Milyar yılda bir yaşanabilecek evrim olayı: iki canlı varlığın birleşmesi

 (newatlas.com)
2 puan yazan GN⁺ 2024-04-21 | 1 yorum | WhatsApp'ta paylaş
  • Alg türü Braarudosphaera bigelowii'nin siyanobakteri UCYN-A'yı hücresinin içinde barındırıp bir organ gibi kullandığı bir örnek doğrulandı; bu durum, nadir görülen birincil endosimbiyoz sürecinin devam eden bir örneği olarak dikkat çekiyor
  • Birincil endosimbiyoz, bir mikroorganizmanın başka bir mikroorganizmayı yuttuktan sonra onu iç organ gibi kullanması; zamanla simbiyontun bağımsız yaşama yeteneğini kaybedip organele dönüşmesi sürecidir
  • Dünya yaşamının yaklaşık 4 milyar yıllık tarihinde bilinen büyük örnekler yalnızca yaklaşık 2,2 milyar yıl önce mitokondrinin ve yaklaşık 1,6 milyar yıl önce kloroplastın oluşumudur; bunlar sırasıyla karmaşık yaşamın ve bitki evriminin dönüm noktaları oldu
  • UCYN-A, konak algle boyut oranı, metabolizması ve hücre bölünmesi uyumlu olduğu ve gerekli proteinlerin yaklaşık yarısı için konağa bağımlı olduğu için nitroplast adlı bir organel olarak değerlendiriliyor
  • Nitroplast araştırmaları, bitkilere azot fiksasyonu yeteneği kazandırmanın yolunu açabilir; bu nedenle uzun vadede ürün iyileştirme olasılığı göz önünde bulundurularak araştırılıyor

Yeniden gözlemlenen birincil endosimbiyoz

  • Bilim insanları, iki canlı varlığın tek bir organizma hâlinde birleştiği bir evrim olayının devam etmekte olan bir örneğini doğruladı
  • Söz konusu canlılar alg Braarudosphaera bigelowii ve siyanobakteri UCYN-A
  • UCYN-A, alglerin normalde yapamadığı bir işi mümkün kılıyor
    • Havadaki azotu doğrudan fikse ediyor
    • Azotu başka elementlerle birleştirerek daha kullanışlı bileşiklere dönüştürüyor

Endosimbiyozun organele dönüşme süreci

  • Birincil endosimbiyoz (primary endosymbiosis), bir mikroorganizmanın başka bir mikroorganizmayı yuttuktan sonra onu iç organ gibi kullanması olgusudur
  • Konak hücre, simbiyonta besin, enerji ve koruma gibi avantajlar sağlar
  • Zamanla simbiyont bağımsız olarak yaşayamaz hâle gelir ve mikrobiyal hücrenin içindeki bir organel (organelle) gibi yerleşir

Mitokondri ve kloroplastın yarattığı önceki dönüm noktaları

  • Dünya yaşamının yaklaşık 4 milyar yıllık tarihinde bilinen birincil endosimbiyozun yalnızca iki kez gerçekleştiği düşünülüyor
  • İlk örnek yaklaşık 2,2 milyar yıl önce yaşandı
    • Bir arke, bir bakteriyi yuttu
    • Bu bakteri mitokondriye dönüştü
    • Enerji üretiminde uzmanlaşan mitokondri, karmaşık canlıların evrimini mümkün kıldı
  • İkinci örnek yaklaşık 1,6 milyar yıl önce yaşandı
    • Daha gelişmiş bir hücre, güneş ışığı enerjisini toplayabilen bir siyanobakteriyi içine aldı
    • Bu siyanobakteri kloroplasta dönüştü
    • Kloroplast, bitkilere güneş ışığından yararlanma yeteneği ve yeşil rengini verdi

B. bigelowii ile UCYN-A birleşimini özel kılan neden

  • Bitkiler ve algler genellikle azot elde etmek için ayrı bakterilerle simbiyotik ilişki kurar
  • Başta B. bigelowii'nin de UCYN-A ile bu tür ayrı bir simbiyotik ilişki kurduğu düşünülüyordu
  • Daha ayrıntılı incelemelerde, iki canlı arasındaki ilişkinin çok daha sıkı olduğuna dair kanıtlar ortaya çıktı

UCYN-A'nın nitroplast olarak değerlendirilmesinin dayanakları

  • Bir araştırma ekibi, alg ile UCYN-A arasındaki boyut oranının akraba alg türleri arasında da benzer şekilde korunduğunu doğruladı
    • Büyüme sürecinin besin alışverişiyle düzenlendiği düşünülüyor
    • Bu, mitokondri ve kloroplastların hücre boyutuna uyum sağlama biçimiyle aynı
  • Takip eden araştırmada, güçlü X-ışını görüntüleme teknikleriyle canlı alg hücrelerinin içi gözlemlendi
    • Konak ve simbiyontun kopyalanması ile hücre bölünmesi senkronize durumda
    • Bu, birincil endosimbiyozun işlemekte olduğuna dair ek kanıt
  • Araştırma ekibi, izole edilmiş UCYN-A ile alg hücresi içindeki UCYN-A proteinlerini karşılaştırdı
    • İzole edilmiş UCYN-A, ihtiyaç duyduğu proteinlerin yalnızca yaklaşık yarısını kendi üretebiliyor
    • Geri kalanların alg konağı tarafından sağlanması gerekiyor
    • Bu, bir endosimbiyont organele dönüşürken görülen bir özellik
  • UCYN-A'nın nitroplast adlı eksiksiz bir organel olduğu değerlendiriliyor
  • Nitroplastın evriminin yaklaşık 100 milyon yıl önce başladığı düşünülüyor; bu, mitokondri ve kloroplasta kıyasla çok kısa bir süre

Bitkilerde azot fiksasyonuna uzanma olasılığı

  • Araştırmacılar, nitroplastın başka hücrelerde de bulunup bulunmadığını ve ne gibi etkileri olduğunu araştırmaya devam etmeyi planlıyor
  • Olası faydalardan biri, bitkilere azot fiksasyonu yeteneği kazandırmak için yeni bir yol sunması
  • Bu yetenek, daha iyi ürünler yetiştirmek için kullanılabilir
  • Araştırma Cell00182-X.pdf) ve Science'ta yayımlandı

İlgili okumalar

1 yorum

 
GN⁺ 2024-04-21
Hacker News yorumları

  • Lisede üç yıl biyoloji okudum; bir canlının başka bir canlıyı içine almasının böylesine şaşırtıcı yeteneklerin kökeni olduğunu neden hiç duymadım bilmiyorum.
    Mitokondri ve kloroplastları öğrendik ama konu çok kuru biçimde işlendi.
    Bu bağlam da birlikte anlatılsa, ilk ve ortaöğretim çocuklar için çok daha ilgi çekici hâle gelebilir.

    • Aynı bağlamda şu yazı da okunmaya değer: https://jsomers.net/i-should-have-loved-biology/.
    • Ne zaman öğrendiğine bağlı.
      Endosimbiyotik köken teorisi için ilgili bağlantılar 2000'lere kadar hâlâ ortaya çıkarılıyordu.
      https://www.nature.com/scitable/topicpage/the-origin-of-mito...
    • Eski 10. sınıf biyoloji dersinde mitokondri ve kloroplastlar hakkında bunu öğrendiğimi hatırlıyorum.
      Ama şimdi lise arkadaşlarıma sorsam, o dersin içeriği olarak hatırlama olasılıkları muhtemelen yarı yarıyadır.
      Hücre organellerini öğrenirken verilen herhangi bir bilgi için de aynı şey geçerli; hatta hücre organeli kelimesini hatırlama ihtimalleri bile yarı yarıya olabilir.
      Makale olmadan sorsaydım, bu olayların kabaca ne zaman gerçekleştiğini de söyleyemezlerdi.
      Yine de eski sınıf arkadaşlarımın hepsi muhtemelen “hücrenin enerji santrali” mem'ini hatırlıyordur.
    • Aşırı uyarılmış 25 öğrenci, 45 dakikalık ders ve düşük ücretli öğretmen koşullarında bunu ilgi çekici hâle getirmek düpedüz imkânsız.
    • Okulda mitokondrinin kendi DNA'sı olduğunu da öğrenip öğrenmediğini merak ediyorum.
      Bir de mitokondrilerimiz yumurtadan geldiği için mitokondri DNA'sının her zaman annenin mitokondrilerinden geldiği gerçeği var.
      Ya da Parasite Eve oynamış da olabilirsin [0].
      [0] https://en.wikipedia.org/wiki/Parasite_Eve_(video_game)#Plot

  • İlk simbiyoz olayı, ikincisinden ya da üçüncüsünden milyon kat daha zordu.
    Başta konak, simbiyontun yaşam ve ölüm sürecinde oluşan DNA ve RNA ile başa çıkmak gibi çok zor bir görevle karşı karşıyaydı.
    Konak hayatta kalmak için hücre çekirdeği ve eşeyli üreme gibi şeyleri evrimleştirmek zorundaydı; simbiyonttan gelen bencil genetik unsurlar yüzünden tüm genlerin zarar gördüğü bir durumla baş etmek için seçici ekleme de gerekiyordu.
    Bundan sonra simbiyontu bütünleştirmek hâlâ zordur ama o ilk adım kadar değil.
    Ökaryotların kökenine yol açan ilk simbiyoz, milyar yılda bir değil; trilyon yılda bir, hatta 10^20 yılda birden daha nadir gerçekleşen bir olay olabilir.
    Bu, basit yaşam barındıran 1 milyar gezegenden yalnızca birinin hayvan benzeri karmaşık yaşamı “ürettiği” anlamına gelebilir ve Fermi paradoksuna uzanan Büyük Filtre bu olabilir.

    • Ben de giderek benzer düşünüyorum.
      Büyük Filtre bizim çoktan geçtiğimiz bir şey olabilir; çünkü bizi bugüne getiren kısıt koşullarının birleşimi inanılması güç ölçüde nadir olmuş olabilir.
      Bir başka aşırı düşük olasılıklı olay da soyut zekânın gelişimi olabilir.
      Bizim türden zekânın evrimsel avantaj hâline gelmesini sağlayan koşullar özellikle benzersiz görünüyor: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK210002/

  • Başlığa bakınca geçen hafta olmuş gibi geliyor ama aslında 100 milyon yıl önce gerçekleşmiş ve biz bunu ancak şimdi keşfetmişiz.

    • İyi olmuş.
      Şu anda yeni ortaya çıkan bir tür gibi duyulsaydı çok korkutucu olurdu.
      Böyle bir türün ekosistemimizi bastırıp karmaşa yaratmasını ve sonunda yeni bir dengeyle kazananların, yeni baskın türlerin ortaya çıkmasını hayal ettim.
    • Teşekkürler.
      Bu kadar nadir bir şeyin tam gerçekleştiği anda birinin mikroskopla bakıyor olma ihtimali nedir diye şüphelenmiştim.
      O hâlde makalede söylenmediğine göre, sonuçta şimdilik pek ilginç bir şey olmamış gibi mi?
    • Geçen hafta da olmuş olabilir.
    • Evrimsel zaman ölçeğinde 100 milyon yıl önce neredeyse geçen hafta sayılır.
    • Anlık bir olay da değildi.
      Simbiyotik ilişki 100 milyon yıl önce ilk kez gelişmeye başladıysa, bakterinin bugün olduğu gibi konak alg hücresine tamamen bağımlı bir hücre organeli hâline gelmesi için bu sürenin tamamı gerekmiş olabilir.

  • Söz konusu alge bakmak güzel: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Braarudosphaera_bigelowii
    Kendini on iki beşgen plakayla çevreleyerek kusursuz bir düzgün on iki yüzlü oluşturuyor.
    Gerçekten inanılmaz derecede havalı bir canlı.

  • Birincil kaynaklar
    [1] https://www.cell.com/cell/pdf/S0092-8674(24)00182-X.pdf
    [2] https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38603509/
    LBL'nin basın bülteni de var
    [3] https://newscenter.lbl.gov/2024/04/17/scientists-discover-fi...
    [1] açık erişime sahip

  • Milyar yılda bir gerçekleşen bir olayda tam da o örneği yakalamış olmamız mı daha olası, yoksa bunun çok daha sık yaşanıp genelde yalnızca anılan örnekler kadar etkili ya da akılda kalıcı olmayan bir vakayı görmüş olmamız mı daha olası?
    Sansasyonel haber dili fazlasıyla abartılı

    • Bu belirli örnek 100 milyon yıl önce başlamış; yani uygun yer ve anda tesadüfen orada bulunmuş bir durum değil
      Simbiyogenez için bilinen örnekler mitokondri ve plastidler, bunların içinde de kloroplastlar olmak üzere yalnızca iki tane olduğundan “milyar yılda bir” ifadesi bir ölçüde haklı gösterilebilir
      Başka örneklerden de şüpheleniliyor: https://en.wikipedia.org/wiki/Symbiogenesis
      Endosimbiyontlar ise çok sayıda biliniyor
      Bunlar başka bir canlının gövdesi ya da hücresi içinde yaşayan ayrı organizmalardır ve simbiyogenezin ön koşuludur
      https://en.wikipedia.org/wiki/Endosymbiont
    • “Genel olarak araştırma ekibi, bunun nitroplast adı verilen tam teşekküllü bir organel olduğunu gösterdiğini söylüyor. Yaklaşık 100 milyon yıl önce evrimleşmeye başlamış gibi görünüyor; bu inanılmaz derecede uzun bir süre gibi gelse de, mitokondri ve kloroplastlarla kıyaslandığında göz açıp kapayıncaya kadar kısa sayılır.”
      Bu, laboratuvardaki bir Petri kabında değil, 100 milyon yıl önce gerçekleşmiş bir şey
    • Yaşam tarihinde gerçekten yalnızca birkaç kez gerçekleşti ve en azından hayatta kalabilenleri de yalnızca birkaç tane
      Yine de başlığın biraz düzeltilmesi gerekiyor

  • Birincil endosimbiyozun bu kadar nadir olduğu iddiası bana pek ikna edici gelmiyor
    Neredeyse tüm böceklerde kalıtsal endosimbiyontlar var: https://doi.org/10.3389/fphys.2013.00046

    • Bu, daha makro ölçekte kullanılan farklı bir endosimbiyoz anlamı
      Burada kastedilen hücre düzeyinde endosimbiyoz
      Bağırsak bakterilerine sahip olmakla, onların moleküler düzeyde hücrenin içine entegre olup organel hâline gelmesi aynı şey değil
      Yine de medyadaki abartıya yönelik şüphecilik yerinde sayılır
      Bu tür endosimbiyozun hem birincil hem de ikincil başka iyi bilinen örnekleri var
      Muhtemelen siyanobakteriyle birincil simbiyoz olmayabilir; ancak zaten bildiğimiz diğer örneklerle kıyaslandığında bunu anlayışımız ya da şaşırtıcılığı açısından devasa bir “bilimsel sıçrama” diye nitelemek zor
      İronik biçimde, böcek bağırsak simbiyontları arasında da bu hücre düzeyindeki simbiyoz görülüyor; en uç örnek muhtemelen Mixotricha paradoxa'dır: https://en.wikipedia.org/wiki/Mixotricha_paradoxa
      Hatena arenicola https://en.wikipedia.org/wiki/Hatena_arenicola bu keşfe çok benziyor; ancak siyanobakterileri değil algleri hedef aldığı için ikincil endosimbiyozdur ve hatta daha ilginç ve tuhaf olabilir
      Symbiodinium'un genomunda da birden fazla endosimbiyotik yakalama olayı olduğunu biliyoruz; bunların bir kısmı alglerle ikincil simbiyoz, bir kısmı da büyük olasılıkla bakterilerle birincil simbiyozdu: https://en.wikipedia.org/wiki/Symbiodinium

  • Daha iyi bir kaynak burada paylaşılmış ama tartışma yok: https://news.ycombinator.com/item?id=40101317