Arkeler, gezegenimizdeki tüm karmaşık yaşamın ataları olarak görülen bir grup basit hücresel organizmadır. Genetik ve ekolojik açıdan en fazla çeşitlilik sergileyen mikro-organizma gruplarından biri olan arkeler, toprak ve okyanus gibi bildik yaşam alanlarından, kaynayan asit havuzları gibi yaşanamaz gibi görünen alanlara kadar çok çeşitli koşullar altında rahatça hayatta kalabilirler. Tıpkı bakteriler gibi, arkeler de prokaryottur; yani hücrede çekirdek veya herhangi başka bir organel bulunmaz.

Ökaryotik çekirdek mirasının arkelerden kaynaklandığını söyleyen hipotezlerin sınanması ve erken dönem hücrelerinin metabolizmalarının ve ekolojilerinin anlaşılması açısından, arkelerin evrimsel ağacının kökenlerinin ortaya konması büyük önem taşıyor. Fakat dış grup kökenlemeyi temel alan yayımlanmış çalışmalar, arkesel kökenin konumunda aynı fikirde değil.

Bu konu üzerinde çalışan Bristol Üniversitesi liderliğindeki uluslararası bilim ekibi, PNAS dergisinde yeni bir makale yayımladı. Arkelerin kökeni hakkında yeni kavrayışlar sunan çalışma, gezegenimizdeki yaşamın erken evrelerine ilişkin, fosil kayıtlarından okunması olanaksız olan bir bakış sağlıyor. Arkeler için yeni bir evrimsel ağaç öneren makale sayesinde, arkelerin biyoçeşitliliği daha iyi anlaşılabilir.

Yatay Gen Aktarımları Sık

Doğrudan ortamdan genom dizilemede yeni teknolojilerin geliştirilmesiyle beraber, pek çok yeni arke grubu keşfedildi. Dr Tom Williams şöyle diyor: "Bu genomlar arkelerin çeşitliliği hakkındaki anlayışımızı çok geliştirdi ama şimdiye kadar grubun evrimsel tarihine netlik kazandıramadı. Bunun nedeni, arkelerin de diğer mikro-organizmalar gibi, uzaktan ilişkili organizmalardan yatay gen aktarımıyla sıkça DNA almaları. Bu da evrimsel tarihin ortaya konmasını epey güçleştiriyor."

Yaptıkları yeni çalışmada, Dr Williams ve çalışma arkadaşları yeni bir istatistiksel yaklaşımdan yararlanmış. Çok sayıda farklı arkesel genomda bulunan binlerce genin bilgisini bir araya getiren ve yatay gen aktarımı olaylarının, ağacı zaman içinde konumlandırmak için kullanan yöntem, evrimsel ağaçtaki en derin ilişkileri çözebiliyor.

Arke evriminde hangi genlerin önce belirdiğini belirleyerek, yeni ağaç, 3,5 milyar yıl önce yaşamış olan erken dönem arkelerinin temel biyokimyası hakkında net öngörüler yapıyor. Bu hücreler büyük olasılıkla enerjiyi Wood-Ljungdahl yöntemiyle yapıyorlardı. Bu biyokimyasal yönteme, günümüzde hem arkelerde hem de bakterilerde rastlanıyor.

Çalışma Nasıl Yapıldı?

Araştırmacılar, 3.242 tane gen ağacını temel alarak ve protein birleştirme ile multi-gen süperağaç yöntemlerini kullanarak, kökensiz bir arkesel topoloji yapılandırdılar. Ardından, yakın zamanda geliştirilen bir genom evrimi modelini kullanarak, ağacı kökenlendirdiler.

Söz konusu yeni genom evrimi modeli, ağaç için en olası kökü tanımlamak için 31.236 arkesel gen ailesinde barınan gen ikilenmelerinden, yatay aktarımlardan ve gen kayıplarından elde edilen kanıtları kullanıyor. Ekibin yaptığı çözümlemeler, DPANN (Diapherotrites, Parvarchaeota, Aenigmarchaeota, Nanoarchaeota, Nanohaloarchaea) monofilisini destekliyor ve önceki çalışmaların tersine, ağacın kökünü DPANN ile tüm diğer arkelerin arasına yerleştiriyor.

DPANN'nin kardeş grubu, Euryarchaeota ve Lokiarchaeum da dahil olmak üzere TACK arkelerinden oluşuyor. Kökenlendirilen ağaç için yapılan metabolik yeniden yapılandırmalar, erken dönem arkelerinin anaerob (oksijensiz) olduklarına işaret ediyor. Wood–Ljungdahl  yoluyla asetat için CO₂ düşürme becerisine sahip olabilirler. Genom indirgenmesinin arkesel evrimdeki en baskın biçim olduğunu ileri süren düşüncelerin tersine, ekibin analizleri nispeten küçük genomlu arkesel ata çıkarımı yapıyor. Gen ikilenmesinin ve yatay gen aktarımının ağırlığının sanılandan fazla olduğuna işaret ediyor.

Günümüzde birçok varlık için ebeveynleri dışında başka bir yerden gen almak imkânsızdır. Fakat belki de gen aktarımı her zaman böyle değildi. Günümüzde bakteriler, diğer bakterileri sadece yutarak bile onların genlerini alabilir. Bir zamanlar daha yaygın bir gen ticareti, hatta hırsızlığı yaşanmış olabilir. Uzak geçmişte kromozomlar muhtemelen çok sayıdaydılar ve her biri sadece bir tane gen taşıyacak kadar küçüktü; böylece bunların alışverişi de çok kolay oluyordu.
(...)
O günlerde genler arasında, bugünkünden bile daha yoğun bir savaş devam etmekteydi. Bu çatışmada, organizmalar geçici savaş arabaları olarak kullanılıyorlardı ve devamlılığı olmayan ittifaklar kuruluyordu; bugünse daha çok takım oyunundan bahsedilebilir.

– Matt Ridley (Genom – ISBN: 9786054238811)