Avustralya’da Dünya Mirası listesinde yer alan Shark Bay’de bugün hala oluşmaya devam ediyorlar.
Bu bölgede, Doçent Burns ve ekibi örnekler topladı ve sonunda Asgard arkealarının bir üyesini izole etti. Bu arkealar, ökaryotların atalarıyla yakından ilişkili olduğuna inanılan sıra dışı mikroplar grubudur. Ökaryotlar, tüm bitkileri, hayvanları ve insanları oluşturan hücrelerdir.
Uzun zamandır var olan bir teoriye göre, ilk ökaryotik hücre, eski bir arkea ve bir bakterinin yakın bir ortaklığa girmesi ve sonunda birinin diğerini yutmasıyla oluşmuştur. Bu süreç, hücrelerin içinde enerji üreten yapılar olan mitokondrilerin gelişimine yol açmıştır.
Şimdiye kadar, bilim insanları bu tür ortaklıkların nasıl işlediği konusunda doğrudan kanıt bulamamışlardı. Bu çalışma, Asgard arkeasının nanotüpler adı verilen küçük tüp benzeri bağlantılar aracılığıyla bir bakteriyle fiziksel olarak etkileşime girdiğinin ilk görsel doğrulamasını sağlıyor.
Doçent Burns, “Bu, bu tür ortaklıkların nasıl başladığı ve nihayetinde ökaryotları nasıl oluşturduğu konusunda küçük bir model olabilir” diyor.
Uzun Keşif Yolu
Genetik dizileme, bu organizmaların örneklerde bulunduğunu ortaya çıkardı, ancak laboratuvarda yetiştirilmeleri zorlu bir süreçti.
Doçent Burns, “Laboratuvarda dört veya beş yıl sürdü,” diyor. “Çok zaman, optimizasyon ve farklı olasılıkların peşinde koşma.”
Asgard arkeleri doğal ortamlarının dışında yetiştirilmesi son derece zor organizmalardır ve ekip onları kendi başlarına kültürleyemedi. Doçent Burns’e göre, bu önemli bir ipucu olabilir.
“Bu organizmaları saf kültüre asla getiremememizin nedeni muhtemelen hayatta kalmak için her zaman diğer organizmalara bağımlı olmalarıdır,” diyor.
Önemli bir atılım, milimetrenin milyonda biri (yaklaşık 0,00004 inç) ölçeğindeki yapıları ortaya çıkarabilen gelişmiş bir 3 boyutlu görüntüleme yöntemi olan elektron kriyotomografisiyle gerçekleşti.
Görüntüler, iki mikrobun nanotüplerle fiziksel olarak birbirine bağlı olduğunu gösterdi. Arkeon ayrıca küçük vezikül zincirleri ve karmaşık tüp benzeri uzantılar üretti. Her organizma, vitaminler, besinler ve hidrojen de dahil olmak üzere diğerinin kullanabileceği bileşikler üretti.
Melbourne Üniversitesi’nden ortak yazar Doçent Debnath Ghosal, bu doğrudan etkileşimi yakalamanın büyük bir adım olduğunu söylüyor. Doçent Ghosal, “Bu keşif, karmaşık hücrelerin nispeten daha basit mikrobiyal yaşam formlarından nasıl evrimleştiğini anlamaya birkaç adım daha yaklaştırıyor bizi” diyor.
UNSW’den ortak yazar Doçent Kate Mitchie, çalışmanın aynı zamanda bir tür makine öğrenimi olan derin öğrenmeyi de kullandığını açıklıyor.
Doçent Mitchie, “Bunu, bu mikroplardaki proteinlerin yapılarını tahmin etmek için kullandık” diyor. “Ve bu heyecan verici çünkü daha sonra karmaşık yaşamın merkezine yerleşen hücresel mekanizmanın eski versiyonlarını görmeye başlayabiliyoruz.”
Doçent Burns, arkeleri “yoldaşlara” benzetiyor. Mikrobiyal örtülerde bulunan zorlu koşullarda, mikroskobik işbirliği bile hayatta kalmak için hayati önem taşıyabilir.
Eski ama yaşayan bir hikaye
Ortak yazar Doçent Iain Duggin, Sidney Teknoloji Üniversitesi’nden, bu mikropların milyonlarca yıldır bu tür ortamlarda ortaklıklar kurmuş olabileceğini ve sonunda insanlar da dahil olmak üzere karmaşık yaşamın ortaya çıkmasına katkıda bulunmuş olabileceğini düşünmenin dikkat çekici olduğunu söylüyor.
Doçent Duggin, “Sanki yavaş yavaş denizin dibinden yükselmişiz gibi,” diyor.
Yeni keşfedilen arkeon, antik Yunan deniz tanrısı Nereus ve Malgana dilindeki “antik yuva” anlamına gelen marumarumayae kelimesinden esinlenerek Nerearchaeum marumarumayae olarak adlandırıldı.
Malgana, yerli halkın geleneksel dillerinden biridir ve bu halkın toprakla olan bağı Yerli Mülkiyeti ile tanınmaktadır. Malgana yaşlıları, korucuları ve topluluk üyeleri, bölgeye aktif olarak sahip çıkmakta, vahşi yaşamı korumakta ve çevreyi iyileştirmektedir.
Shark Bay ayrıca, insanların yaklaşık 30.000 yıl önce bölgeye yerleşmesiyle derin bir yerli tarihine sahiptir.
Adlandırma süreci, Malgana dilinin önde gelen uzmanlarından Kymberly Oakley ile istişareyi içeriyordu. Dilin saygılı ve uygun şekilde kullanılmasını sağlamak için yaşlılara da danışıldı. Malgana kültürünü tanıyan ve kutlayan terimlerin dahil edilmesine izin verdiler.
Araştırmacılar için bu mikrobiyal sistemler, erken Dünya’ya dair nadir bir bakış açısı sunuyor. Geleneksel Toprak Sahipleri için ise, korunmaya devam eden yaşayan bir kültürel mirasın önemli bir parçası olmaya devam ediyorlar.
Doçent Burns, karmaşık yaşamın en erken aşamalarını yeniden inşa etmeye yardımcı olmak için, “küçük bir ilkel Asgard çorbası” olarak adlandırdığı şeyi genişleterek daha fazla mikrobiyal ortaklık belirlemeyi umuyor.
“Ama bu sadece organizmalarla ilgili değil,” diyor. “İnsanlarla da ilgili. Bu öyküyü oluşturmada birçok yüksek lisans öğrencisinin de önemli rol oynadığı, disiplinler arası büyük bir işbirliği çabası. Bunu heyecan verici kılan şeylerden biri de sadece keşif değil, aynı zamanda bağlantı kurmak. Sadece uzun yıllar boyunca değil, aynı zamanda bu kırılgan ekosistemlerin iklim değişikliği ve insan faaliyetlerinden kaynaklanan artan tehditlerle karşı karşıya olduğu bir dönemde.”
Bu mikroplar, işbirliğinin Dünya tarihi boyunca hayatta kalmak için ne kadar önemli olduğunu vurguluyor; Doçent Burns’e göre bu ilke bugün de aynı derecede önemli.
“Bu mikroplar bize, en küçük ortakların bile tarihimizde en derin izi bırakabileceğini hatırlatıyor.”
Kaynak: https://scitechdaily.com
Mars’ta Gizli Mikrobiyal Yaşam Mı Var? Kızıl Gezegen’in Sırlarını Keşfedin