Konu Tarihi: 10.01.2017- 18:14

---

Tüm canlıların ortak atası neye benziyordu? Nerede ve nasıl yaşıyorlardı?

Gezegende bildiğimiz tüm canlılar ortak bir atasal hücre topluluğundan evrildi. Peki bu hücre topluluğu ne ile besleniyor, nasıl bir çevrede yaşıyordu? Yeni yayınlanan bir çalışma ‘en son ortak-ata’nın 355 genini belirlemiş. Araştırmacılar bu genlerin işlevlerinden yola çıkarak, yaşamın okyanus diplerindeki volkanik bölgelerde başladığı önerilerine destek veriyor.



Gönensin Ozan Bozdağ - bilimsoL

Charles Darwin, evrimsel biyolojinin temellerinden olan kitabı ‘Türlerin Kökeni’nde, “dünya üzerinde bugüne kadar yaşamış tüm yaşamın ilkel bir ortak atadan” evrildiğini ortaya atmıştı. Türlerin Kökeni’nin yayınlandığı yıl olan 1859 yılından günümüze incelenmiş tüm canlılardan toplanan bilgiler, bu öneriyi yani tek ve ortak bir köken hipotezini destekliyor.

Darwin’in önerisini destekleyen ve yaşamın ortak kökenden evrildiğini gösteren en sağlam veriler moleküler düzeydeki çalışmalara dayanıyor. Örneğin, tüm hücresel yaşamın gelişim bilgisini içeren ve kalıtım birimi olan molekül her canlı için aynı: Nesilden nesile kopyalanarak aktarılan DNA tüm canlılarda aynı 4 “harf”ten (A, T, G, C) oluşuyor. Tüm canlıların yapısal ve işlevsel temeli olan proteinler aynı 20 moleküler birimin aynı kimyasal bağlar ile yanyana dizilmesi ile oluşuyor. Gezegendeki her bir canlı hücre, DNA bilgisini (nükleotidleri) protein bilgisine (amino asitlere) çevirirken aynı sistemi, yani DNA’nın üçerli birimler halinde okunmasına dayanan ortak ‘genetik kod’u kullanıyor.

Tabii ortak-köken önerisine alternatifler sunulabilir. Örneğin, yaşam birden çok hücresel atadan bağımsız olarak benzer moleküler/genetik sisteme evrilmiş olabilirdi. Fakat tüm canlılarda gördüğümüz ortak özellikler, bağımsız farklı atalarda evrim önerisini neredeyse tamamen olasılık dışı kılıyor. İstatistiksel analizler, tek bir ortak ata önerisinin, “birden çok atada bağımsız evrilme” alternatifine göre, 10 üzeri 2 bin 860 kere daha olası olduğunu sunuyor (Theobald 2010). Yani Darwin’in önerisi, diğer tek rasyonel alternatife göre 1’in yanına 2680 sıfır ekleyerek elde edeceğiniz sayı kadar daha olası.

Yaşamın tek bir ortak hücresel atadan geldiği bilgisi çok sağlam gözlem ve istatistiksel temellere dayansa da, yaşamın kökenlendiği bu hücre topluluğu hakkında bilinenler sınırlı. Zorluk, bahsi geçen bu hücre topluluğunun 3,5 milyar yıl kadar önce yaşamış olması. Dünyada bu dönemden kalan fosillerin sayısı çok az.

Çalışılması doğrudan mümkün olmasa da, bilim dünyası yüz milyonlarca yıl önce yaşamış ‘en son ortak ata’ya dair yeni bilgilere ulaşmaya başladı. Geçtiğimiz aylarda yayınlanmış heyecan verici bir çalışma ortak atanın ne tür bir ortamda yaşadığı, ne ile beslenip nasıl enerji elde ettiği gibi konularda ilginç öneriler sunuyor.



Şekil 1. Bilinen yaşamın atası olan hücrenin tahmini biyokimyasal şeması, yerkimyasının biyokimyaya nasıl dönüştüğünü gösteriyor. Hücre okyanus dibinde metal içeriği zengin volkanik kayaçlar (hücre zarının etrafındaki sarı-kahverengi yapılar) üzerinde yaşıyor, ortamdan sodyum (Na+) ve hidrojenin (H+) hücre içine alınıp-verilmesi ile ATP sentaz enziminin ilkel bir formu ile enerji (ATP) üretiyordu. Bir diğer önemli özelliği ise, hidrojen, karbondioksit ve hidrojen sülfür gibi gazların metabolize edilmesi ile inorganik kaynaklardan beslenmesiydi. Şekil kaynağı: Weiss vd. 2016 Nature Microbiology.

3,5 MİLYAR YIL ÖNCE YAŞAMIŞ HÜCRELERİN İZLERİNİ DNA DEDEKTİFLİĞİ İLE ARAMAK

Tüm canlılar ortak bir atadan geliyorsa ve bu atasal topluluğun kalıtım birimi olan DNA trilyonlarca defa kopyalanıp dikey olarak yeni nesillere aktarıldıysa, bugün yaşayan canlıların DNA dizilerinde ‘en son ortak ata’mızın DNA dizisine ve genlerine dair bir miktar iz kalmış olmalı.

Elbet 3,5 milyar yıl boyunca biriken mutasyonlar ve yatay gen aktarımı gibi teknik zorluklar çok dikkatli bir çalışma gerektiriyor.[1]

Haberin konusu olan çalışmada araştırmacılar modern mikropların gen dizilerini toplayıp toplamda 6 milyon diziden 286 bin gen kümesini incelemişler. Böylece modern yaşam ağacının iki ana dalında (bakteriler ve arkeler) en az ikişer soyda ortak olan genlerin listesini çıkarmışlar.

Genetik ve istatistiksel analizler sonunda ‘en son ortak ata’ olarak bilinen hücre topluluğuna ait olabilecek 355 adet gen tespit edilmiş.

Cevap Tarihi: 10.01.2017- 18:16

---

SICAK BİR ORTAMDA HİDROJEN VE KARBONDİOKSİT TEMELLİ MÜTEVAZI BİR YAŞAM

Bulunan genlerden/proteinlerden bazıları genetik kodun işlenmesinde görev alıyor. Bu bulgu genetik kodun belli özelliklerinin ‘en son ortak ata’nın evrimi sırasında şekillendiğine işaret ediyor.

Besin ve enerji ile ilgili öne çıkan genlere bakıldığında ise, ‘en son ortak ata’nın oksijensiz ortamda yaşayan bir hücresel yapıda olduğu ortaya çıkıyor. Bu veri jeolojik kayıtlarla uyumlu: 3,5 milyar yıl önce okyanuslarda ve atmosferde serbest oksijen bulunmadığı birçok bilimsel çalışmanın hemfikir olduğu bir tespit.

Bulunan genler ayrıca, ‘en son ortak ata’nın, yaşam için gerekli enerjiyi çevresinden hücre içine aldığı hidrojen, karbondioksit, ve hidrojen sülfür gazlarını dönüştürerek elde ettiğini, işaret ediyor.

Dolayısıyla ‘en son ortak ata’ bir dışbeslek (heterotrof) değil, ototrof, yani modern bitkiler gibi kendi besinini üretebilen bir canlı olmuş olmalı.

YAŞAM OKYANUS DİBİNDE BULUNAN VOLKANİK BACALARDAN MI BESLENİYORDU?

Yaşamın okyanus diplerinde bulunan volkanik bacalarda başladığı bilim dünyasının üzerinde ciddiyetle durduğu bir hipotez. Habere konu olan çalışma bu hipotezle uyumlu genetik sonuçlara ulaşıyor.

‘En son ortak ata’ya ait olabileceği tespit edilen 355 gen arasında, demir ve nikel gibi geçiş metallerini içeren bileşiklerin dönüşümüne, sodyumun hücreye alınıp işlenmesine, kükürt ve hidrojenin metabolizması ve hücreye alınmasına yarayan genler de var. Bu kimyasal bileşenlerin okyanus diplerinde bulunan volkanik bacaların etrafında yoğun miktarda olduğu biliniyor. Volkanik bacaların sahip olduğu yer-kimyasının sunduğu bu inorganik bileşenlerin, ilk hücrelere alınıp yaşam-kimyasına dahil edildiği düşünülebilir.

İlk hücrelerin volkanik bacaların yakınında evrildiği önerisini destekleyen bir diğer bulgu ise ortaya çıkan genlerden birisinin, sıcaklığın yüksek olduğu ortamlarda yaşayan bakterilerde bulunan kilit genlerden birisi olması.

“Büyük resme bakarsak”, yaşamın ortak atası olan hücre topluluğunun DNA dizisine dair elde edilen bilgilerin, başka gezegen ve uydu sistemlerinde yaşamın varlığı ihtimalini araştırırken ilk gidilmesi gereken jeolojik bölgelere dair bir pusula görevi göreceğini düşünebiliriz.

[1] Çalışmada bulunan 355 genin hepsinin ‘en son ortak ata’da bulunduğu önerisine, araştırmacıların belirttiği gibi, ihtiyatlı yaklaşılması gerekiyor. Bunun bir sebebi, geçtiğimiz yıllarda yayınlanan çalışmaların gösterdiği, genlerin özellikle mikrop türleri arasında bir önceki nesilden bir sonraki nesile dikey aktarımının yanında, aynı nesilden olan bireyler arasında yatay olarak da aktarılabildiği gerçeğine dayanıyor.

Bu alternatife göre, ‘en son ortak atamız’ olan hücre topluluğu evrilerek yaşamın sonraki iki temel dalı olan mikroplar bakterilere ve arkelere ayrılıyor. Ardından bu iki daldan birisinde ‘ortak ata’nın sahip olmadığı yeni genler evriliyor. Bu genlerden birkaçı yatay gen aktarımı ile diğer dalın üyelerine aktarılıyor. Böylece bu iki grubun genleri arasında ortak genler araştırıldığında bu genler arasında ‘yanlış-pozitif/olumlu’ bulgular olarak çıkıyor. Yaşamın ilk zamanlarında gerçekleşecek bu tip yatay gen aktarımı olayları bir alternatif olsa da, yine de, ortak ata’da evrilme hipotezine göre daha düşük bir olasılık.



İlgili makale:

Weiss vd. The physiology and habitat of the last universal common ancestor. Nature Microbiology. 2016

Ek kaynak:

Theobald. A formal test of the theory of universal common ancestry. Nature 2010

Haber görseli: National Geographic

http://haber.sol.org.tr/bilim/doga-bilimleri/tum-canlilarin-ortak-atasi-neye-benziyordu-nerede-ve-nasil-yasiyorlardi-181815