Derin bir nefes alın. Şimdi bu işlemi dokuz kez daha tekrarlayın. Yeni bir araştırmaya göre, bu 10 nefesten birindeki oksijen miktarı, deniz fitoplanktonlarında fotosentezi teşvik eden yeni tanımlanmış bir hücresel mekanizma sayesinde mümkün oldu.
UC San Diego Scripps Oşinografi Enstitüsü’ndeki bir grup araştırmacı tarafından “çığır açan” olarak tanımlanan ve daha önce bilinmeyen bu süreç, okyanusta üretilen tüm oksijenin ve sabitlenen karbonun %7 ila %25’ini oluşturuyor. Karada meydana gelen fotosentez de göz önüne alındığında, araştırmacılar bu mekanizmanın tüm gezegendeki oksijenin %12’sinin üretilmesinden sorumlu olabileceğini tahmin ediyor.
Bilim insanları, su ortamlarında sürüklenen mikroskobik organizmalar olan fitoplanktonların fotosentez yapma yetenekleri nedeniyle önemini uzun zamandır kabul etmektedir. Bu küçük okyanus algleri akuatik besin ağının temelini oluşturur ve Dünya’daki oksijenin yaklaşık %50’sini ürettikleri tahmin edilmektedir. Bilim insanları, su ortamlarında sürüklenen mikroskobik organizmalar olan fitoplanktonların fotosentez yapma yetenekleri nedeniyle önemini uzun zamandır kabul etmektedir. Bu küçük okyanus algleri akuatik besin ağının temelini oluşturur ve Dünya’daki oksijenin yaklaşık %50’sini ürettikleri tahmin edilmektedir.
Current Biology dergisinde 31 Mayıs’ta yayınlanan yeni çalışma, bir proton pompası enziminin (VHA olarak bilinir) küresel oksijen üretimine ve fitoplanktonlardan karbon fiksasyonuna nasıl yardımcı olduğunu tanımlıyor.
Scripps Oşinografi’de doktora öğrencisiyken araştırmayı yürüten ve şu anda Fransa’daki Avrupa Moleküler Biyoloji Laboratuvarı ve Grenoble Alpes Üniversitesi’nde ortak doktora sonrası araştırmacı olarak görev yapan başyazar Daniel Yee, “Bu çalışma, deniz fitoplanktonu anlayışımızda bir dönüm noktasıdır” dedi. “Milyonlarca yıllık evrim sürecinde, okyanustaki bu küçük hücreler, özellikle fotosentezi geliştiren ve bu gezegendeki yaşamın yörüngesini şekillendiren bu mekanizmayı üretmek için çok küçük kimyasal reaksiyonlar gerçekleştiriyor.”
Eş danışmanlarından biri olan Scripps Fizyologu Martín Tresguerres ile Scripps ve Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı’ndaki diğer ortaklarıyla yakın işbirliği içinde çalışan Yee, silisten yapılmış süslü hücre duvarlarıyla ünlü tek hücreli algler olan diyatomlar olarak bilinen belirli bir fitoplankton grubunun karmaşık iç işleyişini çözdü.
“Proton pompası” Enzimini Anlamak
Tresguerres Laboratuvarı’ndaki önceki araştırmalar, VHA’nın okyanuslardaki yaşam için kritik olan süreçlerde çeşitli organizmalar tarafından nasıl kullanıldığını belirlemek için çalışmıştır. Bu enzim, insanlardan tek hücreli alglere kadar neredeyse tüm yaşam formlarında bulunur ve temel rolü çevredeki ortamın pH seviyesini değiştirmektir.
Çalışmanın ortak yazarlarından Tresguerres, “Proteinleri Lego blokları olarak hayal ediyoruz” dedi. “Proteinler her zaman aynı şeyi yapar ancak hangi diğer proteinlerle eşleştirildiklerine bağlı olarak, çok farklı bir işlev elde edebilirler.”
İnsanlarda bu enzim böbreklerin kan ve idrar fonksiyonlarını düzenlemesine yardımcı olur. Dev istiridyeler bu enzimi mercan resiflerini eritmek için kullanırlar, burada salgıladıkları asit resifte delikler açarak sığınak oluşturur. Mercanlar bu enzimi simbiyotik alglerinin fotosentezini teşvik etmek için kullanırken, Osedax olarak bilinen derin deniz solucanları da balina gibi deniz memelilerinin kemiklerini eriterek tüketmek için kullanır. Enzim aynı zamanda köpekbalıkları ve vatozların solungaçlarında da bulunur ve burada kan kimyasını düzenleyen bir mekanizmanın parçasıdır. Balıkların gözlerinde ise proton pompası, görüşü iyileştiren oksijenin taşınmasına yardımcı olur.
Bu önceki araştırmaya bakan Yee, VHA enziminin fitoplanktonda nasıl kullanıldığını merak etti. Tresguerres Laboratuvarı’ndaki yüksek teknoloji mikroskopi tekniklerini ve diyatomlar konusunda önde gelen bir uzman ve Yee’nin eş danışmanlarından biri olan merhum Scripps bilim insanı Mark Hildebrand’ın laboratuvarında geliştirilen genetik araçları birleştirerek bu soruyu yanıtlamaya koyuldu.
Bu araçları kullanarak, proton pompasını floresan yeşil bir etiketle etiketleyebildi ve “organel” olarak bilinen veya diyatom hücreleri içindeki özelleşmiş yapılar olan kloroplastların etrafına tam olarak yerleştirebildi. Diyatomların kloroplastları, diğer alglere kıyasla, karbondioksit ve ışık enerjisinin organik bileşiklere dönüştürüldüğü ve oksijen olarak salındığı alanı saran ek bir zarla çevrilidir.
Yee, “İlgili proteini ve birçok zarı olan bir hücrenin içinde nerede olduğunu gösteren bu görüntüleri oluşturmayı başardık” dedi. “Fotosentezi ölçmek için yapılan ayrıntılı deneylerle birlikte, bu proteinin aslında daha fazla karbondioksit sağlayarak fotosentezi teşvik ettiğini bulduk. Bu, kloroplastın şekerler gibi daha karmaşık karbon molekülleri üretmek için kullandığı şeydir ve aynı zamanda bir yan ürün olarak daha fazla oksijen üretir.”
Evrimle Bağlantısı
Altta yatan mekanizma belirlendikten sonra, ekip bunu evrimin birçok yönüyle ilişkilendirebildi. Diyatomlar, yaklaşık 250 milyon yıl önce bir protozoan ve bir alg arasındaki simbiyotik bir olaydan türemiş ve simbiyogenez olarak bilinen iki organizmanın bir araya gelmesiyle sonuçlanmıştır. Yazarlar, fagositoz olarak bilinen bir hücrenin diğerini tüketmesi sürecinin doğada yaygın olduğunu vurgulamaktadır. Fagositoz, besin kaynağı olarak işlev gören hücreyi sindirmek için proton pompasına dayanır. Bununla birlikte, diyatomlar söz konusu olduğunda, yenen hücrenin tamamen sindirilmediği özel bir şey meydana geldi.
Tresguerres, “Bir hücrenin diğerini sindirmesi yerine, avcının proton pompası tarafından yönlendirilen asitlenme, yutulan av tarafından fotosentezi teşvik etti” dedi. “Evrimsel zaman içinde, bu iki ayrı organizma, şimdi diyatom dediğimiz şey için bir araya geldi.”
Tüm algler bu mekanizmaya sahip değil, bu nedenle yazarlar bu proton pompasının diyatomlara fotosentezde bir avantaj sağladığını düşünüyor. Ayrıca, 250 milyon yıl önce diyatomlar ortaya çıktığında, atmosferdeki oksijende büyük bir artış olduğunu ve alglerde yeni keşfedilen mekanizmanın bunda bir rol oynamış olabileceğini belirtiyorlar.
Topraktan çıkarılan fosil yakıtların çoğunun, milyonlarca yıl boyunca diyatomlar da dahil olmak üzere okyanus tabanına batan biyokütlenin dönüşümünden kaynaklandığına ve petrol rezervlerinin oluşmasına neden olduğuna inanılıyor. Araştırmacılar, çalışmalarının fotosentez, karbon tutma ve biyodizel üretimini geliştirmeye yönelik biyoteknolojik yaklaşımlar için ilham kaynağı olabileceğini umuyor. Ayrıca, küresel biyojeokimyasal döngülerin, ekolojik etkileşimlerin ve iklim değişikliği gibi çevresel dalgalanmaların etkilerinin daha iyi anlaşılmasına katkıda bulunacağını düşünüyorlar.
Tresguerres, “Bu, son yıllarda simbiyoz alanında yapılan en heyecan verici çalışmalardan biri ve dünya çapında gelecekteki araştırmalar üzerinde büyük bir etkisi olacak” dedi.
Diğer ortak yazarlar arasında Raffaela Abbriano, Bethany Shimasaki, Maria Vernet, Greg Mitchell ve Scripps Oşinografi’den merhum Mark Hildebrand; Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı’ndan Ty Samo, Xavier Mayali ve Peter Weber; ve Grenoble Alpes Üniversitesi’nden Johan Decelle bulunmaktadır. [1]Phenomenal phytoplankton: Scientists uncover cellular process behind oxygen production[2]Öne çıkan görsel
[cite]
Kaynaklar ve İleri Okuma
| ↑1 | Phenomenal phytoplankton: Scientists uncover cellular process behind oxygen production |
|---|---|
| ↑2 | Öne çıkan görsel |
