Çevremizde görebildiğimiz tüm organizmalar -bitkiler, hayvanlar ve mantarlar- karmaşık hücrelerden oluşan ökaryotlardır. Hücreleri, enerji üretimi gibi şeyleri genetik materyalden ayrı tutan zarlarla çevrili birçok iç yapıya sahiptir. Hayat ağacının bu dalındaki tek hücreli organizmalar bile çoğu zaman hareket ettirdikleri ve beslenmek için yeniden düzenledikleri zarla kaplı yapılara sahiptir.
Bu zar esnekliğinin bir kısmı steroidlerin sayesinde gelir. Çok hücreli ökaryotlarda steroidler çeşitli işlevleri yerine getirir; diğer şeylerin yanı sıra östrojen ve testosteron gibi sinyal molekülleri olarak kullanılırlar. Ancak tüm ökaryotlar, zarlarına çeşitli steroidler sokarak akışkanlıklarını artırır ve eğriliklerini değiştirir. Bu nedenle, ayrıntılı bir steroid metabolizmasının evrimi, karmaşık yaşamı mümkün kılmak için kritik öneme sahip olabilir.
Şimdi, araştırmacılar ökaryotik steroidlerin kökenini neredeyse bir milyar yıl öncesine kadar takip ettiler. Sonuçlar, ökaryotik aile ağacının birçok dalının bir zamanlar steroidlerin erken versiyonlarını yaptığını gösteriyor. Ancak şubemiz, akrabalarımızı geride bırakmamıza yardımcı olabilecek daha ayrıntılı olanları üretme becerisini geliştirdi.
Karışık bir zaman çizelgesi
Yeni çalışma, bir dereceye kadar, biyokimyacı Konrad Bloch tarafından onlarca yıl önce önerilen bir fikrin test edilmesini içeriyor. Bloch, hücrelerin daha basit öncülerden steroid üretmesine izin veren biyokimyasal yolları bulduğu için Nobel Ödülü kazandı. 1994’te Bloch, belirlediği yollardaki kimyasal ara ürünlerin, evrimsel yollarımızın bir noktasında son ürünler olduğunu öne sürdü. Hücreler, hayatta kalmalarında kritik roller oynayan bu daha az karmaşık steroidleri yapacaktı; ancak zaman içinde şubemiz, onları avantajlı şekillerde daha da değiştiren enzimler geliştirdi.
Bu, başka türlü birbirine pek iyi uymayan çeşitli kanıtlardan anlam çıkarma potansiyeline sahipti. Tipik olarak ökaryotlarla sınırlı olan yüzey işlemlerine sahip karmaşık hücreler gösteren, 1,6 milyar yıl kadar eski mikrofosiller bulduk. Bu, mevcut tüm ökaryotların en az 1,2 milyar yıl önce, belki de 1,8 milyar yıl önce var olan ortak bir ataya kadar izlenebileceğini öne süren DNA kanıtlarıyla iyi çalışıyor.
Ancak steroidleri eski kayalarda da arayabiliriz, çünkü moleküller oldukça kararlıdır. Ancak mevcut ökaryotlardaki steroidler yaklaşık bir milyar yıl öncesine kadar -ökaryotların kendilerinden çok daha sonra- ortaya çıkıyor. Daha önceki ökaryotlar Bloch’un biyokimyasal ara ürünlerini kullansaydı, bu boşluk düzgün bir şekilde açıklanabilirdi.
Bloch, pek çok şeyi doğru yapmasına rağmen burada büyük bir şeyi yanlış anladı. Ara ürünlerin kimyasal olarak kararsız olacağını ve bu nedenle çökeltilerde onları bulmamıza yetecek kadar uzun süre yaşayamayacaklarını öne sürdü. Bu açıdan bakmanın bir anlamı yoktu.
Uzun ömürlü
Uluslararası bir araştırma ekibi, Bloch’un bu moleküllerin sağlamlığı hakkındaki varsayımını test etmenin faydalı olabileceğine karar verdi. Bunun üzerine araştırmacılar bir demet sentezlediler ve molekülleri ısıtma ve hızlandırılmış yaşlanma koşullarına tabi tuttular ve ne olduğuna baktılar. Halkalı yapıların yanında birkaç atom kaybederken, molekülün çoğu hayatta kaldı. Ve daha da önemlisi, bozunduklarında aynı molekülleri üreten başka hiçbir steroid bilinmemektedir, bu nedenle bu yaşlı ara ürünler, steroid üretiminin izleyicileri olarak hizmet edebilir.
Ellerindeki bu bilgilerle araştırmacılar, Dünya’nın geçmişinde farklı noktalara tarihlenen tortulardan petrol ve bitüm örnekleri aldılar. Ve 1,6 milyar yaşındaki en eski örnek bile bu steroid ara maddelerinin kalıntılarına çoktan sahipti. Araştırmacılar düzinelerce akraba steroid ara ürününü izole ettiler, ancak modern steroidler mevcut olsaydı bekleyeceğiniz moleküllerin hiçbirini bulamadılar.
Ökaryotlar da her yerdeymiş gibi görünüyor. Araştırmacılar, “Bu protosteroidler, derin ve nispeten sığ su ortamlarında, mikrobiyal matlarda ve açık deniz habitatlarında, şeyllerde ve karbonatlarda, ayrıca deniz ve muhtemelen göl havzalarında tespit edildi” diye yazıyor.
Yine, modern steroidlerin ilk belirtileri bir milyar yıldan daha kısa bir süre öncesine kadar görünmüyor, bu da ökaryotların – hem atalarımızın hem de evrim ağacının diğer dallarının – artık sadece kimyasal ara ürünler olan molekülleri kullanarak yaklaşık bir milyar yıl boyunca başarılı olduklarını gösteriyor. Jeolojik kayıtlarda farklı modern steroid sınıfları da yavaş yavaş ortaya çıkıyor, bu da bir yenilik patlaması olmadığını gösteriyor.
Hayatta kalan aşırılıklar
Araştırmacılar, modern ökaryotların kökenini jeolojik kayıtlara yerleştiren ilgi çekici bir fikir öne sürüyorlar. Ökaryotlar, kabaca 1,8 ila 0,8 milyar yıl öncesine uzanan, “sıkıcı milyar” adı verilen jeolojik bir zaman diliminde ortaya çıkmış gibi görünüyor. Bu süre zarfında adından da anlaşılacağı gibi pek bir şey olmadı. Bu zamanın çoğunda, jeoloji, Dünya’nın kıta levhalarının, görünüşte istikrarlı bir iklimi desteklemeye yardımcı olan bir süper kıtada toplandığını gördü. Yaşam, bu sürenin büyük bir bölümünde devam eden eşit derecede kararlı ekosistemler oluşturarak göreli durağanlığa yanıt vermiş gibi görünüyor.
Tüm modern ökaryotların atası muhtemelen sıkıcı bir milyarda evrimleşmiş olsa da, ekolojik bozulmaların olmaması, boş bir ekolojik niş bulmakta zorlandığı anlamına gelebilir. Araştırmacılar, bu zorluk göz önüne alındığında, modern steroidlerin evriminin potansiyel olarak onlara soğuk veya yüksek sıcaklıkların hüküm sürdüğü yerler veya periyodik olarak kuruyan çamur düzlükleri gibi yerler gibi daha aşırı ortamları işgal etmek için gereken toleransları vermiş olabileceğini öne sürüyor. Bu, modern steroidlerin üretildiği anlamına gelebilir, ancak yalnızca tespit edilmelerini olası kılmayan seviyelerde.
Sıkıcı milyar, kitlesel yok oluşların mikrobiyal eşdeğerini başlatmış olabilecek tektonik aktivitede ve küresel buzullaşmalarda artışla sona erdi. Ardından gelen çalkantılı ortamda, modern steroidlerin izin verdiği çevresel aşırılıklara tahammül etme yeteneği, atalarımıza ökaryotik ağacın diğer tüm dallarını yok olmaya itmelerine izin vererek bir avantaj sağlayabilirdi.
Doğa, 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-06170-w (DOI’ler Hakkında).