Modern Mikroplar Antik Okyanusa Açılan Bir Pencere

Yeni, mikroskobik zaman makinenize adım atın. Colorado Boulder Üniversitesi’ndeki bilim adamları, günümüz okyanuslarında yaşayan bir tür tek hücreli organizmanın milyarlarca yıl önce var olan ve gezegeni temelden dönüştüren yaşam formlarıyla pek çok ortak noktası olabileceğini keşfettiler.

6 Ocak’ta Science Advances dergisinde yayınlanacak olan yeni araştırma, doğanın en çok çalışan mikropları olan siyanobakterilerin yaşamlarını araştıran en son araştırma.

“Mavi-yeşil algler” olarak da bilinen bu tek hücreli fotosentetik organizmalar, günümüzde hemen hemen her büyük su kütlesinde bulunabilir. Ancak 2 milyar yıldan fazla bir süre önce, Dünya’daki yaşam tarihinde çok önemli bir rol üstlendiler: “Büyük Oksijenlenme Olayı” olarak bilinen bir dönemde, antik siyanobakteriler oksijen gazında ani ve dramatik bir artış yarattılar.

Jeoloji Bilimleri ve Biyokimya bölümlerinde doktora sonrası araştırma görevlisi olan çalışmanın baş yazarı Sarah Hurley, “Okyanusların kimyasında ve atmosferde yaşamın evrimini de değiştiren bu toplam değişimi görüyoruz” dedi. “Bugün, tüm yüksek hayvanların hayatta kalmak için oksijene ihtiyacı var.”

Bilim adamları bugüne kadar bu temel mikropların neye benzediğini, nerede yaşadıklarını veya dünyanın dönüşümünü neyin tetiklediğini hala bilmiyorlar.

Ancak Hurley ve meslektaşları, doğal olarak oluşan ve genetiği değiştirilmiş siyanobakterilerle ilgili araştırmalardan yararlanarak bir yanıta yaklaşmış olabileceklerini düşünüyorlar. Ekip, bu eski mikropların açık bir okyanusta serbestçe yüzmüş olabileceğini ve beta-siyanobakteriler adı verilen modern bir yaşam biçimine benzediğini bildirdi.

Araştırmacılar, onları inceleyerek, tek hücreli organizmaların Dünya’yı yönettiği bir zamana bir pencere açtığını söyledi.

Biyokimya profesörü yardımcı yazar Jeffrey Cameron”Bu araştırma bize antik Dünya’nın neye benzeyebileceğine ve bu eski organizmaların nasıl olabileceğine dair hipotezler oluşturma ve test etme konusunda eşsiz bir fırsat verdi” dedi.

Nefes al

Hala siyanobakterilerin gezegeni yönetmesini sağlayabilirsiniz. Hurley, bu organizmaların şu anda dünya okyanuslarından gelen oksijenin yaklaşık dörtte birini ürettiğini belirtti.

Başarılarının bir sırrı, tüm canlı siyanobakterilerin içinde yüzen karboksizomlarda veya küçük, proteinle kaplı bölmelerde olabilir. Bu cepler, bu organizmaların yaşamları için kritik öneme sahiptir ve hücrelerinde karbondioksit moleküllerini yoğunlaştırmalarına izin verir.

Hurley “Karbonu konsantre edebilmek, siyanobakterilerin Dünya tarihi bağlamında gerçekten düşük karbondioksit konsantrasyonlarında yaşamasına izin veriyor” dedi.

Büyük Oksidasyon Olayından önce farklı bir hikayeydi. Atmosferdeki karbondioksit seviyeleri bugünkünden 100 kat daha fazla olabilirdi ve oksijen neredeyse yoktu. Bu nedenle, birçok bilim adamı uzun zamandır eski mikroorganizmaların karbondioksiti konsantre etmek için karboksizoma ihtiyaç duymadığını varsaydı.

“Siyanobakteriler, Dünya tarihinde iki milyar yıldan fazla bir süredir varlığını sürdürdü” dedi. “Bugünün siyanobakterilerinden gerçekten farklı olabilirlerdi.”

Araştırmacılar, ne kadar benzer olduklarını bulmak için, 2 milyar yıl önce Dünya’dakilere benzeyen koşullar altında parlak yeşil siyanobakterilerle dolu kavanozları kültürlediler.

Hurley, farklı siyanobakteri türlerinin karbon atomlarının farklı formlarını veya “izotoplarını” sindirmeyi tercih ettiğini açıkladı. Sonuç olarak, büyüdüklerinde, öldüklerinde ve ayrıştıklarında, organizmalar eski tortul kayaçlarda değişen kimyasal imzalar bırakırlar.

“Siyanobakterilerin milyarlarca yıl önce olduğunu düşünüyoruz” dedi. “Şimdi, ne yaptıklarını ve o sırada nerede yaşadıklarını öğrenebiliriz çünkü metabolizmalarının bir kaydına sahibiz.”

Zombi mikroplarını diriltmek

Ekip özellikle iki farklı siyanobakteri türü üzerinde çalıştı. Bugün okyanuslarda yaygın olan beta-siyanobakterileri içeriyorlardı. Ancak araştırmacılar, çalışmaya yeni bir bakış açısı da ekledi. Eski bir siyanobakteri ölümden geri getirmeye çalıştılar. Hurley ve meslektaşları, karboksisom içermeyen özel bir mikroorganizma türü tasarlamak için genetik mühendisliği kullandılar. Bunu bir zombi siyanobakteri gibi düşünün.

Jeoloji bilimleri doçenti ve yazarlarından Boswell Wing, “Laboratuvarda esasen fizyolojik bir diriliş olan şeyi yapma yeteneğine sahiptik,” dedi.

Ancak araştırmacılar kültürlerinin metabolizmasını incelediklerinde şaşırtıcı bir şey buldular: Onların zombi siyanobakterileri, bilim adamlarının daha önce kaya kayıtlarında gördükleri karbon izotop imzalarıyla uyumlu bir kimyasal imza oluşturuyor gibi görünmüyordu. Aslında, bu eski sinyaller için en uygun olan muhtemelen beta-siyanobakterilerdi – bugün hala çok canlı.

Ekip, başka bir deyişle, açıkça görülebilen canlı bir fosile rastlamış görünüyor. Ve dediler ki, Büyük Oksijenasyon Olayı sırasında yaşayan siyanobakterilerin bir karboksizoma benzer bir yapıya sahip olduğu açıktır. Bu yapı, hücrelerin kendilerini havada artan oksijen konsantrasyonlarından korumalarına yardımcı olmuş olabilir.

Wing “Modern organizmaların bu eski siyanobakterilere benzeyebileceğini – bu gerçekten mantıksızdı” dedi.

Bilim adamlarının, eski siyanobakterilerin neye benzediğine ve nerede yaşadıklarına dair artık çok daha iyi bir fikirleri olduğunu belirtiyorlar. Ve bu 2 milyar yıllık okyanusta yaşamın nasıl bir şey olduğunu daha derine inmek için deneyler yapmaya başlayabilecekleri anlamına geliyor.

Cameron “İşte jeolojik kayıtlardan elde edilen sağlam kanıtlar ve antik Dünya’daki hayata yeni ışık tutabilecek bir model organizma” dedi.

Yeni makalenin diğer yazarları arasında CU Boulder lisans öğrencisi Claire Jasper ve yüksek lisans öğrencisi Nicholas Hill de vardı.