Değişen demir seviyeleri Dünya’daki yaşamın evrimini nasıl şekillendirdi

Kolumuzu kessek demir akar! Büyüme ve bağışıklık için demire ihtiyacımız var. Öyle ki, demir eksikliğini önlemek ve yeterince demir alabildiğimizden emin olmak için mısır gevreği gibi yiyeceklerin içine bile demir ekleniyor.

Bunun yanı sıra, bir başka boyutta düşünülecek olursa, Dünya gezegenindeki yaşamın milyarlarca yıllık gelişimi sırasında evrimin tetikleyicisi aslında demir eksikliği olabilir. Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı’nda (PNAS) yayınlanan yeni araştırmaya göre, gezegenimizdeki yükselen ve düşen demir seviyeleri, daha basit atalardan daha karmaşık organizmaların evrimleşmesini sağlamış olabilir.

Demir DNA sentezi ve hücresel enerji üretimi gibi yaşamsal faaliyetler için hayati önem taşır

Güneş sistemimizdeki karasal gezegenlerMerkür, Venüs, Dünya ve Mars –kabuk tabakasının altında bulunan mantolarında farklı miktarlarda demir içerirler. En az demir Merkür’ün, en fazla demir ise Mars’ın mantosunda bulunur. Bu çeşitlilik, Güneş’e olan uzaklık farklılıklarından kaynaklanmaktadır. Aynı zamanda, gezegenlerin başlangıçta madeni, demirce zengin çekirdeklerini hangi şartlar altında oluşturduklarına da bağlıdır.

Mantodaki demir miktarı, yüzey suyunun tutulması da dâhil olmak üzere çeşitli gezegensel süreçleri düzenler ve bilgimiz dâhilindeki yaşam, su olmadan var olamaz. Diğer güneş sistemlerinin astronomik gözlemleri, bir gezegenin mantodaki demir miktarı tahminini kolaylaştırarak, yaşam barındırabilecek gezegen arayışını daraltmaya yardımcı olabilir.

Demir, gezegenin yaşanabilirliğine katkıda bulunmasının yanı sıra, yaşamsal faaliyetlerin gerçekleşmesine izin veren biyokimya için de gereklidir. Demir, çok yönlü kimyasal bağlar oluşturma ve bir elektron alma ve verme yatkınlığı dâhil olmak üzere benzersiz özelliklere sahiptir.

Sonuç olarak demir, özellikle katalizi, yani kimyasal reaksiyonları hızlandıran süreci sağlayarak hücrelerde birçok biyokimyasal sürece aracılık eder. DNA sentezi ve hücresel enerji üretimi gibi yaşamsal faaliyetler için hayati önem taşıyan metabolik süreçler demir sayesinde gerçekleşir.

Bu çalışmada, Dünya denizlerinde milyarlarca yıl boyunca bulunmuş olan demir miktarı hesaplandı. Daha sonra denizlerden ayrılan muazzam miktarda demirin evrim üzerindeki etkisi düşünüldü.

Demir’in Zaman Yolculuğu

Jeokimyanın biyokimyaya, yani hayata evrilmesine öncülük eden olaylar, 4 milyar yıldan fazla bir süre önce gerçekleşti. Ve demirin bu süreçte çok önemli bir unsur olduğu konusunda bir fikir birliği söz konusu. Erken Dünya’nın koşulları şimdikinden çok farklıydı.

Özellikle atmosferde hemen hemen hiç oksijen yoktu, bu da demirin suda “ferro demir” (Fe2+) olarak kolayca çözündüğü anlamına geliyordu. İlk Dünya’nın denizlerindeki besleyici demirin bolluğu, yaşamın gelişmesine yardımcı oldu. Ancak bu “demir cenneti” uzun sürmedi.

Büyük Oksijenlenme Olayı, Dünya atmosferinde oksijenin ortaya çıkmasına neden oldu. Bu olay, yaklaşık 2.43 milyar yıl önce meydana geldi. Dünya’nın yüzeyini değiştirdi, üst okyanustan ve gezegenin yüzey sularından büyük bir çözünür demir kaybına neden oldu.

İkinci ve daha yeni bir “oksijenlenme olayı” olan Neoproterozoik, 800 ila 500 milyon yıl önce meydana geldi. Bu durum, oksijen derişimini daha da yükseltti. Bu iki olayın bir sonucu olarak, oksijen, demir ve gigatonlarca oksitlenmiş, çözünmez, “ferrik demir” (Fe3+) okyanus sularından ayrılarak çoğu yaşam formu için kullanılamaz hale geldi.

Batı Avustralya’daki Pilbara bölgesi, kırmızı toprak ve demir cevherindeki geniş mineral birikintileri ile bilinir – oksijen ve demir atomları birbirine moleküller halinde bağlanır. elektra/Shutterstock

Hayat, demire kaçınılmaz bir bağımlılık geliştirdi ve bu durum hala geçerliliğini koruyor. Çözünebilir demire erişimin azalması, Dünya’daki yaşamın evrimi için önemli sonuçlar doğurdu. Oysaki demir alımını ve kullanımını optimize eden bu durumun net bir seçici avantajı olabilirdi.

Bunu bugün hala enfeksiyonların genetik analizinde görebiliriz: Konağındaki demirden daha verimli bir şekilde beslenen bakteri varyantları, birkaç nesil sonra rakiplerine göre daha güçlü olurlar.

Demir için bu savaşta ana siIah, birçok bakteri tarafından üretilen ve oksitlenmiş demiri (Fe3+) yakalayan küçük bir molekül olan “siderofor” idi. Sideroforlar oksijenlenmeden sonra olağanüstü derecede kullanışlı hale geldi ve organizmaların demiri, oksitlenmiş demir içeren minerallerden özümsemelerini sağladı. Bununla birlikte, sideroforlar, bakteriler de dâhil olmak üzere diğer organizmalardan demirin çalınmasına da yardımcı oldu.

İşte bu durum giderek daha karmaşık davranışlara yol açarak daha gelişmiş organizmaların oluşmasını sağladı

Çevreden demir elde etme çabası yerini diğer yaşam formlarından demir çalmaya bırakınca patojenler ve konukçuları arasında yeni bir rekabetçi etkileşim dinamiği oluştu. Bu dinamik sayesinde, her iki taraf da sürekli olarak demir kaynaklarına saldırmak ve kendi kaynaklarını savunmak için gelişti. Milyonlarca yıl boyunca, bu güçlü rekabet dürtüsü giderek daha karmaşık davranışlara yol açarak daha gelişmiş organizmaların oluşmasını sağladı.

Aynı zamanda, hırsızlık dışında diğer stratejiler de, az bulunan bir besine olan bağlılıkla başa çıkmaya yardımcı olabilir. Buna örnek olarak, kaynakları paylaşan simbiyotik, işbirliğine dayalı ilişkiler gösterilebilir. Mitokondriler, başlangıçta bakteri olan, ancak şimdi hücrelerimizde bulunan, demir açısından zengin, enerji üreten makinelerdir.

Karmaşık organizmalar olarak bir araya toplanan çoklu hücreler, nadir bulunan besinleri, bakteri gibi tek hücreli organizmalardan daha verimli kullanırlar. Örneğin, insanlar günlük besinlerimizden aldığımız demirin 25 katını geri dönüştürüyor.

Demir açısından bakıldığında ise, enfeksiyon, simbiyoz ve çok hücrelilik, yaşam formlarının demir sınırlamasına karşı koyması için farklı ama zekice araçlar temin etmişlerdir. Demire duyulan ihtiyaç, bugün bildiğimiz yaşam da dâhil olmak üzere, evrimi şekillendirmiş olabilir.

Dünya ‘’ironik’’ olmanın önemini gösterir. Erken Dünya’nın sahip olduğu biyolojik olarak erişilebilir demir ile yüzey oksidasyonu sırasında demirin ortadan kalkması ikilemi, daha basit öncülerden daha karmaşık yaşama evrimi kolaylaştıran benzersiz çevresel etkiler sağlamıştır.

Bu özel koşullar ve bu kadar uzun zaman dilimlerindeki değişiklikler muhtemelen diğer gezegenlerde nadirdir. Bu nedenle, kozmik komşularımızda gelişmiş yaşam formlarının bulunma olasılığı düşük olabilir. Yine de diğer gezegenlerdeki demir bolluğuna bakmak, bu tür nadir dünyaları bulmamıza da yardımcı olabilir.

Çeviri-Şeyma YANIK

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.

Çin’li Bilim İnsanları Yapay Rahimdeki Embriyolar İçin Bir Sistem Geliştirdi

Şimdiye Kadar Keşfedilen En Büyük Galaksi Gökbilimcileri Şaşkına Çeviriyor