Karmaşık Yaşamın Tarihi Yeniden Yazılıyor: Evrim Saati Bir Milyar Yıl Geriye Alındı

Yaşamın kökenine dair bildiklerimiz, *Nature* dergisinde yayımlanan çığır açıcı bir çalışmayla kökünden sarsılıyor. Bristol Üniversitesi öncülüğünde yürütülen yeni bir araştırma, karmaşık yaşamın temel taşı olan ökaryotik hücrelerin (eukaryotic cells), bugüne kadar kabul edilen tarihlerden çok daha önce şekillenmeye başladığını ortaya koydu. Bilim dünyası uzun süredir karmaşık yaşamın yaklaşık iki milyar yıl önce, mitokondrinin hücreye dahil olmasıyla başladığını varsayıyordu. Ancak gen duplikasyonu (gene duplication) olaylarını izleyen araştırmacılar, bu süreci bir milyar yıl daha geriye taşıdı.

Mitokondriden Önceki Gizemli Dönem

Biyolojik yaşam, milyarlarca yıl boyunca bakteri ve arkelerden oluşan prokaryotik organizmalarla sınırlı kaldı. Bilim insanları için en büyük zorluklardan biri, çekirdekli hücre yapısına sahip ökaryotların tam olarak ne zaman sahneye çıktığını belirlemekti. Mevcut hipotezler, bu sıçramayı Dünyanın atmosferinin oksijen açısından zenginleştiği ve mitokondrinin hücre yapısına katıldığı 2 milyar yıl öncesine işaret ediyordu.

Ancak Bristol ekibi, yaşam ağacındaki (tree of life) temsili organizmalardaki gen kopyalanma olaylarını analiz ederek farklı bir sonuca ulaştı. Bulgular, ökaryotik özelliklerin, mitokondriye dönüşecek organizmanın hücre tarafından yutulmasından çok daha önce gelişmeye başladığını gösteriyor.

Moleküler Saat ve Filogenetik Analiz

Araştırma ekibi, ökaryotların ortaya çıkış zamanını netleştirmek için ökaryotlar, bakteriler ve arkelerden oluşan çoklu taksonları içeren kapsamlı bir filogenetik ağaç (phylogenetic tree) oluşturdu. 62 farklı genin evrimleşme hızını temel alarak bir “moleküler saat” (molecular clock) kullanan ekip, şu çarpıcı tarihlemelere ulaştı:

Bu veriler, ökaryotik atanın karmaşık özellikler geliştirmeye başlaması ile mitokondrinin sisteme dahil olması arasında yaklaşık bir milyar yıllık bir fark olduğunu kanıtlıyor.

Gen Ailelerinin İzinde: Oksijensiz Okyanuslarda Evrim

Araştırmacılar, prokaryotlarda köken alan gen ailelerindeki duplikasyonları incelediklerinde, ökaryotlara özgü 100’den fazla gen ailesi tanımladı. Arke kökenli genlerdeki kopyalanmaların, mitokondrinin gelişinden ve buna bağlı metabolik değişimlerden önce başladığı görüldü. Buna karşılık, bakteri kökenli gen duplikasyonlarının çoğu, mitokondriyal simbiyozdan sonra gerçekleşti.

Bristol Üniversitesi’nden evrimsel biyolog ve çalışmanın ortak yazarı Philip Donoghue, bulguları şöyle özetliyor:
> “En önemli bulgularımızdan biri, mitokondrinin beklenenden çok daha geç ortaya çıkmasıdır. Bu zamanlama, atmosferik oksijendeki ilk büyük artışla örtüşüyor. Bu içgörü, evrimsel biyolojiyi doğrudan Dünya’nın jeokimyasal tarihine bağlıyor. Ökaryotların arke atası, oksijenin bollaşmasından yaklaşık bir milyar yıl önce, tamamen anoksik (oksijensiz) okyanuslarda karmaşık özellikler geliştirmeye başlamıştı.”

Hücresel Altyapı Hazırdı

Çalışma, ökaryotlarla ilişkilendirilen hücre iskeleti (cytoskeleton), endomembran sistemi ve çekirdek gibi yapıların ne zaman ortaya çıktığına dair sorulara da ışık tutuyor:

Araştırmanın ortak yazarı Dr. Christopher Kay, çalışmanın disiplinler arası doğasına dikkat çekerek, “Bu çalışmayı farklı kılan, gen ailelerinin mutlak zaman diliminde ne yaptıklarını ve hangi proteinlerin hangileriyle etkileşime girdiğini detaylandırmasıdır. Zaman çizelgesi için paleontoloji, ağaçlar için filogenetik ve bağlam için moleküler biyolojinin birleşimi gerekiyordu,” ifadelerini kullandı.