Dünyanın “en önemli yegane evrimsel yeniliği”nin kökenlerine odaklanmak

Siyanobakteriler ve oksijenli fotosentez ilk ne zman ortaya çıktı?. Yeni bir çalışma, oksijenli fotosentezin muhtemelen 3.4 ila 2.9 milyar yıl önce evrimleştiğini gösteriyor.

Dünya’nın erken tarihinin bir döneminde, siyanobakteriler olarak bilinen bir grup girişimci mikrop oksijenli fotosentezi, ışığı ve suyu enerjiye dönüştürerek bu süreçte oksijeni serbest bırakma yeteneğini geliştirdiğinde, gezegen yaşanabilirliğe doğru bir dönüş yaptı.

Bu evrimsel an, oksijenin nihayetinde atmosferde ve okyanuslarda birikmesini mümkün kıldı, çeşitlendirmenin domino etkisi yarattı ve bugün bildiğimiz benzersiz yaşanabilir gezegeni şekillendirdi.

Bugün yaşayan tüm siyanobakteri türlerinin yaklaşık 2.9 milyar yıl önce evrimleşmiş ortak bir ataya kadar izlenebileceği gösterildi. Ayrıca, siyanobakterilerin atalarının yaklaşık 3.4 milyar yıl önce diğer bakterilerden ayrıldığını ve muhtemelen “Archean Eon (uzun zaman)”da aradan geçen yarım milyar yıl boyunca oksijenli fotosentezin geliştiğini buldular.

İlginç bir şekilde, bu tahmin oksijenli fotosentezin görünümünü, Dünya atmosferinin ve okyanusların oksijende ilk kez bir artış yaşadığı bir dönem olan “Büyük Oksidasyon Olayı”ndan en az 400 milyon yıl öncesine yerleştiriyor. Bu, siyanobakterilerin oksijen üretme yeteneğini erkenden geliştirmiş olabileceğini, ancak bu oksijenin ortamda gerçekten tutunmasının biraz zaman aldığını gösteriyor.

Dünyadaki en önemli ve gerçekten şaşırtıcı evrimsel yenilik olan erken oksijenli fotosentez için kanıtlar olsa da, başlaması yüz milyonlarca yıl aldı.

Oksijenli fotosentezin kökenine ilişkin tahminler, evrimini izleme yöntemleriyle birlikte büyük ölçüde değişmektedir. Örneğin, bilim adamları, antik kayalarda oksitlenmiş elementlerin izlerini aramak için jeokimyasal araçları kullanabilirler. Bu yöntemler, oksijenin 3.5 milyar yıl kadar önce mevcut olduğuna dair ipuçları buldu: başka kaynaklar da mümkün olsa da, oksijenik fotosentezin olabileceğinin bir işareti.

Araştırmacılar ayrıca, evrimsel tarih boyunca genlerdeki değişiklikleri izlemek için günümüzde mikropların genetik dizilerini kullanan moleküler saat tarihlendirmesini de kullandılar. Bu dizilere dayanarak, araştırmacılar daha sonra, organizma gruplarının ilk ne zaman evrimleştiğini izlemek için genetik değişikliklerin meydana gelme hızını tahmin etmek için modeller kullanırlar. Ancak moleküler saat tarihlemesi, eski fosillerin kalitesi ve varsayılan hıza bağlı olarak farklı yaş tahminleri üretebilen seçilen hız modeli ile sınırlıdır.

Örneğin, bazı analizler oksijenli fotosentezin çok erken evrimleştiğini ve “yavaş bir sigorta gibi” ilerlediğini öne sürerken, diğerleri bunun çok daha sonra ortaya çıktığını ve ardından Büyük Oksidasyon Olayını ve biyosferde oksijen birikimini tetiklemek için “çılgın ateş gibi başladığını” belirtiyor. . Dünyadaki yaşanabilirliğin tarihini anlamamız için, bu hipotezleri ayırt etmemiz bizim için önemlidir.

Horizontal (yatay) genler

Siyanobakterilerin ve oksijenli fotosentezin kökenini kesin olarak tarihlendirmek için moleküler saat tarihlendirmesini yatay gen transferi ile eşleştirdi. Bu yöntem, tamamen fosillere veya oran varsayımlarına dayanmayan bağımsız bir yöntemdir. Normal olarak, bir organizma, organizmanın ebeveyninden geçtiğinde bir geni “dikey olarak” miras alır. Nadir durumlarda, bir gen bir türden diğerine, uzaktan akraba türlere de sıçrayabilir. Örneğin, bir hücre diğerini yiyebilir ve bu süreçte bazı yeni genleri genomuna dahil edebilir. Böyle bir yatay (horizontal) gen transferi geçmişi bulunduğunda, geni alan organizmalar grubunun, genin kaynaklandığı gruptan evrimsel olarak daha genç olduğu açıktır.

Bu grupların yaşları daha sonra çeşitli moleküler saat modellerinin öngördüğü yaşlarla karşılaştırılabilir. En yakına gelen model muhtemelen en doğru model olacaktır ve daha sonra diğer bakteri türlerinin, özellikle de siyanobakterilerin yaşını kesin olarak tahmin etmek için kullanılabilir. Bu akıl yürütmeyi takiben ekip, siyanobakteriler de dahil olmak üzere binlerce bakteri türünün genomları arasında yatay gen aktarımı örnekleri arandı. Fosil siyanobakterileri kalibrasyon olarak daha kesin olarak kullanmak için yeni modern siyanobakteri kültürleri de kullanıldı. Sonunda, 34 açık yatay gen transferi örneği belirlendi. Daha sonra, altı moleküler saat modelinden birinin, yatay gen transfer analizinde tanımlanan göreli yaşlarla tutarlı bir şekilde eşleştiği bulundu.

Bugün yaşayan ve oksijenli fotosentez sergilediği bilinen tüm türleri kapsayan “taç” siyanobakteri grubunun yaşını tahmin etmek için bu modeli kullandılar. Archean eon sırasında, taç grubunun yaklaşık 2.9 milyar yıl önce ortaya çıktığını, siyanobakterilerin bir bütün olarak diğer bakterilerden yaklaşık 3.4 milyar yıl önce ayrıldığı bulundu. Bu, oksijenli fotosentezin Büyük Oksidasyon Olayından (GOE) 500 milyon yıl önce zaten gerçekleştiğini ve siyanobakterilerin oksijen atmosferde birikmeden önce oldukça uzun bir süre oksijen ürettiğini kuvvetle önermektedir.

Analiz ayrıca, GOE’den kısa bir süre önce, yaklaşık 2.4 milyar yıl önce siyanobakterilerin bir çeşitlenme patlaması yaşadığını ortaya koydu. Bu, siyanobakterilerin hızlı bir şekilde genişlemesinin Dünya’yı GOE’ye yönlendirmiş ve atmosfere oksijen salmış olabileceği anlamına gelir.

Bu yeni çalışma, fosil kayıtlarını yatay gen transferleri de dahil olmak üzere genomik verilerle yeni yollarla köprüleyerek, Dünya’nın oksijenlenme tarihine temel yeni bir ışık tutuyor. Sonuçlar, okyanusların en erken oksijenlenmesi ve daha sonra atmosferdeki birikimler üzerindeki kalıplar ve kontroller üzerinde hayati kısıtlamalar sağlayan yollarla biyolojik oksijen üretiminin başlangıcı ve ekolojik önemi hakkında bilgi veriyor. Bu çalışma, yatay gen transferlerini (HGT’ler) birleştiren moleküler saatlerin, fosil kaydı bırakmamış eski mikroplar için bile, tüm yaşam ağacı boyunca grupların yaşlarını güvenilir bir şekilde sağlamayı vaat ediyor…

Kaynak: The Archean origin of oxygenic photosynthesis and extant cyanobacterial lineages


Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Connecting to %s