Sanki bilim kurgudan çıkan bir şeye benziyor. Bigelow Okyanus Bilimleri Laboratuvarı’nın önderliğinde yürütülen bir araştırmada, radyoaktivite ile tetiklenen kimyasal tepkimelerle beslenen bir grup mikrobun milyonlarca yıldır evrimsel duraklama geçirdiği ortaya çıkmış. Keşif, biyoteknoloji uygulamaları ve mikrop evriminin bilimsel yönden anlaşılması bakımından önemli sonuçlar doğurabilir.
Makalenin baş yazarı ve yardımcı biyoloji profesörü olan Eric Becraft, “Bu keşif, evrimin hızına yönelik varsayımlar yürütürken ve yaşam ağacını yorumlarken dikkatli olmamız gerektiğini gösteriyor” diyor. “Bazı canlıların evrimde koşar adım giderken, diğerlerinin sürünerek gitmesi ve güvenilir moleküler zaman ölçeklerinin tesis edilmesine meydan okuması mümkün.”
Candidatus Desulforudis audaxviator isimli mikrop, ilk olarak Tullis Onstott öncülüğündeki bir araştırma takımı tarafından 2008 yılında keşfedilmiş. Onstott, yeni çalışmanın da eş yazarı. Güney Afrika’daki bir altın madeninde ve yüzeyin yaklaşık 3 kilometre altında bulunan mikroplar, ihtiyaç duydukları enerjiyi minerallerde gerçekleşen doğal radyoaktif bozunmanın oluşturduğu kimyasal tepkimelerden kazanıyor. Güneş ışığı veya diğer herhangi bir canlıya bağlılığın olmadığı tamamen bağımsız bir ekosistemde, kayaların içerisindeki suyla dolu boşluklarda yaşıyorlar.
Yeni çalışmanın yazarları, sahip oldukları bu benzersiz biyoloji ve izolasyon sayesinde mikropların nasıl evrim geçirdiğini anlamak istemiş. Yer altının derinliklerinde başka çevresel örnekler arayan araştırmacılar, Candidatus Desulforudis audaxviator‘u Sibirya ve Kaliforniya’nın yanısıra Güney Afrika’daki birkaç madende de bulmuşlar. Ortamların her biri kimyasal yönden farklı olduğu için bu keşifler, araştırmacılara milyonlarca yıllık evrimleri sırasında söz konusu popülasyonlar arasında ortaya çıkan farklılıkları araştırmak bakımından benzersiz bir fırsat sunuyor.
“Bu bilgiyi kullanarak nasıl evrimleştiklerini ve ne tür çevresel koşulların hangi genetik adaptasyonlara yol açtığını anlamak istedik” diyor Stepanauskas. “Mikropları, Darwin’in Galagapos Adaları’nda üzerinde çalıştığı ispinozlar gibi izole adaların sakinleri şeklinde düşünmüştük.”
Bireysel hücrelerin genetik yapısını okuma olanağı sağlayan gelişmiş araçlar sayesinde bilim insanları, üç kıtadan elde edilen 126 mikrobun genomlarını incelemişler. Şaşırtıcı şekilde, hepsinin de neredeyse tıpatıp aynı olduğu ortaya çıkmış.
Bigelow Laboratuvarı’nda baş araştırmacı olan eş yazar Ramunas Stepanauskas, “Çok şaşırtıcıydı” diyor. “Yapıları aynıydı ve kafamız karıştı”
“Şu an elimizdeki en iyi açıklama, yaklaşık 175 milyon yıl önce Pangea süperkıtasının parçalanması sırasında fiziksel konumları ayrılan bu mikropların o zamandan beri çok değişmediği” diyor Stepanauskas. “O günlerden bugüne ulaşan yaşayan fosil gibiler. Kulağa çok çılgınca geliyor ve mikrop evrimine ilişkin çağdaş anlayışa ters düşüyor.”
Bilim insanları mikropların uzun mesafeler kat edebildiğine, yüzeyde yaşadığına veya oksijen varken uzun yaşadığına dair hiçbir bulguya ulaşamamış. Bu yüzden araştırmacılar, araştırma sırasında numunelerde çapraz bulaşma gerçekleşme ihtimali olmadığına karar verdiğinde, akla yatkın açıklamalar giderek azalmış.
Bu durumun, çok daha hızlı bir tempoda gerçekleşen mikrobiyal evrim hızı açısından taşıdığı anlam ise şaşırtıcı. Koli basili gibi üzerinde çok uzun zamandır çalışma yapılan pek çok bakterinin, antibiyotiklere maruz kalmak gibi çevresel değişimlere cevaben sadece birkaç yıl içinde evrimleştikleri bulunmuş.
Stepanauskas ve meslektaşları keşfettikleri bu durağan evrimin, mikrobun mutasyona karşı taşıdığı ve aslında genetik kodunu kilitleyen güçlü korumalar sayesinde meydana geldiğini düşünüyor. Eğer araştırmacılar haklıysa bu durum, değerli faydalar taşıyabilecek nadir bir özellik demektir.
DNA polimerazları adı verilen ve DNA moleküllerinin kopyalarını oluşturan mikrobiyal enzimler, biyoteknolojide yaygın şekilde kullanılıyor. Kendilerini kopya ile esas arasında çok az farkla yeniden oluşturma kabiliyetine veya yüksek duyarlılığa sahip enzimler ise özellikle değerli.
“Fazla hata yapmayan DNA polimerazlarına yüksek bir talep var” diyor Stepanauskas. “Bu gibi enzimler DNA dizileme, tanısal testler ve gen terapisi için kullanışlı olabilir.”
Çalışmanın sonuçları, muhtemel uygulamaların ötesinde kapsamlı etkiler doğurabilir ve bilim insanlarının mikrobiyal genetik ile bunların evrim hızı hakkında düşünme şeklini değiştirebilir.
“Bulgular, yaşam ağacında gözlemlediğimiz çeşitli mikrobiyal dalların, son ortak atalarından beri geçen zamanda büyük ölçüde değişebileceğini gösteren güçlü bir hatırlatıcı niteliği taşıyor” diyor Becraft. “Bunun anlaşılması, Dünya’daki yaşamın tarihini anlamak için çok önemli.”
Çalışma Salı günü The ISME Journal bülteninde yayımlandı.
Bigelow Okyanus Bilimleri Laboratuvarı. Ç: O.
