Evrim tartışmalarının vazgeçilmez sorusu “Şimdi tüm canlılar tek bir atadan mı geliyor?” sorusudur. Teknik olarak bu sorunun cevabı “Evet!”tir ve bunu kanıtlayan farklı hücre mekanizmaları bulunmaktadır. Örneğin, glikoliz mekanizması ya da hücrelerde bulunan çeşitli proteinler ve bu proteinlerin aminoasit dizileri günümüzde yaşayan canlıların aynı atadan geldiğini gösteren kanıtlardan sadece birkaçıdır. Evrim hakkındaki bilgilerimiz, Charles Darwin ve Alfred Russel Wallace’ın çalışmalarından beri hızla gelişiyor. Gelişen bilgilerimiz sayesinde artık günümüzde yaşayan canlıların ortak atası hakkında daha fazla bilgi sahibi oluyoruz. Bu canlı kısaca Son Evrimsel Ortak Ata ya da LUCA olarak isimlendirilmektedir (Last Universal Common Ancestor).
Figür 1, ökaryot, prokaryot ve arkelerin ortak atasının LUCA’ya kadar dayandığını gösteren bir temsilidir.
LUCA’nın Biyolojik ve Kimyasal Yapısı
Öncelikle LUCA ile ilgili bilinmesi gereken şeylerden birisi, LUCA’nın Dünya üzerindeki ilk organizma olmadığıdır. LUCA’dan önce ve sonra farklı mikroorganizmalar vardı fakat evrimsel süreçte LUCA avantajlı çıkarak kökleri günümüze kadar ulaşan geniş bir evrim ağacına yol açtı. LUCA’nın biyolojik ve kimyasal yapısını anlamak için Madeline C. Weiss ve Filipa L. Sousa, 286,514 protein kümesini inceledi ve 355 protein ailesinin LUCA’ya kadar uzandığını keşfetti. Proteinlerin özellikleri, kimyasal yapısı ve fonksiyonları LUCA hakkında bilgilerimizi genişletti ve bu organizmanın fizyolojik özellikleri hakkında yorum yapmamızı sağladı. Bulunan proteinlerin LUCA’ya kadar izini sürmek için iki kritere dikkat edildi. Öncelikle, protein kümesinin bakteri veya arkenin minimum iki üst taksonunda da bulunması ve protein kümesinin evrim ağacının bakteri ve arkelerin monofilisini yansıtması gerekmekteydi.
Küçük bir örnekle bu durumu daha da basitleştirebiliriz. İnsanlar ve farelerde aynı fonksiyonu gerçekleştiren proteinlerin, memelilerin ortak atasına dayandığı düşünülür çünkü aynı proteini hem insanda hem farede aynı genler düzenler. Benzer şekilde, bakteri ve arkelerde aynı fonksiyona sahip proteinlerin LUCA’ya dayandığı düşünülmektedir. Üzerinde çalışılan proteinlerin yapısına dayanarak LUCA’nın tek hücreli, anaerobik, CO2 bağlayıcı (CO2 fixing) ve H2 bağımlı Wood-Ljungdahl mekanizmasını kullanan bir organizma olduğu tahmin ediliyor. Aynı zamanda bu organizmanın N2 bağlayıcı (N2 fixing) ve termofilik bir organizma olduğu düşünülüyor. Organizmanın termofilik olması, LUCA’nın yüksek sıcaklara dayanıklı olduğunu gösteriyor. Genlerin ve proteinlerin yapısına dayanarak LUCA’nın yaşadığı ortamın tahmin edilmesi de mümkün görünüyor çünkü teknik olarak genlerimiz yaşadığımız ortamlara adapte olur. Örneğin, yüksek sıcaklıktaki bir ortamda yaşayan organizmanın ürettiği proteinler de yüksek sıcaklığa dayanıklı olacak ve bu proteini sentezleyen genler de buna paralel olarak farklılık gösterecek. LUCA’nın termofilik olması yüksek sıcaklıklara dayanıklı olduğunu işaret ediyor. Tüm bunlar LUCA’nın derin deniz diplerinde yaşayabildiğini ya da deniz suyunun magma ile temas ettiği yerlerde yaşadığını gösteriyor. LUCA’nın yaşadığı ortamla Dünya üzerindeki ilk organizmaların ortaya çıktığı düşünülen ortamların bu kadar benzerlik göstermesi ise akıllara başka bir soruyu getiriyor. Bulgular aksini gösterse de LUCA Dünya üzerindeki ilk organizma olabilir mi?
LUCA Dünya’daki İlk Organizma Mı? LUCA Kaç Yaşında?
LUCA’nın yaklaşık olarak 4 milyar yıl önce ortaya çıktığı düşünülüyor. LUCA’nın ortaya çıktığı süreçte Dünya’nın 560 milyon yıl yaşında olduğu kabul ediliyor (Dünyanın yaklaşık olarak 4,6 milyar yıl yaşında olduğunu kabul edersek ufak bir matematik işlemiyle bu durumu anlayabiliriz). Yukarda bahsedildiği gibi LUCA, Dünya üzerindeki ilk organizma değil fakat ilk sayılabilecek organizmalardan olabilir. Bunun nedeni ise LUCA’nın yaşadığı ortamın, yaşamın filizlendiği ortama oldukça benziyor olması ve LUCA’nın kimyasal olarak ilk organizmalara benzerlik göstermesidir. LUCA, yaşamak için hidrojene ve metal iyonlarına ihtiyaç duymaktadır ve bu da Dünya üzerindeki ilk organizmalarda gözlenmesi beklenen bir durumdur. Ancak LUCA’nın ilk organizma ya da hayatın başlangıcında çok erken dönemli organizmalardan biri olduğu hipotezine karşıt hipotezler bulunmaktadır. Bu karşıt hipotezler LUCA’nın çevresine bağımlı olmadan protein sentezleyebiliyor olmasına dayanmaktadır. İlk organizmaların protein sentezi gibi karmaşık bir mekanizmayı LUCA kadar başarılı bir şekilde başarması çok mümkün görünmemektedir. Aynı zamanda protein sentezinden çok daha basit mekanizmaları bile çevresinden bağımsız olarak LUCA kadar başarılı gerçekleştiremezken protein sentezini yapmaları çok mümkün gözükmemektedir. LUCA’nın protein sentezini başarırken daha basit kimyasal süreçleri başaramıyor olması da mantık dahilinde değildir.
LUCA ile ilgili diğer bir hipotez ise bu organizmanın yarı canlı yarı cansız olduğudur. Bu durumda LUCA bazı mekanizmalar için çevreye bağımlı durumdayken bazı mekanizmalar ve süreçlerde çevreden tamamen bağımsızdır. Bu tartışmalara ek olarak ilk organizmaların su altında çıkmak zorunda olmadığı, meteor yağmuru gibi çeşitli yıkıcı eylemlerin yaşandığı kara parçalarında ortaya çıkabileceği görüşü de LUCA’nın ilk organizmalardan olup olmadığı konusunda şüphelere yol açmaktadır.
LUCA, ilk organizma olsun veya olmasın, fizyolojik ve morfolojik olarak taranan protein kümelerinden yola çıkarak bu organizmanın bakterilerin, arkelerin ve ökaryotların atası olduğu yüksek ölçüde doğrudur ve kabul görmektedir. Milyar yıllık evrim sürecinde insan, köpek, kedi gibi memelilerin ya da tek hücreli ökaryotların hatta arke ve prokaryotların bir anda ortaya çıkması kimya ve biyoloji yasaları göz önünde alındığında mümkün değildir. Tüm bu canlılar ortaya çıkmadan önce çok daha ilkel ve gelişmemişi organizmaların ortaya çıkması ve bu canlıların değişen çevre koşullarına adapte olarak mutasyonlar sayesinde evrimleşerek günümüzde bildiğimiz canlılara doğru evrimleşmesi beklenmektedir.
İşte tüm bunlar düşünüldüğünde ismi LUCA veya başka bir şey olsun organizmaların ortak bir ataya dayanması hiç de mantıksız bir fikir değildir.
Kaynak:
Weiss, M. C., Sousa, F. L., Mrnjavac, N., Neukirchen, S., Roettger, M., Nelson-Sathi, S., & Martin, W. F. (2016). The physiology and habitat of the last universal common ancestor. Nature Microbiology, 1(9). https://doi.org/10.1038/nmicrobiol.2016.116
