İki Tür Birbirine Kaynaşıp Tek Canlıya Dönüşebilir mi?

Bakteri ve arkeler gibi daha basit yapılı, tek hücreli canlılar; DNA'yı koruyan zarla sarılmış gerçek bir hücre çekirdeği bulundurmazlar.

Protistler, mantarlar, bitkiler ve hayvanlar gibi daha karmaşık ve çok hücreli de olabilen canlıların hücreleri; içinde zarla sarılmış gerçek bir çekirdek ("karyon") ve çekirdeğin kendisi gibi zarla sarılmış başka organeller bulunan hücre tipi.

Hücre-altı yapılar; tıpkı vücudumuzu oluşturan organların belli görevlerde özelleşmiş olması gibi, hücre içindeki belli görevlerde uzmanlaşarak hücrelerin daha verimli çalışmasını sağlayan 'organcık' anlamındaki parçalar (örneğin mitokondri, çekirdek, Golgi).

Hücre içinde enerji üretmek konusunda özelleşmiş, hücrenin enerji fabrikası olarak tanımlanan organel; mitokondrilerin kendilerine has DNA'sı vardır ve enerji üretiminin özelleşmesi sayesinde hücreler çok daha fazla enerji üretebilir hale gelmiştir.

Bitkilerin besin üretmesini sağlayan, fotosentez yapan zarlı organeller; kloroplastların da kendilerine ait DNA'ları vardır ve kloroplastların simbiyogenezi sayesinde bitkiler var olmuştur.

DNA'yı depolayan, zarla sarılmış gerçek çekirdek ("karyon"); ökaryotları prokaryotlardan ayıran en temel özelliklerden biri olarak tanımlanır. Çekirdeğin evrimi için farklı hipotezler (örneğin endosimbiyotik köken, exomembran hipotezi, invajine olanakları) vardır.

Genlerimizdeki bilgiyi proteinlere dönüştüren yapılar; hem prokaryotlarda hem ökaryotlarda bulunur. Mitokondri ve kloroplastların içinde bulunan ribozomlar, konak ökaryotun ribozomlarından ziyade bağımsız prokaryotların ribozomlarına benzer.

Hücre içine madde almayı ve hücreden madde atmayı sağlayan yapılar; prokaryotlarda ve ökaryotlarda biraz farklı yapılarda olsa da her iki hücre tipinde de kofullar bulunur.

Mitokondri ve kloroplast gibi organellerde ve bağımsız bakteri hücrelerinde bulunan, madde taşınmasını sağlayan taşıma proteinleri; bu tip porinler diğer organellerde bulunmaz.

Bir hücrenin diğer bir hücreyi bünyesine alıp onunla simbiyotik (yani karşılıklı faydacı) bir ilişki kurması; Endosimbiyotik Teori, mitokondri ve kloroplast gibi organellerin başlangıçta ökaryotik hücrelerin yuttuğu daha ufak prokaryotik hücrelerin, sonradan kalıcı hale gelerek o hücrenin bir parçasına dönüştüğünü ve ilişkinin bir noktadan sonra birbirinden ayrılamaz tek bir parçaya dönüştüğünü savunur.

Endosimbiyozu yapan organizmalar; bir hücrenin diğer bir hücreyi bünyesine alarak simbiyotik ilişki kurduğu durumda endosimbiyont olarak adlandırılan taraflar, birbirlerine fayda sağlar (daha iri hücre koruma ve kaynak verirken, daha küçük olan hücre gereksinim duyulan molekülleri üretir).

Endosimbiyotik Teori'nin kısa adı olarak kullanılan kavram; sadece simbiyotik ilişkinin kurulmasını değil, bu ilişkinin bir noktadan sonra birbirinden ayrılamaz hale gelerek tek bir organizma/parçaya dönüşmesini ifade eder.

Ökaryotik bir hücrenin geçici bir ağız oluşturarak bir başka hücrenin veya maddenin etrafını sarıp onu yutabilme olayı; günümüzde hala sıkça görülen, yutma ve sindirme amaçlı bir süreç olup simbiyotik nedenlerle de gerçekleşebilir.

Endosimbiyotik sistemin, daha da büyük bir canlı tarafından yutulması sonucu üçlü bir sisteme dönüşmesi olayı; bunun sonucunda bazı alg ve diğer ökaryot gruplarının (örneğin Kriptofitler, Haptofitler, Stramenopiller, Alveolatlar) evrimsel çeşitliliği ortaya çıkmıştır.

Hücre çekirdeğinin kökenine dair alternatif bir görüş; buna göre çekirdek zarı (çekirdek etrafındaki zar katmanı) bir prokaryotun içinde kendiliğinden, kademeli bir şekilde evrimleşmiştir (çekirdeğin endosimbiyotik kökenine alternatif bir açıklama).

Bir diğer çekirdek kökeni hipotezinde yer alan mekanizma; prokaryotların hücre duvarının bir noktada içe doğru katlanarak (invajine ederek) bugünkü çekirdek zarına dönüşmesi fikri.

Paulinella chromatophora adlı amip türünde bulunan, kloroplast-benzeri bir yapı; yapılan incelemeler bu kromatoforun endosimbiyoz yoluyla evrimleştiğini göstermiştir.

Tek hücreli Braarudosphaera bigelowii alginin içinde yaşayan bir siyanobakteri (prokaryot); alg için azot sabitliyor ve alg da fotosentez yoluyla ona karbon veriyor; yapılan çalışmalar UCYN-A'nın alg içindeki versiyonlarının artık bağımsız canlı olarak görülemeyeceğini ve organelleştiğini göstermiştir.

UCYN-A'nın alg içindeki evrimleşmiş, yeni adlandırılan organeli; bu yeni organelin görevi ana organizma için azot bağlamaktır. Yapılan incelemeler bu yapının bölünme ve metabolizma döngülerinin ana hücreyle senkronize olduğunu ve gen iş bölümünün ortaya çıktığını göstermiştir.

Atmosferdeki azotu toprağa ulaşıp canlılar tarafından kullanılabilecek forma (örneğin amonyağa) dönüştüren mikroorganizmalar; örneğin baklagillerin köklerinde yaşayan bu bakteriler havadaki nitrojeni alıp birkaç basamaktan geçirerek bitkilerin kullanabileceği amonyağa dönüştürürler.

Atmosferdeki azotun toprağa bağlanması, bitkiler tarafından kullanılması, canlıların ölümüyle azotun tekrar atmosfere veya toprağa geri dönmesi gibi süreçleri kapsayan doğal döngü; bitkiler ve azot bağlayan bakteriler bu döngüde kritik rol oynar.

Endüstriyel bir kimya mühendisliği yöntemi; atmosferdeki azotu sentezleyerek toprağa indirir ve günümüzde toprağa indirilen azotun yaklaşık %30'u bu prosesle elde edilir. Bu süreç olmasaydı tarımın günümüzdeki ölçeği mümkün olmazdı, ancak proses aynı zamanda çok fazla sera gazı ürettiği için iklim krizini körüklemektedir.

Bu organellerin DNA'sı konak çekirdeğine benzemeyip belirli prokaryot gruplarına yakın olduğundan, en doğru açıklama onların bağımsız prokaryotik atalarından geldiğidir.

Ökaryotlar çekirdeğin yanı sıra zarla çevrili diğer organellere (mitokondri, kloroplast vb.) ve genel olarak daha karmaşık iç membran yapılarına sahiptir; fark yalnızca çekirdek değildir.

Canlılar bu organelleri sıfırdan üretemez; mitokondri ve kloroplastlar mevcut olanlardan çoğalır ve hücrelerin bunları yeniden inşa edebilecek genetik altyapısı yoktur.

Bir simbiyotik ilişki zamanla geri dönülemez biçimde organelleşebilir; organel haline gelen endosimbiyont bağımsız yaşam yetisini kaybedebilir.

Çekirdeğin kökeni tartışmalıdır; bazı modeller endosimbiyozu öne sürerken diğerleri eksomembran veya membran invajinasyonu gibi hücresel evrimsel süreçleri savunur.

Tek bir bireyde meydana gelen endosimbiyotik olay tüm soy hattına yayılabilir çünkü konak ve endosimbiyontun bölünmeleri senkronize olur ve ilişki miras alınır.

Bu organellerdeki ribozomlar prokaryotik ribozomlara daha çok benzer; bu da onların bakteriyel kökenini destekler.

Günümüzde de organelleşmeye giden süreçlerin örnekleri bulunuyor (ör. Paulinella kromatoforu ve UCYN-A/nitroplast vakaları), dolayısıyla benzer süreçler daha yakın geçmişte veya günümüzde de yaşanabilir.

Araştırmalar, Bu UCYN-A popülasyonlarının genetik ve metabolik entegrasyon gösterdiğini ve artık bağımsız yaşamadan ziyade algla ortaklaşmış bir organel işlevi gördüğünü (nitroplast) gösteriyor.

Evet; endosimbiyoz yoluyla bir türün başka bir türü bünyesine alıp zamanla onun organelleşmesiyle tek, kalıcı bir organizma ortaya çıkabilir.

Ökaryotik bir hücre fagositoz yoluyla bir prokaryotu yutar, sindirmek yerine simbiyotik ilişki kurar; zamanla ilişki kalıcılaşıp organelleşme gerçekleşir.

Mitokondri ve kloroplast DNA'sı, onların bağımsız prokaryotik atalarından miras kaldığını ve konak çekirdeğinin DNA'sından farklı olduğunu gösterir.

Konak ve endosimbiyont bölünme döngüleri senkronize olur; birlikte bölünme ve sonrasında genom transferleriyle ilişki nesiller boyu aktarılır.

Hayır; günümüzde de örnekleri var (ör. Paulinella'nın kromatoforu ve Braarudosphaera içindeki UCYN-A), yani benzer olaylar daha yakın zamanlarda da meydana gelebilir.

Çoğunlukla bağımsız prokaryotik hücrelerin konak hücre içine alınması ve sonraki organelleşme süreçleriyle açıklanır; genomik ve yapı kanıtları bunu destekler.

Bu tartışmalı; bazı bilim insanları çekirdeğin endosimbiyotik bir kökene sahip olduğunu öne sürer, diğerleri çekirdek zarının iç zar evrimi veya membran invajinasyonu ile oluştuğunu savunur.

Başlangıçta simbiyotik olabilir ama zamanla bağımlılık ve gen kayıplarıyla geri dönülemez bir organelleşme meydana gelebilir.

Çünkü UCYN-A'nın Braarudosphaera içindeki versiyonları artık bağımsız canlı değil, ana organizmaya entegre olmuş ve azot bağlama işini yapan yeni bir organel (nitroplast) haline gelmiş gibi görünmektedir.

Doğal azot bağlama mekanizmalarının (ör. nitroplast benzeri sistemler) anlaşılması, daha temiz ve sürdürülebilir azot sağlama teknolojilerine ilham verebilir ve Haber-Bosch bağımlılığını azaltabilir.