Ökaryotik Hücreler ve Evrimin Zaman Çizelgesi

Tüm Yaşamın Öncüsü Ökaryotik Hücreler

Araştırmacılar, binlerce genin kopyalarını analiz ederek, çıplak gözle görebileceğiniz neredeyse tüm yaşamın öncüsü olan ökaryotik hücrelerin oluşumuna yol açan evrimsel olayları yeniden inşa ettiler. Basit bakteri hücrelerinden karmaşık ökaryotik hücrelere evrimsel zaman çizelgesi daha önce düşünülenden farklı bir şekilde ilerledi. IRB Barcelona’daki Karşılaştırmalı Genomik laboratuarı ve Utrecht Üniversitesi arasındaki işbirliği olan çalışma Nature Ecology & Evolution’da yayınlandı.

Yaşamın evrimindeki en önemli ve kafa karıştırıcı olaylardan biri, ilk karmaşık ökaryotik hücrelerin kökeni olmuştur. Algler, bitkiler, hayvanlar ve mantarlar gibi çıplak gözle algılayabildiğimiz neredeyse tüm yaşam formları, ‘’ökaryotlar’’ olarak bilinen karmaşık hücrelerden oluşur. Biyotıp Araştırma Enstitüsü (IRB) ve Barcelona Süper Bilgisayar Merkezi (BSC-CNS) ICREA araştırmacısı Toni Gabaldón ve Utrecht Üniversitesi’nden Berend Snel arasında yapılan ortak çalışma, mitokondri içeren ilk hücre (ökaryotik hücrelerin artan karmaşıklığının anahtar adımı olarak göz önüne alınır), yapı ve işlevlerde ökaryot benzeri karmaşıklık sunduğu sonucuna varmıştır. Bu senaryo, bazı arkael genomlarda gözlemlenen karmaşıklık belirtileri ile ökaryogenezi tetiklemede mitokondrinin önerilen rolü arasında bir köprü görevi görür.

Gabaldón, ‘’Mitokondrinin kazanılması, ökaryotik hücre karmaşıklığının gelişiminde ya çok önemli ilk adım ya da son adım olarak görülüyordu.’’ diye açıklıyor. ‘’Bulgularımız bunun gerçekten önemli bir olay olduğunu, ancak hücre karmaşıklığının zaten arttığı bir senaryoda gerçekleştiğini gösteriyor.

Yaşam çeşitliliğinin başlangıcı olarak karmaşıklık

Dünyadaki yaşam tarihinin yaklaşık olarak ilk yarısı zarfında, yaşamın tek biçimi nispeten basit bakteri hücreleriydi. İlk yazar Julian Vosseberg, ‘’Ökaryotik hücreler daha büyüktür, daha fazla DNA içerir ve her biri kendi görevi olan bölmelerden oluşur,’’ diye açıklıyor. ‘’Bu anlamda ökaryotik hücreler daha çok birkaç odalı evler gibiyken, bakteri hücrelerini bir çadırla karşılaştırabilirsiniz.’’

Ara formlar olmadığı için organizmaların bir ev için çadırı nasıl ve ne zaman aldıkları hala bir gizem. Evrimdeki en önemli an, ‘enerji santralleri’ olarak işlev gören ökaryotik hücrelerin bir bileşeni olan mitokondrinin kökeniydi. Mitokondriler bir zamanlar özgür yaşayan bakterilerdi, fakat evrim esnasında günümüzün ökaryotik hücrelerinin ataları tarafından emildi. Gen kopyalanması muhtemelen hücre karmaşıklığındaki artışa neden olduğundan, araştırmacılar bu genetik değişikliklere dayanarak evrimsel olayları yeniden inşa etmeye çalıştılar.

Evrimsel yörüngenin yeniden inşası için biyoinformatik

‘’Evrimsel olayları yeniden inşa etmek için çağdaş türlerin DNA’sını kullanabiliriz. Genlerimiz evrimin sonsuzluğu boyunca oluştu. Zamanla çarpıcı bir şekilde değiştiler, fakat hala uzak bir geçmişin yankılarını tutuyorlar.’’ Vosseberg ekliyor: ‘’Çeşitli organizmalardan elde edilebilecek çok miktarda genetik materyalimiz var ve antik gen kopyaları da dâhil binlerce genin evrimini yeniden yapılandırmak için bilgisayarları kullanabiliriz. Bu yeniden yapılandırmalar, önemli ara adımların zamanlamasını ortaya çıkarmamıza olanak tanıdı.’’

Utrecht Üniversitesi’nden ortak yazar Berend Snel, ‘’Bilim insanları bu olayların zaman çizelgesine sahip değildi. Fakat şimdi zorlu bir zaman çizelgesini yeniden oluşturmayı başardık.’’ Bunu başarmak için, araştırmacılar Gabaldón’un laboratuvarında geliştirilen mevcut bir metodu yeni bir anlayışla sonuçlanan yeni bir protokol oluşturmak için uyarladılar. Bunlar, mitokondri ile simbiyozdan önce bile hücre ve hücre iskeleti içinde taşınmanın gelişimi dâhil birçok karmaşık hücresel mekanizmanın evrimleştiğini belirtir. Snel, ‘’Simbiyoz diğer her şey için katalizör işlevi gören bir olay değildi. Zamanında çok daha önce gen kopyalarında bir zirve gözlemledik, bu da hücre karmaşıklığının o andan önce zaten arttığını gösteriyor.’’ diyor.

Gabaldón, ‘’Çalışmamız mitokondriyal ortak yaşam edinen atalara ait küme, dinamik hücre iskeleti ve zar kaçakçılığı açısından zaten bazı karmaşıklıklar geliştirdiğini gösteriyor.’’ diyor. ‘’Bu, sonunda entegre olan mitokondriyal ata da dâhil olmak üzere diğer mikroorganizmalarla ortak yaşam birlikteliklerinin kurulmasını desteklemiş olabilir.’’

 

Çeviri: Melek TAFLAN

Kaynak: Timing the origin of eukaryotic cellular complexity with ancient duplications, Nature Ecology & Evolution (2020). DOI: 10.1038/s41559-020-01320-zwww.nature.com/articles/s41559-020-01320-z

https://www.nature.com/natecolevol/           https://www.irbbarcelona.org/en

1 Paylaşımlar

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Solve : *
3 + 7 =


This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.