Meksika çölündeki havuzlardan yaşamın kökenine açılan pencere

Bir bataklıktaki biyoçeşitlilik bize dünyanın geçmişiyle ilgili ne kadar bilgi verebilir? Meksika’daki Cuatro Cienegas bölgesini araştıran bilim insanları buradaki mikroorganizmaların uzun zamandır orda olabileceğini gösterdi.

[BAA - Biyolojik Hareket ve Evrim/ Çeviri Haber]

Meksika’nın kuzeyinde bulunan Cuatro Cienegas (İspanyolca ‘Dört Bataklık’) bölgesinin dünyada biyoçeşitliliğin en zengin olduğu bölgelerden biri olarak görülüyor. Bu biyoçeşitlilik, fosfor yerine kükürt ile hücre zarlarını oluşturan türler gibi alışılmadık adaptasyonlar gösteren canlıları da içeriyor. Daha genç mikroorganizma türlerinin dışında daha eski ve atasal türler de bu çeşitliliğin içinde. Bu sebeple araştırmacılar buradaki mikroorganizmaların nasıl ortaya çıktıklarını ve nereden gelmiş olabileceklerini merak ederek bu bölgenin biyoçeşitliliğini inceleme altına aldılar.

Araştırmacılar, bu bataklık havuzlarında “stromatolit” adı verilen kaya yapılarına rastladılar. Stromatolitler yaklaşık 3.5 milyar yıl öncesine tarihlenen fosillerde bulunan biyolojik yapılara denmekte. Stromatolitlerde çoğunlukla görülen fotosentez yapan bakteri kolonileri dünyanın erken evrelerinde atmosferdeki oksijen artışına neden olmuş ve sığ sularda kireç tabakaları oluşturmuşlardır. Ancak araştırmacıların rastladığı stromatolitler fosillerdeki gibi cansız değil canlıydı. Meksika bataklık sularının aynı zamanda bu bakteri kolonilerini besleyici içeriği vardı. Bu sebeple normalde okyanus derinliklerinde karşılaşacağımız yumuşak stromatolit formlarına bataklıklar gibi sığ sularda rastlayabilmişlerdi.

Suyun kimyasal içeriğine bağlı olarak (az fosfor, demir, azot ve stromatolitlerin varlığı) araştırmacılar Cuatro Ceinegasın milyonlarca yıl önceki deniz/su koşullarını oluşturduğunu düşündüler.

Antik Mikroorganizmalarla DNA Analizi

Cuato Cienegas’ın tüm biyoçeşitliliğini kaydedebilmek ve türler arası ilişkileri takip edebilmek için DNA çalışmalarına başlandı. Araştırmacılar topladıkları örnekleri laboratuvar ortamında büyütmeye çalıştılar. Çoğu bakteri ve arkea türünü laboratuvar ortamında büyütmek çok zor olduğundan çok az bir grup tür için DNA analizini gerçekleştirebildiler. Buldukları 38 farklı mikroorganizma gurubu içinden bakterilerin yarısı deniz mikroorganizmaları ile yakın akrabalık gösteriyordu. Yaklaşık %10’u ise deniz diplerinde bulunan hidrotermal bacaların çevresindeki yaşayan mikroorganizmalarla benzerlik göstermekteydi. Araştırmacıların tahmin ettiği üzere bu durum Cuatro Cienegas’ın antik deniz yaşam formlarını nasıl koruduğunu gösteriyordu. Denizdeki atalar bir yolunu bulup bulundukları olağanüstü koşullara adapte oldular ve çok fazla değişmediler. Su kaynakları onları beslemiş ve özellikle Sierra San Marcos dağındaki havzalar son buz devrinde suları biriktirmiş olabilir. Alttaki aktif fay nedeniyle yüzeye sızan sular antik deniz kalıntılarına doğru yükseliyor ve alışılmadık kimyayı da beraberinde getiriyor. Sonuç olarak bir şekilde bu antik mikroorganizmalar kalmış ve çeşitlenmiş. Araştırmacılara göre orijinal mekanizma hâlâ birlikte çalışıyor ve bu alışılmadık yaşamı devam ettiriyor.

Araştırmacılar, stromatolitlere baktıklarında, daha da çok çeşitlilik gördüler. Pozas Azules II bölgesinden alınan örnekler, çoğunluğunu bakterilerin oluşturduğu 58000 den fazla farklı mikroorganizma gen dizisi ortaya çıkardı, çoğunlukla bakterilerden. Rio Mezquites’te ise bir nehir kuzey bölgeden akıyor ve birden fazla göle kaynak sağlıyor. Burada ise çoğu siyanobakteri (fotosentez yapan bir bakteri türü) olmak üzere 30000 gen dizisi bulunmuş. Pozas Arules II’de 1000’den fazla gen dizisi arkeadan bulunmuş. Stromatolitler, bakteri-enfekte eden virüslerle grup oluşturmuş ki bu virüsler de her bir göl için farklı olarak deniz virüslerine benziyor.  

Fosforun az bulunduğu koşullara adaptasyon

Mikroorganizmalarla çalışmak kolay değil. Muhtemelen laboratuvar ortamında büyütülemeyen ya da kültür edilemeyen binlerce hatta onbinlerce bakteri türü de oldu. Ancak yine de araştırmacılar olağanüstü koşullara adapte olmuş olanları buldular. Sadece El Churince’de bulunan bir bakterinin Bacillus ailesinin en küçük genoma sahip bakteri olduğunu görüldü. Gabriela Olmedo Alvarez’in yürüttüğü çalışmada araştırmacılar, Bacillus coahuilensis mikroorganizmasının hücre zarında kükürt kullanılarak oluşturulan lipit yapıları gördüler. Araştırmacılar, bu yapıların fosforun az olduğu ortamda, bakteriye avantaj sağladığını düşünüyorlar. Fosforun az olması durumunun dünyanın erken zamanlarında okyanuslarda da benzer bir şekilde olduğu tahmin ediliyor. Bu bakterinin küçük bir genoma sahip olması da yine DNA’nın fosfor içermesi sebebiyle az fosforlu ortama karşı bir adaptasyon olduğu düşünülüyor.

Az fosforun olduğu ortam böyle bölgesel adaptasyonların yanında hızlı bir mikroorganizma çeşitliliğine sebep olmuş olabilir. Bakteriler yatay gen transferi adı verilen bir yöntemle birbirleri arasında gen paylaşımı yapabiliyorlar. Ancak Cienegans’taki mikroorganizmalar bu yöntemi, fosfor azlığında diğer türlerin DNA'sındaki fosforu kullanmak amacıyla kullanmış olabilirler.

Bacillus bakterilerinin çeşitliliğini araştıran araştırmacılar iki antik ataya ulaştılar. Bunlardan Bbiri 680 milyon yıl öncesine diğeri de 160 milyon yıl öncesine tarihlendiriliyor. Bu tarihler ise sırasıyla süper kıtalar Rodinia ve Pangea’nın ayrılmalarına denk geliyor. Bu sebeple araştırmacılar, kıta ayrılmaları sırasında oluşan okyanusların, bu atasal mikroorganizmaları Cuetro Cienegas’a taşıdığını ve o zamandan beri de orada kalmış olabileceklerini düşünüyorlar.

Antibiyotik araştırmalarından tarıma bakterilerin kullanım potansiyelleri

Cuatro Cienegas’taki biyoçeşitlilik, evrimsel biyolojiye tuttuğu ışığın yanında bazı pratik yararlar da sağlıyor. Araştırmacılara göre bu bölge dünyadaki en zengin genetik çeşitliliğe sahip. Örneğin, çoğu modern antibiyotikler “aktinobakteri” adı verilen bir bakteri grubundan elde edilmekte ve aktinobakteriler bu bölgede oldukça fazla ve zengin bir çeşitlilikte bulunuyor. Buradan yola çıkarak araştırmacılar, buradaki 350 aktinobakteri türünden potansiyel antibiyotik araştırmaları yapıyorlar. Bunun yanında bir mikroalg türünden elde ettikleri bir özütün anti-kanser aktivitesi gösterdiğini de buldular.

2050 yılına kadar tarımın devam etmesinde önemli rol oynayan fosfor kaynaklarının azalacağı düşünülmekte. Bu sebeple bu bölgede fosfor azlığına adapte olmuş ve değişik kaynakları kullanabilen mikroorganizmalar, tarım için de bir çözüm sunabilir.

Cuatro Cienegas tehlike altında

Araştırma sırasında bilim insanlarının karşılaştıkları en büyük sorun Cuatro Cienegas göl ve bataklık bölgesinin kuruma tehlikesi altında olması. Çiftçilerin sulama için bu bölgedeki suyu aşırı kullanması, bu bölgenin yavaş yavaş kurumasına sebep oluyor. Çalışmalarının yanı sıra bölgeyi kuraklıktan kurtarmaya çalışan bilim insanları hükümetle ve çeşitli çevre kuruluşlarına başvursa da 2016’da çalışmanın yapıldığı bölgelerden biri olan El Churinc’nin kuruması önlenemedi. Bu sebeple, çalışmayı yapan grup, kalan bataklık bölgelerinin de kurumasını önlemek ve buradaki çeşitliliğin önemine vurgu yapmak amacıyla Cuatro Ciegenas 2040 adını verdikleri bir proje başlatmışlar. Bu projede, Cuatro Ciegenas için bir bilim müzesinin kurulması düşünülüyor.

Kaynak

https://www.sciencemag.org/news/2020/06/pools-mexican-desert-are-window-earth-s-early-life