Ortak Yaşam (Simbiyoz) Nedir ve Nasıl Evrimleşmiştir?

Simbiyoz, genel olarak canlılar arası bir ilişki türü olmakla birlikte, bu ilişkiye katılan (ortak olan) tüm canlıların fayda görmesi sonucu oluşur (mutualizm ile eş anlamlı olarak kullanılabildiği gibi, bazı kaynaklarda ilişki türlerinin tümüne verilen isimdir). Biz Evrim Ağacı olarak simbiyoz kelimesini mutualizm ile eş anlamlı olarak kullanan tarafta kalmaktan yanayız, çünkü "endosimbiyoz" dediğimiz bir olay sonucu ortaya çıkan mutual ilişki sayesinde, ökaryotik hücreler meydana gelebilmiştir ve bundan daha yararlı bir simbiyoz -herhalde- hayal edilemez. Kıyaslama yapabilmeniz açısından, parazitlik (parasitism) parazit olan canlının yarar, konak olan canlının zarar gördüğü ilişki tipidir. Kommensalizm (Commensalism), ilişkiye ortak olan türlerden birinin fayda sağladığı, diğerinin ise ilişkiden pek fazla etkilenmediği ilişkilere verilen isimdir. Amensalizm (Amensalism) ise ilişkiye ortak olan taraflardan birinin tamamen baskılandığı ve hatta öldüğü, diğerinin ise bundan etkilenmediği veya fayda gördüğü ilişkilere verilen isimdir. Şimdi biraz ayrıntıya ve örneklere inelim:

Simbiyozda genel olarak ilişkiye ortak olan canlıların uzun süreler ve hatta ömür boyu birbirleriyle ilişki halinde kaldığı varsayılır. En tipik örneklerden biri, bitki kökleri ile mycorrhizal mantar arasında meydana gelen ve ömür boyu süren ilişkidir. Bu ilişki çerçevesinde, mantar bitki köklerinin yüzey alanını arttırarak bitkinin aldığı mineral miktarını arttırır ve solunum sırasında ürettiği karbondioksit sayesinde bitkinin fotosentezine ürün sağlar. Bunun karşılığında da mantar ihtiyacı olan karbonhidratlara (özellikle de glukoz ve sukroza) çok daha hızlı ve etkili bir şekilde ulaşabilir. Ancak bu mutual ilişki, minerallerin az bulunduğu ortamlarda daha çok "karşılıklı fayda" çerçevesinde, mutual bir ilişki olarak sayılır. Çünkü mineraller açısından zengin olan toprakta bitkinin köklerine yine simiyotik ilişki kurmak üzere bağlanan mantar, bitkinin büyümesini normale göre yavaşlatabilir. Belki ona zarar vermez; ancak yarı-patojen bir etki gösterir. Bu sebeple kimi zaman simbiyotik ilişkileri tanımlamak zor olabilir.

Simbiyotik yaşamın en klişe ikinci örneği olan likenler de aslında çok net simbiyotik yaşam örnekleri değillerdir. Bildiğiniz üzere liken alg ile mantarın ikili ilişkisinden oluşur ve bu ilişkiye katılan alg türü liken hayatına o kadar adapte olmuştur ki, bu ilişki haricinde neredeyse hiç görülmemektedir, yani bağımsız olarak yaşamamaktadır. Ancak ilginç olan bir nokta, günümüzde alglerin liken ilişkisinden tam olarak nasıl bir fayda sağladığı bilinememesidir. Çünkü mantardan alge doğrudan bir madde geçişini gözlemek çok zordur ve bununla ilgili net bulgular yoktur. Bu durumda likeni bir simbiyotik ilişki mi, yoksa mantarların algleri bir hedef olarak seçtikleri parazitik veya komensal bir ilişki mi olduğunu tanımlamak güçtür.Bu sebeple, aslında "simbiyotik yaşam", fayda ve zarar üzerine değil, yaşam biçimi üzerine tanımlanmalıdır. Yani iki canlı arasındaki fayda/zarar ilişkisi yerine, o canlıların birbirine bağımlı olarak yaşayıp yaşamadıkları ve ne biçimlerde yaşadıkları göz önüne alınmalıdır. Fayda/zarar ilişkisi düşünülmediğinde ve en nihayetinde mantar ile bitki köklerinin ya da mantar ile algin birlikte var olan türler olduğu düşünülürse, bunların simbiyotik canlılar olduğunu söylemek kolaylaşır.

Doğada o kadar çok çeşitte simbiyotik ilişki bulunur ki, bunları buraya sıralamamız saatlerce okuyacağınız bir liste oluşturabilirdi. Ancak konağın alemine dayanarak genel bir sınıflandırma yapılırsa, 4 çeşit konak tipi görülebilir. Aşağıda, başında tire işareti konanlar, kalın harflerle yazılan konağa tutunan ve onunla ortak ilişki kuran canlıların isimleridir. Hemen yanlarındaki parantez ise, konağa sağladıkları ve kendilerinin edindikleri faydayı kabaca belirtmektedir:

1) Konak: Bitki

• Mycorrhizal mantar (mineral alımını arttırır, fotosentez girdisi sağlar)
• Nitrojen bağlayıcı bakteriler (bağlanmış nitrojen sağlar, fotosentetik karbon alır)
• Endofitik mantarlar (bitkiyi gövde yiyici otçullardan korur, fotosentetik karbon alır)
• Karıncalar (bitkiyi otçullardan korur, bitki sayesinde yuvaya ve besine sahip olur)

2) Konak: Hayvan

• Fotosentetik alg (fotosentetik karbon sağlar ve nitrojen kaynaklarını arttırır)
• Kemosentetik bakteri (bağlanmış karbon sağlar)
• Böceklere bağlı bakteri ve mayalar (temel aminoasitleri, vitaminleri ve sterolleri sağlar)
• Selüloz-parçalayıcı mikroorganizmalar (bağırsakta yaşayarak selüloz sindirimini sağlar ve ürünleri hayvana kazandırır)
• Işık saçan (Luminescent, Luminesan) bakteriler (kamuflaj ve uyarı sinyali sağlarlar)
• Karıncalar (konaklarından bazı besin maddeleri alırlar ve konaklarını diğer hayvanlara karşı korurlar)

3) Konak: Mantar

• Likenler (mantar, fotosentetik karbon alır)

4) Konak: Protista

• Metajonik bakteriler (oksijensiz solunumu arttırırlar, metanogenez gerçekleştirirler)
• Nitrojen-bağlayıcı bakteriler (Diatomlar, siyanobakterilerden bağlanmış nitrojeni alırlar)
• Hareketli mikroorganizmalar (Protista, bu yüzeyine tutunan spiroketler sayesinde hareketlerini hızlandırır)

Peki Simbiyotik Yaşam Nasıl ve Neden Evrimleşti?

Bu noktayı da açığa kavuşturmak önemlidir. Tennessee Üniversitesi Biyokimya Bölümü'nden Prof. Kwang W. Jeon ve Prof. Jae Park'ın PubMed dergisinde yayınladıkları makalede ve öncesinde düzenledikleri deneyde Amoeba proteus isimli bir protista ile Escherichia coli bakterisi arasında simbiyotik yaşam kurulmuştur. İlk etapta bakteri konağına zarar vermiştir ve bağımsız olarak yaşayan amiplere göre daha yavaş büyümesine sebep olmuştur. Ancak 18 aylık deney ve 200 nesil sonunda, bakterinin amip üzerindeki zararlı etkisi azalarak yok olmuş ve amip, bakterilerin varlığından etkilenmeden yaşamını sürdürmeye devam etmeye başlamıştır.

Bu araştırma sonucunda elde edilen bulgular, simbiyotik ilişkilerin zıt karakterlerin bir arada bulunmasından evrimleştiğini ortaya koymuştur. Yani birbiriyle alakası olmayan ve hatta birbirlerine zararlı olan türler, bir arada bulunmaları sonucu önce birbirlerine zarar vermişler, daha sonradan ise birbirlerine "alışarak" (ya da alışacak şekilde adapte olarak) birlikte yaşamaya başlamışlardır. Peki bu evrim ne sıklıkla ve ne zaman olmuştur? Bu konu hala tam olarak bilinmiyor. Ancak filogenetik ağaç sorunuza da bir miktar cevap olması açısından, şu anda bilimsel bulgularla desteklenen bir gerçek, çimler ile ortak yaşayan endofitik mantarlar ile Epichloë isimli patojen bir tür birbirleriyle evrimsel olarak oldukça yakındır. Öyle ki, farklı türler olmalarına rağmen birbirleriyle cinsel açıdan uyumludurlar (ki bu da onlarca "tür" tanımından Biyolojik Tür olarak tabir ettiğimiz tanımlamaya bir istisna teşkil etmektedir). Bir diğer örnek, baklagiller ile ortak ilişki kuran Rhizobium ile bir diğer patojen bakteri olan Agrobacterium'un yakın filogenetik ilişkisidir.

Evrimsel olarak, bu ilişkilerin canlılara doğal ortamda avantaj sağlamasından ötürü evrimleştiği düşünülmektedir. Çünkü simbiyotik ilişki sonucunda, taraflar, karşı tarafın bazı koşulları sağlamasından ötürü, kendilerinin yaptığı bazı işleri yapmayı bırakırlar. Bu da onlara enerji açısından fayda sağlar. Örneğin bazı bitkiler, karıncaları üzerlerine çekerler ve otçullara karşı kendilerini karıncaların varlığıyla korurlar. Bu sayede, bazı diğer bitkilerin salgıladığı koruyucu salgıları üretmek zorunda kalmazlar. Güney Amerika'daki Akasya ağaçları, alelokimyasal denen ve otçulları kovan kimyasalları salgılar. Ancak bu türün bazı popülasyonları, bir tür karıncanın bol bulunduğu bölgelerde yaşarlar ve bu karıncalar onları otçullardan korur. Bu popülasyonlarda, bu kimyasalların artık salgılanmadığı gözlenmektedir.

Örnekler bu şekilde çoğaltılabilir. Simbiyotik yaşam, evrimsel süreçte gerçekten önemli bir adımdır ve prokaryotlardan ökaryotların evrimine imkan vermiştir (endosimbiyoz). Ne yazık ki talep ettiğiniz gibi bir filogenetik ağaç mevcut değil; ancak ola ki bulursak, sizlerle paylaşacağımızdan emin olabilirsiniz.

Teşekkür: Alphan Vardarlı