Sahada Yapılan Bakteri Deneyleri, İklim Değişikliğinin Bakterilerin Hızlı Evrimini Tetiklediğini Gösteriyor!

Evrim sürecinin normalde milyonlarca yıl içinde meydana geldiği düşünülür. Ancak Irvine'daki Kaliforniya Üniversitesi'nden (UCI) araştırmacılar, Proceedings of the National Academy of Sciences'da yayınlanan bir çalışmalarında, UCI'den biyologlar, toprak mikroorganizmalarının küresel ısınmayla baş edebilmek için sadece 18 ay içinde evrimleştiklerini gösterdiler.^[1]

Toprak mikrobiyomları (yani topraktaki mikroorganizma çeşitliliği veya toprak içerisinde bakteri ve diğer mikroorganizmaların toplamı), küresel karbon döngüsünün kritik bir motorudur. Mikroorganizmalar, besin maddelerini ekosisteme geri dönüştürmek ve karbonu atmosfere geri salmak için, ölü bitki materyallerini ayrıştırırlar.

Bu süreçte, çok sayıda çevresel faktör, toprak mikroorganizmalarının bileşimini ve işleyişlerini etkiler. Bu etkileşim, genellikle ekolojik bir perspektiften incelenir ve çevresel koşullar değiştikçe hangi mikrobiyal türlerin bolluk oluştuğunda arttığını veya azaldığı mercek altına alınır. Makalenin baş yazarı olan UCI lisansüstü eğitim mezunu Dr. Alex Chase, şöyle diyor:

Bakterilerde evrimin antibiyotiklere tepki olarak çok hızlı gerçekleşebildiğini biliyoruz, fakat iklim değişikliği ile birlikte çevredeki bakteriler için evrimin ne kadar önemli olabileceğini bilmiyoruz.

Bazı doğal özellikler, toprak mikroorganizmalarının yeni iklim koşullarına hızla adapte olmalarını sağlamalıdır. Mikroorganizmalar bol miktarda bulunur ve yalnızca birkaç saat içinde çoğalabilir. Bu nedenle yeni iklim koşullarına adapte olmaya izin veren nadir bir genetik mutasyon, kısa bir süre içinde ortaya çıkabilir.

Bununla birlikte bakteriyel evrim hakkında bilinenlerin çoğu, bakterilerin yapay gıda içeren şişelerde yetiştirildiği kontrollü laboratuvar deneylerinden elde edilen sonuçlardır. Evrimin toprakta mevcut iklim değişikliği oranlarının etkileriyle alakalı olacak kadar hızlı gerçekleşip gerçekleşmediği belirsizdi. Dr. Chase şöyle diyor:

İklim değişikliğinin mikrobiyomları nasıl etkileyeceğine ilişkin mevcut tahminler, mikrobiyal türlerin statik olduğunu varsaymaktadır. Bu nedenle, bakterilerin toprak gibi doğal ortamlarda hızla gelişip gelişemeyeceğini test etmek istedik.

Araştırmacılar, doğal bir ortamda evrimi ölçmek için Curtobacterium adlı bir toprak bakterisini kullanarak, sahada ilk kez bir bakteriyel evrim deneyi uyguladılar. Araştırmacılar, ölü bitki materyalinden oluşan mikrobiyal gıda ile doldurulmuş 125 "mikrobiyal kafes" kullandılar. Bu kafesler, suyun taşınmasına izin veriyordu ancak mikroorganizmaların geçişine izin vermiyordu.

PNAS

Kafesler, daha sonra bakterileri Güney Kaliforniya'da bir yükseklik gradyanı boyunca çeşitli iklim koşullarına maruz bıraktı. Ekip, 18 ay boyunca bakterideki hem ekolojik hem de evrimsel tepkileri ölçen iki paralel deney gerçekleştirdi. Dr. Chase şöyle anlatıyor:

Mikrobiyal kafesler, mevcut bakteri türlerini kontrol etmemizi sağlarken, bir yandan da onları farklı yerlerde farklı çevresel koşullara maruz bırakmamızı sağladı. Bu sayede, örneğin çöl bölgesinin sıcak ve kurak koşullarının genetik çeşitliliği nasıl etkilediğini tek bir bakteri türü ile, Curtobacterium ile tespit edebildik.

18 ay sonra bilim insanları, deneylerin mikrobiyal kafeslerinden bakteri DNA'sını dizilediler. Geniş bir toprak mikrobiyomu çeşitliliğini içeren ilk deneyde, farklı Curtobacterium türleri bol miktarda değişti. Bu, beklenen ekolojik bir tepkiydi. Aynı zaman dilimindeki ikinci deneyde, tek bir Curtobacterium bakterisinin genetik çeşitliliği de değişti ve aynı çevresel koşullara evrimsel bir yanıt ortaya çıkardı.

PNAS

Yazarlar, hem ekolojik hem de evrimsel süreçlerin bir toprak mikrobiyomunun değişen iklim koşullarına karşı nasıl tepki verdiğine - katkıda bulunma potansiyeline sahip olduğunun sonucuna vardılar. Ekoloji ve evrimsel biyoloji profesörü Dr. Jennifer Martiny son olarak şöyle söylüyor:

Çalışma, toprak mikroorganizmalarında hızlı evrim gözlemleyebileceğimizi gösteriyor ve bu, heyecan verici bir başarı. Bir sonraki hedefimiz, gelecekteki iklim değişikliği altında toprak ekosistemleri için evrimsel adaptasyonların önemini anlamaktır.