Evrimsel Süreç - 8: Koaservatlardan Bakterilerin Evrimi (3.8 - 2.7 Milyar Yıl Önce)

Yazı dizimizin bu kısmından itibaren, bu kısma kadar hazırladığımız temel üzerine bilimsel bilgilerimizi inşa edeceğiz. Bu süreçte, daha önceki yazılarda verdiğimiz Evrim Tarihi Zaman Çizelgesi içerisinde açıklanan tarihsel gerçeklere daha yakından bakacağız. Süreçleri daha yakından anlamaya çalışacak ve canlılık tarihinin köşe taşı diyebileceğimiz kadar önemli geçişlerini inceleyeceğiz. Bu incelemeler çok önemli olacak, çünkü en ilkin hücre yapılarından, günümüzde her yerde görebildiğimiz karmaşık yapılara kadar tüm canlıların yaklaşık olarak hangi basamaklardan geçerek günümüze ulaştıkları sorusuna ışık tutmaya çalışacağız.

Bu yazımızda, Canlılığın Evrimi yazı dizimizde açıkladığımız üzere canlılık dediğimiz kavramın cansızlıktan evrimleştiği noktadan itibaren ele alacağız. Unutmamak gerekir ki, Evrim Kuramı çıkış noktası açısından canlılığın nasıl meydana geldiği ile ilgilenmemektedir. Evrim Kuramı, canlılığın nasıl çeşitlendiğini inceleyen bilimsel yaklaşımdır. Fakat doğa yasaları üzerine kurulu olan bu kuram farklı bilim dalları tarafından o kadar güçlü bir şekilde desteklenmiş ve o kadar hızlı bir sürede güçlenmiştir ki, günümüzde canlılığın evrimini bile açıklayabilecek kadar gücü bulunmaktadır. Zaten bilimsel bir kuramdan beklenen de, mümkün olduğunca kendisinden öncesi ve sonrası arasında bağ kurabilecek yapıda olmasıdır. Evrim Kuramı, bu testlerin tamamını havada karada geçebilen, bilim tarihinin gördüğü en güçlü kuramlardan biridir. Dolayısıyla aslında bulunduğumuz nokta, yani koaservatlardan günümüze kadar gelecek canlılık evrimi tarihi, Evrim Kuramı'nın temel ilgi alanı konumundadır. Bu sebeple de bu noktadan itibaren atılacak her adım, en ilkin canlılardan, günümüz modern canlılarına kadar gelişte önemli kilit roller oynayacaktır. Öyleyse hemen konuya giriş yapalım:

Hatırlayacak olursanız, "Canlılığın Evrimi" yazı dizimizde de açıkladığımız üzere, koaservatlar (protohücreler) yaklaşık 600-700 milyon yıl süren (4.5 milyar yıl ila 3.8 milyar yıl önce arası) bir deneme-yanılma, elenme, seçilim süreci sonucunda, doğal yollarla, "cansız varlıklar" olarak nitelediğimiz varlık grubunun fizik ve kimya yasaları etkisi altında özelleşmesi sonucu oluşan ilkin canlılardı. Bu özelleşme, o yazı dizimizde de ele aldığımız gibi bilinçli bir özelleşme değil, elde bulunan bir varlık grubunun sürekli çevresel etkiler ve doğa yasaları etkisi altında değişime uğraması sonucunda, çok uzun yıllarda aşılabilen bir eşiğin geçilmesi sonucunda olmaktadır. Yani bir cansız, "Artık ben özelleşeyim." demez. Bu, doğa tarafından ona bilinçsiz olarak dikte edilir. Cansızlık, tamamen farklı yönlere doğru da özelleşebilir -ki özelleşmiştir de. Ancak bu özelleşmelerden bir tanesi, tipik olarak özeldir, çünkü biz o özelleşmiş gruba "canlılar" demekteyiz. Bu cansızlar içerisinde oluşan en ilkin canlılar, günümüz prokaryotlarından (az sonra açıklanacaktır) oldukça basit yapılıdırlar ancak onların birçok özelliğini de yansıtırlar.

Yani şu anda olduğumuz nokta, günümüzden 3.8 milyar yıl öncesidir! Bunu milyon yıl bazında açacak olursak 3.800 milyon yıldan bahsederiz. Bu zamanın ne kadar geniş olduğunu anlayabilmeniz için biraz daha açacak olursak: 3.800.000 bin yıl! 3.800.000.000 yıl! Bir diğer yazımızda ele aldığımız bu konuya gönderme yapacak olursak: Tarih derslerinde gördüğümüz bilgilerin çokluğunu hatırlayınız. Piyasada, bir ülkenin, sadece birkaç milyon insandan oluşan bir ülkenin, sadece birkaç yıllık siyasi geçmişinde olan olayları 2.000 sayfalık kitaplara sığdırdıklarını hatırlayın. Bizim bahsettiğimiz 100 yıl değil. 1.000 yıl değil. 100.000 yıl değil. 1 milyon yıl değil! 10 milyon, 100 milyon bile değil! 1 milyar bile değil! Tam 3.8 milyar yıl. Bu süreçte olabilecekleri hayal etmeye kalksanız, bolca malzeme çıkarabileceğinizden eminiz. Her neyse, devam edelim. Sonuç olarak şu anda, günümüzden tam 3.8 milyar yıl öncesindeyiz ve o günlere tanıklık etmekteyiz. 

Öncelikle Dünya'nın "şekline" bakalım. Zira doğada hiçbir şeyin olmadığı gibi, Dünya da, Dünya'nın kıtaları da sabit kalmamaktadır, her bir kıta, her bir kara parçası, her bir "şey" sürekli olarak değişmektedir. Açıkçası bu kadar eski tarihlere ait kesin bir kara-deniz dağılımı göstermek çok güç, çünkü gerilere gittikçe eldeki verileri işlemek de zorlaşıyor. Dolayısıyla bahsettiğimiz zaman aralığı içerisinde net olarak bilebildiğimiz en eski tarihe, günümüzden 1.1 milyar yıl öncesine ve bu dönemdeki jeolojik yapılanmaya bakalım:

Bu görselde görülen pembe kısımlar, Dünya'nın ufak bir bölgesinde baş göstermeye başlayan ilk kara parçalarıdır. Bilindiği kadarıyla bu zamanlardan önce bütün Dünya denizlerle kaplıydı, çünkü atmosferin yeni yeni oluşumu ve özellikle yeni bulguların gösterdiği üzere kuyruklu yıldızlar ve meteorların bombardımanları sebepleriyle şiddetli gök olayları Dünya'ya hakimdi. Bu olaylar, ardı arkası kesilmeyen yağışlara sebep olmakta, bu da bütün karaların üzerinin sularla örtülmesine sebep olmaktaydı. Bu arada yeri gelmişken kısaca değinelim: Dünya'ya suyun nereden geldiği uzun süredir tartışılmakta olan bir konudur ve halen net bir cevap verilememiştir. Şu anda net bir şekilde bilmekteyiz ki gerek Dünya'daki engin okyanuslar, gerek tamamen buzdan oluşmuş gezegenler veya uydular, gerekse de Güneş Sistemi içerisinde dolanmakta olan buzdan kuyrukluyıldızlar göz önüne alındığında, Evren'in "su ile dolu" olduğu veya en azından "bolca suyu barındırdığı" söylenebilir. Yani suyun Evren'deki her olay gibi doğal süreçlerle, temel olarak kimyasal tepkimelerle oluştuğunu biliyoruz. Şu anda bilim insanlarının cevaplamaya çalıştığı soru, gezegenimizde bulunan suyun Dünya'da mı oluştuğu, Evren'in bir köşesinden kuyrukluyıldızlarla mı taşındığı sorusudur. Ancak nereden gelmiş olursa olsun (bu soruya gelecekte daha net cevaplar verilebilecektir), Dünya'nın tarihinin ciddi bir kısmının "su altında" geçtiğini söyleyebiliriz.

Yukarıdaki haritaya bakacak olursanız, pembe kısımların oldukça sınırlı olduğunu göreceksiniz. Zaten şu anda Miller-Urey Deneyi'nin gelişmiş versiyonlarının gösterdiği üzere, canlılığın başladığı ortam çok büyük bir ihtimalle okyanusların dibindeydi, en azından en başarılı sonuçları bu ortamı taklit eden deneyler vermektedir. Dolayısıyla canlılığın cansızlıktan evrimleştiği dönemin sular altındaki bir gezegende olması son derece mantıklı ve uyumludur. Araştırmacılar, yukarıda görülen pembe kara parçalarının öncelikle birbirlerinden bu görselde gözüktüğünden daha uzak kısımlarda oluştuğunu, sonrasında ise, 4.5 milyar ila 1.1 milyar yıl arasındaki devasa sürede birbirlerine yaklaştıklarını düşünmektedirler. Fakat ilk kara parçasının okyanus yüzeyine ne zaman çıktığını kestirmek çok güçtür. Burada dikkatimizi vermemiz gereken, atmosferin ve su döngüsünün zaman içerisinde dengelenmesiyle aşırı suyun bir kısmının havaya yükselmesi ve bu sayede gerek tektonik hareketlerle karaların yükselmesi, gerekse de su seviyelerinin göreceli olarak düşmesiyle karaların okyanusun yüzeyine çıkmış olmasıdır.

Koaservatların oluşumundan sonra, Evrimsel süreçler ve mekanizmalar çok daha büyük bir hız kazanmışlardır. Çünkü artık koaservatların sayısı hızla artmaktadır ve yukarıda izah ettiğimiz üzere yeni ortamlar oluşmakta, çevre sürekli değişmekte, bu da canlılar üzerinde ciddi seçilim baskıları oluşturmaktadır. Aynı zamanda genetik materyalin, koaservatların hareketlilik kazanmasıyla birlikte okyanus yüzeylerine yaklaşabilecek olmaları ihtimali, koaservatların daha fazla radyasyona açık hale gelmesi ve bu sebeple daha ciddi genetik farklılıkların oluşmaya başlaması anlamına gelmektedir.

İlgili yazımızda da açıkladığımız gibi koaservatlardan bildiğimiz bakterilerin, tanıdık atalarına evrimin hangi noktada başlayıp bittiğini kestirmek güç. Zaten bu, Evrim'in genel olarak bir gerçeğidir. Evrim, çok yavaş işleyen ve çok geniş aralığa yayılmış bir süreç olduğu için, asla "İşte bu noktada Evrim başladı, bu noktada da bitti." denemez. Ancak bildiğimiz bir şey var ki, 3.8 milyar yıl öncesinden bahsetmeye başladığımızda, devasa bir Alan olarak bakterilerin bildiğimiz anlamıyla prokaryotik atalarından artık bahsedebiliyor olduğumuzdur.

Bakteriler Alanı'nın Evrimi

Alan tabirinin İngilizce karşılığın "Domain"dir. Bazı diğer kaynaklar "superregnum", "superkingdom" veya "empire" kelimelerini de kullanır; ancak biz geleneksel olan "domain" tabirini tercih edeceğiz. Alan, çok genel anlamıyla, en geniş taksonomi birimidir ve en çok canlıyı bu seviye kapsar. Elbette bazı daha üst seviyeler tanımlanabilir; ancak bunlar kullanışsızlıklarından ötürü pek tercih edilmezler. Alan, hepimizin pek iyi bildiği Krallıkları (Kingdom) ve Krallık ile Alan arasındaki geçiş birimlerini kapsayan taksonomi birimidir.

Günümüzdeki modern sınıflandırma sisteminde kullanılan 3 temel Alan vardır: Bakteriler (veya Öbakteriler), Arkeler ve Ökaryotlar (Ökarya). Yukarıda bahsettiğimiz daha genel sınıflandırma birimlerinden birine örnek verecek olursak: Bakteriler ve Arkeler'in toplamına Prokarya (prokaryotlar) denmektedir; ve Alan üstü sınıflandırma birimlerinden bizim için en önemli olacak olan budur. Çünkü Bakteriler ve Arkeler, temel olarak pek çok açıdan benzerdirler; ancak öyle ciddi farkları vardır ki, aynı Alan gibi düşünmek çılgınlık olurdu.

Bu noktada aklınızda hep bulundurmanız gereken kilit nokta şudur: Karmaşık yapıdaki çok hücrelilerin tamamı ve çok daha fazlası (daha sonra değineceğiz) ökaryotiktir ve dolayısıyla Ökarya Alanı'nda bulunurlar. Bakteriler ve Arkeler (eski isimleriyle ve çok da doğru olmayan bir biçimde Arkebakteriler) ise prokaryotiktir ve Prokarya Alanı'nda yer alırlar. Ökarya'dan bir örnek olarak kendinizi düşünebilirsiniz. Böylece kıyaslamaları anlamanız daha kolay olacaktır.

Evrimsel Süreç açısından bakıldığında koaservatlardan ilk evrimleşen ve "bildiğimiz canlılar" olarak düşünebileceğimiz canlılar bakterilerdir. Aslında bazı bilim insanları bakteriler, arkeler ve ökaryotların çok erken bir dallanma ile ayrıldığını ve sonrasında kendi evrim yollarını izlediklerini ileri sürseler de, bilim camiasında eldeki veriler göz önüne alındığında en kabul gören yaklaşım, bakterilerin koaservatlardan ilk olarak evrimleşen canlı grubu olduğu, daha sonrasında arkeler ile ökaryotların bakterilerden farklılaşan bir daldan evrimleştiği yönündedir. Zaten genomik çalışmalar da bunu desteklemekle birlikte, bizleri de içine alan ökaryotların, arkelere evrimsel açıdan bakterilerden daha yakın olduğunu göstermektedir. Yani bakteriler evrimleşmiş, sonrasında bir dal farklılaşmaya başlayarak bakterilerden ayrılmış, daha sonra bu kol üzerinde meydana gelen bir dallanma sonucu arkeler ve ökaryotlar birbirlerinden ayrılarak evrimleşmeye başlamışlardır. Eldeki bilimsel verilerin çoğu bu yaklaşımı desteklemektedir. Biz de bu yazı dizimizde bunu kabul edeceğiz.

Yukarıda da değindiğimiz gibi ilk bakterilerin, dolayısıyla ilk prokaryotların koaservat atalarından evrimleşmeye başlamaları yaklaşık 4-3.8 milyar yıl önce olmuştur. Eldeki fosil verilerinin gittiği en eski zamanlar 3.8 milyar yıl öncesine aittir. Dolayısıyla bu 200 milyon yıllık süreç koaservatlardan bakterilerin evrimi açısından önem taşımaktadır. Bu dönemde bakteriler ve onların evrimi sebebiyle hızla yok olmaya başlayan ilkin koaservatlar haricinde hiçbir canlı Dünya üzerinde yer almamaktadır. Ve uzun bir süre de almayacaktır.

Prokaryotların temel özellikleri şöyledir:

• Prokaryotlarda zarla sarılı hiçbir organel yoktur. Yani ökaryotlarda bulunan mitokondri, Golgi cisimciği ve benzeri organeller bulunmaz. Bunun yerine çoğu tepkime sitoplazma (hücrenin içerisindeki sıvı) içerisinde gerçekleşir ve ürünleri bu sıvı içerisinde kalır, kullanılır. Plazmid DNA da bu sıvının içerisinde, genellikle hücrenin orta bölgesinde bulunur ancak ökaryotlardaki olduğunun aksine, prokaryotlarda DNA çekirdek zarı denen zar ile sarılıp korunmaz. DNA, sitoplazma içinde özgürdür (ve bir o kadar da, göreceli olarak korunmasızdır). 
• Prokaryotların genetik materyalinin içeriği olmasa bile yapısı, ökaryotkarınkinden oldukça farklıdır. Ökaryotlarda meşhur çift sarmal yapılı DNA bulunurken, prokaryotlarda ek olarak plazmid DNA denen halkasal DNA yapısı da görülür. Bu yapı da aslında heliks şeklindedir, ancak diğer canlılardan alışageldiğimiz şekilde doğrusal değil, halkasal bir görünümdedir.
• Hücre içi iskelet (cytoskeleton) bulunmaz. Bu sebeple mitoz ile bölünemezler. Prokarya'nın bölünme biçimine amitoz bölünme (binary fission) denir. Bu işlem, mitoz ve mayoza göre son derece basittir: Temel olarak önce DNA eşlenir, sonra yaklaşık olarak hem sitoplazma, hem de genetik materyal iki yavru hücreye sırasıyla ve hemen hemen aynı anda paylaşılır. Mitozdaki fazların hiçbiri görülmez.

Genetik araştırmalar, Bakteriler, Arkeler ve Ökaryotlar arasındaki Evrimsel bağları göstermektedir. Üçü, ilkel canlıdan farklılaşarak evrimleşmişlerdir ve bu Alanlar'da bulunan her bir canlı, Dünya üzerindeki diğer tüm canlılarla belli miktarda geni ortak olarak paylaşırlar. Bu da tüm canlıların tek bir ortak atadan evrimleştiğini bize göstermektedir. Bu üç Alan arasındaki genetik bağı, Miami Üniversitesi'nin internet sayfasından aldığımız şu görsel gayet güzel anlatacaktır:

Görselde de görebileceğiniz gibi, bu üç Alan tek bir ortak atadan evrimleşmişlerdir. Evrim Ağacı'nı incelersek, Bakteriler ortak atanın belirli bir grubundan ayrılan ilk Alan (veya canlı grubu) olmuştur. Daha sonra, geriye kalan canlılar da kendi evrimsel yollarına devam etmişler ve bir noktada tekrar ikiye ayrılmışlardır. Bunlardan bir kol, Bakteriler'e oldukça benzemesine rağmen Ökaryotlara daha yakın oldukları genetik araştırmalarca ispatlanmış olan Arkeler, diğeri ise günümüz "gelişmiş" (bu bir metafordur ve hiçbir canlı diğerinden üstün değildir) canlılarına giden kolu meydana getimiştir. Bunları bağlayan ve bilim dünyasında "koaservatlar" olarak bilinen ilkel canlı formları ve ilk hücreler de Evrensel Ortak Ata (Universal Common Ancestor) dediğimiz canlılardır (daha doğrusu "cansız" - "canlı" geçişidir). Bu ortak atanın 3.8 milyar yıl önce yaşadığı ve 2-3 milyar yıl öncesine kadar varlığını sürdürdüğü bilinmektedir. Tabii günümüzdeki tüm canlıların, o canlı popülasyonlarının torunları olduğunu unutmamak gerekir.

Buradan da görülebileceği gibi, özellikle bakteriler, çok uzun bir zamandır Dünya'da var olan bir canlı grubudur. Bakteriler, Arkeler ve Ökaryotların hiçbiri "ilkel" değildir ve her biri milyarlarca (bin milyonlarca) yıllık doğal seçilim, mutasyon, genetik sürüklenme, vb. mekanizmaların ürünüdür.

Şimdi, bakterileri incelemeye devam edelim. Bakterilerde temel olarak 3 ana şekil/tip görmekteyiz: küresel bakteriler (Latince: coccus, Türkçe: kok), çubuk bakteriler (Latince: bacillus, Türkçe: basil) ve heliks bakteriler. İsimlerinden de anlaşılabileceği gibi kok bakterileri küresel bir şekle sahiptir, basiller çubuk şeklindedir ve heliks bakteriler tıpkı bir vida gibi heliks şeklindedir. Basiller ve heliksler tek tek bulunabilecekleri gibi uç uca eklenerek uzun zincirler de oluşturabilirler.

Bu çeşitli bakteri gruplarının evrimsel süreç sırasında, bakterilerin evrimindeki çok ilkin dönemlerde birbirinden ayrılarak meydana geldiği düşünülmektedir. Dolayısıyla hepsini bir arada vermeyi uygun gördük. Ancak unutulmaması gereken bir nokta, bu canlı grupları arasında belli bir zaman dilimi bulunduğu, birbirleri arasında ata-torun ilişkisinden çok kuzen-kuzen ilişkisi bulunduğu ve günümüzde de bu grupların halen evrimleşmekte olduğudur.

Peki bakterilerin başarısının kaynağı nedir?

Aslında bu başarıyı bakteriler, arkelerle birlikte paylaşırlar. Dediğimiz gibi temel olarak bu iki alan birbirine oldukça benzerler ve pek çok özelliği paylaşırlar. Ancak arkelerin, ökaryotlara daha yakın oldukları unutulmamalıdır.

Prokaryotların sayısı, sadece okyanuslarda 30 oktilyon (30 çarpı 10 üzeri 27, yani 30'un yanına 27 tane daha sıfır) tane civarlarında olduğu hesaplanmaktadır. Bu, görünür Evren'deki yıldızların sayısından 100 milyon kat daha fazladır. Bu başarılarının arkasında bir sebep aramak gerekir.

Bunun birinci sebebi, prokaryotların yüksek bölünme hızı olarak verilebilir. Amitoz Bölünme sayesinde çok seri olarak bölünebilirler ve o kadar çok yavru hücre oluştururlar ki, yok olmaları imkansız bir hal almıştır. Üstelik bu bölünmeler sonucunda dağınık halde de yaşamazlar. Çoğu zaman biyofilmdediğimiz, kayaların ve benzeri sert yüzeylerin üzerinde bulunan canlı tabakalarını oluştururlar. Canlılık tarihine ait en eski fosiller, milyarlarca yıl önce bu biyofilmler ve kalsiyum karbonat sayesinde oluşan stromatolitler'dir. Bu yapıların fosilleri şöyle görülebilir:

Günümüzde halen bu yapılar bakterilerce üretilmektedir. Bir örneği aşağıda görülebilir:

Burada yapmak istediğimiz bir vurgu şudur: Her şey göründüğü gibi olmayabilir. Dışarıdan size "kaya" gibi gözüken bir şey, gerçekte milyarlarca canlının bir arada yaşadığı devasa bir koloni olabilir. Bu noktada, mercan kayalıklarının aslında "kaya" olmadığını, bir hayvan filumu olan süngerlerden oluştuğunu hatırlatmak gerekir.

Bakterilerin tamamının hücre duvarında peptidoglikan (peptidoglycan) denen bir yapı bulunur. Bu yapıyı Gram boyası denen bir boya ile gözlemleyebiliriz. Bu boya ile yapılan deneyler sonucunda, kimi bakterilerin hücre duvarının çok kalın bir peptidoglikan yapısına sahip olduğu, kimi bakterilerde ise bu yapının oldukça ince olduğu görülmüştür. Bakteriler, bu yapılarına göre Gram-pozitif (kalın tabakalı) ve Gram-negatif (ince tabakalı) olarak iki gruba ayrılabilirler. Bakteriler, bu çeşitlilik sayesinde çok farklı ortamlara dayanabilmektedirler.

Ayrıca bakterilerin bir diğer önemli özelliği, hareket kabiliyetlerinin oldukça farklı olmasıdır. Örneğin bazıfotosentez yapıcı bakteriler (Türkçe: Siyanobakteri - İngilizce: Cyanobacteria) gerektiği zaman suyun yüzeyine yaklaşmak için hücre içerisindeki gaz keseciklerini şişirir ve suda yavaşça yükselirler. Aşağı inmeleri gerektiği zaman ise bu keseciği indirerek alçalabilirler. Bakterilerin büyük bir kısmı ise flagellum (çoğul: flagella) denen kamçılar aracılığıyla hareket ederler. Flagella, uzun yıllar Evrim Karşıtları'nın "İndirgenemez Karmaşıklık Safsatası"nın aleti olmakla birlikte, günümüzde nasıl evrimleştikleri gayet net bir biçimde açıklanabilmekte ve karmaşık yapıları anlaşılabilmektedir. Günümüzde, kamçıların sadece bakterilerde bulunmadığı bilinmektedir. Richard Dawkins'in Ataların Hikayesi isimli kitabında izah ettiği gibi, Mixotricha paradoxa isimli bir tek hücreli hayvanın da kamçıları bulunur. Ancak bu kamçılar, sıfırdan evrimleştirilmek yerine, muhteşem bir simbiyotik ilişki örneğidir. Hayvan, bazı spiroketleri (heliks bakteriler) yapısının dış kısmında tutarak onları sil (küçük hareket sağlayıcı kılcıklar) ve flagellum olarak kullanmaktadır. Bakteriler de bu sayede kolayca hayvan sayesinde beslenmektedirler.

Bir diğer önemli prokaryotik özellik, bu canlılarda aseksüel (cinsel olmayan) üreme olması (bahsettiğimiz gibi amitoz bölünme) ancak çeşitli gen aktarım ve değişim yöntemleriyle farklı bakteri ve arke bireyleri arasında transfer yapılabilmesidir. Bakteriler, çok hızlı bölünebilirler: Kimisi 10 dakikada bir bölünürlen, kimi günlerce bölünmeden kalabilir. Yani bölünme hızları oldukça çeşitlidir. Bu sayede de oldukça başarılı bir şekilde hayatta tutunabilirler.

Prokaryotların bir diğer çok önemli özelliği, iletişimdir. Bakteriler ve arkeler, çeşitli kimyasallar salgılayarak birbirleriyle iletişim kurabilir ve kendi türlerinden olan bireyleri ayırt edip tanıyabilirler. Vibriogibi bazı bakteriler, özel bir kimyasal tepkime sayesinde ışık saçarlar, buna bioluminesans (bioluminescence) denir. Bu bakteriler, bu ışık sayesinde balıkları üzerine çekerler ve üzerine konakladıkları yemleri yemelerini sağlarlar. Böylece balığın midesine girerler ve kendileri için korunaklı ve bol besinli bu yerde ürerler. Olduğu gibi, bir atık olarak dışarı atılırlar ve döngüyü bu şekilde sürdürürler.Vibrio bakterileri o kadar geniş koloniler halinde yaşarlar ki, yaydıkları ışık uzaydan gece çekilen fotoğraflarda bile görülebilir.

Bakterilerin belki de en büyük başarısı, çok geniş bir metabolik tepkime çeşitliliğine sahip olmasıdır. Solunumları ve besin üretimlerini çok farklı şekillerde karşılayabilirler. 

Bu canlıların solunum sistemlerindeki farklılaşma, özellikle günümüzden 3 milyar yıl kadar önce evrimleşmeye başlayan fotosentez tepkimesi sonucunda meydana gelmiştir. Burada sadece bu farklı tip solunumlara kısaca değineceğiz, asıl olarak fotosentezi anlattığımız yazımızda evrimsel ilişkiye yer vereceğiz.

Burada, canlıların solunum sistemleriyle ilgili bazı genel kavramlar yapmakta fayda görüyoruz:

Zorunlu Anaerob: Bu canlılar için oksijenin var olduğu ortamlarda yaşamak mümkün değildir. Çünkü oksijen, bu canlılar için bir zehir değeri taşır. Çok eski zamanlarda, atmosferde yeni yeni oksijen oluşurken (fotosentetik bakteriler sayesinde), o dönemde yaşayan canlıların çoğu için oksijen zehir etkisi yapmıştır ve pek çok canlının ölmesine sebep olmuştur. Ancak sonra, oksijenin baskın bir gaz haline gelmesiyle, canlılar adapte olmak ve evrim geçirmek zorunda kalmışlardır. Ancak günümüzde halen oksijen olmadan yaşamak zorunda olan bakteriler bulunmaktadır. Çok hücrelilerde ise bu mümkün değildir.

Aerotolerant Anaerob: Bu canlılar, oksijeni solunum için kullanamazlar; ancak oksijenin varlığı bu canlılar için bir sorun teşkil etmez, adlarından da anlaşılabileceği gibi oksijene karşı "tolerans" gösterebilirler. Bu da, zorunlu anaeroblarla fakültatif anaeroblar arasında bir "geçiş" teşkil eder.

Fakültatif Anaerob: Bu canlılar, oksijeni varlığında oksijenli solunum yapan, yokluğunda ise oksijensiz solunum yaparak yaşayabilen canlılara denmektedir. Kısaca, zorunlu anaeroblarla zorunlu aeroblar arasındaki bir "geçiş" teşkil ederler. Pek çok hayvan, oksijen olmadığı ya da az olduğu zamanlarda enerji üretmek için oksijensiz solunum yapabilir; ancak bunlar, oksijensiz solunum yaparak hayatlarını sürdüremezler. Bu yüzden bu canlılar fakültatif anaerob sayılamazlar.

Zorunlu Aerob: Bu canlılar için oksijenin varlığı bir zorunluluktur. Oksijen olmadan yaşamlarına devam edemezler. Günümüzdeki canlıların çoğu, özellikle de çok hücrelilerin tümü zorunlu aerobdurlar ve mutlaka oksijen olan yerlerde yaşamak zorundadırlar.

Kısacası, solunum konusunda oldukça yumuşak bir geçişe sahibizdir: Zorunlu anaeroblar, aerotolerant anaeroblar, fakültatif anaeroblar ve zorunlu aeroblar. Bu geçiş, şüphesiz evrimsel sürecin en net görülen örneklerinden biridir. Bu geçişlerin tam olarak ne zaman meydana geldiğini tespit etmek güçtür, ancak bu canlılar üzerinde yapılan moleküler çalışmalar da bu evrimi desteklemektedir.

Üstelik sadece solunum da değil, bakteriler yiyecek bulma konusunda da uzmandırlar ve çok geniş yöntemlere sahiptirler. Şimdi bunlara göz atalım. Unutmayınız ki, buradaki kavramlar sadece bakteriler için geçerli değildir ve karşısındaki açıklamayı yapabilen her canlıya, aşağıdaki kavramlarla hitap edilebilir.

Foto-ototroflar: Bu canlıların en önemli özelliği fotosentez yapmalarıdır. Güneşten aldıkları enerji (fotonlar) sayesinde ve havadaki serbest Karbondioksit gazındaki Karbon'u kullanarak besinlerini üretirler ve dışarıdan besin almaya ihtiyaç duymazlar. Ayrıca bu işlem sırasında diğer canlılar için son derece önemli olan Oksijen gazını açığa çıkarırlar. Fotoototrof canlıların en temel örnekleri; yeşil bitkiler, siyanobakteriler ve bazı diğer bakterilerdir.

Foto-heterotroflar: Bu canlılar da güneş enerjisini kullanırlar; ancak besin üretiminde kullanacakları Karbon'u dışarıdan "avlanarak" almak zorundadırlar. Buradaki avlanma, bildiğimiz avlanmadan farklı olarak, etraftaki Karbon içerikli organik bileşiklerin hücre içerisine alınması şeklinde yapılmaktadır.

Kemo-litotroflar (Kemo-ototroflar): Bu canlılar enerjilerini inorganik maddeleri okside ederek elde ederler ve bu enerjiyle Karbondioksit'i bağlar ve besinlerini üretirler.

Kemo-heterotroflar: Bu canlılar hem enerjilerini, hem de besinlerini dışarıdan almak zorundadırlar. Tüm hayvanlar ve mantarlar bu gruba girerken, çoğu bakteri ve arke de bu gruptadır.

Bakterileri bu şekilde genel gruplara bölmemiz mümkündür. Ancak daha fazla kafa karışıklığına sebep olmadan burayı geçmek istiyoruz.

Bakterilerilerle ilgili genetik çalışmalar, çok önemli bir olguyu ortaya koymuştur. Normalde genler, ebeveynlerden yavrulara, yani dikey gen aktarımı şeklinde gerçekleşirler, eğer Evrim Ağacı'nı gözünüzün önüne getirirseniz. Ancak ilginç bir şekilde bakterilerdeki gen transferi ile üreme sebebiyle, farklı bakteri kolları arasında gen transferi gözlenmiştir. Buna yatay gen aktarımı (lateral gene transfer) denir. Bunun çok ilginç bir örneği Thermotoga maritima isimli bir bakteride gözlenmiştir. Bu bakteri, kendine benzer bakterilerle yakın akraba olmak yerine, genetik olarak incelendiğinde, aynı ortamda birlikte yaşadığı arkelerle daha yakın akraba olduğu çıkmıştır. Bunun sebebi, genlerin sadece ana bakteriden yavru bakteriye aktarılmasının yanısıra, bir bakteriden bir diğer gen transferi ile üreyebilen bakteri türüne ve hatta arkelere aktarılabilmesidir. Kısaca, birbirinden tamamen farklı olan iki Alan, bu sayede birbirine karışabilmektedir. Ancak bazı gelişmiş tekniklerle bu aktarımlar tespit edilebilmekte ve uzlaşım ağacı denen ağaçlar çizilebilmektedir.

İlginç bir şekilde, Dünya üzerinde o kadar çok türde prokaryotik canlı vardır ki, bunların sadece çok çok küçük bir kısmı bilim insanları incelenebilmiştir. Ancak bu konudaki çalışmalar da hızlanarak devam etmektedir.

İşte bakterilerin 3.8 milyar yıl öncesinden başlayan karmaşık evrim süreçleri, 2.7 milyar yıl öncesine kadar hızlanarak artmıştır. Bu noktada, yazı içerisinde değindiğimiz dallanma meydana gelmiştir. Bu dallanma sonucu, bir kol günümüzdeki bakterilere kadar çeşitlenerek gelmeyi sürdürmüş, normal bir şekilde yukarıda çeşitli kategorilerde anlatılan bakterilerin evrimine sebep olmuştur. Öte yandan diğer kol, bakterilerden giderek farklılaşmaya başlamıştır. Evrim Ağacı üzerindeki bu kol ise daha ileri bir dallanma sonucu arkeler ve ökaryotların evrimine sebep olacaktır. Ökaryotların evrimleşmesiyle birlikte ise Evrim Tarihi yepyeni bir dönemece girecektir.

Dolayısıyla tam bu kritik dönemeçte, yazımızı sonlandırıyoruz. Bir sonraki yazımızda Evrimsel Süreç'i takip etmeye devam edeceğiz.