Karmaşık yaşam düşündüğümüzden bir milyar yıl daha eski olabilir...

Dünya'daki yaşamın evrim tarihi, gezegenimizin biyolojik geçmişi hakkında yeni bulgularla yeniden yazılmaya başladı. Karmaşık yaşamın kökenlerini araştıran bilim insanları, bu dönüşümün neredeyse üç milyar yıl önce başlamış olabileceğini ileri sürüyor. Bu keşif, daha basit yaşam formlarından karmaşık hücresel yapılara geçişin, gezegenimizin oksijen seviyelerinin yükselmesinden çok daha önce gerçekleştiğini gösteriyor.

Prokaryotlar ve ökaryotlar arasındaki temel fark

Dünya'daki yaşamı sınıflandırmanın en temel yolu, prokaryotlar ve ökaryotlar arasındaki ayrıma dayanır. Prokaryotlar, bakteri ve arkeaları içeren ilk yaşam formlarıdır ve yaklaşık dört milyar yıl önce gezegenimizde ortaya çıkmıştır. Bu basit organizmaların yapısı nispeten sade olup, bir hücre zarı, bazı sağlam proteinler ve serbest dolaşan DNA'dan oluşmaktadır. Ökaryotlar ise daha sonra gelişmiş ve çekirdekler, organeller, hassas iç zarlar ile daha büyük ve yapılandırılmış genomlara sahip çok daha karmaşık hücre yapılarını içermektedir. Bu iki yaşam türü arasındaki yapısal farklar, evrim tarihi açısından oldukça önemlidir.

Karmaşık yaşamın ne zaman ortaya çıktığı ve bu bileşenlerin hangi sırayla geliştiği, bilim insanlarını uzun yıllar boyunca meşgul etmiştir. En büyük bilinmeyenlerden biri, mitokondrilerin zaman çizelgesinde nereye uyduğudur. Mitokondri, hücresel süreçlere güç sağlamak için glukozdaki enerjiyi adenozin trifosfat (ATP) adı verilen bir kimyasala dönüştüren hücrenin sözde 'güç santralleri' olarak işlev görmektedir. Bilim insanları, mitokondrilerin başlangıçta serbest yaşayan bir bakteri olarak var olduğunu ve daha sonra başka bir hücrenin içine yerleşerek sonunda onunla kaynaştığını düşünmektedir. Bu birleşmenin zamanlaması kritik önem taşımaktadır çünkü mitokondrilerin önce gelip karmaşıklığa doğru değişiklikleri tetikleyip tetiklemediği veya karmaşıklığın önce başlayıp mitokondrilerin daha sonra gelip gelmediği sorusu, evrim sürecinin anlaşılması için temel bir sorudur.

Moleküler saat analizi ile yeni bulgular

Bu soruları cevaplamak amacıyla, İngiltere'deki Bristol Üniversitesi'nden paleobiyolog Christopher Kay liderliğindeki bir araştırma ekibi, geniş bir organizma yelpazesinden genlerin moleküler saat analizini gerçekleştirmiştir. Moleküler saat, bilim insanlarının organizmaların ne zaman ayrıldığını ve özelliklerin ilk kez ne zaman ortaya çıktığını tahmin etmelerine olanak tanıyan bir yöntemdir. Bu yaklaşım iki yönlüdür: yüzlerce türden dizi verisi toplayarak ve bunu bilinen fosil kanıtlarıyla birleştirerek, zamana göre çözümlenmiş bir yaşam ağacı oluşturmak mümkün hale gelmiştir. Bath Üniversitesi'nden hesaplamalı evrimsel biyolog Tom Williams, bu çerçevenin bireysel gen ailelerindeki tarihsel olayların zamanlamasını daha iyi çözmek için uygulandığını belirtmektedir.

Moleküler saat yöntemi, gezegendeki tüm yaşam formlarının evrensel genetik kod, neredeyse evrensel bir amino asit seti ve enerji için ATP'ye evrensel bir güven gibi birkaç ortak noktasından yararlanır. Bilim insanları, belirli bir DNA dizisinde mutasyonların meydana gelme hızını tahmin edebilir, aynı diziyi birden fazla türde karşılaştırabilir ve bu türlerin en son ne zaman ortak bir atayı paylaştığını tahmin etmek için geriye doğru çalışabilir. Ayrıca özelliklerin veya gen işlevlerinin ilk kez ne zaman ortaya çıktığını anlamak için moleküler bir saat kullanabilirler. Bu yöntem, karmaşık yaşamın evrim sürecini anlamak için son derece değerli bir araçtır.

Karmaşık yaşamın gelişim süreci ve CALM modeli

Ökaryotlar ve prokaryotlar arasındaki farklılıklara odaklanarak, araştırmacılar ökaryotik özelliklerin ortaya çıktığı sıranın bir zaman çizelgesini yeniden oluşturmak için yüzlerce organizmadan genleri kullanmıştır. Araştırmacılar geliştirdikleri modele CALM adını vermişlerdir; bu isim, Karmaşık Arkeon, Geç Mitokondri'nin kısaltmasıdır. Bu model, karmaşık yaşamın gelişim sürecini adım adım ortaya koymaktadır.