Taksonomi - 5: Ökaryotlar ve Endosimbiyotik Teori

Yazdır Taksonomi - 5: Ökaryotlar ve Endosimbiyotik Teori

Merhaba arkadaşlar,

 

Taksonomi yazı dizimizin bu kısmında sizlere ökaryotlar olarak bilinen ve çok geniş bir canlı grubunu kapsayan Alan'ı tanıtacağız. Ökaryotları, Bakteriler ve Arkeleri içine alan Prokaryotlar'dan ayıran temel bazı noktalar vardır. Bunları şöyle sıralayabiliriz:

 

  • Ökaryotların hücresel iskeletleri (cytoskeleton) bulunur. Prokaryotlarda bu yapıya rastlanmaz.
  • Ökaryotların hücre yüzeyi daha esnektir.
  • Ökaryotların çekirdek yapısı bulunur ve burada genetik materyal vardır. Ökaryotları ayırt etmenin en kolay yolu çekirdeğe bakmaktır.
  • Ökaryotlarda sindirim kofulları bulunur.
  • Ökaryotlarda zarlı organeller bulunur. Bu organellere Prokaryotlar'da rastlanmaz.

Peki, bu özelliklere sahip canlı grupları hangileridir? Alan düzeyinden Alem (Kingdom) düzeyine inersek, ökaryotik canlıların şunlar olduğunu görürüz: Protistalar, Mantarlar (Fungi), Bitkiler (Plantae) ve Hayvanlar (Animalia)

 

Bunlara gelecek yazılarda değineceğiz; ancak şimdi biz genel olarak ökaryotlardan bahsedelim. 

 

Ökaryotlar Nasıl Evrimleşti? Endosimbiyotik Teori

 

Ökaryotların evrimi uzun bir süre soru işareti olarak kalmıştı. Konuyu açıklamak üzere birçok hipotez ileri sürüldü. Ancak bunların hiçbiri doyurucu cevaplar veremiyordu ve bazı yönlerden çürüktü. Ta ki hücrelerimizin en önemli organellerinden biri olan mitokondri ile bitkiler için hayati önem taşıyan organel kloroplastların yapısı incelenene kadar...

 

Rus botanikçi Konstantin Mereschkowski, kendisinden önceki bilim insanlarının kloroplastlar üzerindeki incelemelerinden yola çıkarak, kendi bulgularını da bu bilgilerin üzerine ekleyerek, 1905 yılında Endosimbiyotik Teori'nin temellerini atmıştır.  Kendisinden önce, Andreas Schimper isimli bir diğer botanist, zaten kloroplastları incelemiş ve yapıları ile işlevlerinin serbest olarak yaşayan bir bakteri olan siyanobakterilere oldukça benzediğini fark etmişti. Hatta Schimper, makalesinde bir not olarak bitkilerin, iki farklı canlının ortak yaşama geçmesiyle evrimleşmiş olabileceğini bile ileri sürmüştü.

 

Daha sonra 1960'larda yapılan ve elektron mikroskobu ve genetik metotlarını kullanan bazı araştırmalar, kloroplastlar ile siyanobakteriler arasındaki bağlantıyı, mitokondriler ile de Rickettsiales isimli proteobakterilerin (ön bakteri, ilkel bakteri) arasındaki benzerliği ve genetik bütünlüğü ortaya çıkarmıştır.

 

Endosimbiyotik Teori'ye göre, milyonlarca yıl boyunca hüküm süren bakteriler, bir noktada kendilerinden küçük bazı diğer bakterileri veya proteobakterileri endositoz ile yemek üzere hücre içlerine almış; ancak sindirememişlerdir. Bu sindirimin gerçekleşmemesinden sonra, iki bakteri de eskisinden olduğundan daha avantajlı bir konuma geçmiştir: Çünkü büyük ve avcı olan bakteri, "yediği" ama sindiremediği bu bakterinin hücre içi bazı görevleri yerine getirmesini sağlayabilmiştir. Bunun karşılığında av olan küçük bakteri ise, bu yeni hücre içi konumunda, eskiden olduğundan çok daha güvendedir ve ihtiyacı olan materyallere çok daha kolay ulaşabilmektedir. Bu sebeple Doğal Seçilim bu ilişkiyi desteklemiştir ve bunun sonucunda ilk ökaryotik hücreler meydana gelmiştir.

 

Üstelik Endosimbiyotik Teori sadece bu organelleri açıklamakla da kalmaz. Daha sonraları, 1981 yılında Lynn Margulis isimli bir bilim insanı, spiroket tipi bakterilerin, diğer bakteriler üzerinde yaşamaya başlayarak onları sillerini ve flagellumlarını (kamçılarını) meydana getirebileceğini göstermiştir. Richard Dawkins de Ataların Hikayesi isimli kitabında bu konuya geniş yer vermektedir.

 

Benzer şekilde, peroksizom denen organellerin de endosimbiyotik ilişkiler sonucu evrimleşmiş olabileceği farklı bilim insanlarınca ileri sürülmüştür. Bu konudaki problem, kamçıların ve peroksizomun kendi genetik materyali olmamasıdır. Ancak transpozonal sıçramalar ve mutasyonlar işin içine katıldığında, bu yapıların zamanla genetik materyallerini kaybetmiş olabileceği fikri de doğmakta ve güçlü bir açıklama yapabilmektedir. Az sonra buna tekrar değineceğiz.

 

Şimdilik sadece mitokondri ve kloroplastları, yani Endosimbiyotik ilişkinin varlığından neredeyse kesin olarak emin olduğumuz organelleri ele alacağız.

 

Endosimbiyotik Teori'yi Destekleyen Bilimsel Gerçekler

 

  1. Mitokondri ve kloroplastlar günümüzde amitoz bölünme ile üretilmektedir. Bakteriler de bu yolla üremektedir.
  2. Ökaryotik hücrelerde organeller iki ya da daha fazla zar ile sarılıdır. Bu zar, peptidodoglikan içerikli zarı yapısına sahiptir. Dolayısıyla bu zarın, endosimbiyotik birleşmeden önce serbest halde bulunan bir bakteriye ait olabileceği düşünülmektedir; çünkü bakterilerin hücre duvarı da bu yapıdadır.
  3. Mitokondri ve kloroplastların kendilerine ait DNA'ları bulunmaktadır. Bu DNA, hücre çekirdeğindeki DNA'dan farklıdır. Bu DNA, tıpkı bakterilerdeki gibi plazmid şeklindedir; yani yuvarlak ve ve küçüktür.
  4. DNA üzerinde yapılan araştırmalar, hücre çekirdeğindeki ana DNA'da, mitokondri ve kloroplastlardan taşınarak gelmiş olabilecek genler bulunduğunu ortaya çıkarmıştır. Endosimbiyotik ilişki başladıktan sonra, organelleri oluşturacak olan bakteriler bazı genlerini çekirdekteki ana DNA'ya aktarmışlardır; çünkü hücreler birbirine bağımlı hale gelmiştir.
  5. Organellerde bulunan 70S tipi ribozomlar ile bakterilerde bulunan ribozomlar birbirinin aynıdır. 
  6. Organeller tarafından üretilen proteinler ile bakterilerin ürettiği proteinler başlangıç aminoasidi olarak aynı aminoasidir (N-formilmetiyonin) kullanır.
  7. Kloroplastlar içerisinde bulunan klorofillerin tilakoid yapısı ile siyanobakterilerin yapısı son derece benzerdir.
  8. Mitokondride üretilen bazı enzimler, bakterilerdekiyle çok benzerdir.
  9. Mitokondri ve kloroplastların boyutları, bir bakterininkine oldukça benzerdir.

 

Liste bu şekilde uzayıp gitmektedir. Ancak konuyu daha fazla uzatmamak adına, burada kesmek istedik. Çünkü Endosimbiyotik Teori, artık pek çok açıdan desteklenen, güçlü bir teoridir. Yıllar içerisinde bu teoriye de karşı birkaç tez sunulmuştur; ancak bunlar başarıyla izah edilebilmiştir. Örneğin bir grup bilim insanı, mitokondri ile kloroplastların hücre dışında tek başına hayatta kalamayacaklarını, bu sebeple de Endosimbiyotik Teori'nin doğruluğunun kuşkulu olduğunu söylemiştir. Ne var ki bunun açıklaması, organelleri ilişkiden sonra ana hücreye bağımlı hale gelmeleri ve genlerinin bir kısmını kaybetmeleridir. Elbette ki bu sebeple, organeller bağımsız yaşayamayacaktır. Bu gibi birkaç güçsüz karşı-tez de başarıyla izah edilebilmiştir.

 

Bunun haricinde ikincil, üçüncül ve hatta dördüncül endosimbiyoz'dan bahsetmek mümkündür. Bunlar da arka arkaya hücrelerin endosimbiyotik ilişkiye girmesinden ötürü doğar. Temeli, bazı organellerin 3 kat zarlarının olmasına dayanmaktadır. Bu, konumuzu aşacağı için burada fazla girmiyoruz.

 

Ökarytların nasıl evrimleştiğini anladıysak, özellikleriyle devam edebiliriz:

 

Prokaryotların hücre yüzeyi genellikle esnek değildir ve eğilip bükülmeleri çoğu zaman zor olabilmektedir. En antik bakteri fosilleri bile çubuk şeklindedir ve büyük ihtimalle bugünküler gibi kısıtlı esnekliğe sahiptir. Ancak ökaryotlar, hücre duvarlarının bulundukları ortama uygun bir şekilde evrimleşmesi sonucu çok daha esnek bir yapıya kavuşmuşlardır. Bu sayede, prokaryotlar belli bir büyüklüğe kadar büyüyebilmekteyken (yüzey-alanı-hacim-oranı kısıtlamasından ötürü), ökaryotlar kendi üstlerine katlanarak yüzey alanını arttırabilir ve prokaryotlardan çok daha büyük hale gelebilirler, onlarca kattan binlerce kata kadar büyüyebilirler. Günümüzdeki en büyük ökaryotik hücreler, kuş yumurtalarıdır. Hepimiz tavuk yumurtasını biliriz. Bu, tek bir hücredir ve ökaryotiktir.

 

Ayrıca ökaryotlar, bazı prokaryotik hücrelerin özelliklerini de taşımaktadırlar. Yatay Gen Aktarımı'ından daha önce bahsetmiştik (bkz: Bakteriler yazısı). Bu olay sonucunda ilkel ökaryotlar da, prokaryotlardan genler alabilmişlerdir. Bu da, çok eskilerdeki ve özellikle de tek hücrelilerdeki evrimsel ilişkileri ortaya çıkarmamızı zorlaştırmaktadır.

 

Ökaryotlar, günümüzde çok büyük bir başarıya ulaşmışlardır. Her ne kadar Dünya'nın dört bir yanına dağımış ve sonsuz miktarda çeşitlenmiş olsalar da, her şeyin başlangıcının prokaryotlar olduğunu unutmamak gerekmektedir.

 

Biyologlar arasında şöyle bir söz dolaşır:

 

Bütün insanlar (ökaryotik hücrelere sahiptir)bir anda ortadan kalksa, Dünya'daki türlerin %99'u bunun farkına bile varmaz. Ancak bakterilerin tümü bir anda ortadan kaybolsa, birkaç saat içerisinde Dünya üzerinde hiçbir canlı kalmaz.

 

Umarız açıklayıcı olmuştur.

 

Saygılarımızla.

ÇMB (Evrim Ağacı)

6 Yorum