Dünya’daki en eski bakterilerin fotosentezde çok önemli bir adımı gerçekleştirmek için gereken araçları taşıdığını keşfeden araştırmacılar, Dünya’daki yaşamın evrimine yönelik düşüncelerimizi değiştiriyorlar.
Elde edilen bulgular, yaşamın diğer gezegenlerde nasıl evrimleşeceğine dair beklentilere de meydan okuyor. Oksijen üreten fotosentezin, karmaşık yaşamın nihai oluşumunda kilit etmen olduğu ve milyarlarca yılda evrimleştiği düşünülüyor. Fakat yaşamın en ilkel biçimleri bunu yapabildiyse, diğer gezegenlerde de karmaşık yaşam (eğer varsa) düşünülenden çok önce evrimleşmiş olabilir.
Imperial College London Üniversitesi’nde çalışan bilim insanlarının önderlik ettiği araştırma takımı, fotosentez için gereken kilit proteinlerin evrimini Dünya üzerindeki bakteriyel yaşamın muhtemel kökenine kadar takip etmiş. Araştırmacıların elde ettiği ve ücretsiz şekilde erişilebilen bulgular, BBA — Bioenergetics bülteninde yayımlandı.
ICL Yaşam Bilimleri Bölümü’nde çalışan baş araştırmacı Dr. Tanai Cardona şöyle söylüyor: “Daha önce, Fotosistem II şeklinde bilinen ve oksijen üretimi gerçekleştirmek için gereken biyolojik sistemin son derece eski olduğunu göstermiştik. Fakat bunu, şimdiye dek yaşamın tarihine yerleştirememiştik. Şimdiyse Fotosistem II’nin, genelde sadece bilinen en eski enzimlere atfedilen evrim kalıplarını sergilediğini biliyoruz. Bu enzimler, yaşamın evrimleşmesi için büyük önem taşıyordu.”
Güneş ışığını enerjiye çeviren fotosentez, iki şekilde gerçekleşebiliyor: Birisinde oksijen üretilirken, diğerinde üretilmiyor. Oksijen üretilen biçimin genelde sonradan evrimleştiği varsayılıyormuş (özellikle de 2,5 milyar yıl civarı önce, siyanobakterilerin veya mavi yeşil alglerin ortaya çıkmasıyla).
Yapılan bazı araştırmalarda, oksijen üreten (oksijenli) fotosentez hücrelerin bu zamandan önce var olabileceği öne sürülmüşse de; fotosentez Dünya’da evrimleşmesi en az birkaç milyar yıl süren bir yenilik biçiminde düşünülmüş.
Yeni araştırmada, oksijenli fotosentezdeki kilit süreçleri gerçekleştirebilen (suyu hidrojen ve oksijene ayıran) enzimlerin, aslında ilk bakterilerin bazılarında mevcut olabileceği keşfedilmiş. Dünya’daki yaşama yönelik en eski kanıt, 3,4 milyar yıldan daha öncesine uzanıyor. Hatta bazı çalışmalarda, ilk yaşamın 4,0 milyar yıldan daha eski olabileceği öne sürülmüş.
Gözün evrimi gibi, oksijenli fotosentezin ilk hali belki de çok basit ve verimsiz olmuş olabilir; ilk gözlerin sadece ışığı algılaması gibi, ilk fotosentez de çok verimsiz ve yavaş gerçekleşmiş olabilir.
Dünya’da, siyanobakterilerin evrimine yol açan sürecin mükemmel hale gelmesi için bakterilerin bir milyar yıldan fazla süre evrim geçirmesi; hayvan ve bitkilerin karaları ele geçirmesi için de iki milyar yıl daha geçmesi gerekmiş. Fakat oksijen üretimi, diğer gezegenler gibi başka ortamlarda çok daha erken bir zamanda mevcutmuş. Dolayısıyla buralarda karmaşık yaşama geçiş (eğer yaşam varsa) çok daha kısa sürmüş bile olabilir.
Araştırma takımının bu yeni keşfi, suyu ayrıştırmaktan sorumlu kilit fotosentez proteinlerindeki ‘moleküler saatin’ takip edilmesiyle gerçekleştirilmiş. Yöntemde, farklı siyanobakteri veya kara bitkisi gruplarının ortaya çıkışı gibi bilinen evrimsel tarihler arasındaki süreye bakılarak proteinlerin evrim hızı tahmin ediliyor (söz konusu canlılar, günümüzde bu proteinlerin bir çeşidini taşıyor). Evrimin bu hesaplanan hızı, daha sonra zamanda geriye doğru götürülüyor ve proteinlerin ilk ne zaman evrimleştiğine bakılıyor.
Araştırmacılar bu fotosentez proteinlerinin evrim hızını, yaşamın evrimindeki diğer kilit proteinlerin evrim hızıyla karşılaştırmışlar. Bahsi geçen proteinler arasında, vücutta enerji depolama molekülleri oluşturan ve DNA sekanslarını RNA’ya çeviren proteinler de bulunuyor. Bunların, Dünya’daki bütün hücresel yaşamın atasından önce ortaya çıktıkları düşünülüyor. Bilim insanları bu hızı ayrıca, daha yakın zamanda meydana geldiği bilinen olaylarla da karşılaştırmışlar (yaşam halihazırda çeşitlilik barındırıyorken ve siyanobakteriler ortaya çıkmışken).
Zamanda çok gerilere uzanan en eski enzimlerin evrim kalıplarıyla neredeyse birebir benzerlik gösteren fotosentez proteinleri, bunlar ile benzer şekilde evrimleştiklerini akla getiriyor.
Imperial College London Üniversitesi Yaşam Bilimleri Bölümü’nde çalışan birinci yazar Thomas Oliver, şöyle aktarıyor: “Atasal Sekans Yeniden Yapılandırma adı verilen bir yöntem kullanarak, atasal fotosentetik proteinlerin protein sekanslarını tahmin ettik. Bu sekanslar, atasal Fotosistem II’nin nasıl işlemiş olabileceğine yönelik bilgi veriyor ve bizler de, Fotosistem II’deki oksijen evrimi için gereken kilit bileşenlerin pek çoğunun, enzimin evrimindeki ilk aşamalara kadar takip edilebildiğini gösterdik.”
Bu kilit fotosentez proteinlerinin nasıl evrimleştiğinin bilinmesi, diğer gezegenlerdeki yaşam arayışı bakımından önemli olmasının yanında; sentetik biyolojide fotosentezin yeni biçimlerde kullanım yollarının da bulunmasına yardımcı olabilir.
Yazar: Hayley Dunning/Imperial College London Üniversitesi. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
Bitkilerin sariya donusmesi kimyasal bir reaksiyondur. Plasritler ise bitki gibi okaryat canlilarda bulunur. Gunes isiginin yardimiyla fotosentez gerceklestirir. 3 cesit plastit bulunur ken bunlar birbirlerine donusebilirler.kloroplastlsr ise organik maddelerin sentzi icin gerkerli olan ATP yi gunes enerjisi alarak sentezler. Lokoplastlar ise uzun sureli isiga maruz birakildiginda kloroplastlara donusebilir.