Karmaşık Yapılı Organizmalar Neden Derin Okyanuslarda Evrimleşti?

Başlangıçta canlılar oldukça küçüklerdi. Milyarlarca yıl boyunca, dünyadaki tüm yaşam mikroskobikti ve çoğunlukla tek hücrelilerden oluşuyordu. Sonra aniden, yaklaşık 570 milyon yıl önce, büyüklükleri bir metreye kadar varabilen, yumuşak, sünger benzeri gövdeli hayvanları da içeren karmaşık yapılı organizmalar ortaya çıktı. Bu büyüklük ve karmaşıklıktaki canlılar 15 milyon yıl boyunca sadece derin sularda yaşadılar.

Bilim insanları, bu organizmaların neden Dünya'nın atmosferindeki oksijenin son derece yetersiz olduğu bir zamanda, ışık ve besinin az olduğu derin okyanuslarda ortaya çıktığını uzun zaman sorguladılar. Yakın zamanda Stanford Üniversitesinde yapılan ve hakemli Proceedings of the Royal Society B dergisinde 12 Aralık 2018 tarihinde yayınlanan bir çalışma, okyanusun derinliklerindeki nispeten sabit sıcaklıkların, gelişen yaşam formlarının sınırlı oksijen kaynaklarını en iyi şekilde kullanmasını sağladığını öne sürüyor.

Yapılan tüm bu çalışmalar, Ediyakaran Dönemi'ne ait bu deniz canlılarının kökenlerini anlamak canlıların ve hatta kendi türümüzün evrimindeki eksik bağları aydınlatmakla da ilgili olduğundan önemlidir. Stanford Üniversitesi Yer Bilimi, Enerji ve Çevre Bilimleri Fakültesinde jeoloji doktorasını yapan ve makalenin başyazarı olan Tom Boag’a göre, karmaşık yapı olmadan akıllı bir yaşam formundan bahsetmek mümkün değildir.

Yeni araştırma, fosil buluntularını değişen bir ortam bağlamında anlamak için hayvan fizyolojisi bilgisini uygulama çabalarının bir parçası olarak karşımıza çıkıyor. Bu bilgi gelecekte farklı çevrelerde hayatta kalabilecek organizmalara da ışık tutabilir.

Makalenin kıdemli yazarı ve jeolojik bilimler profesörü Erik Sperling’in değerlendirmesi şöyle:

Fizyolojiden bu verileri almak, organizmaları nefes alıp veren, yaşayan canlılar olarak görmek ve bir günü veya bir üreme döngüsünü atlatıp nasıl hayatta kalmayı başarabildiklerini açıklamaya çalışmak, çoğu paleontolog ve jeokimyacının bu sorulara genel olarak yaklaşım yöntemi değildir.

Yaşama elverişli koşulların ve sıcaklığın değişimi

Başlangıçta bilim insanları, hayvanların en az miktarda oksijenle gelişebilecekleri optimum bir sıcaklık olduğuna dair bir teori geliştirdiler. Bu teoriye göre, oksijen ihtiyacı söz konusu sıcaklıktan daha sıcak ya da daha soğuk ortamlarda daha yüksekti. Boag, teorinin test edilmesi aşamasında, Ediyakaran okyanuslarının derinliklerinde gelişen canlıları anımsatan deniz şakayıklarının oksijen ihtiyaçlarını ölçtü. Deniz şakayıklarının seçilmesinin nedeni biyolojik yapılarının Ediyakaran okyanuslarından toplanan fosillerin yapılarına çok benzer olması, jelatinimsi gövdeli ve cilt yoluyla nefes alma kabiliyetleri olan canlılar olmasıydı.

Boag balık, ıstakoz ve yengeç gibi daha karmaşık yapıya sahip hayvanlarda düşük oksijen seviyesine olan dayanıklılığın sıcaklık arttıkça azaldığını, deniz şakayıklarının düşük oksijeni tolere etme kabiliyetlerinin de sıcaklık arttıkça kötüleşeceğini düşündüklerini belirtmektedir. Çalışma ekibi, ayrıca daha soğuk suların bu kabiliyeti ne yönde etkileyebileceğinden emin değildi. Nitekim deniz şakayıkları, deney tankı içerisindeki sıcaklıklar alışık oldukları sıcaklıkların dışına çıkarıldığında daha fazla oksijene ihtiyaç duydu.

Tüm bu veriler Boag ve çalışma arkadaşlarını, deniz şakayıkları gibi Ediyakaran canlılarının da okyanusun sınırlı oksijen kaynaklarını en verimli şekilde kullanması için sabit sıcaklıklara gereksinim duyacağından kuşkulandırmıştır.

Derinlere Sığınmak

Ediyakaran hayvanlarının soğuk ve derin okyanus sularında bulunan az miktardaki oksijeni kullanması sıcak ve sığ sulardakini kullanmasından daha zor olurdu. Çünkü gazın dokulara nüfuz etmesi soğuk deniz sularında çok daha yavaş gerçekleşmektedir. Soğuk sularda yaşayan hayvanlar, oksijenli deniz suyunu vücutlarından geçirmek için bile enerjilerinin daha büyük bir kısmını harcamak zorundadır.

Fakat Ediyakaran okyanusunun derin suları, kullanılabilir oksijenin az olmasını stabil sıcaklıkla telafi etmiştir. Günümüz okyanuslarının sığ sularında, güneş ışığı ve mevsim geçişleri sıcaklıkta neredeyse 10°C kadar şiddetli değişimlere sebep olabiliyor. Bu değişimler 1 kilometrenin altındaki derinliklerde 1°C'den daha az mevsimsel değişimlerle kıyaslandığında yaşam için çok da uygun olmayan bir çevre oluşturuyor. Sperling, sığ sulardaki günlük ve yıllık sıcaklık değişimlerinin derin sulara göre çok daha hızlı gerçekleştiğini belirtiyor.

Düşük oksijen seviyesine sahip bir dünyada, vücut ısını düzenleyemeyen hayvanların, kendileri için doğru sıcaklıkların dışına düzenli olarak çıkan bir çevreye uyum sağlamaları çok mümkün gözükmüyor.

Yale Üniversitesindeki araştırmacılar ile iş birliği içinde olan Stanford ekibi, bu tür sıcaklık değişimlerinden uzak bir sığınağa duyulan ihtiyacın, daha büyük canlıların nerede evrimleşebileceğini belirlediğini öne sürüyor. Sperling’e göre, sıcaklık değişimlerinin minimum ve istikrarlı olduğu tek yer derin okyanus sularıydı. Çünkü sınırlı oksijenin bulunduğu bir dünyada, yeni evrimleşmekte olan canlılar mümkün olduğu kadar verimli olmak zorundaydı ve bu ancak nispeten stabil derinliklerde gerçekleştirilebilirdi. Sperling'e göre, bu nedenle ilk hayvanlar burada ortaya çıktı.