Fotosentezin fosil kanıtı bir milyar yıl daha eskidir

Dünyadaki en önemli olayın fotosentezin gelişmesi olduğunu söylemek abartı olmaz. Işıktan arınmış yaşamdan, çevresinden enerji çıkarma ihtiyacından enerji toplama yeteneği. Bu yeni yetenek sayesinde yaşam daha karmaşık hale geldi ve yeni ortamları istila ederek sonunda Dünya'yı yeniden şekillendirdi.

Böylesine önemli bir olay için, onun hakkında çok az şey biliyoruz. Atmosferdeki oksijen varlığının izini sürmek, fotosentezin en az 2,4 milyar yıl önce evrimleştiğini gösteriyor, ancak artan oksijen seviyeleri etkileyici derecede karmaşık görünüyor. Mevcut genlerdeki varyasyonların izlenmesi, fotosentezin kökeninin yaklaşık 3 milyar yıl öncesine işaret ediyor. Bu zamanlama, bağımsız olarak yaşamaya devam eden ve bitki hücrelerine kloroplast olarak entegre olan fotosentetik siyanobakterilerin kökenine benzer.

Elimizde olmayan şey, benzer yaştaki fotosentetik hücrelerin varlığına dair açık bir kanıt değil. Siyanobakterilere benzeyen birkaç mikrofosil tespit edilmiştir ancak bunların fotosentezi destekleyen proteinler üretip üretmediklerini belirlemek imkansızdır. Şimdi, Liège Üniversitesi'nden bir ekip tarafından tanımlanan yeni fosiller, fotosentezin kesin kanıtlarını 1 milyar yıldan fazla bir süre öncesine, 1,7 milyar yıl öncesine doğru itiyor.

tilakoid nedir?

İş, adı verilen yapıların tanımlanmasına bağlıdır. tilakoid membranlar. Bunlar, hücre içindeki yüzey alanını artıran ve fotosentetik protein komplekslerini barındırabilen disk şeklindeki zar yığınlarıdır. Şu anda mevcut olan siyanobakterilerin tümü tilakoid membranlara sahip değildir ancak bitki hücrelerinin kloroplastlarında bulunur.

Tilakoidleri araştırmak için araştırmacılar çeşitli yerlerdeki tortul kayalardan küçük, hücre benzeri cisimler elde ettiler. Bu kayalardan çok ince kesitler aldılar ve ardından hücrelerin içindeki bazı detayları çözmek için taramalı elektron mikroskobu yaptılar. Bu onların yalnızca birkaç on nanometre genişliğindeki özellikleri yakalamalarına olanak sağladı.

Bölgelerden ikisinde tilakoidlere benzeyen çok katmanlı iç zarlara sahip hücreler bulunuyordu. Bunlar Avustralya'daki McDermott Formasyonu ve Arktik Kanada'daki Grassy Bay Formasyonu idi. İkincisi bir milyar yıldan daha eskidir; tilakoidlere dair daha önceki kanıtlardan çok daha eskidir. Ancak McDermott Formasyonu 1,7 milyar yıldan daha eski; bu da bu yapılara ilişkin fosil kanıtlarının artık olduğundan 1,2 milyar yıl öncesine dayandığı anlamına geliyor.

Bu arada, Demokratik Kongo Cumhuriyeti'ndeki 1 milyar yıllık berrak siyanobakteri fosilleri, tilakoid zarlara dair hiçbir belirti içermiyor. Daha önce de belirtildiği gibi, bugün hala bu yapılara sahip olmayan siyanobakteri türleri mevcut, dolayısıyla bu soyların bir süredir ayrı olduğu anlaşılıyor.

Zamanda geriye gitmek

Bulgular kendi başlarına önemli olmasına rağmen çoğunlukla sonuçları nedeniyle önemlidir. Moleküler veriler, tilakoidli ve tilakoidsiz iki siyanobakteri grubu arasındaki bölünmenin daha eski bir zamana dayandığını gösteriyor. Tilakoid zarların gelişiminin, atmosferik oksijen seviyelerinin ilk kez önemli ölçüde arttığı Büyük Oksijenlenme Olayını başlatmak için gereken desteği fotosenteze sağladığına dair bazı öneriler de var.

Bu çalışmanın arkasındaki araştırmacılar, devasa yaşlarına rağmen tilakoid zarları tanımlamanın mümkün olduğunu göstererek, bunların önemli evrimsel olaylar sırasındaki varlığını doğrulamak için güçlü bir teşvik sağlıyor. Fosil kanıtları, konu fotosentezin evrimi olduğunda eninde sonunda genetik ve kimyasal kanıtlara yetişebilir.

Doğa, 2024. DOI: 10.1038/s41586-023-06896-7 (Dijital kimlikler hakkında).