Yaşamın tarihi yeniden yazılabilir

• Dünya üzerindeki karmaşık yaşamın tarihinin düşündüğümüz kadar basit bir çizgi izlemediğini düşündürttürecek bir dizi kanıt var. Bunlardan biri de Gabon’da bulunan altın renkli kayalar.

Fransa’dan bir jeokimyagerin, Afrika’nın tropik topraklarında bulduğu birkaç parça parlak kaya, yaşamın kökenine dair bütün bilinenleri sarsacak sorular ortaya koydu.

Eğer bu taşlar gerçekten söylendiği gibi eski bir yaşamın kalıntılarıysa, karmaşık organizmalar Dünya üzerinde birden fazla kez doğmuş, gelişmiş ve yok olmuş olabilir.

Deniz tortularından gelen kayalar

Fransa’nın Poitiers Üniversitesi’nde çalışan jeokimyager Abderrazak El Albani, 17 yıldır aynı sorunun peşinde: Elindeki parlayan kaya gerçekten bir fosil mi, yoksa doğanın oynadığı bir mineral oyunu mu?

2008 yılında, Gabon’un Franceville kasabası yakınlarında, siyah şistlerle dolu bir maden ocağında inceleme yaparken, El Albani göz alıcı, tuhaf şekilli altın rengi yapıları fark etti.

Bu kıvrımlı formlar, bildiği hiçbir jeolojik sürece uymuyordu. El Albani’nin daha sonra laboratuvarında yaptığı analizler, bu kayaçların 2,1 milyar yıl önce çökelmiş deniz tortularından geldiğini gösterdi.

Yani, bugüne dek bilinen en eski çok hücreli yaşam fosillerinden neredeyse yarım milyar yıl daha eskiydiler.

2010 yılında Nature dergisinde yayımlanan makalesinde El Albani, iddiasını açıkça dile getirdi: “Francevillian kayaçlarında bulduğumuz bu yapılar, çok hücreli organizmalara ait fosillerdir.”

Bu iddia, yaşamın evrimsel çizelgesini baştan aşağı altüst edecek kadar büyüktü.

Çünkü bilim dünyasının büyük kısmı, kompleks yaşamın tekil biçimde yaklaşık 1,6 milyar yıl önce ortaya çıktığını ve gerçek çeşitliliğe 600 milyon yıl önce gerçekleşen Ediacaran döneminde ulaştığını kabul ediyordu.

Eğer El Albani haklıysa, o zaman bu tablo eksik çizilmişti. Belki de karmaşık yaşam, Dünya tarihinde birden fazla kez yeşermiş, ama çevresel felaketler — buz çağları, oksijen çöküşleri, volkanik zehirlenmeler — bu erken dalları kökünden koparmıştı.

Canlı metabolizmasının gelişimi için uygun ortam bilinenden daha eski

Francevillian Havzası’nın jeolojik yapısı, bilim için büyük bir şanstı. Bu katmanlar, milyarlarca yıl boyunca yer kabuğunun derinliklerine gömülmediği için ısıl metamorfizma geçirmemiş, yani “pişmemişti.” Bu sayede kayaçlar, oluştuğu dönemdeki kimyasal ve yapısal özelliklerini olağanüstü biçimde koruyabilmişti.

Francevillian kayaçları üzerinde yapılan laboratuvar analizleri, sıradan bir mineral çökeltiden çok daha karmaşık bir tabloyu ortaya koydu.

Jeokimyasal testlerde bu örneklerin fosfat, çinko, demir ve arsenik açısından son derece zengin olduğu anlaşıldı.

Bu elementler, erken dönem okyanuslarında canlı metabolizmasının kimyasal temellerini oluşturan maddelerdir.

Fosfat, DNA ve ATP gibi enerji taşıyıcı moleküllerin ana bileşenidir; çinko, protein sentezi ve hücre zarlarının işlevselliği için gereklidir; arsenik ise toksik olmasına rağmen, bazı mikroorganizmalar tarafından fosfor yerine alternatif enerji taşıyıcısı olarak kullanılabilir. Bu bulgular, 2 milyar yıl öncesinin okyanuslarında şaşırtıcı bir kimyasal zenginliğin bulunduğunu gösteriyor.

Kaya değil çok hücreli bir yapıyı andırıyor

El Albani’nin ekibi, kayaçların mikroskobik yapısını taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve Raman spektroskopisiyle incelediğinde, yüzeylerin rastgele mineral kümeleri değil, düzenli doku benzeri örgüler sergilediğini gördü.

Bu örgüler, hücre zarlarını veya koloni biçimli çok hücreli yapıları andırıyordu; kimi örneklerde hücre benzeri yuvarlak boşlukların bir eksen boyunca dizildiği, bazılarında ise ağ yapılarının oluşturduğu organik geometri gözlendi. Bu tür mikroskobik düzenlilikler, genellikle biyolojik kökenli yapıların ayırt edici işaretidir.

El Albani’nin laboratuvarı daha sonra bu örneklerin kimyasal bileşimini yüksek çözünürlüklü izotop spektrometrisi ile analiz etti.

Burada en çarpıcı sonuçlardan biri çinko izotoplarının oranı oldu.

Yaşayan organizmalar, metabolik süreçleri sırasında çinkonun daha hafif izotoplarını (⁶⁴Zn) tercih eder; çünkü bu izotoplar biyokimyasal reaksiyonlarda daha kolay bağlanır.

Francevillian örneklerinde ölçülen çinko oranları, tam olarak bu canlılara özgü dağılım modelini gösteriyordu. Yani taşın içindeki kimya, milyarlarca yıl öncesinden gelen biyolojik bir imza taşıyordu.

Arsenik dağılımı en güçlü kanıt

Ancak belki de en şaşırtıcı bulgu arsenik dağılımı oldu. Normalde, kaya içindeki arsenik elementinin homojen bir şekilde dağılması beklenir.

Fakat bu örneklerde arsenik, belirli bölgelerde yoğunlaşıyor, diğer alanlarda neredeyse hiç bulunmuyordu.

Bu durum, canlı hücrelerin zehirli arseniki belirli bölgelere hapsederek etkisiz hale getirdiği detoksifikasyon mekanizmalarına benzeyen bir kimyasal model ortaya koyuyordu. Yani bu taşlar, bir zamanlar toksik bir okyanus ortamında bile yaşamın kimyasal direncini temsil ediyor olabilirdi.

El Albani’nin doktora öğrencisi Anna El Khoury, bu örneklerdeki arsenik dağılımını haritalandırmak için atomik absorpsiyon spektrometresi (AAS) kullandı.

Sonuçlar, kayaçların “biyolojik bölgelenme” denilen bir özelliğe sahip olduğunu doğruladı: Bazı kısımlar yüksek arsenik içerirken, diğer bölümler fosfat ve çinko açısından zengindi.

Bu, canlı dokularında görülen içsel kimyasal farklılaşmanın — yani hücrelerin işlevlerine göre elementleri ayırma yetisinin — taşlaşmış bir iziydi. Bu iki bulgu bir araya geldiğinde, kayaçların biyolojik kökenli olabileceği düşüncesi güçlendi. El Albani’nin ifadesiyle: “Bu kayaçlar yalnızca taş değil; milyarlarca yıl önce yaşamış bir dünyanın donmuş yankıları olabilir.”

Bilim dünyası bu verilere şüpheli yaklaşıyor

Bu verileri inceleyen bilim insanları ise ikiye bölündü. Bazı paleobiyologlar, bu yapıların “pirit konkresyonları” olduğunu, yani canlı kalıntısı değil, kimyasal çökelme sonucu oluşmuş mineraller olduğunu savundu. Virginia Tech’ten paleontolog Shuhai Xiao, benzer şekillerin Michigan’daki 1,1 milyar yıllık kayaçlarda da bulunduğunu, bunların tamamen inorganik olduğunu hatırlattı.

Dahası, Francevillian örneklerinin çeşitliliği “fazla” bulunuyordu — o kadar ki bazıları bunları “fazla karmaşık” bularak reddetti. Ama eleştirilerin bir kısmı, doğrudan bilimsel veriden çok, alışkanlıklarla ilgiliydi.

Kalıplaşmış evrim anlatısı, karmaşık yaşamın yalnızca bir kez ortaya çıktığı varsayımına dayanıyordu. El Albani’nin verileri bu anlatıyı rahatsız etti — ve bilim camiası, rahatsız edici sorulara her zaman kolay cevap vermez.

Bilim insanları, 1,8 ila 0,8 milyar yıl arasındaki dönemi uzun süre “Sıkıcı Milyar” olarak adlandırdı. Bu ad, yaşamın o dönemde durağan olduğu varsayımına dayanıyordu. Ama yeni bulgular, bu tanımı yıkmak üzere.

Eğer Gabon’daki kayaçlar gerçekten fosilse, o zaman “sıkıcı milyar” aslında gözden kaçırılmış milyar olabilir — yaşamın deney yaptığı, başarısız olduğu, yeniden denediği bir dönem.

Evrimin laboratuvar simülasyonu

Evrimsel tarih, genellikle yavaş ve ölçülmez bir süreç olarak anlatılır. Ancak Georgia Teknoloji Enstitüsü’nde yürütülen çığır açıcı bir deney, bu algıyı sarsacak nitelikteydi.

Biyolog William Ratcliff ve ekibi, tek hücreli mayalardan oluşan bir kültürü uzun süre boyunca laboratuvar ortamında çoğaltarak, doğadaki doğal seçilimin hızlandırılmış bir modelini kurdu. Amaç, yaşamın nasıl ve hangi koşullarda çok hücreli hale gelebileceğini gözlemlemekti.

Araştırmacılar, deneyin başında yalnızca basit tek hücreli Saccharomyces cerevisiae (ekmek mayası) kolonilerini kullandı. Her döngüde, daha hızlı dibe çöken hücre grupları seçilerek yeni nesil başlatıldı.

Bu basit seçim mekanizması, hücrelerin grup halinde hareket etmesini ve birbirine tutunmasını avantajlı hale getirdi. Sadece iki yıl — yani yaklaşık 3.000 hücre nesli — içinde, laboratuvar kabında yaşayan bu tek hücreliler, çıplak gözle görülebilen küre biçimli koloniler oluşturdu.

Araştırmacılar bu yeni oluşumlara “kar topu maya kolonileri” adını verdi. Bu kolonilerde hücreler, artık birbirlerinden bağımsız bireyler olmaktan çıkmış, yapısal bir iş bölümü geliştirmeye başlamıştı. Bazı hücreler merkezi konumda kalıp koruma işlevi üstlenirken, diğerleri yüzeyde besin alımını optimize edecek şekilde diziliyordu.

Zamanla, kolonilerde programlanmış hücre ölümü (apoptozis) benzeri davranışlar bile gözlemlendi — bazı hücreler, grubun büyümesini ve bölünmesini kolaylaştırmak için kendini feda ediyordu. Bu süreç, çok hücreliliğin temel özelliklerinden biri olan kolektif fayda için bireysel kayıp kavramının ilkel bir versiyonuydu.

Ratcliff ve ekibinin bu bulgusu, evrimsel biyoloji açısından sarsıcı bir sonuç ortaya koydu: Karmaşıklaşma, sanıldığı gibi milyarlarca yıl süren mucizevi bir olay olmayabilir. Doğru çevresel koşullar ve seçilim baskıları altında, tek hücreli organizmalar kısa sürede iş birliği ve görev paylaşımı temelinde bir araya gelebiliyor.

Bu deney, El Albani’nin Francevillian kayaçlarında savunduğu fikri doğrudan destekliyordu. Eğer laboratuvarda birkaç yıl içinde hücreler kendi aralarında çok hücreliliğin ilk adımlarını atabiliyorsa, 2 milyar yıl önceki dinamik, zengin okyanus ortamında da benzer bir dönüşümün yaşanmış olması pekala mümkün.

Kısacası, Georgia Tech deneyinin sonuçları, “karmaşık yaşamın bir kez doğduğu” dogmasını zayıflatıyor; evrimsel tarih boyunca yaşamın tekrar tekrar karmaşıklaşabileceğini ve bazen bu girişimlerin jeolojik sessizlik içinde kaybolmuş olabileceğini gösteriyor. Belki de Dünya tarihinde karmaşık yaşam bir kez değil, defalarca doğmuştu.

Bilimsel otoritenin güç ilişkileri içinde şekillenmesi

Francevillian organizmaları, bu döngünün ilk büyük dalgası olabilir. Bu canlılar, büyük olasılıkla bugünkü anlamda hayvan ya da bitki değildi.

Muhtemelen koloniler halinde yaşayan, sümüksü, yavaş hareket eden erken eukaryotik topluluklardı. Bir süre var oldular, sonra jeolojik bir felaketle, oksijen çöküşü, volkanik aktivite veya deniz kimyasındaki değişimle yok oldular. Tıpkı milyarlarca yıl sonra gelen Ediacaran canlıları gibi.

Francevillian bulgularının kabul görmemesi yalnızca veriyle değil, bilimin merkezi yapısıyla da ilgili. Afrika’da yapılan bir keşif, Avrupa merkezli bilim çevrelerinde hala “ikincil” kabul edilebiliyor. El Albani’nin Mağrip kökenli bir bilim insanı olması, bu hikayeyi daha da sembolik hale getiriyor: Bilimsel otorite, tıpkı evrim gibi, güç ilişkileri içinde şekilleniyor.