Yaşamın Oksijenle Tanışması Sanılandan Yüz Milyonlarca Yıl Daha Eski
Son zamanlarda yapılan bir çalışma, aerobik solunumun bilim insanlarının bir zamanlar inandığından çok daha önce ortaya çıkmış olabileceğini gösteriyor.
Oksijen bugün Dünya’nın her yerinde mevcut. Ancak durum her zaman böyle değildi. Bilim insanları, oksijenin atmosferin kalıcı bir parçası haline gelmesinin ancak yaklaşık 2,3 milyar yıl önce, oksijen kullanan yaşamın yükselişini şekillendiren bir dönüm noktası olan Büyük Oksidasyon Olayı (GOE) sırasında gerçekleştiğini düşünüyor.
Şimdi, MIT’den yeni bir araştırma, bu hikayenin daha da eski bir bölümüne işaret ediyor. Ekip, bazı eski organizmaların GOE’den yüz milyonlarca yıl önce oksijen kullanmayı öğrenmiş olabileceğini öne sürüyor. Eğer doğruysa, bu kanıt, şimdiye kadar tespit edilen en eski aerobik solunum belirtileri arasında yer alabilir.
Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology dergisinde yayınlanan bir çalışmada, MIT jeobiyologları, organizmaların oksijeni işlemesine yardımcı olan bir enzimin kökenlerini araştırdı. Bu enzimin çeşitli versiyonları, oksijene bağımlı modern yaşamda yaygın olarak bulunmaktadır. Araştırmacılar, enzimin ilk olarak Mezoarkean döneminde ortaya çıktığı sonucuna vardılar; bu dönem, oksijenin Dünya atmosferinin istikrarlı bir özelliği haline gelmesinden yüz milyonlarca yıl önceydi.
Atmosfer Değişmeden Önceki Oksijen
Bu bulgular, erken Dünya’dan büyük bir gizemi aydınlatabilir. Oksijen üretimi Büyük Oksidasyon Olayı’ndan çok önce başladıysa, oksijenin havada birikmesi neden bu kadar uzun sürdü?
Bilinen en eski oksijen üreticileri, güneş ışığını ve suyu fotosentez için kullanmanın bir yolunu geliştiren ve bu süreçte oksijen salan mikroplar olan siyanobakterilerdi. Bilim insanları, siyanobakterilerin yaklaşık 2,9 milyar yıl önce ortaya çıktığını tahmin ediyor. Bu, atmosfer oksijeni tutmaya başlamadan önce yüz milyonlarca yıl boyunca oksijen üretmiş olabilecekleri anlamına geliyor. Peki, siyanobakterilerin erken dönemdeki tüm oksijeni nereye gitti?
Bilim insanları, kayaların çeşitli jeokimyasal reaksiyonlar yoluyla erken dönemlerde oksijenin büyük bir kısmını emmiş olabileceğinden şüpheleniyor. MIT ekibinin yeni çalışması ise biyolojinin de rol oynamış olabileceğini öne sürüyor.
Araştırmacılar, bazı organizmaların Büyük Oksidasyon Olayı’ndan yüz milyonlarca yıl önce oksijeni kullanmak için bir enzim geliştirmiş olabileceğini buldu. Bu enzim, siyanobakterilerin yakınında yaşayan organizmaların, mikropların ürettiği az miktardaki oksijeni tüketmesini sağlamış ve böylece oksijenin atmosferde birikmesini yüz milyonlarca yıl geciktirmiş olabilir.
Araştırmacılar, birkaç bin modern türden elde edilen enzim dizilerini yaşamın evrim ağacına yerleştirdiler. Bulguları, siyanobakterilerin oksijen üretme yeteneğini geliştirmesinden kısa bir süre sonra, diğer canlıların da bu oksijeni kullanmak için gerekli enzimi geliştirdiğini gösteriyor. (Fotoğraf: Fatima Husain’in izniyle)
“Bu, aerobik solunumun öyküsünü önemli ölçüde değiştiriyor,” diyor çalışmanın ortak yazarı, MIT Yer, Atmosfer ve Gezegen Bilimleri Bölümü’nde (EAPS) doktora sonrası araştırmacı olan Fatima Husain. “Çalışmamız, yaşamın oksijeni daha önce düşünüldüğünden çok daha erken kullanmış olabileceğine dair bu çok yeni ortaya çıkan öyküye katkıda bulunuyor. Bu bize, yaşamın Dünya tarihinin her döneminde ne kadar inanılmaz derecede yenilikçi olduğunu gösteriyor.”
Çalışmanın diğer ortak yazarları arasında MIT’de jeobiyoloji doçenti Gregory Fournier ile Oregon Üniversitesi’nden Haitao Shang ve Stilianos Louca yer alıyor.
İlk solunum yapanlar
Yeni çalışma, MIT’de Dünya’daki oksijenin tarihini bir araya getirmeyi amaçlayan uzun bir çalışma serisine katkıda bulunuyor. Bu araştırma, Büyük Oksidasyon Olayı’nın zamanlamasını ve oksijen üreten siyanobakterilerin ilk kanıtlarını belirlemeye yardımcı oldu. Ortaya çıkan genel anlayışa göre, oksijen ilk olarak yaklaşık 2,9 milyar yıl önce siyanobakteriler tarafından üretilirken, oksijenin atmosferde kalıcı olacak kadar biriktiği Büyük Oksidasyon Olayı çok daha sonra, yaklaşık 2,33 milyar yıl önce gerçekleşti.
Husain ve meslektaşları için, oksijenin ilk üretimi ile nihai kalıcılığı arasındaki bu görünür gecikme bir soruyu akla getirdi.
Husain, “Oksijen üreten mikroorganizmaların Büyük Oksidasyon Olayı’ndan çok önce var olduğunu biliyoruz,” diyor. “Bu nedenle, o dönemde aerobik solunum için bu oksijeni kullanabilecek herhangi bir yaşam formu var mıydı diye sormak doğaldı.”
Eğer gerçekten oksijen kullanan, hatta az miktarda bile olsa, bazı yaşam formları varsa, en azından bir süreliğine atmosferde oksijen birikmesini önlemede rol oynamış olabilirler.
Bu olasılığı araştırmak için MIT ekibi, aerobik solunum için gerekli olan bir dizi enzim olan hem-bakır oksijen redüktazlarına baktı. Bu enzimler oksijeni suya indirgeme işlevi görür ve günümüzde bakterilerden insanlara kadar aerobik, oksijen soluyan organizmaların çoğunda bulunur.
Husain, “Analizlerimiz için bu enzimin çekirdeğini hedefledik çünkü oksijenle reaksiyonun gerçekleştiği yer orası,” diye açıklıyor.
Ağaç Tarihleri
Ekip, enzimin evrimini geriye doğru izleyerek, organizmaların oksijen kullanmasını sağlayan enzimin ilk ne zaman ortaya çıktığını görmeyi amaçladı. İlk olarak enzimin genetik dizilimini belirlediler ve ardından milyonlarca farklı organizma türünün genomlarını içeren veritabanlarında aynı dizilimi aramak için otomatik bir arama aracı kullandılar.
Fournier, “Bu çalışmanın en zor kısmı çok fazla veriye sahip olmamızdı,” diyor. “Bu enzim her yerde ve çoğu modern canlı organizmada mevcut. Bu nedenle, modern yaşamın çeşitliliğini temsil eden ve aynı zamanda hesaplama yapmak için yeterince küçük bir veri kümesine indirgemek zorunda kaldık ki bu hiç de kolay bir iş değil.”
Ekip, nihayetinde enzimin dizilimini birkaç bin modern türden izole etti ve bu dizilimleri, bilim insanlarının her bir türün ne zaman evrimleştiği ve dallandığı hakkındaki bilgilerine dayanarak, yaşamın evrim ağacına yerleştirdi. Daha sonra, kökenleri hakkında ilgili bilgiler sunabilecek belirli türleri bu ağaçta aradılar.
Örneğin, ağaçta belirli bir organizma için bir fosil kaydı varsa, bu kayıt o organizmanın Dünya’da ne zaman ortaya çıktığına dair bir tahmini içerecektir. Ekip, bu fosilin yaşını kullanarak o organizmaya ağaç üzerinde bir tarih “işaretleyecekti”. Benzer şekilde, enzimin bir türden diğerine ne zaman evrimleştiğine dair tahminlerini etkili bir şekilde kesinleştirmek için ağaç boyunca işaretler yerleştirebilirlerdi.
Sonuç olarak, araştırmacılar enzimi Mezoarkean dönemine kadar (3,2 ila 2,8 milyar yıl önce süren jeolojik bir dönem) izleyebildiler. Ekip, enzimin ve organizmaların oksijen kullanma yeteneğinin ilk olarak bu dönemde ortaya çıktığından şüpheleniyor. Bu dönem, Büyük Oksidasyon Olayı’ndan birkaç yüz milyon yıl öncesine denk geliyor. Yeni bulgular, siyanobakterilerin oksijen üretme yeteneğini geliştirmesinden kısa bir süre sonra, diğer canlıların da bu oksijeni kullanmak için gerekli enzimi geliştirdiğini gösteriyor. Siyanobakterilerin yakınında yaşayan herhangi bir organizma, bakterilerin ürettiği oksijeni hızla alabilmiş olabilir. Bu erken dönem aerobik organizmalar, oksijenin atmosfere kaçmasını önlemede ve yüz milyonlarca yıl boyunca birikmesini geciktirmede rol oynamış olabilirler.
Husain, “MIT araştırması, Dünya’nın oksijenlenmesinin nasıl gerçekleştiğine dair bilgilerimizdeki boşlukları doldurdu,” diyor. “Yapboz parçaları bir araya geliyor ve yaşamın bu yeni, oksijenli dünyada nasıl çeşitlenip yaşayabildiğini gerçekten vurguluyor.”
Kaynak: https://scitechdaily.com
Yeni Keşfedilen Bir Mikrop Aynı Anda Hem Oksijen Hem Kükürt Soluyor