Kambriyen Patlaması’nın Ardındaki Nedenler

Namibya’nın çim düzlüklerinin üzerinde 80 metreye kadar yükselen bir dizi sarp tepecik görülüyor. Bu tepeler, çok eski tarih öncesine ait olayların izlerini bugün de taşıyormuş gibi görünür R..
Görsel Telif: John Sibbick/Natural History Museum

Namibya’nın çim düzlüklerinin üzerinde 80 metreye kadar yükselen bir dizi sarp tepecik görülüyor. Bu tepeler, çok eski tarih öncesine ait olayların izlerini bugün de taşıyormuş gibi görünür – eski uygarlıkların gömüldüğü höyükler veya çağlar boyunca toprağın altına gömülmüş dev piramitlerin uçları gibi.

Gerçekte ise bu taş oluşumları yok olmuş bir imparatorluğa ait anıtlar olarak düşünülebilir, ancak hiçbir şekilde insan etkisi bulunmayan bir imparatorluk. Bu sığ kayalık tepeler, 543 milyon yıl önce, Ediakara periyodu boyunca sığ deniz tabanındaki siyanobakteriler tarafından oluşturuldu.

Dönemin dünyası, uzaylı filmlerinde kurgulanan gezegenleri andırıyordu ve okyanuslarda günümüzde yaşayan balıkların hızlı biçimde ölümüne sebep olacak kadar az oksijen bulunuyordu. Deniz tabanı yapışkan bir mikrobik tabaka ile kaplıydı ve bu şilte üzerinde şu an bizim için bilmece niteliği taşıyan sayısız hayvan yaşamaktaydı. Bu tabanın üzerinde yerleşik biçimde yaşayanlar ile başıboş gezinen hayvanlar için o dönemdeki hayvan yaşamı oldukça basitti ve hiç avcı yoktu. Ancak yaklaşmakta olan bir evrimsel kasırga, bu sessiz dünyayı tersine çevirmeye hazırlanıyordu.

Birkaç milyon yıl içinde bu basit ekosistem yok olmaya başladı ve dünya yavaş yavaş bugünkü modern anatomik özelliklerden bazılarını taşıyan ileri derecede hareket kabiliyeti olan canlıların hükmü altına girdi. Paleozoik Zaman diliminde meydana gelen Kambriyen patlaması, adından da çıkarılabileceği gibi bacakları ve petekgözleri (bileşik göz) olan artropodları, tüysü solungaçları olan kurtçukları ve çevik, dişli çeneli avcıları oluşturdu.

Biyologlar uzun yıllardır bu evrimsel sıçrama olayının itki kuvvetlerini ve sebeplerini tartışmaya devam ediyorlar. Bir grup ani oksijen artışının bu değişikliğe sebep olmuş olabileceğini öne sürerken, diğerleri de patlamayı ‘görme’ yeteneği gibi bir takım kilit evrimsel inovasyonun geliştirilmiş olması ile ilişkilendiriyor. Arkada yatan gerçek sebep ise dönemin fiziksel ve kimyasal çevresine dair bilinenlerin azlığından dolayı gizemini koruyordu.kambriyen-patlamasi-sebebi-bilimfilicom

Ancak geçtiğimiz birkaç yılda ortaya çıkan -özellikle de Ediakaran dönemin sonlarına ait- ipuçları, daha önceki teorilerin fazlaca basite indirgenmiş veya basitçe ele alınmış olduklarını gösterdi. Yeni bulgular ortak biçimde, Kambriyen patlaması’nın küçük çevresel değişimlerden, bu değişimlerin sebep olduğu veya tetiklediği büyük evrimsel gelişmelere kadar çok fazla etmenin kompleks bir birleşmesinin ürünü olduğuna işaret ediyordu.

Şimdi ise bazı bilimciler, küçük hatta belki de geçici bir oksijen artışının belirli bir ekolojik eşik seviyesini anlık olarak aştığını ve böylelikle avcıların ortaya çıkmasına sebep olduğunu düşünüyor. Etoburların yükselişi, bir anlamda evrimsel silahlanma yarışı başlattı ve bugün de okyanusları kaplamış olan bir kompleks vücut yapısı ve davranış şekli gelişimine ön ayak oldu. Çünkü avcıların arasında ortaya çıkan bir yiyecek bulma yarışı aynı zamanda, belirli yetenekleri ve özellikleri gerekli kılıyordu.
Bu geçiş, Dünya’daki canlı evrimi tarihi için en önemli olaydı.

Yakılacak Enerji

Modern dünyada, kompleks hayvanların Dünya’nın çaylakları olduğunu görmek ve kabul etmek biraz zor olabiliyor. Kabaca 4 milyar yıIlık yaşam evrimi süresi içinde uzunca bir dönem tek hücrelilerin hükmü sürmüştü. Oksijen bulunmayan bir çevrede gelişen bu canlılar, karbondioksit, sülfür içeren moleküller ve besin sindirimi için yükseltgeyici olarak görev yapan demir mineralleri gibi maddelere bağlı olarak yaşamlarını devam ettiriyorlardı. Dünya’daki mikrobiyal yaşamın büyük çoğunluğu yine bu oksijensiz moleküler yollarla ve mekanizmalarla yaşamaktadır.

Buna karşılık hayvanlar ise, yaşamsal olarak daha zengin mekanizmaların oluşumuna izin veren oksijene bağlıdır. Oksijen varlığında gerçekleşen besin metabolizması süreçleri -mekanizmaları-, oksijensiz olanlara nazaran çok daha yüksek oranda enerji üretilmesini sağlamaktadır. (Örneğin laktik asit fermantasyonu ile 2 molekül kullanılabilir ATP üretilebilirken, oksijenli solunum ile 38 molekül ATP üretilebilmektedir.) Hayvanlar bu potansiyel üzerine evrimleşti ve kas sistemi, sinir sistemi, savunma mekanizmaları ve karnivori -mineralize kabuklar, dış iskelet ve dişler- gibi çok enerji gerektiren evrimsel inovasyonları destekleyebildiler.

Hayvanlar için oksijenin önemini göz önüne alarak, araştırmacılar tarafından; okyanuslardaki oksijen gazının ani bir biçimde bugünküne yakın seviyelere ulaşmış olmasının Kambriyen patlaması’nın ardında yatan sebep olduğunu ortaya atıldı. Bu fikri test etmek için de Ediakaran ve Kambriyen dönemlere (635 milyon yıl öncesi ile 485 milyon yıl öncesi aralığına) ait okyanus sedimanları (çökelti, çökelek, tortul) incelendi.

Namibya’da, Çin’de ve Dünya’nın diğer birçok noktasında araştırmacılar bir dönem deniz tabanında bulunmuş olan taşları toplayarak, içlerindeki demir, molibden ve diğer metallerin miktarlarını analiz etti. Bu metallerin çözünürlüğü, yüksek oranda, oksijenin varlığına bağlıdır. Bu da demektir ki; bu metallerin taşlardaki miktarı ve çeşitleri, sedimanların oluştuğu dönemde suda ne kadar oksijenin olduğuna dair önemli bilgiler sağlayabilir.

Verilerin işaret ettiği sonuç, okyanuslardaki oksijen konsantrasyonunun Kambriyen periyodun başında daha-modern hayvanların orataya çıkışından hemen önce, yani yaklaşık 541 milyon yıl önce, bugünkü oksijen seviyelerine yakın miktarlara doğru aşamalı biçimde artmış olduğunu gösteriyordu. Bu sonuç da oksijenin; evrimsel bir sıçrama anı olan ‘Kambriyen patlaması’nın kilit tetikleyicisi olduğu görüşlerini destekliyordu.

Ne var ki, geçtiğimiz yıl deniz-tabanı sedimanları üzerinde yapılan büyük bir çalışma, bu görüşü tekrar zora soktu. Stanford Üniversitesi’nden paleobiyolog Erik Sperling, dünya genelinden elde edilen Ediakaran ve Kambriyen döneminden taşlara uygulanan 4.700 demir ölçümü verisini derledi. Sperling ve ekip arkadaşları, bu verilerde, Ediakaran ve Kambriyen periyodu sınırında sulardaki oksijen miktarı değişimine dair önemli bir istatistiksel fark tespit edemedi.

‘Farz edilen oksijen artışı olayları, insanların normalde tahayyül ettiğinden çok çok daha küçük boyutlarda gerçekleşmiş olmalı’ diyen Sperling; birçok kişinin oksijenasyon olayları ile seviyenin modern-zaman seviyelerine ulaştığını düşündüğünü ancak gerçekte durumun böyle olmadığını belirtti.

Son bulgular ise, tam da bilim insanlarının okyanuslardaki bu oksijen seviyelerini tekrar gözden geçirdikleri zamanda ortaya çıktı. Güney Danimarka Üniversitesi’nden jeobiyolog Donald Canfield, oksijenin erken dönem hayvanları için sınırlayıcı bir faktör olup olmadığından şüphe ettiğini açıkladı. Geçtiğimiz Ocak ayı içinde yayımlanan bir çalışmada, Canfield ve araştırma ekibi, süngerler gibi basit hayvanların yaşamını destekleyecek kadar oksijen miktarının, bu hayvanlar ortaya çıkmadan yüzlerce milyon yıl önce dahi mevcut olduğunu öne sürmüştü. Kambriyen hayvanları elbette ilk sünger türlerinden daha fazla oksijene ihtiyaç duyuyordu. Ancak yine de bunun için Ediakaran /Kambriyen geçişi sırasında oksijen seviyesini artırmaya ihtiyacınız yok. Gerekli oksijen çok çok daha uzun zaman önceden beri hali hazırda mevcuttu.

Hayvanların kökeninde ‘oksijen’in rolü bugüne kadar sert bilimsel tartışmalara ve çok yönlü eleştirilere konu olmuştu. Şimdi de bu tartışmalar en ağır halini aldı diyebiliriz. University of California’dan jeobiyolog Timothy Lyons, evrimsel değişimlerde oksijenin rolünü gördüğünü ve kabul ettiğini ancak kendi çalışmasında, molibden ve diğer geçiş metalleri üzerinde yaptığı incelemelerde Kambriyen dönem öncesi oksijen artışlarının çoğunlukla birkaç milyon yıl süren geçici sıçramalar olduğunu ve aşamalı olarak seviyeyi yukarı taşıdığını belirtiyor.

Kambriyen-Patlamasi-infografik-bilimfilicom

Modern Aynalar

Sperling, Ediakaran dönemi okyanuslarına dair çalışmasını, dünyadaki düşük-oksijen miktarına sahip modern denizler üzerinde gerçekleştirdi. Sperling’e göre biyologlar, oksijenin hayvan evrimini şekillendirmesi sorununa geleneksel olarak yanlış açıdan yaklaşıyorlardı.

Sperling de daha önce yayımlanmış olan verileri, kendi bazı verileri ile kombine ederek, minik kurtçukların; yüzeydeki ortalama oksijen seviyelerinin binde beşi (0.5%) kadar oksijen barındıran deniz tabanlarında yaşayabildiğini ortaya koydu. Oksijen açısından fakir olan bu çevrelerdeki besin ağı ise oldukça basit ve hayvanlar direkt olarak mikroplarla besleniyor. Daha yüksek oksijen konsantrasyonuna – deniz yüzeyinin binde beşi ile yüzde üçü arasında oksijene –  sahip deniz tabanlarında ise hayvanlar daha yaygın ancak besin ağları limitli : burada da hayvanlar mikroplarla besleniyor. (birbirleri ile değil) Ne var ki, deniz tabanındaki oksijen seviyelerinin %3 ila %10 arasına ulaştığı yerlerde avcılar ortaya çıkıyor ve diğer hayvanları tüketmeye başlıyor.

Elbette bu bulgunun evrim üzerindeki uygulamaları son derece etkin ve derin olacaktır. Sperling’e göre, en mutevazı denilebilecek oksijen artışının Kambriyen’den hemen önce gerçekleşmiş olmalı ki bu da büyük bir değişimi tetiklemek için yeterli olacaktır.Sperling : “ Eğer oksijen seviyeleri yüzde 3’lerde seyrediyorduysa ve %10 eşiğini aşacak biçimde arttıysa, bu durum erken dönem hayvan evrimi için devasa bir etki yaratmıştır. Bu seviye artışı ile hayvanlar için ekolojilerinde, yaşam biçimlerinde ve vücut büyüklüğünde dramatik miktarlarda değişecek çok şey gösterilebilir.” diyerek tartışmadaki konumunu belirtiyor.

Avcıların aşamalı biçimde küçük oksijen artışı ile ortaya çıkışı, Ediakaran periyodu hayvanlarının belli savunmalara sahip olamadıkları için sorun yaşamasına sebep olmuştur. Bu bahsi geçen hayvanlar çoğunlukla harektsiz, çok yüksek ihtimalle derileri aracılığıyla besinlerini absorbe ederek elde eden, yumuşak vücutlu hayvanlardı.

Namibya’daki tepelerin incelenmesi orataya çıkardı ki; Ediakaran periyodun sonundan itibaren hayvanlar avcılara yem olmaya başlamıştı bile. University of Edinburgh’dan paleobiyolog Rachel Wood taş oluşumlarını incelediğinde, ilkel hayvan Cloudina’nın mikrobiyal resiflerden koparıldığını gösteren noktalar tespit etti. Okyanus tabanına yayılmak yerine, bu koni şeklindeki yaratıklar kalabalık koloniler halinde yaşıyorlardı ve böylelikle yaşamsal vücut kısımlarını avcılardan saklayabiliyorlardı. Bu ekolojik dinamik modern zaman resiflerinde de benzer biçimde gözlenmektedir.

Cloudina, en erken zamanda sert ve mineralize gelişmiş dış-iskelete sahip olan hayvanlar arasında bulunuyor, ancak elbette yalnız da değil. Bu resiflerde iki ayrı hayvan tipinin daha mineralize vücut kısımlarına sahip olduğu biliniyor ki bu da; aynı dönemde farklı gruplarda birbirinden bağımsız grupların farklı evrimsel biçimlerde iskelet kabuklarını evrimleştirdiğine işaret ediyor. Wood bu fenomene ilişkin yaptığı açıklamada, iskeletlerin üretilmesinin ‘pahalı’ bir iş olduğunu ve bir hayvanın bu zahmete girmesine, ‘yeni gelişmiş olan avcılara karşı savunma sağlaması’ haricinde yeterli bir gerekçe bulmanın zor olduğunu belirtmişti.  Bu periyoda ait bazı Cloudina fosilleri üzerinde, çok yüksek olasılıkla avcıların bu canlıların kabuklarında açmış olduğu delikler tespit edilmişti.

Paleontologlar, bunların dışında da Ediakaran periyodun sonunda hayvanların birbirlerini yediklerine dair başka ipuçları da elde etti. Namibya’da , Avustralya’da ve Kanada’da, bir takım deniz tabanı sedimanlarında, henüz bilinmeyen kurtçuk benzeri bir canlı tarafından açılmış ve korunmuş alışılmadık tüneller keşfedildi.  Treptichnus sığınakları olarak adlandırılan bu oyuklar dallara ayrılarak geniş bir alana yayılmış biçimde gözlemlenebiliyor. Mikrobiyal yatağın üzerinde av olmaya mahkum hayvanların hemen altında da bu şekilde avcılardan korunma yolu geliştirilmişti ve hatta uygulanıyordu.

Bu dönemde avlanmanın artışı, sakin biçimde ve ‘oturarak’ yaşayan Ediakaran hayvanları için büyük bir dezavantaja dönüştü. Artık olduğun yerde sabit durup, hiç bir şey yapmamak bir anlamda ölüm demekti.

3D Dünya

Ediacaran’dan Kambriyen’e geçiş süreci, Kanada Newfoundland bölgesinin güney sınırındaki antik buzullar ile çevrelenmiş olan bir dizi taş yüzleklerinde kayıt altına alınmıştır diyebiliriz. Bu sınırın hemen altında Ediakaran hayvanlarının kalıntı izlenimleri ve hatta Dünya’nın döneme ait en eski fosilleri bulunuyor. Onların 1.2 metre kadar üzerinde ise, eklemlenmiş bacakları ile yürüyen ve dış iskelete sahip olan hayvanlar tarafından yapıldığı düşünülen çizik izlerini üzerinde taşıyan gri silttaşı bulunuyor. Bu da Dünya’nın artropodlara dair elimizdeki en eski kanıtların bunlar olduğu anlamına gelmektedir.

Kambriyen Periyodu başlarında Dünya

                                                            Kambriyen Periyodu başlarında Dünya

Ancak hiç kimse bu arada kalmış taş tabakasında ne kadar zaman geçirildiğine dair kimse bir bilgi sahibi değil. Bu süreç birkaç yüzyıldan birkaç bin yıla kadar değişkenlik gösterebilir. Ne var ki, bu kısa zaman aralığı boyunca, yumuşak vücutlu, sabit yaşayan Ediakaran faunası aniden yok oldu ve avcıların etkisi ile yok oluşa sürüklendi.

“Dünya’da yaşamın evrimindeki en önemli olay”

Guy Narbonne, bu geçiş sürecinde hayatta kalmayı başarmış birkaç fauna üzerinde yakından çalışmalar gerçekleştirmişti ve bulguları bir takım faunaların daha yeni ve kompleks davranış biçimleri geliştirmiş olduklarına işaret ediyordu. En iyi ipuçları ise, barışçıl, kurtçuk-benzeri hayvanların mikrobiyal mat üzerinde bıraktıkları sıyrıklardı.

555 milyon yıllık, dolambaçlı ve rastgele zig-zaglar biçiminde oluşturuluş hareket güzergahları, antik ve az gelişmiş bir sinir sistemine işaret ediyor. Muhtemelen bu yetersiz sistem ancak diğer gezicileri bir anlamda hissedip tepki verebiliyor veya bir biçimde avcılardan uzaklaşmayı sağlıyordu. Ancak Ediakaran’ın bitişinde ve Kambriyen’in ilk başlarında bu güzergahlar çok daha sofistike biçimde görülmeye başlıyor; öyle ki canlılar artık daha dar dönüşler gerçekleştirmeye, sediman boyunca birbirine paralel ve sık çizgiler üzerinde hareket edebilmeye başlamıştı. Bazı durumlarda da, beslenme çizgileri oldukları tahmin edilen kıvrımlı yollar bir anda uzun ve düz bir çizgi halinde devam etmeye başlıyor. Bu iz ise, çok büyük bir olasılıkla, muhtemel bir avcıdan kaçış gerçekleştiğine dair çok önemli bir ipucu olarak niteleniyor.

Ancak bunlara karşılık, gezinmelerdeki bu sitil, erken Kambriyen dönemde gerçekleşen mikrobiyal yatak üzerindeki fragmantasyona da işaret ediyor olabilir. Narbonne’a göre, deniz tabanındaki bu dönüşüm, Dünya’da yaşamın tarihindeki en derin değişim olabilir. Bu ince yatak, altında kalan sedimanı neredeyse tamamen oksijensiz bırakacak ve hayvanları sınırlandıracak biçimde deniz tabanını kaplamaktaydı. Bu nedenle hayvanlar Ediakaran dönemde derinlere gidemiyor, sığınaklar veya oyuklar oluşturamıyordu, dolayısıyla bu alanlarda yaşam bir anlamda iki boyutluydu. Dolanma, gezinme yetenekleri arttıkça, hayvanlar bu şiltenin daha derinlerini zorlamaya ve de ilk kez sedimanın içini de yaşanabilir hale getirmeye başladı. Böylelikle de ‘üç-boyutlu’ dünya dönemi başlamış oldu.

Erken dönem Kambriyen’e ait izler, hayvanların sedimanın altına doğru birkaç santimetre kadar oyuk açarak, daha önce dokunulmamış besinlere ulaşabildiklerine ve aynı zamanda avcılardan uzaklaşabildiklerine işaret ediyor. Ayrıca hayvanların, tam tersi yönde, hem yem olmamak hem de yem bulabilmek için deniz tabanından yukarıya doğru hareket etmiş olması da son derece mümkün. Sperling’e göre, böylelikle elde ettikleri fazla oksijen ile yüzmeye harcayacakları fazla enerjiyi de üretebilmiş olabilirler.

İlk artropodlar ve okyanuslardaki canlı çeşitliliği

                                                          İlk artropodlar

Ekolojiye ve oksijen eşiklerine dair ortaya çıkan kanıtlar, aynı zamanda bir diğer temel evrimsel soruya da ışık tutabilir : Hayvanlar ne zaman oluştu? İlk tartışmasız fosiller 580 milyon yıl önce ortaya çıkıyor ve genetik bulgulara göre de en temel hayvan gruplarının orijinleri 700 ila 800 milyon yıl öncesine kadar dayanıyor. Lyons’a göre, bu sorunun çözümü yaklaşık 800 milyon yıl önce, oksijen seviyesinin bugünkünün muhtemelen %2 ila 3’üne ulaşmış olmasında yatıyor olabilir. Bu konsantrasyon seviyeleri, tıpkı bugün de okyanusların oksijenden yoksun olan bölgelerinde olduğu gibi, küçük ve basit hayvanları hayatta tutmuş olabilir. Ancak büyük vücutlu hayvanlar, Ediakaran içinde oksijen seviyeleri daha yüksek miktarlara ulaşmadıkça ortaya çıkamayacaktı.

Oksijenin kompleks hayvanların ortaya çıkışına etkisini anlamak için, bilim insanları döneme ait sediman ve taşlardan daha incelikli ipuçları elde etmeye çalışıyor. Lyons ise, fosiller üzerinde incelemeler yapan bilimcilerin, fosillerini bu oksijen savına dayanarak incelemeleri gerektiğini ve buna teşvik ettiklerini açıklıyor. Çünkü bunun sonucunda, farklı antik çevrelerde ve bölgelerde oksijen seviyeleri ortaya çıkmaya başlayacak ve bu sayısal değerler hayvan fosillerinin sahip olduğu izler, özellikler ve o dönemde geliştirilmiş davranışlarla ilişkilendirilerek bizleri sorunun cevabına biraz daha yaklaştıracaktır.

Geçtiğimiz son bahar aylarında Woods ise aklında bir amaç ile Sibirya’yı ziyaret etti. Bu ziyaretinde Cloudina ve bir diğer iskeletli hayvan Suvorovellaya ait Ediakaran periyodu fosilleri topladı. Araştırma yaptığı alan kendisine dönemin okyanusunun farklı derinliklerinden fosiller elde etme şansı sundu. Wood, topladığı fosillere bakarak hayvanların hangi koşullarda daha sert iskeletler geliştirdiklerine, avcıların saldırısına uğrayıp uğramadıklarına ve bu parametrelerden herhangi birinin oksijen seviyeleri ile ilişkili olup olmadığına dair daha derin fikirler edinmeyi bekliyor. Çünkü Wood’a göre, ancak bundan sonra hikayeyi tamamlayabileceğiz.

Kaynak ve İleri Okuma

  • Nature 530, 268–270 (18 February 2016) https://www.nature.com/news/what-sparked-the-cambrian-explosion-1.19379
  • Sperling, E. A. et al. Nature 523, 451–454 (2015).
  • Zhang, S. et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA http://www.pnas.org/content/113/7/1731
  • Sahoo, S. K. et al. Geobiology (in the press).
  • Sperling, E. A. et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 110, 13446–13451 (2013).
  • Wood, R. A. et al. Precambrian Res. 261, 252–271 (2015).
  • Bengtson, S. & Zhao, Y. Science 257, 367–369 (1992).
  • Seilacher, A., Buatois, L. A. & Mángano, M. G. Palaeogeog. Palaeoclimatol. Palaeoecol.227, 323–356 (2005).
  • Vannier, J., Calandra, I., Gaillard, C. & Zylinska, A. Geology 38, 711–714 (2010).
  • Carbone, C. & Narbonne, G. M. J. Paleontol. 88, 309–330 (2014).
  • Mángano, M. G. & Buatois, L. A. Proc. R. Soc. B 281, 20140038 (2014).
  • Buatois, L. A., Narbonne, G. M., Mángano, M. C. Carmona, N. B. & Myrow, P. Nature Commun. 5, 3544 (2014).

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv