Ökaryotların Evrimindeki Gizemli Boşluğu Aydınlatıyoruz!

Yeni çalışmamızda, liderlik ettiğim ekibimle birlikte, yüksek yapılı canlıların en yakın mikrobiyal akrabası olan Asgard arke hücrelerini görüntülemeyi başardık. Asgard arkelerin genetik materyali ve protein makineleri arasındaki boşluk, karmaşık hücre altı yapının temel taşlarına işaret ediyor. Nature yayın grubu altında bulunan saygın bir dergi olan ISME Journal'da yayımladığımız araştırma sonuçları, yüksek yapılı canlı hücrelerin nasıl evrimleştiğini anlamamıza yardımcı olacak.^[1]

Kompleks Ökaryot Hücreleri Nasıl Evrimleşti?

Dünya üzerinde yasayan canlılar, hücrelerinin özelliklerine göre prokaryot ve ökaryot olmak üzere iki gruba ayrılıyor. Bakteriler ve arkeler gibi prokaryotik canlıların hücreleri, küçük ve basit bir yapıda olurken; genetik materyallerini zarlı bir çekirdek yapısı içerisinde taşımıyor. Ökaryot hücreler ise genellikle daha büyük ve karmaşık yapıdayken, farklı metabolik işlemlerinin yürütüldüğü, "organel" denilen özelleşmiş zarlı yapılar içeriyor.

Basit yapılı hücrelerin karmaşık formlu hücre yapılarına nasıl evrimleştiği, biyolojinin cevaplanmayı bekleyen en önemli sorularından biri. 

Ökaryot Eğilimli Arkeler!

Yapılan son araştırmalar, Asgard arke ve bir bakteri arasında milyon seneler önce gerçekleşen bir birleşmenin, ilk ökaryotik hücreyi oluşturduğunu öne sürüyor. Ökaryotik hücrelerin halen yaşayan en yakın prokaryotik akrabası olan Asgard arkeler üzerinde yapılan genetik çalışmalar, daha önce ökaryotlara özgü olduğu zannedilen ve karmaşık hücre yapısını düzenleyen bazı proteinlerin varlığına işaret ediyor. 

Fakat genellikle deniz ortamında yaşayan Asgard arkelerin hücre yapısını ortaya koyan mikroskobik görüntüler olmadan bu ilginç canlıların nasıl yaşadığını anlamamız mümkün değil. 

Nature

Deniz Sedimentlerinde Asgard Arke Avı

Danimarka, Hollanda ve İsrail’den bilim insanlarıyla birlikte, Danimarka’nın Aarhus Körfezi’nde Asgard arke avına çıktık. Sadece Asgard arkelerin ribozomlarına bağlanabilen, floresanla işaretlenmiş küçük DNA dizileri tasarladık ve yüksek çözünürlüklü mikroskop kullanarak Asgard arkeleri görüntülemeyi başardık.

Ben, Wageningen Üniversitesi’nde görev almaktayım ve bana kalırsa elde ettiklerimiz, bilim camiası için oldukça sürpriz bir sonuç... Asgard arkelerin protein sentezleyen ribozom yapıları ve DNA molekülleri arasında 50 ile 280 nanometre arasında değişen bir boşluk tespit ettik. Böyle bir yapının DNA ve ribozom yapıları hücre içerisinde dağınık halde bulunan çekirdeksiz mikroorganizmalar için beklenmeyen bir durum. 

Ribozom ve DNA Arasındaki Gizemli Boşluk

Elde ettiğimiz sonuçlar, genetik materyalin hücre içerisindeki belli bir bölgede yoğunlaşmış olarak bulunduğunu gösteriyor. Asgard arkelerin hücre iskeleti ve zar modellemesi gibi ökaryotlara özgü bazı proteinleri sentezlediği göz önüne alınırsa, DNA ve ribozom arasındaki gizemli boşluk, organel tarzı bir hücre içi bölümlenmeye işaret ediyor.

Nature

Elde edilen sonuçlar, kafamızdaki soru işaretlerini daha da arttırdı. Bu soruları cevaplamak icin, Asgard arkelerin hücre içi yapılarının elektron mikroskobuyla çok detaylı bir şekilde görüntülenmesi gerektiğini vurguluyor.

Hücre altı yapıların detaylı analizi, basit yapılı hücrelerin karmaşık formlu hücre yapılarına evrimine ışık tutup doğa tarihinin çok önemli bir sorusuna cevap vermemize yardım edecek.