Ökaryogenez çalışmasındaki son gelişmelere rağmen, yaşamın en karmaşık alanının kökeni ve evrimi hakkında pek çok şey çözülmemiştir.
Araştırmacılar, dünyanın en kurak yerleri arasında yer alan Güney Amerika’daki kuzey Atacama Çölü’nün yüksek platolarına, yüksek rakımlı kayalık karalara ve çalılıklara gittiler. Bu yaylalar, pek de misafirperver olmayan şöhretlerine rağmen, karmaşık yaşamın kökenleri hakkında ipuçları içerirler. Kum tepelerinin ve çorak dağların ortasında, siyano-bakterilerin (mavi-yeşil algler de denir) renkli mikrobiyal örtüleriyle (paspas) kaplanmış ılık, tuzlu su havuzları ve birbiri üzerine yığılmış arkeler (bir grup eksterm yaşama adapte olmuş bakteri) vardır. Dünya, şu anki durumuna benzemesinden çok önce, bu mikrobiyal örtülerle kaplıydı. Yani bunlar bir nevi “geçmişin ormanları” idi. , Bilim adamları artık bu mikroskobik yaşam kümelerini “ökaryotların (yani gözle görülen tüm canlıların) ilk ortaya çıktığı zamanda meydana gelen, eski ekosistemlerin analogları olarak” olarak görüyor.
Bu canlı paspasların her katmanı, birbirine bağımlı olan farklı mikrop türlerinden oluşur. Işık ve oksijenin bol olduğu yüzeyde, fotosentez yapan siyanobakteriler baskınken, hemen altında, düşük oksijenli ortamlarda kalabilen heterotroflar siyanobakterilerin yan ürünleriyle beslenir. Daha derinlerde, bu oksijenden yoksun bölgeleri dolduran sülfat indirgeyicileri ve metanojenlerin sonucu olarak paspaslar kararır ve kokar. Burada, bu ortaklıklar daha da önemli hale gelirken, bir grubun çöpleri diğerinin yakıtı olarak hizmet eder.
Organizmalar arasındaki bu yakın metabolik ilişkilerin, sintrofi olarak bilinen bir tür simbiyozun, zamanla kalıcı hale gelen ittifaklar yaratarak karmaşık yaşamın evrimine öncülük etmiş olabileceği düşünülüyor. Bu şekilde, farklı mikrobiyal türlerin bireyleri, bir veya birkaç ortakyaşarla bir konak oluşturmak için iç içe geçmiş olabilir. Bilim adamlarının, gelişen ve daha sonra insanlar da dahil olmak üzere bugün gördüğümüz makroskopik yaşam dizisine dönüşen tamamen yeni bir hücre türü olan ökaryotları oluşturduğundan şüphelendiği şey tam olarak budur. Sözde ökaryotogenez, tüm araştırmacılar tarafından aynı şekilde tanımlanmaz, ancak genel olarak bu terim, 1 ila 2 milyar yıl önce hücresel karmaşıklığın artmasına yönelik evrimsel bir dalgalanmayı tanımlar.
Bu süre zarfında, modern ökaryotik hücrelerin tanımlayıcı özelliklerinden bazıları – diğerlerinin yanı sıra çekirdek, mitokondri, hücre iskeleti, hücre zarı ve kloroplastlar – ilk kez ortaya çıktı. Bunlar , sırasıyla FECA ve LECA kısaltmalarıyla bilinen tüm canlı ökaryotların “ilk” ve “son” ortak ataları arasında meydana geldi. Bununla birlikte, bu evrimsel sıçramaların ayrıntılarının çoğu belirsizliğini koruyor. Araştırmacılar, ökaryotların hangi yaşam dalından kaynaklandığı, hangi mikrobiyal oyuncuların sürece katkıda bulunmuş olabileceği veya yol boyunca belirli evrimsel kilometre taşlarının sırası konusunda aynı fikirde değiller. Ancak, modern ökaryotlara en yakın yaşayan akrabalar olduğu düşünülen Asgard arkesinin yakın zamanda tanımlanması, ökaryotogenez (ökaryotların oluşumu) hakkındaki tartışmaları canlandırdı.
Bugün, Atacama Çölü’ndeki ve dünyanın diğer yerlerindeki mikrobiyal matlarda (paspaslarda), bilim adamları, en eski ökaryotik hücrelerin neye benzediğini, diğer organizmalarla kurdukları ortaklıkları ve moleküler makinelerinin nasıl işlev görmüş olabileceğini araştırıyorlar. Asgard’ların keşfi, başkaları hakkında yeni sorular ortaya çıkarırken, ökaryotogenezin belirli yönlerini sağlamlaştırdı. Ökaryotogenez, tartışmalı da olsa, yaşamın başlangıcından sonra, yaşam tarihindeki en önemli olaylardan biridir.
Araştırmacılar, dünyanın en kurak yerleri arasında yer alan Güney Amerika’daki kuzey Atacama Çölü’ne, yüksek rakımlı kayalık yerlere ve bozkırlara gittiler. Bu yaylalar, misafirperver olmayan şöhretlerine rağmen, karmaşık yaşamın kökenleri hakkında ipuçları içerebilir. Kum tepelerinin ve çorak dağların ortasında, siyano-bakterilerin renkli mikrobiyal örtüleriyle kaplanmış ılık, tuzlu su havuzları ve krepler gibi birbiri üzerine yığılmış arkeler bulunur. Dünya şu anki durumuna benzemeden çok önce, bu mikrobiyal matlar “geçmişin ormanları” olabilir.
Bu mikrobiyal matların her katmanı, birbirine bağımlı olan farklı mikrop türlerinden oluşur. Işık ve oksijenin bol olduğu yüzeyde fotosentez yapan siyanobakteriler baskınken, hemen altında düşük oksijenli ortamlarda kalabilen heterotroflar yan ürünleriyle beslenir. Daha derinlerdeki oksijenden yoksun bölgeleri dolduran sülfat indirgeyicileri ve metanojenler ise bu matları karartır ve kokutur. Bu sistemde, bu ortaklıklar önemlidir. Çünkü bir grubun çöpleri diğerinin yakıtı olarak hizmet edere.
Organizmalar arasındaki bu yakın metabolik ilişkilerin, sintrofi olarak bilinen bir tür simbiyozun zamanla kalıcı hale gelen ittifaklar yaratarak karmaşık yaşamın evrimine öncülük etmiş olabileceği düşünülüyor. Bu şekilde, farklı mikrobiyal türlerin bireyleri, bir veya birkaç ortakyaşarla bir konakçı oluşturmak için iç içe geçmiş olabilir. Gelişen ve daha sonra insanlar da dahil olmak üzere bugün gördüğümüz makroskopik yaşam dizisine dönüşen tamamen yeni bir hücre türü olan ökaryotlar bunlardan köken almış olabilir. Ökaryotogenez, tüm araştırmacılar tarafından aynı şekilde tanımlanmaz, ancak genel olarak bu terim, 1 ila 2 milyar yıl önce hücresel karmaşıklığın artmasına yönelik evrimsel bir dalgalanmayı tanımlar.
Bu süre zarfında, modern ökaryotik hücrelerin belirleyici özelliklerinden bazıları (örn. çekirdek, mitokondri, hücre iskeleti, hücre zarı ve kloroplastlar) ilk kez ortaya çıktı. Bunlar , sırasıyla FECA ve LECA kısaltmalarıyla bilinen tüm canlı ökaryotların ilk ve son ortak ataları arasında meydana geldi . Bununla birlikte, bu evrimsel sıçramaların ayrıntılarının çoğu belirsizliğini koruyor. Araştırmacılar, ökaryotların hangi yaşam dalından kaynaklandığı, hangi mikrobiyal aktörlerin sürece katkıda bulunmuş olabileceği veya yol boyunca belirli evrimsel kilometre taşlarının sırası konusunda aynı fikirde değiller. Ancak, modern ökaryotlara en yakın yaşayan akrabalar olduğu düşünülen Asgard arkesinin yakın zamanda tanımlanması, ökaryotogenez hakkındaki tartışmaları canlandırdı.
Bugün, Atacama Çölü’ndeki ve dünyanın diğer yerlerindeki mikrobiyal matlarda, bilim adamları, en eski ökaryotik hücrelerin neye benzediğini, diğer organizmalarla kurdukları ortaklıkları ve moleküler düzeneklerinin nasıl işlev görmüş olabileceğini araştırıyorlar. Asgard’ların keşfi, başkaları hakkında yeni sorular ortaya çıkarırken, ökaryotogenezin belirli yönlerini sağlamlaştırdı. Ökaryotlar muhtemelen oksijenin yokluğunda evrimleş olabilirler.
Güney Amerika’nın Atacama Çölü’nden alınan mikrobiyal matlar, ökaryotik yaşama yol açan erken Dünya’daki koşulları hakkında ipuçları sağlayabilir.
Thaumarchaeota (Nitrososphaerota) adlı bir arke grubunda diğer arkelerin genomlarının ökaryotik etiket olarak bilinen genler için kod içerdiğine dair ipuçları bulundu. Bu proteinlerin arkelerde benzerleri olmamalıydı. Anacak yine de oradaydılar.
Takip eden yıllarda, arke aile ağacının bu dalı ete kemiğe bürünmeye başladı ve Lokiarchaeota’ya ek olarak Thor, Odin de dahil olmak üzere diğer İskandinav tanrılarına selam içeren Asgard süper ailesi‘nin kurulmasına yol açtı.
Bilim Blogu: Zor Olanı Sormak! 