Kuzey Bölgesi Jeolojik Araştırmalar Merkezi’ndeki bu sondaj örneklerinin bazıları çamurtaşından oluşuyor; bu, sertleşmiş deniz tabanı çamurundan oluşan bir tür tortul kayaçtır. Bu sondaj örneklerini çıkaran şirketler, bu çamurtaşlarının içinde, 1,5 milyar yıl önce Kuzey Avustralya’nın büyük bir bölümünü kaplayan eski bir iç denizin deniz tabanında gömülü mikroskobik organizmaların fosillerinin bulunduğunun büyük ölçüde farkında değildi.

Nature dergisinde yayınlanan yeni çalışmamızın gösterdiği gibi, bu fosiller, Dünya’daki tüm karmaşık yaşamın ortaya çıkmasına yol açan büyük evrimsel sıçramayla ilgili uzun süredir çözülemeyen bir bilmeceyi, yani ökaryotların kökenini çözmek için çok önemlidir.

Küçük ama karmaşık

Yeryüzündeki tüm yaşam, hücresel düzeyde temelde farklı olan iki türden birine yerleştirilebilir.

Prokaryotlar (bakteriler ve arkeler) basit bir hücresel yapıya sahiptir ve çoğunlukla tek hücrelidir. Ökaryotlar – tüm hayvanlar, bitkiler, algler ve mantarlar dahil – çok farklıdır. Çekirdek ve belirli görevleri yerine getiren organeller gibi diğer özelleşmiş yapılar içeren çok daha karmaşık hücrelere sahiptirler.

Ökaryotik devrim gezegeni dönüştürdü. Hayvanların ve nihayetinde bizlerin ortaya çıkmasına yol açtı. Yaşayan organizmaların genlerinden elde edilen gözlemlere dayanarak, tüm yaşayan ökaryotların son ortak atasının (en az) iki prokaryotik mikrobun, bir arkeon ve bir bakterinin simbiyotik birleşmesinden kaynaklandığı artık yaygın olarak kabul edilmektedir .

Ökaryotik yaşamın ilk kanıtı, tek hücreli organizmaların bu fosilleri şeklinde karşımıza çıkıyor. Bu fosiller, prokaryotlarda görülmeyen, ancak ökaryotlarda yaygın olan bir hücresel karmaşıklık seviyesini gösteriyor.

Ökaryot fosilleri , dünyanın dört bir yanındaki en az 1,5 milyar yıl öncesine dayanan kayaçlarda bulunabilir . Kuzey Bölgesi’ndeki fosillerin en eskileri 1,75 milyar yıl öncesine dayanmaktadır ve bunlar, günümüzde küresel olarak bilinen en eski ökaryot fosilleridir .

Ancak erken ökaryotların evrimleştiği antik dünya hâlâ gizemlerle örtülü. Ve doğalarına dair birçok temel yön bilinmiyor.

Oksijen – dost mu, düşman mı?

Birçok bakteri türü oksijensiz ortamlarda yaşayabilir ve büyüyebilir. Ancak günümüzde yaşayan neredeyse tüm ökaryotlar hayatta kalmak için oksijen kullanır. Bunun nedeni, aerobik solunumun (oksijen kullanarak besinleri parçalama) karmaşık yaşamın gerektirdiği muazzam miktarda enerjiyi sağlamasıdır.

Ancak oksijenin her zaman tüm ökaryotlar için faydalı olduğu fikri, son yıllarda eleştirilerin hedefi haline geldi . Bu durum , oksijensiz koşullarda gelişebilen gizemli ökaryotların şaşırtıcı keşiflerinin ardından ortaya çıktı.

Jeolojik kayıtlardan elde edilen kanıtlar da , ökaryotların ilk evrimleştiği dönemde oksijenin muhtemelen çok daha az olduğunu göstermektedir. Bu da oksijensiz deniz yaşam alanlarının normal olduğu anlamına gelir. Toplu olarak, bu gözlemler ökaryotların başlangıçlarından beri oksijene bağımlı oldukları varsayımını sorgulamaktadır .

İlk ökaryotun atalarına en yakın kabul edilen gruplara ait yaşayan mikropların genetik çalışmaları , ökaryotların kökeni hakkında önemli bilgiler sunabilir . Ancak yalnızca fosil kayıtları bize uzun zaman önce yok olmuş soylar hakkında bilgi verebilir. Ve yalnızca jeoloji, bu organizmaların yaşadığı dünyaya dair bir pencere açabilir.

12.000’den fazla fosil

Yeni çalışmamız için, Darwin’de saklanan çamurtaşı örneklerini ezip parçaladık ve ardından çözdük. Bu çözünme sonucu geriye kalan organik kalıntıyı mikroskop altında analiz ederek 12.000’den fazla fosil tespit ettik.

Fosillerin korunduğu çamurtaşlarını da inceleyerek, tortuların biriktiği dönemdeki ortamın nasıl olduğunu daha iyi anlamaya çalıştık. Bu, bu ökaryotların yaşadığı habitatlar hakkında bilgi verdi. Ayrıca, bu çamurtaşlarının kimyasını analiz ederek, eski deniz suyunda oksijenin olup olmadığını belirleyebildik.

Sonuçlarımız, ökaryot fosillerinin kıyı çamur düzlüklerinden açık denize kadar değişen ortamlarda bulunduğunu göstermektedir. Ancak bunlar yalnızca oksijenli ortamlarda biriken örneklerde mevcuttu. Oksijensiz ortamlardan alınan örneklerde ise yalnızca basit, prokaryotik formlar bulunmaktaydı.

Bu durum, 1,7 ila 1,4 milyar yıl önce Dünya’da yaşamış olan en eski bilinen ökaryotların bile oksijene bağımlı olduğunu göstermektedir. Bu veriler , oksijenin erken ökaryotların evriminde kilit bir rol oynadığı yönündeki uzun süredir savunulan hipotezi desteklemektedir .

Erken ökaryotların temsil ettiği büyük evrimsel sıçramanın itici güçlerini ve bağlamını çözmek, yaşam bilimlerindeki en önemli çözülmemiş sorulardan biridir. Bu gizemli, eski mikrofosiller üzerindeki devam eden çalışmalar, şüphesiz kendi kökenlerimiz ve evrendeki yerimiz hakkında bize daha fazla bilgi verecektir.