Bilim insanları fosilleşmiş mikrobiyal metabolizmayı anlamak için duraylı sülfür izotopları kullanıyor
Üç buçuk milyar yıl önce dünya üzerinde yaşam başladı, peki ama bu ilk organizmalar hayatta kalma mücadelesi mi veriyordu yoksa hızla çoğalıyor muydu? Tokyo Teknoloji Enstitüsü (Tokyo Tech) Dünya Yaşam Bilimi Enstitüsü (ELSI) de dahil birçok enstitü ekibinin katılımıyla gerçekleştirilen araştırma bu soruya yanıt getiriyor. Milyarlarca yıllık sülfür izotop oranlarında kayıtlı olan mikrobiyal metabolizma, bu araştırmanın tahminlerini doğruladı ve eski okyanuslarda yaşamın hızla çoğaldığını gösterdi. Bilim insanları bu verilerden yola çıkarak hücre halleri ve ekoloji ile jeokimyasal kayıtları daha derinden bağdaştırabilecek.
Bilim insanları ne kadar uzun süredir dünya üzerinde yaşam olduğunu bilmek istiyor. Eğer dünya üzerinde yaşam neredeyse gezegenimiz kadar eskiyse bu bilgi, yaşamın kolaylıkla başlayabildiği ve Evrende yaşamın yaygın olduğu anlamına gelir. Ve eğer yaşam kolaylıkla başlayamıyorsa bu da yaşamın başlangıcı için çok özel koşullar gerektiği anlamına gelecektir. Dünyanın her yanında müzelerde kemikleri sergilenen dinozorlardan milyarlarca yıl önce dünyada mikroplar hüküm sürüyordu. Mikroplar varlıklarına dair bazı jeolojik kayıtlar bırakmış olsalar da fosilleşme süreçleri iyi değildir. Bu nedenle de bilim insanları yaşamın jeolojik verilerde tespit edilip edilemeyeceğini anlamak için diğer yöntemlere başvurmak zorunda.
Günümüzde, dünya üzerinde mikrobiyal yaşamın en eski bulgusu duraylı izotoplar olarak karşımıza çıkıyor. Periyodik cetvelde gördüğümüz kimyasal elementler, çekirdeklerinde bulunan proton sayısı ile tanımlanıyor. Örneğin, hidrojen atomlarının bir, helyum atomlarının iki ve karbon atomlarının altı protonu bulunuyor. Protonların yanı sıra çoğu atom çekirdeği, neredeyse protonlarla aynı ağırlıkta olan ama elektrik yükü içermeyen nötronlar da içeriyor. Aynı sayıda proton içeren ama nötron sayıları farklı olan atomlara izotop adı veriliyor. Birçok izotop radyoaktif özellikler gösteriyor ve diğer elementlere dönüşüyor olsa da bazıları bu gibi reaksiyonlara girmiyor ve bu nedenle de “duraylı” izotoplar olarak biliniyor. Örneğin, karbon elementinin duraylı izotopları arasında karbon 12 (kısaca 12C, 6 proton ve 6 nötron içerir) ve karbon 13 (13C, 6 proton ve 7 nötron içerir) sayılabilir.
İnsanlar da dahil tüm yaşayan canlılar “yer ve dışkılar.” Yani, vücutlarına yiyecek alır ve atıkları dışarı veriler. Mikroplar genellikle ortamda bulunan basit bileşikleri tüketir. Örneğin, bazıları kendi hücrelerini oluşturmak için dışarıdan karbondioksit (CO2) alır. Doğada bulunan CO2 oldukça sabit bir 12C-13C oranına sahiptir. Bununla birlikte, 12CO2 ve 13CO2 karşılaştırıldığında 12CO2 %2 daha hafiftir, böylece 12CO2 molekülleri biraz daha hızlı yayılır ve reaksiyona girer. Dolayısıyla da mikropların kendileri, 13C’den daha fazla 12C içermeleriyle “izotop bakımından hafif” hale gelirler ve öldükleri zaman bu duraylı izotop imzaları fosil kayıtlarında bulunabilir ve ölçülebilir. Bu izotop kombinasyonu ya da bu sürecin “imzası,” sadece bunları üreten mikroplara özgü olabilir.
Canlılar için karbonun yanı sıra diğer önemli kimyasal elementler de bulunmaktadır. Örneğin, 16 protonlu sülfürün doğada sıkça rastlanan üç duraylı izotopu bulunmaktadır: 32S (16 nötronlu), 33S (17 nötronlu) ve 34S (18 nötronlu). Mikropların arkalarında bıraktıkları sülfür izotop izleri de böylece 3,5 milyar yıl öncesine kadar sülfür içeren bileşiklere göre biyolojik metabolizma tarihine işlenebiliyor. Sülfat (doğada bulunan dört oksijen atomuna sahip bir sülfür bileşiği) metabolizmasından kaynaklanan sülfür izotop oranlarını hem günümüzde hem de geriye dönük olarak araştırmış olan yüzlerce çalışma bulmak mümkün. Birçok mikrop yakıt olarak sülfat kullanabiliyor ve bu süreçte dışarı başka bir sülfür bileşiği olan sülfit veriyor. Geçmişteki mikrobiyal metabolizma faaliyetleri sonucunda üretilen sülfit “atıkları” jeolojik kayıtlara geçer ve bunun izotop oranları FeS2 pirit gibi minerallerin analizi ile ölçülebilir.
Bu yeni araştırma, mikrobiyal sülfür metabolizmasının başlıca biyolojik kontrol adımını ortaya koyuyor ve hangi hücre hallerinin hangi sülfür izotopları ile sonuçlandığını açıklıyor. Böylelikle bilim insanlarının metabolizma ile izotoplar arasında bir bağlantı kurmaları mümkün oluyor: metabolizmanın duraylı izotop oranlarını nasıl değiştirdiğinin bilinmesi ile bilim insanları organizmaların artlarında bırakacakları izotop imzalarını tahmin edebilir. Bu çalışma, dünyanın ilk zamanlarında yaşamın ne kadar hızlı bir metabolizmaya sahip olduğu hakkında ilk bilgileri sunuyor. Üç milyar seneden uzun bir zamana ait sülfür izotop oranlarında kayıtlı olan mikrobiyal metabolizma, eski çağ okyanuslarında yaşamın hızla çoğaldığını gösteriyor. Bu çalışma ile ELSI Doç. Dr. Shawn McGlynn’in “evrimsel ve izotopik enzimoloji” adını verdiği yeni bir araştırma alanı da doğmuş oldu. Bilim insanları bu tip verileri kullanarak artık karbon ve nitrojen gibi diğer elementlere geçebilir ve enzim evrimi ve dünya tarihi hakkında daha fazla bilgi ile jeokimyasal bilgileri hücre safhaları ve ekoloji ile daha yakından bağdaştırabilir.
Kaynak: https://www.sciencedaily.com/
Translated by Oytun Buyrukçu
English to Turkish Translator & Proofreader, Localization Expert
