Ökaryotlarda Çok Hücrelilik, 1.63 Milyar Yıl Önce Ortaya Çıktı

Çin’deki araştırmacılar, çok hücreli ökaryotların bilinen en eski fosillerini Kuzey Çin’in Yanshan Dağları’nda buldular bunlar 1,63 milyar yıl öncesine ait.

Science Advances dergisinde yayımlanan bir çalışmada, Profesör Zhu Maoyan liderliğindeki araştırmacılar, Kuzey Çin’de 1.63 milyar yıllık çok hücreli fosiller keşfedildiğini bildirdi.

Bu mükemmel şekilde korunmuş mikrofosiller, güncel olarak çok hücreli ökaryotlara dair en eski kayıt olarak kabul ediliyor. Bu çalışma, Kuzey Çin’in Yanshan bölgesinde desimetre ile ifade edilebilen boyuttaki ökaryotik fosilleri daha önce keşfetmesinden sonraki bir başka dönüm noktası olma özelliği taşıyor ve ökaryotlarda çok hücreliliğin ortaya çıkışını yaklaşık 70 milyon yıl geri bir tarihe atıyor.

Çeşitli hayvanlar, kara bitkileri, makroskopik mantarlar ve algler de dahil olmak üzere Dünya üzerindeki tüm bu karmaşık yaşamı çok hücreli ökaryotlar oluşturuyor. Çok hücrelilik, ökaryotların bütünsel bir kompleksiteye ve büyük boyuta sahip olmasını sağlıyor ve genellikle Dünya üzerindeki yaşam tarihinde önemli bir geçiş olarak kabul ediliyor. Ancak bilim insanları, ökaryotların bu değişimi ne zaman evrimleştirdiği hakkında emin değiller. 

İkna edici kanıtlar sunan fosil kayıtları, kırmızı ve yeşil algler ve basit mantarlar gibi temel düzeyde çok hücrelilik gösteren ökaryotların 1.05 milyar yıl kadar erken bir zamanda görülmüş olduğunu gösteriyor. Daha eski kayıtlarda çok hücreli ökaryotlar olduğu iddia ediliyordu ancak bunların çoğu, basit morfolojileri ve hücresel yapıdan yoksun olmaları nedeniyle tartışmalıydı.

(İlgili: Virüs Keşfi, Karmaşık Yaşamın Kökenlerini Aydınlatıyor)

Araştırmacılardan biri olan Miao Lanyun, “Yeni keşfedilen çok hücreli fosiller, yaklaşık 1.635 milyon yıllık Geç Paleoproterozoik Chuanlinggou Formasyonu’ndan geliyor. Bunlar, çapları 20-194 mikrometre olan ve boyu 860 mikrometreyi bulan tamamlanmamış, 2 ila 20’den fazla silindirik ya da fıçı şekilli hücreden oluşan dallanmamış, tek sıralı filamentler olma özelliğinde. Bu filamentler, morfolojik farklılıklarına bağlı olarak belirli bir derecede kompleksite gösteriyor.” diyor.

Filamentler sabit genişlikte olabilir, uzunluğu boyunca incelebilir ya da sadece bir ucunda incelme gösterebilir. Morfometrik analizler, bunların morfolojik kesintisizliğini ortaya koyuyor ve ayrı türlerden ziyade tek bir biyolojik türü temsil ettiklerini gösteriyor. Fosiller, benzer morfoloji ve boyuta sahip bir takson olan Qingshania magnifica, 1989 olarak adlandırıldı ve Chuanlinggou Formasyonu’na ait olmalarıyla tanımlanıyor.

Qingshania’nın özellikle önemli bir özelliği, bazı hücrelerde yuvarlak şekilli hücre içi yapılar bulunması (15-20 mikrometre çapında). Bu yapılar, birçok ökaryotik algde olduğu bilinen eşeysiz sporlarla benzer özellikte, bu da Qingshania’nın muhtemelen sporlarla çoğaldığını gösteriyor.

Modern yaşamda tek sıralı filamentler, hem prokaryotlarda (bakteriler ve arkeler) hem de ökaryotlarda yaygın olarak görülüyor. Bilinen hiçbir prokaryot bu kadar kompleks olmadığından büyük hücre boyutu, geniş filament çapı, morfolojik çeşitlilik ve hücre içi sporların kombinasyonu, Qingshania’nın ökaryotlara benzerliğini ortaya koyuyor.

Filament yapıdaki prokaryotlar genel olarak çok küçük (yaklaşık 1-3 mikrometre çapında) olma ve 12 filumun 147’den fazla cinsine dağılım gösterme özelliklerini taşıyor. Bazı siyanobakteriler ve kükürt bakterileri 200 mikrometre kalınlığa kadar büyük boyutlara ulaşabiliyor, ancak bu büyük prokaryotlar morfoloji bakımından oldukça basit, disk şekilli hücrelere sahip ve sporlar ile çoğalmıyorlar.

En iyi modern analoglarının bazı yeşil algler olduğu söylenebilir, ancak filamentler ökaryotik alglerin diğer gruplarında (örneğin kırmızı algler, kahverengi algler, sarı algler, Charophyta, vb.) ve ayrıca mantarlar ve oomisetlerde de bulunuyor.

Miao, “Bu, Qingshania’nın büyük olasılıkla fotosentetik algler olduğunu, muhtemelen Archaeplastida grubunun (kırmızı algler, yeşil algler ve kara bitkilerinin yanı sıra glikofitlerden oluşan büyük bir grup) soyu tükenmiş kök grubuna ait bulunduğunu gösteriyor. Ancak bu akrabalık ilişkisinin kesinliği belirsiz.” diyor.

Buna ek olarak araştırmacılar, karşılaştırma için üç siyanobakteriyel taksonu kullanarak Qingshania’nın ökaryotlara benzerliğini kimyasal bileşim açısından test etmek için Raman spektroskopik araştırması gerçekleştirdiler. Raman spektrumlarında, düzensiz karbonlu maddenin karakteristiği olan iki geniş pik görüldü.

Ayrıca, Raman parametreleri kullanılarak tahmin edilen gömme sıcaklıkları 205-250° C arasında değişiyordu, bu da düşük derecede bir metamorfizmaya işaret ediyor. Raman spektrumunun temel bileşen analizi, Qingshania’yı ve siyanobakteriyel taksonları iki ayrı kümeye ayırdı. Bu, Qingshania’nın karbon içeren maddesinin siyanobakteriyel fosillerden farklı olduğunu gösteriyor ve Qingshania’nın ökaryotlarla olan yakınlığını destekliyor.

Şu anda en eski kesin ökaryotik fosiller olarak, Kuzey Çin ve Kuzey Avustralya’daki Geç Paleoproterozoik tortulardan (yaklaşık 1.65 milyar yıl önce) elde edilen tek hücreli formlar biliniyor. Qingshania, bu tek hücreli formlardan yalnızca bir süre sonra ortaya çıktı. Bu durum ökaryotların, evrimsel tarihlerinin çok erken dönemlerinde basit çok hücreliliği elde ettiklerini gösteriyor.

Ökaryotik algler (Archaeplastida) son ökaryotik ortak atadan (LECA) sonra ortaya çıktıklarından, Qingshania’nın keşfi, doğası gereği alge benzer olsa da LECA’nın yaklaşık 1 milyar yıl önceki Geç Mezoproterozoik Dönem’e kıyasla Geç Paleoproterozoik Dönem’deki erken ortaya çıkışını- çok sayıda moleküler saat çalışması ile tutarlı- destekliyor.

Chinese Academy of Sciences. 24 Ocak 2024.

Makale: Miao, L., Yin, Z., Knoll, A. H., Qu, Y., & Zhu, M. (2024). 1.63-billion-year-old multicellular eukaryotes from the Chuanlinggou Formation in North China. Science Advances, 10(4), eadk3208.