Oksijenin Kökeni: Fotosentezin Mucizesi

Zaman Yolculuğunda Bekleyen Tehlike
Zaman makinesiyle Dünya'nın oluşumuna yakın dönemlere, yani milyarlarca yıl geriye yolculuk etmeyi denesek, hayatı tehdit eden bir gerçekle yüzleşirdik. O dönemde atmosferde oksijen bulunmadığı için nefes alamazdık ve dakikalar içinde oksijen eksikliğinden boğulurduk. Bilimsel verilere göre, Dünya'nın atmosferi yaklaşık 2,4 milyar yıl önce "Büyük Oksijenlenme Olayı" (Great Oxidation Event) ile oksijenlenmeye başladı. Bu olay, gezegen tarihinin dönüm noktalarından biriydi; çünkü oksijensiz bir Dünya'da bugünkü karmaşık yaşam formları –bitkiler, hayvanlar ve insanlar– evrilseydi bile var olamazdı.

Oksijenin Kökeni: Fotosentezin MucizesiBilim insanları yıllardır atmosferdeki oksijenin nasıl biriktiğini merak etti. Erken teorilerde, oksijenin canlılar tarafından üretildiği düşünülüyordu, ancak bu süreç belirli mikroorganizmaların fotosentez yeteneğiyle bağlantılıydı. Dünya yaklaşık 4,5 milyar yıl önce oluştu ve Büyük Oksijenlenme Olayı gerçekleştiğinde 2 milyar yaşındaydı. O sırada yüzeyde sadece tek hücreli prokaryotlar (bakteri benzeri organizmalar) dolaşıyordu. Yaşamın tam başlangıç tarihi belirsiz olsa da, en eski mikrofosiller 3,5-3,7 milyar yıl öncesine ait –bu da yaşamın oksijenlenme olayından en az 1 milyar yıl önce başladığını gösteriyor. Güncel araştırmalar, bazı stromatolit fosillerinin 3,7 milyar yıl öncesine işaret ettiğini doğruluyor.

Siyanobakterilerin Dönüştürücü GücüBu süreçte kahraman rolü oynayanlar, siyanobakterilerdi –günümüzde göllerde ve okyanuslarda mavi-yeşil alg örtüleri oluşturan mikroskobik organizmalar. Bu bakteriler, milyarlarca yıl önce güneş ışığını kullanarak su moleküllerini ve karbondioksiti oksijen açığa çıkararak glikoza (şeker) dönüştürmeyi başardılar. Bu, oksijenli fotosentez olarak bilinen mekanizmaydı ve modern bitkilerin temel beslenme yolu buradan geliyor. Fotosentez sırasında açığa çıkan oksijen, bakteriler için atık ürün olduğundan atmosfere salınıyordu. Yavaş yavaş biriken bu oksijen, Büyük Oksijenlenme Olayı'nı tetikledi.

Ancak siyanobakteriler olaydan çok önce, muhtemelen 3,5 milyar yıl öncesinde ortaya çıkmıştı. Neden bu kadar gecikme oldu? Araştırmalar, oksijenin birikmesini engelleyen faktörleri işaret ediyor: Erken Dünya'da demir gibi mineraller oksijeni bağlayarak suda hapsediyordu. Demir oksit birikimi (kızıl kayalar olarak fosilleşmiş) sona erince, oksijen atmosfere yükseldi. Ayrıca, siyanobakterilerin evrimsel adaptasyonları –örneğin, anaerobik (oksijensiz) ortamlarda hayatta kalma yetenekleri– bu birikimi hızlandırdı.Siyanobakterilerin İleri Düzey Özellikleri ve Çok Hücreliliğin KökeniSiyanobakteriler sıradan bakterilerden farklı: Çoğu tek hücreliyken, bunlar koloni halinde ipliksi yapılar oluşturuyor ve hatta çok hücreli organizmalara benzer özellikler sergiliyor. Bazı türleri, heterosit adı verilen özel nitrojen fiksasyon hücreleri ve akinet adı verilen dayanıklı spor hücreleri üretiyor. Bu hücreler bölünme yetisini kaybederek uzmanlaşıyor –bazı bilim insanları, bu yapının hayvanlardaki kas, sinir veya kan hücrelerinin evrimsel öncüsü olabileceğini öne sürüyor. Çok hücreliliğin izleri ise 2,1-2,5 milyar yıl öncesine, oksijenlenme olayına yakın bir döneme uzanıyor; fosil kanıtları bu geçişi destekliyor.Oksijenin Uzun Vadeli EtkileriOksijenlenme başlangıçta anaerobik bakteriler için zehirliydi ve kitlesel yok oluşlara yol açtı, ama sonunda aerobik solunumun kapısını araladı. Canlılar oksijeni enerji üretiminde kullanmaya başlayınca (hücresel solunum), daha verimli metabolizmalar evrildi. Bu sayede organizmalar daha büyük, hareketli ve karmaşık hale geldi: Siyanobakterilerden başlayarak bitkiler, süngerler, solucanlar, balıklar ve nihayet memelilere uzanan evrim zinciri oluştu. Günümüzde oksijen, Dünya atmosferinin %21'ini oluşturuyor ve bu oran, siyanobakterilerin mirası sayesinde dengelendi.

Kısaca, siyanobakterilerin fotosentez keşfi ve oksijen salınımı, oksijensiz bir çölden biyoçeşitliliğin zirvesine geçişi sağladı. Bu mikroskobik öncüler olmadan, karmaşık yaşam –hatta biz insanlar– muhtemelen var olamazdı. Araştırmalar devam ediyor; örneğin, genetik analizler siyanobakterilerin evrimini daha net aydınlatıyor.

Yaşam ve İnsan için her şey Genel Kültür, Bilgi Bankası