Yeryüzündeki karmaşık, çekirdekli yaşamın, yani amip ve insan gibi canlıların kökeninin, tahmin edilenden çok daha eskiye dayandığına dair yeni bilimsel bulgular ortaya çıktı.
Yapılan yeni bir çalışma, evrimsel süreçte daha basit atalardan karmaşık yaşama geçişin yaklaşık 3 milyar yıl önce başladığını gösteriyor. Bu, gezegenimizde ökaryot bir biyosferin gelişmesi için gerekli oksijen seviyelerinin henüz yeterli olmadığı bir döneme denk geliyor.
Bu bulgu, karmaşık hücrelerin ortaya çıkışının bazı tahminlerden neredeyse bir milyar yıl daha erken olduğunu ortaya koyuyor. Bu da, karmaşıklığa ani bir sıçramadan ziyade, oldukça uzun ve kademeli bir evrimsel gelişim sürecine işaret ediyor.
Yeryüzündeki yaşamı sınıflandırmanın birçok yolu olsa da, en temel ayrım prokaryotlar ve ökaryotlar arasındadır.
Bakteri ve arkeler gibi prokaryotlar, yaklaşık 4 milyar yıl önce yeryüzünde ortaya çıkan ilk yaşam formlarıdır. Prokaryotlar oldukça basittir; temel olarak bir hücre zarı, bazı dayanıklı proteinler ve serbest yüzen DNA'dan oluşurlar.
Buna karşılık, ökaryotlar daha geç ortaya çıkmış ve çekirdek, organeller, hassas iç zarlar ve daha büyük, daha yapısal genomlar gibi çok daha karmaşık özelliklere sahiptir.
Bu özelliklerin ne kadar sonra ve hangi sırayla geliştiği uzun süredir bir soru işaretiydi. En büyük bilinmezlerden biri de, hücrelerin enerji santralleri olarak bilinen ve glikozdaki enerjiyi hücre süreçlerini destekleyen adenozin trifosfat (ATP) adı verilen kimyasala dönüştürmeye yardımcı olan mitokondrilerin zaman çizelgesindeki yeriydi.
Bilim insanları, mitokondrilerin başlangıçta başka bir hücrenin içinde yaşamaya başlayan ve sonunda onunla birleşen serbest yaşayan bir bakteri olduğunu düşünüyor. Bu birleşmenin zamanlaması önem taşıyor; mitokondrilerin mi önce gelip diğer karmaşıklık değişimlerini tetiklediği, yoksa karmaşıklığın mı önce başlayıp mitokondrilerin sonradan mı eklendiği merak ediliyordu.
Bu soruyu yanıtlamak için bir ekip, geniş bir organizma yelpazesinden elde edilen genlerin moleküler saat analizini gerçekleştirdi.
Araştırmacılar, "Yaklaşım iki aşamalıydı: yüzlerce türden dizi verisi toplamak ve bunu bilinen fosil kanıtlarıyla birleştirerek zamanla çözülmüş bir yaşam ağacı oluşturmak," şeklinde açıklıyorlar. "Ardından, bu çerçeveyi, bireysel gen aileleri içindeki tarihi olayların zamanlamasını daha iyi çözmek için uygulayabildik."
Moleküler saat, bilim insanlarının organizmaların ne zaman ayrıldığını ve özelliklerin ilk ne zaman ortaya çıktığını tahmin etmelerini sağlayan bir yöntemdir. Temel olarak, gezegendeki tüm canlıların evrensel genetik kod, neredeyse evrensel bir amino asit seti ve enerji için evrensel ATP'ye bağımlılık gibi bazı ortak noktaları vardır.
Bilim insanları, belirli bir DNA dizisindeki mutasyonların ne kadar hızlı meydana geldiğini tahmin edebilir, aynı diziyi birden fazla türde karşılaştırabilir ve bu türlerin en son ne zaman bir atayı paylaştığını tahmin etmek için geriye doğru çalışabilirler. Ayrıca, özelliklerin veya gen fonksiyonlarının ilk ne zaman ortaya çıktığını belirlemek için de moleküler saati kullanabilirler.
Ökaryotlar ve prokaryotlar arasındaki farklara odaklanan araştırmacılar, ökaryotik özelliklerin ortaya çıkış sırasının bir zaman çizelgesini yeniden oluşturmak için yüzlerce organizmadan genleri kullandılar. Model adını "CALM" (Karmaşık Arke, Geç Mitokondri) olarak adlandırdılar.
Şaşırtıcı bir şekilde, ilk genetik imzaların yaklaşık 2.9 ila 3 milyar yıl önce ortaya çıktığı, aktin ve tubulin proteinlerine, basit bir hücre iskeletine ve bir protonükleer erken özelliklere doğru ilk tespit edilebilir adımların atıldığı görüldü.
Bunu, sitoplazmik zarlara, Golgi aparatı adı verilen organellere ve RNA polimerazlar gibi gen ekspresyon sistemlerinin çeşitlenmesine yol açacak değişiklikler izledi.
Mitokondriler ise partiye oldukça geç katıldı; yaklaşık 2.2 milyar yıl önce ortaya çıktılar.
Ancak bu zamanlama, yeryüzündeki oksijenin hızla arttığı zamana denk geliyor. Bu da, ökaryotik yaşamın Büyük Oksidasyon Olayı'ndan çok önce yolunda gitmiş olmasına rağmen, bugünkü seviyesine ulaşmak için çevresel değişikliklerden bir miktar destek aldığını gösteriyor.
Araştırmacılar, "Bu çalışmayı farklı kılan şey, bu gen ailelerinin aslında ne yaptığını ve hangi proteinlerin birbiriyle etkileşime girdiğini ayrıntılı olarak mutlak zaman içinde incelemesidir," diyorlar. "Bunu yapmak için çeşitli disiplinlerin birleştirilmesi gerekti: zaman çizelgesine bilgi sağlamak için paleontoloji, güvenilir ve kullanışlı ağaçlar oluşturmak için filogenetik ve bu gen ailelerine bir bağlam kazandırmak için moleküler biyoloji."
Araştırma, Nature dergisinde yayımlandı.
