Yaklaşık 251 milyon yıl önce, jeolo-jik açıdan bir göz kırpmasına karşılık gelen bir sürede, deniz canlılarının % 95’i, karada yaşayanların da % 85’i yer-yüzünden silindi. Dünyanın karşılaştığı bu en büyük kitlesel soy tükeniş aynı zamanda Permiyen Devri’nin de sonu oldu. Yaşamın yeniden normale dön-mesi için aradan 10 milyon yıl geçdön-mesi gerekti. Bu büyük felaket genellikle “yaşamın neredeyse sona erdiği olay” olarak anılsa da bu aslında pek doğru sayılmaz. Yeryüzündeki en eski ve en başarılı yaşam biçimleri –bakteriler ve arkeler– hemen hemen hiçbir zarar görmeden varlıklarını sürdürmüştür. Permiyen Devri’ndeki bu yok oluş daha çok yaşamın tümüyle normale dönüşü şeklinde görülebilir –yeryüzündeki ege-menliğini 3 milyar yıldan çok sürdür-müş olan biyolojik koşulların yeniden yapılanması sonucunda. Yeni yeni an-laşılıyor ki mikroplar yalnızca hayatta kalmayı başarmamış aynı zamanda ba-zı kitlesel soy tükenişlerinde başrolü de oynamış.
Permiyen Devri’ne yönelik bu yeni bakış açısı kemik, diş ve kabuk
fosille-ri üzefosille-rindeki çalışmalardan değil, mil-yarlarca yıl boyunca kayaların içine hapsolan biyokimyasal maddelerin in-celenmesi sonucunda doğdu. Bilimin yeni gelişen bu dalına biyoişaret anali-zi ya da kimyasal paleontoloji deniyor. Giderek artan önemi sayesinde klasik paleontolojinin temellerini sarsan bu bi-lim dalı, yeryüzündeki yaşamın tarihi-ne ilişkin yepyeni bir bakış açısı sunu-yor. Artık ilk çok hücreli canlıların tam olarak ne zaman ortaya çıktığını biliyo-ruz ve onların başına bela olan kitlesel soy tükenişlere ilişkin de kuşatıcı bir bakış açısı geliştirdik.
Biyoişaret araştırmalarının kökü petrol arama çalışmalarında yatıyor. Pa-leontologlar kendilerini yok olan türle-rin keşfine ve tanımlanmasına adamış-ken, jeologlar da o sırada tortul kaya-ları parçalayıp nerede petrol aramakaya-ları gerektiğini gösterecek organik mole-külllerin peşindeydiler. Dünyanın her yanındaki tortul kayaların içinde orga-nik maddeler açısından zengin, çok de-ğerli sıvı kalıntılarıyla karşılaşıyorlardı. Sonunda organik malzeme açısından yoksul sayılabilecek tortul kayalardaki
–ki bunlardan bazıları 3 milyar yaşın-dan da yaşlı, dünyanın en eski kayala-rıdır– çok az sıvıyı bile ayrıştırmanın yolunu buldular. Bu sıvıların büyük bir bölümü etan gazı gibi petrojeologların pek de yabancı olmadığı hidrokarbon-lardan oluşuyordu. Ama aralarında uzun zincir yapılı polikistik molekülle-rin de bulunduğu bazı bilinmeyen öğe-ler de vardı. Peki, bunlar nereden geli-yordu?
Bunu yanıtını da canlı organizma-lar üzerinde çalışan biyokimyacıorganizma-lar ver-di. Yeraltına gömülen bazı biyolojik mo-leküllerin –özellikle de hücre zarını ve bazı başka yapıları oluşturan yağların– tortul kayaların yeraltında maruz kal-dıklarına benzer ısınma, soğuma ve ba-sıncın etkisi altında kalınca çok kararlı, organik bileşiklere ayrıştığını keşfetti-ler. Bunlar öylesine kararlıydılar ki ba-zıları milyarlarca yıl boyunca en küçük bir değişime bile uğramadan kalabil-mişti. Bir başka önemli konu da birçok organik molekülün tersine bunların, bi-linen herhangi bir inorganik süreçte oluşmamasıydı. Dahası, bu bileşikler-den bazılarının yalnızca bazı canlı
grup-BiLiMveTEKNiK62 Temmuz 2008
türlerin
yok oluşu
BiLiMveTEKNiK
Temmuz 2008 63
larında bulunduğu anlaşıldı. Bu mole-kül sınıfları günümüzde yalnızca belli mikrop, bitki ve hayvan gruplarıyla iliş-kilidir. Bunlara biyoişaret denmeye baş-landı. Örneğin, kısa bir süre önce C28’den C32’ye kadar olan polienoik yağ asitlerinin yalnızca süngerlere öz-gü biyoişaretler olduğu keşfedildi.
Bu “molekül fosilleri”nin keşfi, ge-ride hiç fosil bırakmayan canlıların bile artık tanımlanabileceği anlamına geli-yor. Şimdi biyoişaretlerden beklenen şey en büyük gizemlerden birini, kar-maşık yaşamın kökeninin nereden gel-diğini aydınlatmak. Yeryüzündeki or-ganizmalar birbirinden çok farklı iki tü-re ayrılır: Bakterilerin ve arkelerin için-de bulunduğu basit prokaryotlar ve çok daha karmaşık yapıdaki ökaryotlar. Bu ikisi arasındaki temel fark, ökaryotların hücre zarları içinde öteki organellerle birlikte bir çekirdeğinin olmasıdır. Ökaryot hücreleri daha büyüktür ve birleşerek çok hücreli yaşamın ortaya çıkmasına olanak tanımışlardır. Peki, ökaryotlar ne zaman ortaya çıkmıştır?
Fosil kayıtları bu noktada bize yar-dımcı olmuyor. Fosilleşmiş bir hücreli
canlılar, özellikle de prokaryotlar, ilk olarak 3,5 milyar yıl önce ortaya çık-mıştır. Ama fosillerden yola çıkarak ökaryot türü hücrelerin ne zaman or-taya çıktığını söylemek olanaksızdır. İlk ökaryot büyük bir olasılıkla bir hücreli bir organizmaydı. Ama birçoğu bir ara-da fossileşerek kireçtaşı oluşturan bir hücreli bitkisel ökaryotların tersine, mikroskopik bir iskeleti de yoktu.
1990’lı yılların sonunda, Canber-ra’daki Avustralya Jeolojik Araştırmalar Merkezi’nden Roger Summons ve Sydney Üniversitesi’nden Roger Buick
Avustralya’nın çok eski tortul kayala-rında steran –ökaryotların varlığının kanıtları– denen biyoişaretleri araştır-maya başladılar. Kayalarda en eskisi 2,7 milyar yıl öncesine uzanan biyoişaret-ler buldular. Böylece ökaryotların aynı tarihlerde ortaya çıktığı anlaşıldı.
Summons ve Buick biyoişaretlerin de zamanla değiştiğini gözledi. Ökaryat staranların ilk örnekleri ne çok boldu ne de çok çeşitliydi. Tersine kayalar da-ha çok bakteri ve arkelerin varlığına gösteren I-isoprenoid adlı biyoişaretler-le doluydu. Yaklaşık 800 milyon yıl ön-ce biyoişaretleyici profili değişti. Bir za-manlar yanlış olarak mavi-yeşil alg de-nen siyanobakterilerin varlığının kanıt-ları olan hopanlar egemen oldu.
Siyanobakteriler, stromatolitlerin temel yapıtaşıdır. Tabaka tabaka bakte-ri ve tortulardan oluşan stromatolitler, çok hücreli yaşamın ortaya çıkmasın-dan önce yeryüzündeki en karmaşık ya-şam biçimleriydi. Ökaryot steranları bu dönem boyunca da çok bol ve çeşitliy-di. Ayrıca hem kırmızı ve yeşil alglere hem de amip gibi büyük, bir hücreli protozoalara ait çok sayıda biyoişaret
BiLiMveTEKNiK64 Temmuz 2008
de vardı. Bunların hepsi suyosunu ve deniz marulu gibi büyük, bitki benzeri alglerin ortaya çıktığını ama ilk hay-vanların atalarının hâlâ bir hücreli aşa-masında olduğunu gösteriyor.
Hayvan gruplarının büyük bölümü-nün ortaya çıktığı, yaklaşık 542 milyon yıl önceki Kambriyen patlamasının ar-dından biyoişaret profili bir kez daha değişti. İlk kez hayvanlarla ilişkilendi-rilebilecek biyoişaretlerin zengin ve karmaşık kayıtları bulunmaya başlandı. Yeni yeni ortaya çıkan hayvanlar, stro-matolitleri kelimenin tam anlamıyla soylarını kurutana kadar yedi.
Biyoişaretler bir yandan da paleon-tologları uzun zamandır uğraştıran kit-lesel soy tükenişlere ilişkin önemli kat-kılar sağlıyor. Kitlesel soy tükenişlere yönelik ilk çağdaş çalışmaları, her ikisi de Kaliforniya’daki Berkeley Üniversi-tesi’nde çalışan Louis Alvarez ve oğlu Walter başlatmıştır. Baba-oğul 1980’de dinazorları öldüren kitlesel soy tükeni-şin –K/T soy tükenişi olarak bilinir– nedeninin bir astreoit çarpması oldu-ğunu öne sürmüştür. Bu olağandışı sav doğal olarak olağandışı kanıtlar gerek-tiriyordu. Na var ki eldeki fossil kayıt-ları birçok belirsizlik içeriyordu. Eğer böyle bir astreoit çarpması gerçekten olduysa, hiç kuşkusuz buna eşzamanlı ve ani bir soy tükenişin de eşlik etmesi kaçınılmazdı. Öte yandan eldeki fosil kayıtları büyük boyutlu ani bir soy tü-kenişten çok, aşamalı bir soy tükenişin olduğunu söylüyordu.
1982’de Kaliforniya Üniversite-si’nden Phil Signor ve Jere Lipps, en-der türlerin örneklerini toplamanın zor-lukları yüzünden fosil kayıtlarının ani bir kitlesel soy tükenişi bile sanki aşa-ma aşaaşa-ma olmuş gibi gösterebileceğini
ortaya koydu. Ama yine de birçok pa-leontolog aşamalı soy tükeniş kuramı-na sadık kaldı. Dünya’ya bir astreodin çarptığı hipotezi ancak 1990’da, Mek-sika’da Yukatan’daki Chicxulub krate-rinin bulunmasından sonra yaygın ka-bul görebildi.
Sonra paleontologlar çok zahmetli bilimsel araştırmaların sonucunda am-monitlerin ve deniz omurgasızlarının da dinozorlarla hemen hemen aynı za-manda yeryüzünden silindiğini kanıtla-dı. Bütün bunlara karşın fosil kayıtları-nın, jeoloji ve biyolojinin birçok önem-li sorusunu çözmede kullanılamayacak kadar güvenilmez olduğu görüşü ege-menliğini sürdürdü.
K/T tartışmasından sonra kitlesel soy tükenişlere ilişkin çalışmak popü-ler oldu ve paleontologlar “büyük beş-linin” öteki üyeleri –Ordovisiyen, De-voniyen, Permiyen ve Triyas devirlerin-deki kitlesel soy tükenişler– üzerine de kafa yormaya başladı. Bu konuda ege-men yeni görüş kitlesel soy
tükenişle-rin büyük ve ani etkiler sonucu olduğu yönündeydi. Ama oluş zamanı ve türle-rin soy tükenişinin doğasına yönelik araştırmalar yine de belirsizliğini koru-du. Belirsizliğin giderilmesi için yeni araçlara gerek duyulurken biyoişaret-ler ortaya çıktı.
2005’te Japonya’daki Aichi Tıp Fa-kültesi’den Tetsuya Arinobu’nun lider-liğini yaptığı bir ekip, en ünlü K/T ka-zı alanlarından biri olan İspanya’daki Caravaca beyaz kireçtaşı alanına yöne-lik yeni bir bakış açısı getirdi. Ekip Kre-tase ve Tersiyer katmanlarının sınırın-da kaya örnekleri toplarken ani soy tü-keniş kuramıyla uyum gösteren bir ke-şif yaptı: K/T sınırının hemen üstünde aralarında çalıların ve ağaçların da bu-lunduğu kara bitkilerine ilişkin biyoi-şaretler açısıdan çok zengin, ince bir katman buldular. Bu keşif, ölü bitkile-rin kısa süren bir tufanın sonucunda denizlere sürüklendiğini ortaya koydu. Bu da bütün ormanların birden orta-dan yok olduğu düşüncesiyle uyumluy-du. O günden bu yana benzer biyoişa-ret kanıtları hem Japonya’da hem de başka yerlerdeki K/T alanlarında bulu-nuyor. Örneğin, Hokkaido’da yapılan bir araştırma, kara bitkilerinin niceli-ğinde K/T olayından sonraki 7000 yıl içinde büyük bir düşüş yaşandığını or-taya koydu. Bu çalışmalar kitlesel soy tükeniş araştırmalarında biyoişaretlerin kullanımına yönelik atılan ilk adımlardı. Gelinen noktada, K/T astreoit hipotezi daha başka birçok kanıtla desteklendi.
Peki ama ya öteki
kitlesel soy tükenişler
neden oldu?
Çok geçmeden araştırmacılar kitle-sel soy tükenişlerin en büyüğünün ya-şandığı geç Permiyen Devrin’den kal-ma kayalardan organik sıvıları çıkar-maya başladı. Bir zamanlar bu dev kit-lesel soy tükenişin de tıpkı K/T olayı gibi bir çarpmanın sonucunda olduğu sanılıyordu. Ancak biyoişaret araştır-maları pek de öyle olmadığını ortaya koydu. Artık Masssachusets Teknoloji Entitüsü’nde (MIT) çalışan Summons, Avustralya’nın Perth kentindeki Curtin Teknoloji Üniversitesi’nden jeokimyacı Kliti Grice ile 2005’te ortak çalışmaya başladı. Çin ve Batı Avustralya’daki
tor-Kitlesel Yokoluş (milyon yıl önce)
Kuaterner Tersier Kretase Jura Trias Permiyen Karbonifer Devonyen Silüryen Ordovisyen Kambriyen Prekambriyen Kretase-Tersiyer sınırındaki kaya kesiti
Bitkilerden elde edilen uzun zincirli yağ asitleri
Bitkilerden elde edilen uzun zincirli alkanlar İSPANYA Caravaca Çarpışmadan 30.000 yıl sonra Çarpışma Çarpışmadan 7000 yıl önce
Konsantrasyon (gram tortu başına nanogram)
TERSİYER KİLLERİ KRETASE ÇAMURTAŞLARI ÇARPMA KATMANI turlerinYok:Layout 1 6/27/08 7:36 PM Page 64
BiLiMveTEKNiK
Temmuz 2008 65
tul kayalardan aldıkları örneklerin üze-rinde yoğunlaşan ikili izorenieraten ola-rak bilinen ilginç bir organik biyoişaret saptadı. Bu molekülün günümüzdeki örnekleri yalnızca çok özel iki mikrop grubunun –yeşil ve mor kükürt bakte-risinin– hücre duvarlarında bulunuyor. Bu garip mikroplar yaşamlarını foto-sentezle sürdürse de oksijenli ortamda yaşayamıyor ve fotosentez yapan birçok organizmanın tersine elektronları su-dan elde etmiyorz. Bunun yerine “çü-rük yumurta gazı” olarak da bilinen, hayvan ve bitkiler için son derece ze-hirli hidrojen sülfidi kullanıyorlar. Sum-mons ve Grice bu mikropların varlığı-nın, ışığın sızabildiği kadar derin ve böylece fotosenteze olanak tanıyan sığ bir okyanusa işaret ettiğini ama bu ok-yanusun oksijenden tümüyle yoksun ol-duğunu ortaya koydu. Bunun yerine hidrojen sülfide doymuş bir ortam söz konusuydu. Öyle anlaşılıyor ki geç Per-miyen Devri’ndeki denizler öldürücü bir zehirle doluydu.
Ekip bugüne kadar dünyanın deği-şik bölgelerinde geç Permiyen Dev-ri’nden kalma birçok kazı alanında kü-kürt bakterisi biyoişaretinin izine rast-ladı. Bu da hidrojen sülfitli okyanusla-rın o dönemde dünyanın her yanında olduğunu gösteriyor. 2005’te Sum-mons, Grice ve daha başkaları biyoişa-ret kanıtlarından yola çıkarak hazırla-dıkları çok etkili bir ortak bildiride Per-miyen Devri’ndeki kitlesel soy tükeni-şin nedeninin astreoit çarpması değil, kitlesel zehirlenmeler olduğunu öne sürdü (Science, vol. 307, p. 706).
Biyoişaretler o günden sonra kitle-sel soy tükenişlere ilişkin yepyeni bir hipotezi –hidrojen sülfit kaynaklı ölüm– destekleyen temel kanıt oldu. Buna göre oksijenden tümüyle yoksun okyanuslarda hidrojen sülfit o kadar çok üretildi ki bu gaz bir süre sonra at-mosfere yayıldı. Sonra da hayvanları ve bitkileri zehirlemekle kalmadı Dünya’yı güneşin zararlı morötesi ışınlarından koruyan ozon tabakasında bile hasara yol açtı.
Durgun Denizler
Hidrojen sülfit durgun, oksijenden yoksun sularda yaşayan bakterilerce üretilmiştir. Bu bakteriler tortul kaya-larda herhangi bir iz bırakmamıştır – onların varlığını gösteren, bilinen
hiç-bir biyoişaret yoktur– ama bugün ya-şamak için hidrojen sülfite gereksinim duyan çok sayıdaki mor ve yeşil kükürt bakterisinden yola çıkarak o dönemde var oldukları ileri sürülebilir.
Peki, durgun okyanuslar nasıl oldu da ortaya çıktı? Bunun en büyük so-rumlusu küresel ısınmaydı. Bu küresel ısınmaya, bilinen en büyük ve en uzun süren yanardağ patlamalarından biri olan ‘Sibirya Basamakları bazalt taş-kınları’ sırasında ortaya çıkan korkunç miktardaki sera gazı yol açtı. Tıpkı gü-nümüzün sera gazlı dünyasında oldu-ğu gibi yüksek enlemlerde sıcaklık hız-la arttı ve böylece kutuphız-larhız-la dönence-ler arasındaki sıcaklık farkı azaldı.
Ok-yanuslardaki oksijeni bu sıcaklık far-kından doğan okyanus akıntıları ve ha-va akımları sağlar. Geç Permiyen Dev-ri’nin sıcak dünyasında yüksek enlem-lerdeki sıcaklık düzeyi ekvatordakin-den pek de farklı değildi. Akıntılar ve hava akımları durma noktasına geldi ve bunun sonucunda da okyanuslar dur-gun sulara dönüştü. Böylece oksijensiz solunum yapan bakterilerin ürettiği öl-dürücü hidrojen sülfit gazı da çok bü-yük miktarlarda birikmeye başladı.
Artık hidrojen sülfitle ilişkilendiri-len, yalnızca Permiyen Devri’ndeki kit-lesel soy tükeniş değil. İzorenieretan bi-yoişaretinin izine Devoniyen ve Triyas kitlesel soy tükeniş dönemlerinden ka-lan kayalarda da rastka-landı. Bir asteroit çarpmasıyla oluşan tek kitlesel soy tü-keniş de sanki K/T olayıymış gibi gö-rünmeye başladı.
Kitlesel soy tükenişlerin nedenleri söz konusu olduğunda artık mikroplar ön plana çıkmış durumda. Çin’deki Me-ishan’dan çıkarılan Triyas Devri kaya-larında stromatolit yapan siyanobakte-rilerin varlığını gösteren kanıtlar (2-me-tilofan molekülleri) bulunmuştur. Dün-yanın değişik bölgelerinden alınan ve Permiyen Devri’ndeki kitlesel soy tü-kenişi gösteren tortularda birtakım mikropların varlığını işaret eden çok çe-şitli mercan resifi fosiline (tıpkı stro-matolitler gibi üst üste yığılan biyo-filmlerin ve tortuların oluşturduğu ya-pılar) rastlanmıştır.
Daha çarpıcı bir örnek Batı Avus-tralya’daki Canning Havzası’nda bu-lundu. Buradaki geç Devoniyen Dev-ri’nden kalma fosilleşmiş mercan resif-lerinin üstü tümüyle mikrobik tortular-dan oluşan resiflerce örtülüydü. Devo-niyen kitlesel soy tükenişi, mikropların dünyanın ekosistemini bir milyon yıl ya da daha uzun bir süreyle hayvanların elinden almasına bir başka örnekti.
Biyoişaret kanıtları kitlesel soy tü-kenişlere yönelik yepyeni ve şaşırtıcı bir bakış açısına büyük katkı sağladı. Bu bakış açısına göre “dünyanın gerçek yerlisi” olan bakteriler ve arkeler ile çok daha sonra ortaya çıkan hayvanlar ve bitkilerin arasında bir üstünlük kur-ma savaşı var ve biz de aslında bu sa-vaşta yer alan bilinçsiz savaşçılarız. Pre-kambriyen Devri boyunca (yaklaşık 3 milyar yıl) gezegenimiz tümüyle mik-ropların egemenliği altındaydı. Daha karmaşık yapılardaki hayvan ve bitkile-rin ortaya çıkması bu durumu tersine çevirdi. Ama periyodik olarak kitlesel soy tükenişlerin hemen ardından bu durum yine değişiyor. Daha da ilginci, bakteriler bu gelişmelerden çıkar sağ-layan masum canlılar değil, onlar bu olayların başlıca sorumlusu.
Birkaç yıl önce, K/T olayı, kitlesel soy tükenişlere Dünya’ya çarpan astre-oitlerin yol açtığı savının yaygın kabul görmesini sağlıyordu. Görünen o ki sar-kaç bir kez daha yön değiştirdi. Yalnız-ca K/T kitlesel soy tükenişi böyle bir çarpmanın sonucunda oldu; ötekilerse mikropların düşmanca istilası sonu-cunda yaşandı. Permiyen Devri’nin so-nunda mikroplar az kalsın yeryüzünü tümüyle ele geçiriyordu. Gün gelecek bunu bir kez daha deneyeceklerdir.
Ward P., Precambrian Strikes Back, New Scientist 9 Şubat 2008
Ç e v i r i : C u m h u r Ö z t ü r k
