Mikroplar azot fiksasyonunu stabilize ediyor.

Bilim İnsanları Dünya’daki Yaşamın Evriminde Bir Oyun Değiştiriciyi Ortaya Çıkardı.

Azot, Dünya’daki erken yaşam için sınırlayıcı bir faktör değildi, çünkü mikroplar azot fiksasyonunu stabilize etti ve hidrotermal bacalar amonyum sağladı. Bu durum, diğer gezegenlerdeki yaşamı da destekleyebilir.

Yeni bir azot kaynağı keşfedildi.

Almanya’nın güneybatısındaki RPTU Kaiserslautern-Landau Üniversitesi’nden araştırmacılar, geçmiş bir dönemin gizemlerini çözmeye çalışıyor. Devam eden çalışmaların bir parçası olarak, erken Dünya’da yaşamın nasıl gelişmiş olabileceğini inceliyorlar. Önceki varsayımların aksine, biyolojik olarak kullanılabilir azotun sınırlayıcı bir faktör olmadığı ortaya çıktı.

Canlı organizmalar, protein oluşumu gibi temel işlevler için azota ihtiyaç duyar. Atmosferimiz bol miktarda azot içermesine rağmen, ne insanlar ne de bitkilerin büyük çoğunluğu bu azotu doğrudan havadan ememez. Tıpkı bugün olduğu gibi, erken Dünya’daki yaşam da mikroplar tarafından gerçekleştirilen azot fiksasyonuna bağımlıydı  yani atmosferik azotun, canlı organizmaların emip kullanabileceği azot bileşiklerine dönüştürülmesine.

Milyarlarca yıl önce Dünya’da gerçekleşen süreçlerin detayları henüz tam olarak bilinmiyor: Erken Dünya’daki azot kaynakları nelerdi? Nasıl kullanıldılar? Ve bu, yaşamın daha da gelişmesi için ne anlama geliyordu? RPTU araştırmacısı Dr. Michelle Gehringer tam da bu sorular üzerinde çalışıyor. Kendisi bir jeomikrobiyolog  yani mikroorganizmalar ile jeokimyasal süreçler arasındaki etkileşimleri inceliyor.

Değişen Çevre Koşullarında Kararlı Azot Fiksasyonu

Gehringer’in liderliğinde, biyolojik azot fiksasyonunun değişen atmosferik bileşimler altında nasıl kararlı kaldığını gösteren bir ölçüm yöntemi doğrulandı. Araştırmacının yaklaşımını anlamak için, azotun iki kararlı izotopa sahip olduğunu bilmek önemli: 15N ve 14N.

Michelle Gehringer açıklıyor: “Azot gazı, hafif atom olan 14N ile daha ağır atom olan 15N’in bir karışımıdır. Modern mikroplar azotu metabolizmalarında kullandıklarında, bu iki izotopu belirli bir oranda kullanırlar. Bunu, azot içeren biyokütleyi yakarak ve yanma sırasında üretilen azot gazını toplayarak ölçüyoruz.”

Gehringer, laboratuvarında erken Dünya’daki fosilleşmiş yaşamı inceliyor ve (oksijenli) fotosentezin evrimi hakkında daha fazla bilgi edinmeye çalışıyor — yani soluduğumuz oksijeni üreten süreç.

Gehringer şöyle devam ediyor: “Şimdiye kadar, mikropların tamamen farklı çevre koşullarında, oksijensiz ve çok daha yüksek karbondioksit içeriğiyle yaşasalar bile aynı 15N/14N oranına sahip oldukları varsayılıyordu. Ancak bunun gerçekten doğru olup olmadığı henüz test edilmemişti.” Ancak, çevre koşulları metabolik hızları etkilediğinden, muhtemelen 15N/14N oranını da etkileyebilirdi.

Gehringer liderliğindeki araştırmacılar, siyanobakterileri erken Dünya’nın çevre koşullarına benzer şekilde, yani oksijensiz ve çok yüksek karbondioksit içeriğiyle yetiştirdi.

“Siyanobakterilerin 15N/14N oranlarının kararlı kaldığını bulduk. Sonuçlarımız, bu oranın Dünya tarihi boyunca aynı kaldığı varsayımını destekliyor.”

Çözünmüş Amonyum Formunda Azot Emilimi

Bu bulgular üzerine, Michelle Gehringer ve diğer araştırmacılar — Northumbria Üniversitesi’nden Dr. Ashley Martin ve St Andrews Üniversitesi’nden Dr. Eva Stüeken liderliğinde — antik stromatolitlerdeki (organik kökenli tortul kayaçlar) azot döngüsünü inceledi. Yaklaşık 2,7 milyar yıllık bu eski kayaçlar, çeşitli mikroorganizmaların ölü kalıntılarını içeriyor ve araştırmacılara geçmiş dönemlerdeki ekosistemler ve çevresel nişler hakkında bilgi sağlayabiliyor. Michelle Gehringer: “Bozulmamış, aşınmamış kayaçlara erişim sağladık ve bunları ince bir toz haline getirerek azot izotopları açısından analiz ettik.”

15N/14N oran ölçümleri yardımıyla, araştırmacılar modern stromatolitlerin aksine, antik stromatolitlerdeki organik materyalin yalnızca siyanobakteriler tarafından gerçekleştirilen biyolojik azot fiksasyonuna bağımlı olmadığını keşfetti. Daha kesin olarak, çalışmanın sonuçları, çözünmüş amonyum formunda ek azot emilimine işaret ediyor. “Ve bunun en olası kaynağı, deniz tabanındaki hidrotermal aktivitedir,” diyor Gehringer.
Araştırmacılar ayrıca yaklaşık 2,7 milyar yıllık bir volkanik havzadaki tortul kayaçları da inceledi. Hidrotermal kaynaklardan gelen amonyum, bu sistemde de önemli bir rol oynadı.

Peki Mars’ta Yaşam Mümkün Olabilir mi?

“Şimdiye kadar, erken Dünya’da, atmosfer oksijenle zenginleşmeden önce, biyolojik olarak kullanılabilir azot eksikliği nedeniyle yaşamın sınırlandığı varsayılıyordu.” Mevcut çalışmalar, derin deniz hidrotermal bacalarından gelen amonyumun ek bir rolünü kanıtlıyor: “Hidrotermal bacalar sayesinde, azot erken Dünya’da yaşamın yayılmasını sınırlamadı. Aksine, yaşam hem derin hem de sığ su deniz ortamlarında gelişebildi.” Gehringer’e göre, bu durum, bugün hala gördüğümüz büyük bir mikroorganizma çeşitliliğinin gelişmesini sağladı.
Bu bulgular diğer gezegenlerdeki yaşam için ne anlama gelebilir? “Mars’ta hidrotermal aktivite belgelenmiştir ve muhtemelen Güneş sisteminin dışındaki buzlu uydularda da gerçekleşmektedir.” Erken Dünya’da gerçekleşen süreçlere benzer süreçlerin oralarda da gerçekleşmiş veya hâlâ gerçekleşiyor olması mümkün.

Kaynak. SciTechDaily
Haber Veriyoruz