Kara Bitkileri Varlığını İki Yosun Türüne Borçlu!

Eğer bir kayanın üzerinde sümüksü bir yosun tabakası fark ettiyseniz muhtemelen ona çok fazla dikkat etmemişsinizdir. Ancak bu gözden kaçan türlerin bazıları bitkilerin karaya nasıl ulaştıkları hakkında evrimin en büyük gizemlerinden birine dair ipuçları taşıyor. Araştırmacılar, kara bitkilerinin bilinen en yakın yaşayan akrabaları arasında yer alan iki yosunun genomlarını yayınladılar.^[1] Yosunlar, bitkilerin kuru topraklarda büyümesi için ihtiyaç duyacağı bazı temel genlere zaten sahipti.

Şaşırtıcı bir şekilde, yeni çalışmanın yazarları bitkilerin atalarının diğer türlerden -özellikle de bakterilerden- genler alarak karada hayatta kalma becerilerinin bir kısmını kazandıklarını buldular. Daha şimdiden, diğer araştırmacılar yeni genomları kendi deneylerini yürütmek için nasıl kullanabileceklerini planlıyorlar. Almanya'daki Göttingen Üniversitesi'nde bitki biyoloğu olan ve çalışmaya dahil olmayan Jan de Vries bu makaleyi erken bitki evrimi alanında bir kilometre taşı olarak görüyor.

Bitkiler hayatımız için o kadar önemlidir ki onlar var olmadan önce dünyanın nasıl bir yer olduğunu hayal etmek zor olurdu. Yarım milyar yıl öncesine kadar kıtalar, bakteri kabukları ve belki de bazı mantarlar dışında çoğunlukla çıplaktı.^{[2], [3]} Bitkiler karaya kök salmaya başladıktan sonra ormanlar çalılık alanlara ve bataklıklara dönüştüler. Topraktan bir zemin inşa ettiler, atmosferi oksijenle doldurdular ve bundan dolayı hayvanların da denizleri terk etmelerini sağlamış oldular. Almanya'daki Marburg Üniversitesi'nde bitki biyoloğu olan Stefan Rensing bitkilerin, sonsuza dek gezegenin yüzeyini değiştirdiğini ifade ediyor.

Günümüzde bitkiler dünyanın biyokütlesinin çoğunu oluşturmaktadır. Sonuç olarak bitkiler, yaklaşık 500 milyar ton karbon içerir ve bu, diğer tüm canlıların toplam karbonunun dört katından daha fazladır. Bitkiler karada yaygınlaştıktan sonra, geride bol miktarda fosil bıraktı. Bu nedenle araştırmacılar, kara bitkilerinin ilk nasıl evrimleştiğine dair ipuçlarını keşfetmek için canlı organizmalara, özellikle de organizmaların DNA'larına yöneldiler.

Bitkiler kloroplast adı verilen hücresel bölmelerde güneş ışığını ve karbondioksiti yakalarlar. Bu bölmeler bir zamanlar okyanusta var olan bir bakteriydi. Bir milyar yıldan fazla bir süre önce güneş ışığının gücünü kendileri kullanmaya başlayan amip benzeri organizmalar (alglerin ataları) tarafından yutulmuşlardı. Daha sonra, yeşil algler birçok yeni forma dönüştü. Bazıları okyanusta kalırken, diğerleri tatlı suya taşındı.

Bilim insanları uzun zamandır hangi tatlı su yosununun kara bitkilerinin evrimine yol açtığını ve başka hiçbir soyun yapmadığı bir şeyi nasıl başardıklarını merak ediyorlardı. Araştırmacılar bunu öğrenmek için DNA'larının parçalarını sıralamaya ve soy ağaçlarını çizmeye başladılar. İlk başta kara bitkilerinin en yakın akrabaları olarak karofitler (charophytes) adlı bir alg grubu ortaya çıktı. Bu bulgu mantıklı görünüyordu: Öncelikle, karofitler tek hücreli organizmalar olmayıp karmaşık, dallanan vücutlar geliştirir. Dr. Rensing bunları su altı bitkilerine benzetmektedir.

Ancak araştırmacılar daha fazla alg analiz ettikçe, Zygnematophyceae adlı başka bir soyun bitkilerin yaşayan en yakın akrabaları olduğunu kanıtladılar. Bu şaşırtıcıydı çünkü bunlar bitki benzeri karofitlerden çok daha basitlerdi. Yalnızca tek tek hücreler halinde var oluyorlar veya küçük basit lifler oluşturuyorlardı. Kanada'daki Alberta Üniversitesi'nde çalışmanın ortak yazarı ve genom bilimci Gane Ka-Shu Wong şöyle söylüyor:

İnsanlar bu algleri uzun zamandır biliyordu, ancak kara bitkilerine en yakın akraba olduklarını düşünmediler çünkü karmaşıklıkta doğrusal bir artış olduğu varsayımı var.

Melkonian et al., Cell 2019

Dr. Wong ve meslektaşları daha yakından çalışabilmek için Almanya'daki yosun koleksiyonlarında tutulan iki Zygnematophyceae türü seçtiler. Her iki tür de gölet veya akarsuların dışında yaşayabiliyor. Bir tür, Almanya'da bir ormandaki bir kayadan kazındı. Bir diğeri Portekiz'de bir yosun üzerinde büyürken bulundu. Araştırmacılar, her iki türün tüm genomlarını sıraladı ve alglerin kara bitkileriyle paylaştığı ancak daha uzaktaki alg türleriyle paylaşmadığı bir dizi gen buldu ve bu da Zyhnematophyceae'nin kara bitkilerinin en yakın yaşayan akrabaları olduğunu doğruladı. Bu genlerden bazıları büyük olasılıkla eskilerden yeni formlara evrimleştiler. Atalara ait algler olarak DNA'larını kopyaladıkça fazladan kopyalar yaptılar. Milyonlarca yıl boyunca, kopyalar organizmalara yeni yetenekler kazandıran yeni genlere dönüştü.

Ancak, Zygnematophyceae'deki bir anahtar gen kümesi, tamamen farklı bir şekilde ortaya çıktı. Algler onları bakterilerden çalmış gibi görünüyor. Bu genler bitkilerin kuraklıklardan ve diğer stres türlerinden kurtulmalarına yardımcı olmaktadır. Bugün bile kara bitkileri, uyku halinde aylarca veya yıllarca hayatta kalabilen sporlar ve tohumlar üretebilmek için genlere güvenmektedir. Araştırmacılar, diğer alglerde bu genlerin benzer versiyonlarını bulamadılar. Bu genler sadece bakterilerde, özellikle de toprakta yaşayan bakterilerde bulunmaktadır.

Almanya'daki Köln Üniversitesinde alg uzmanı ve yeni çalışmanın ortak yazarı Michael Melkonian, Zygnematophyceae üzerinde çalıştı ve eski alglerin bakteri genlerini nasıl topladığına dair bazı ipuçları keşfetti. Algler suyu emmek için süngerimsi bir kılıfa sahiptir ve bazı bakteriler bu kılıfı oluşturan karbonhidratlarla beslenir. Buna karşılık bakteriler, alglerin ihtiyaç duyabilecekleri vitaminleri üretir. Bu yakın bağlantı, bakterilerden gelen genlerin alglerin DNA'sına girmesine izin vermiş olabilir. Bu ilgi çekici bir fikir ancak yarım milyar yıl sonra test etmesi zor bir fikir. Dr. Rensing bu fikrin doğru olduğunu kanıtlamanın henüz bir yolunun olmadığını söylüyor.

Dr. de Vries yeni genomların, bu bitki benzeri genlerin hücrelerinde tam olarak ne yaptıklarını ve kara bitkilerinde yeni roller üstlenmek için nasıl evrimleştiklerini anlamayı mümkün kıldığını söyledi. Dr. Melkonian şöyle söylüyor:

Algler üzerine yapılan tüm yeni araştırmalar, kara bitkilerinin büyük bir evrimsel sıçrayışla sahneye çıkmadığını gösteriyor. Bunun yerine, daha basit atalarında uzun bir uyarlama süreci üzerine oluştular. Diğer bir ifadeyle, ilk kara bitkilerinin ortaya çıkışından yüz milyonlarca yıl önce gezegenin yüzeyi yeşildi.