Arkelerin Doğuşu: Kişisel Bir Tarih Yolculuğu

Yazdır Arkelerin Doğuşu: Kişisel Bir Tarih Yolculuğu
Bu makale "Archaea: Evolution, Physiology and Molecular Biology" (Arkeler: Evrim, Fizyoloji ve Moleküler Biyoloji) adlı kitabın giriş bölümünü oluşturuyor. Kitabın yazarları, ekibimizden Onur Özer'in 2014 yazında staj yaptığı üniversitede halen araştırmalarını sürdürüyor. Yazarlar, bu kitaplarında çok kıymetli biriyle çalışma imkanı bulmuşlar: Dünyaca ünlü moleküler biyolog ve aynı zamanda ökaryotlara, yani bizlere evrimsel olarak bakterilerden bile yakın olduğu düşünülen, dahası tüm canlılarla paylaştığımız en eski atalarımıza son derece yakın özellikleri halen koruyan arkelerin (ya da eski isimleriyle arkebakterilerin) kaşifi Carl Woese ile.. 2012'de kaybettiğimiz Woese'nin, kitaba yazdığı giriş bölümünü son derece faydalı bulduğumuz için Türkçeye kazandırmak istedik. 

Bölümün yazarı Carl Woese, kendi perspektifinden arkelerin keşfini ve canlılığın 3 büyük alanından birisi olarak kabul edilişini, bu süreçte gelişen olayları vs. anlatıyor. Elbette bölüm sadece bir hikayeden oluşmuyor. Bilimin son derece katı ve eleştirel olan yanlarını da görebiliyoruz bu süreçte... Bilim, elindeki verilerin değişmesini kabullenebilir; ancak bu değişimin yaşanabilmesi için, değişimin mimarlarının o güne kadar getirilen verilerden çok daha güçlü veri setleri, çok daha güçlü teoriler, çok daha güçlü deneyler ile iddialarını ispatlamaları gerekir. Arkeler de, onları keşfettiğimiz zamana kadar bildiğimiz birçok düşünceyi sarsıyordu ve "prokaryot" gibi birçok iyi oturmuş terimin temellerini sarsıyordu. 

Bilim, değişime açık olsa bile, bu değişimin yaşanması için gerekli gördüğü koşulların ne kadar sıkı ve sert olduğunu bu hikayede göreceğiz. Ancak yine de, bilginin güvenilirliğinin ve tarafsızlığının korunması açısından bu katılığın neden önemli olduğunu, bilim yapmanın ne kadar zor, cahilce eleştirmeninse ne kadar kolay olduğunu göreceğiz. Tüm bu süreçte, bir bilim insanının kararlılığının, aynı zamanda özgüven ve alçakgönüllülük ile birleştiğinde nasıl büyük sonuçlara götürebileceğine şahitlik edeceğiz. Woese gibi büyük bir bilim insanından, bilime aşık olmanın ve araştırmanın heyecanının bizi ne kadar önemli noktalara götürebileceğini ve keşiflerimizin bilimsel gerçeklere sahip olmanın getirdiği alçakgönüllülükle birleştiğinde ne kadar güçlü olabileceğini anlayacağız. Ve tabii ki, belki de hepsinden önemlisi, Woese'un makaledeki deyimi ile, "evrim ile ilgilenmeyen bir biyolojinin neden asla biyoloji olamayacağı" gerçeğine bir kez daha tanıklık edecek ve anlayacağız. Oldukça uzun olsa da, aslında 15 kitap sayfasından oluşan bu yazıyı eğlenerek ve öğrenerek okuyacağınızı umuyoruz.

Makale bilimle akademik veya akademik olmaya yakın seviyede ilgilenmeyen okurlarımız için zorlayıcı ve sıkıcı olabilir. Ancak eğer ki kendilerini zorlayıp okurlarsa, teknik terimler bir kenara konulduğunda konunun ne kadar kolay anlaşılabilir olduğu görülecektir. Dolayısıyla terimlere çok fazla takılmadan, konuyu anlamaya çalışmanızı ve yılmamanızı tavsiye ediyoruz. Zaten popüler bilimden akademik bilime geçiş de bu terim ve anlamama korkusunu yenmekle başlıyor. Bunu aştığınızda, yepyeni ve çok daha uçsuz bucaksız bir evrenin kapılarını, gerçek bilimin kapılarını aralamış olacaksınız. Kim bilir, belki de bu sizin için bir başlangıç olur? İyi okumalar...


Işık Olsun

Sanıyorum ki benim için “o an” 11 Haziran 1976 günü öğleden sonrası idi. Laboratuvarda birincil “Sanger örüntülerini” içeren bir filmi yarısaydam ve arkadan aydınlatılmış bir duvara yapıştırmış ve bu filmden elde edilen, ışıklandırılmış bir masanın üzerinde duran filmlerdeki “ikincil kesimlere” dayanarak örüntüyü yorumlamaya başlamıştım. Amacım birincil örüntüdeki (anlamlı uzunlukta olan) tüm oligonükleotitlerin dizisini ortaya çıkarabilmekti. Oda, bu ürkütücü ışıklandırma haricinde karanlıktı ve göze çarpan figürler sadece arkadan aydınlatılmış “birincil” film üzerindeki siyah noktaların örüntüsü ve bunlardan elde edilmiş siyah noktaları ile hemen aşağıda duran “ikincil” film idi.

Carl Woese (1928-2012)

“Birincil” filmdeki noktaların her biri belirli oligonükleotit parçalarını temsil etmekte idi. Bu noktalar işaretlenmiş 16S rRNAnın (ribozomal RNA) T1 ribonükleaz enzimi ile kesilmesinin ardından iki boyutlu elektroforez ile ayrılması ve X-ray ile ile görüntülenmesi ile ortaya çıkmaktaydı (Uchida et al., 1974). Bu Sanger örüntüsü filmi (Sanger et al., 1965) üzerindeki izohips benzeri örüntüler halihazırda tekil noktalar içerisindeki oligonükleotitlerin dizileri hakkında birçok bilgi sağlamaktaydı. Örneğin oligonun uzunluğu, içeriğindeki urasil sayısı (ki izohips örüntüsünün genel yapısı hakkında temel bilgiyi sağlayan özelliktir), her bir noktanın içerisindeki sitozin ve adenin bazlarının oranı gibi (Sanger et al., 1965). (Her bir oligonükleotit 3’ ucunda tek bir Guanin içermektedir ve bu da T1 ribonükleazın kesim noktasıdır (Sanger et al., 1965).) 

Benim görevim birincil örüntüde anlamlı uzunluğa sahip (yani beş veya daha fazla nükleotitten oluşan) oligonükleotitlerin baz dizisini çıkarmaktı ve bu da daha önce bahsettiğimiz ikincil örüntüleri gerektirmekteydi. İkincil örüntülerin oluşturulma süreci ise şu şekilde idi: Öncelikle uygun bölümlerden küçük film parçaları kesiliyor ve bunların içerisindeki oligonükleotitler bir ya da birkaç adet, T1 ribonükleazdan farklı bölgeleri kesen ribonükleaz enzimi ile sindiriliyor böylece oligonükleotitlerin alt parcacıkları elde ediliyordu. Daha sonra enzimlere maruz bırakılmış bu film parçaları, oldukça büyük bir DEAE selüloz kağıdı üzerine (30 tanesi selüloz kağıdın alt kısmında bir çizgi oluşturacak şekilde) yerleştiriliyordu. Bu şekilde hazırlanan selüloz kağıtlara tek boyutlu elektroforez uygulanıyor ve böylece 30 adet kağıt parçasının içerisindeki oligonükleotit alt parçacıkları birbirinden ayrılıyordu. Genellikle birincil noktalardan bu şekilde elde edilmiş bir ya da birkaç adet “ikincil” kesimi incelemek, birincil noktaların içerisindeki oligonükleotitlerin baz dizisini çıkarabilmemize olanak tanımaktaydı (Uchida et al., 1974).

Bu yöntem ile bir Sanger örüntüsünü okumak oldukça emek isteyen bir iştir ve tek bir birincil nokta üzerinde çalışmak günün büyük bölümünü harcamanız anlamına gelir ki ben o zamanlarda mesaimin önemli kısmını buna ayırmaktaydım. Tekdüze, sıkıcı fakat sürekli konsantrasyon isteyen bir işti bu. (Bazı günler oluyordu ki işten eve dönerken kendi kendime “Woese, bugün yine beynini mahvettin.” diyordum) Fakat o gün özeldi; ben ve biyoloji bir sürprizin eşiğinde idik. Şimdilik biraz daha ön-bilgi ile devam edelim.


Sarı Taşlı Yol’un Başında

Translasyon sürecine karşı duyduğum bitmek tükenmek bilmeyen ilgi, beni 1950’lerin sonlarında ilk olarak ribozom ve alt elemanları ile ardından da 1960’larda moleküler biyoloji dalının sıcak konusu olan genetik kod ile çalışmaya yönlendirdi. Genetik kodun şöhreti, Watson ve Crick’in 1953’de yayımladığı dünyayı sarsan makaleden geliyordu. Fizikçi George Gamow, çift sarmal yapısındaki DNA’nın içinde, aminoasitleri tutabilecek ve birbirinden ayırabilecek doğru büyüklüğe ve aralığa sahip paketçikler görebileceğini iddia ederek DNA’nın doğrudan translasyonda görev aldığı bir şablon sunuyordu (Watson&Crick, 1953; Gamow, 1954).

Ardından, moleküler biyolog ve fizikçilerin birlikte çalıştığı ancak bir yandan da kimin “ilk prensipleri” kullanarak “genetik kodu” açığa çıkaracağı üzerine sıkı bir çekişme içinde olduğu kısa ama heyecanlı dönem geldi. Genetik kodun, yani “hayatın dili”nin, işleyişini teorik olarak açıklayabilme ihtimali öylesine çekiciydi ki Fenymann ve Teller bile (hiç şüphesiz karizmatik Gamow’un teşviki ile) bu oyunda ufak roller aldılar. Fakat kod çözücüler iki gruba ayrılacaktı, Gamow gibi, kodun temelinin amino asitlerin nükleik asitler tarafından özel olarak tanınması olduğuna inananlar ve Francis Crick gibi, bir nükleik asidi, onunla baz çifti oluşturan diğer nükleik asitler hariç hiçbir şeyin tanıyamayacağına inananlar. Ben bu alana gecikmeli bir şekilde girdiğimde ise sezgilerim bana Gamow’un tarafını seç diyordu.

DNA'nın ikili sarmal yapısını ortaya çıkaracak olan X-Işını kristalografisi sonuçlarından birisi...


Fakat kodun, kod çözme mekanizmasının kökeni ve doğasından ayrılamaz yapısını idrak edebilmek hususunda birçoklarından ayrılıyordum. Böylece translasyonu biyolojinin merkezine koymuş oluyordum. Bu, hücrenin moleküler teknikler ile incelenmeye başlanmasından itibaren ortaya çıkan yeni evrimsel problemlerden biri temsil ediyordu. Artık hücrenin ve makromoleküler içeriğinin evrimsel sürecini düşünmeye başlama zamanıydı. Bu evrimin nasıl gerçekleştiği şimdi olduğunu gibi 40 yıl önce de neredeyse tamamen bir gizemdi. Fakat en baştan beri bir şey çok açıktı: bu tür derin ve evrensel evrimsel problemlere yaklaşmak için etkili çalışan evrensel filogenetik sistemler gerekiyordu. O zamanlarda böyle bir evrensel filogeni olmadığından dolayı (evrimsel ilişkiler ile ilgili anlayışımız hayvan ve bitkiler ile sınırlı durumda idi), bu, bakterilerin ve tek hücreli ökaryotların bulunduğu mikrobiyal dünyanın soy ilişkilerini belirlemek gibi oldukça büyük bir görev üstlenmek, yani yaşam ağacının kayıp olan %95lik kısmını belirlemek demekti. Bu, araştırma programımda ufak bir sapma yapmam gerektiği anlamına geliyordu –nereden bilebilirdim ki bu sapmanın yirmi yıl süreceğini?-


Deliliğim İçin Bir Yöntem

1965 yılında, Fredric Sanger, nükleik asit dizileme teknolojisinin geliştirilmesi üzerine araştırmalarına devam ederken “oligonükleotit kataloglama” metodolojisini sundu (Sanger et al., 1965). Ribozomal RNA molekülü kullanılarak (sonradan ortaya çıktı ki aslında rRNA’nın küçük alt birimi kullanılarak) uygulanan bu prosedür, tam da bizim, tüm genişliği ile filogenetik spektrum üzerindeki soy ilişkilerini belirlemek için ihtiyaç duyduğumuz şeydi. DNA-rRNA hibritleştirme çalışmaları bize şimdiden ribozomal RNAnın genetik dizisinin büyük oranda korunmuş olduğunu gösteriyordu, öyle ki farklı canlılar arasında belirleyebildiğimiz dizi benzerliklerini kullanarak bütün bir taksonomik ilişkiler zincirini ortaya çıkarabilirdik (Yankofsky & Spiegelman, 1962). Ribozomal RNA’lar açık bir şekilde her yerde bulunabilirdi; hücre içinde kendisinden binlerce kopya vardı, onlara radyolojik işaretleme yöntemi uygulanabilir ve kolaylıkla izole edilebilirlerdi. Buna ek olarak, ribozomal RNAlar fonksiyonel olarak neredeyse tamamen sabit, yani bir adaptif karakter değildi. Son olarak, rRNAlar karmaşık bir molekül kümesinin parçalarıydılar ve bu da onları hibritleşme yolu ile evriminin değişikliklerinden etkilenmeyecek bir konuma sokuyordu (Fox et al., 1977a). Bu teorik altyapı sayesinde yolumuzda sadece teknolojik imkansızlıklar duruyor gibiydi: farklı organizmaların düşük fosfat içeren radyoaktif bir ortamda üretilmesi; ihtiyaçlarımız doğrultusunda Sanger metodu üzerinde yapılacak değişiklikler; gereken yardımı bulabilmek vesaire. Bilim insanları, genel olarak işlerinde ihtiyaç duydukları her şeyi oluşturmaz, ya da oluşturamazlar. Bizim asıl sorunumuz projede ihtiyaç duyduğumuz organizmaydı. Büyütmek istediğimiz adaylarımızın en az yarısı, ancak bir uzmanın altından kalkabileceği bir iş yükü sunuyordu. Bu organizmaların kültürü konusunda uzmanlarla işbirliği içine girmemiz kaçınılmazdı.

Watson-Crick-Franklin tarafından DNA'nın ikili sarmal yapıda olduğunun X-Işını Kristalografisi ile ilanından sonra, ta Şubat 2012'de bir DNA'nın doğrudan fotoğrafı ilk defa çekilerek gerçekten de ikili sarmal yapıda olduğu gösterildi!


Yönümüzü Belirleme Çabaları

Bir biyofizikçi / moleküler biyolog olarak oyunun içine girdiğimde, bakteriler hakkındaki bilgim E. coli, Bacillus ve Louis Pasteur’den öteye gitmiyordu;  bununla birlikte bir bakterinin diğeriyle nasıl ilişkisi olduğu hakkında en ufak bir bilgim dahi yoktu. Doğru organizmayı seçmek için bir mikrobiyologdan yardım almanın zamanı gelmişti. Tabii ki hepsi farklı düşünceye sahipti (herkes kendi çalıştığı mikroorganizmayı öneriyordu). Bu aşamada farkında olmadığım şey, bakteriler arası ilişki konusunda (cins veya aile seviyesinin üzerindeki ilişkilerden bahsediyorum) aslında bir uzmanın olmadığını idi. Ve farkında olmadığım diğer şey de bu ilişkiler üzerine çalışan mikrobiyologların kendilerini soktukları tuhaf durumdu. 
Seçmem gereken organizma ile ilgili en iyi tavsiye, çalışma arkadaşım olan, Illinois Mikrobiyoloji Bölümünden, Ralph Wolfe’den geldi. Kendi favori organizmaları ile çalışmamı öneren mikrobiyologlara çoktan alışmıştım ve bu açıdan bakıldığında Wolfe’un önerisi de onlardan farklı değildi. Fakat onun tavsiyesi, o zamana kadarki tavsiyelerden daha ilgi uyandırıcıydı. Hala söylediklerini anımsayabiliyorum: Bana metanojenlerin alışık olmadığımız koenzimler içeren benzersiz biyokimyasal özellikleri ile gruplandırılmış organizmalar olduğunu söylemişti. Fakat bu organizmalar morfolojik açıdan tekillik içermiyorlardı ve bu da taksonomistlerin onları farklı sınıflandırma birimlerine dağıtmalarına sebep olmuştu. İşte sonunda aradığımız türde bir filogenetik problem ile karşılaşmıştık. Bir metanojen rRNAsını karakterize edebilmek için yanıp tutuşuyordum. Fakat mümkün olmadı, en azından şimdilik. Wolfe ile ben (yanlış hatırlamıyorsam) 1974 yılında konuşmuştuk ve o zaman, metanojenlerin güvenli bir şekilde büyütülebilmesi ve radyoaktif olarak işaretlenebilmesi için gerekli teknoloji henüz yoktu. Şimdi, konumuza geri dönelim.


Aydınlanma Anı!

1976 yılı başladığında laboratuvarımda çoğunluğu prokaryot ve tek tük de ökaryot olmak üzere 30'a yakın organizma kataloglanmıştı. Tek bir gruba özgü olan oligonükleotitlerin listelenmesi ile oluşturulan tanımlayıcı oligonükleotitler sayesinde bu iki grubun birbirinden ayrı olduğu artık iyice açıklığa kavuşmuştu. Tanımlayıcı nükleotitlerin farkı barizdi. Bir organizmadan elde edilmiş Sanger örüntüsü yöntemi ile çalışırken, “İşte bu bir prokaryot” ya da “Aha! Ökaryot!” demeden önce sadece bikaç adet oligoya göz atmak yeterliydi. Prokaryotik rRNAların birincil filminde hemen göze çarpan iki adet nokta bulunur. Bunlar modifiye edilmiş nükleotitler içerdiği için normalde (ökaryotik katalogda) oligonükleotit bulunmaması gereken yerde dururlar. Bu garip oligolar, organizmanın ilk bakışta prokaryot olarak tanımlanmasına olanak tanır: ardından ise artık iş sadece örüntünün kalan kısımlarını inceleyerek organizmanın, katologlanmış diğer prokaryotlar ile ilişkisini ortaya çıkarmaktan ibarettir.

Prokaryot ve ökaryot hücrelere birer örnek...



1976’da Wolfe ve öğrencisi Bill Blach, metanojenleri steril ortamda, çabuk büyütebilecek ve radyolojik etiketlemeye izin verecek güvenli bir yöntem geliştirdiler (Balch&Wolfe, 1976). O zamanlar laboratuvarımda doktora sonrası araştırma görevlisi olarak çalışan George Fox, Bill’i George’un Illinois’e gelmesinden önceki yaz, Woods Hoel’de birlikte aldıkları bir dersten tanıyordu. Bu tanışıklıkları George’un, Bill ile birlikte metanojenler üzerinde çalışmak üzere işbirliği teklifi yapmasını kolaylaştırdı. İşte en başta bahsettiğim 1976 Haziran’ındaki gün bugündü ve ben George ve Bill tarafından başarıyla üretilen metanojen rRNAlarının, teknisyenim Linda Magrum tarafından hazırlanmış Sanger örüntülerini okumaya başladım. Organizmanın resmi adı Methanobacterium thermoautotrophicum’du, ki bu 14 hecelik dostumuz suşuna ithafen ΔH olarak kısaltılıyordu (Zeikus&Wolfe, 1972). 

Baştan beri ΔH’ın Sanger örüntüsü garipti. Öncelikle “Ben prokaryotum!” diye haykıran iki garip oligonükleotit noktası ortalıkta görünmüyordu. Bu eksiklik ile tetiklenmiş merakımla, bir yandan da buna fazla anlam yüklememeye çalışarak, hemen “G izohipsine” (urasil taşımayan oligonükleotitler) döndüm, ki umudum ilk prokaryotik tanımlayıcı oligoları görerek işleri tekrar yoluna sokmaktı. Bu oligoları da göremediğim zaman yaşadığım şaşkınlığı hayal edebilir misiniz? Bu kadarla kalsa iyi, fakat G izohipsi, bu 16S rRNAnın görece büyük olan 3’ ucunu da içermekte idi. Neler dönüyordu burada? Bu metanojen rRNA’sı hiç de prokaryotik gibi durmuyordu. Dizilediğim her bir oligonükleotit ile bu organizma prokaryotlardan daha da uzaklaşıyor gibi görünüyor, prokaryotik tanımlayıcı oligoların her biri beni hayal kırıklığına uğratıyordu. Fakat bazıları hala oradaydı, bazıları ise, şaşırtıcı bir şekilde ökaryotik tanımlayıcı oligolardı, ve neyse ki epeyce oligo da evrensel bir dağılım gösterenler ile eşleşmekte idi. Peki neydi bu RNA? Prokaryot değildi. Ökaryot da değildi. “Evrensel” oligoların işaret ettiği kadarıyla Mars’tan gelmiş bir uzaylı da değildi. O an kafamda ampulün yandığını hissettim. Dışarıda, doğada bir yerde prokaryot ve ökaryotlardan farklı bir canlı, belki de onların, şimdiye kadar kimsenin fark etmediği bir akrabası mı vardı? Neden olmasın? Fakat bu fikrin gelenekçi bir mantığa uygun olmayacağı oldukça açıktı.

Emin olmak adına, bu biyoloji dışı deneyimimi paylaşmak için Geroge’a koştum. George her zaman şüpheciydi. Bu onu iyi bir bilim insanı yapan özelliğidir, fakat başlangıçta gösterdiği şüpheci tutum hızlı bir şekilde kayboldu. O da bana katıldı; dışarıda bir yerde başka bir şeyler olabilirdi, yaşam sadece prokaryot ya da ökaryotlardan ibaret değildi. Bu sert bir düşünceydi, diğer biyologları ikna etmeye çalışırken yaşayacağımız sorunları hissetmemizi sağlayacak kadar yeni idi. Fakat yaşayacağımız sorunun büyüklüğü ile ilgili çok az bilgimiz vardı.

Elinizde böyle bir bulgu varsa, asla hemen dışarı çıkıp bunun hakkında atıp tutamazsınız. İşinizi şansa bırakmamalısınız, ters bir durumda işinize yarayacak sağlam kanıtlara da sahip olmanız gerekir. Artık hızla ilerleme moduna geçmiştik: Bu yılın sonunda (1976) elimizde ek olarak 5 tane metanojen kataloğu vardı. Bunlar metanojenlerin bilinen tüm farklı morfolojilerini kapsayacak şekilde seçilmişti. Ve bu yeni kataloglarımızın ökaryot ya da prokaryot olmadıklarından yeterince emindik; onların hepsi ayrı, tek bir türdü. Metanojenler, karakteristik tanımlayıcı oligonükleotitler ile ayrılabilen, ayrı bir üst taksonomik grup oluşturuyorlardı (ve, etkileyici bir şekilde, bu tanımlayıcılar prokaryot ve ökaryotlarla karşılaştırılabilecek genişliğe sahipti ki bu da metanojenlerin, temsil ettikleri yeni sınıfandırma birimi içinde oldukça büyük bir çeşitlilik gösterdiklerini kanıtlıyordu.) Darwin uzun zaman önce “Gün gelecek doğadaki tüm canlı gruplarını içeren, gerçek, tutarlı bir soy ağacı oluşturulacaktır” demişti. Belki de bu gün artık gelmişti. Fakat ne olursa olsun, yapmamız gereken daha birçok iş vardı.  

Metanojenlerin mikroskop altında neye benzediklerinin bir görüntüsü...



Çalışmaya devam et, onlar sana gelecektir...

Yeni üstalem (bizim en üst düzeydeki yeni filogenetik grubumuz diye bahsettiğimiz) temel bir evrimsel buluş olabilirdi. Bu bize evrim teorisinin tahmin gücünü test etmek üzere kullanabileceğimiz nadir bir olanak sunmaktaydı. Daha önce söylediğim gibi ribozomal RNA adaptif olmayan, evrensel bir karakterdi. Bu da onların dizisini, organizmaların soy ilişkilerini incelemek için oldukça kullanışlı kılıyordu. Ancak yine aynı sebeple organizmaların fenotipleri söz konusu olduğunda tamamen kullanışsızdı. Darwin'e göre evrim çeşitliliğin kalıtımsal olarak miras bırakılmasına dayanmaktadır. Bizim elimizde de oldukça uzun bir soy çizgisi olduğu için hem nitelik hem de nicelik açısından oldukça büyük bir çeşitlilik gözlememiz gerekliydi. Diğer bir deyişle, bizim yeni üstalemimizi geri kalan canlı dünyadan ayıran önemli karakteristik özellikler olmalı ve aynı şekilde bu üstaleme'in içindeki türler arasında da önemli miktarda bir çeşitlilik olmalıydı. Çalışmalarımızın bundan sonraki kısmı bu iki evrimsel tahmini test etmek üzerine kuruldu.

Metanojenlerin biyokimyası şimdiden ümit verici işaretler göstermişti. Artık biliyorduk ki metan üretimi belli bir filogenetik grubun işi ve bu işlem başka hiç bir canlıda bulunmayan, birtakım özel koenzimler gerektiriyor. (Balch & Wolfe, 1979) Ne âlâ. Fakat özelleşmiş ve dar bir dağılım gösteren bu koenzimler, yeni üstalemimizin metanojenik olmayan üyelerini arayışımıza yardımcı olmuyordu. 

Bu durumda büyük soru şuydu: "Tahmin edilen diğer fenotipler neredeler? Nasıl bulunabilirler?" Sonradan ortaya çıktı ki aradığımız metanojen olmayan arke fenotiplerinden birkaçı hali hazırda bizim yapılacaklar listemizde duruyordu. Thermoplasma, (sıcak ve asidik şartlarda rahatça büyüyebilen bir mikoplazma olarak tanımlanıyordu) Jack Maniloff ile 1975 yılından beri süregelen ortak bir çalışmamızda, rRNA karakterizasyonu için belirlenmiş mikoplazmalar arasında yer alıyordu. Ayrıca ekstrem halofillerimiz de vardı, yüksek oranda tuz içeren büyüme ortamları onları filogenetik projemiz için bariz adaylar haline getiriyordu. Son zamanlarda sıklıkla acaba arkelerin hayatımıza girişi bu çalışmalardan biri aracılığı ile olsaydı işler nasıl devam ederdi diye düşünürüm. Çok daha farklı olacağı kesin. 

Halofilik, yani tuz sevici arkelerin ürettikleri kimyasallar nedeniyle renk değiştirmiş su birikintilerine örnekler... Bu fotoğraf San Francisco Körfezi'nden...


Neyse ki, yeni üstaleme ait olabilecek diğer fenotipleri arama işi beklediğimden kolay çıktı. İş arkadaşımız Ralph Wolfe, George ve bana haber vermeden iyi tanınan Alman mikrobiyolog Otto Kandler'i Urbana'ya davet etmişti. (Bir moleküler biyolog olarak, daha önce Kandler'i veya diğer tanınan mikrobiyologları hiç duymamıştım taki Ralph onu, George ve benden yeni üstalem hakkındaki görüşlerimizi birinci ağızdan duyması için ofisime getirene kadar. Onun kayıtlarına göre, Otto (yakında ona sesleneceğim gibi) Urbana'yı 1977 Ocak ayında ziyaret etti, yani bulduklarımızın yayınlanmasından önce. 


Alman Gülümsemesi

Şaşırtıcı bir şekilde, Kandler ne inanmamazlık yaptı, ne de inkar etti. Bence gülümsedi. “Üçüncü yaşam formu” ile bir sorunu yoktu; neredeyse beklediği bir şeydi. Kandler bir süredir, gerek kendi çalışmaları gerek başkalarının çalışmaları aracılığı ile bazı prokaryotların hücre duvarlarının tipik hücre duvarlarından farklı olduğunu biliyordu. Şu ana kadar karakterize edilen prokaryot hücrelerinin çoğunun duvarı peptidoglikan içermekteydi ve peptidoglikan içeren hücre duvarına sahip olmak prokaryotların karakteristik bir özelliği olarak kabul edilmişti (Stainer et al., 1963). 1967’den önce makul sayıdaki prokaryot duvarlarının gelişigüzel karakterize edilmiş ancak hücre duvarları üzerine sistematik bir çalışma yapılmamıştı. Kandler’in bildiği (ve bizim bilmediğimiz şey ise), en azından bir metanojenin ve çoğu ekstrem halofilin hücre duvarlarının peptidoglikan içermediğiydi (Kandler&Hippe, 1977).

Bu tipik olmayan duvarlar ne anlama geliyordu? Sadece hücre duvarı üzerine yapılan çalışmalar temelinde, güvenilir bir sonuca, özellikle de peptidoglikan bulundurmayan organizmaların kendi içlerinde monofiletik bir grup oluşturduğu sonucuna ulaşılamazdı. (Bir şekilde tipik olmayan özellikler taşıyan bakteriler karşımıza çıkıyordu, ve bazıları bilim insanlarının prokaryotların karakteristiği olarak nitelendirdiği bir takım özellikleri taşımıyordu. Her durumda, bu tuhaf yapısal özellik, anormal ortam şartları altında edinilmiş bir adaptasyon olarak adlandırıldı ve geçiştirildi. Bir mikrobiyoloğun, bakterinin prokaryotik kökenini sorgulaması için birkaç tane anormal özellikten çok daha fazla kanıt gerekli idi. Ve yakında keşfedecektik ki kanıtlar çok güçlü olsa bile bazı mikrobiyologlar böyle bir sorgulamaya yanaşmayacaktı.)

Kandler, bizim rRNA’mızdan elde edilen moleküler filogenetik kanıtlar ışığında hücre duvarı çalışmalarının potansiyel değerini kavramıştı ve hemen karşılaştırmalı hücre duvarı çalışmalarına başlamak ve bu araştırmaları kulaktan kulağa yaymak için Almanya’ya geri döndü. Fakat onun ziyareti bizi arkebakterilere özgü fenotipik özellikleri arayışımızda kritik bir ip ucuyla baş başa bıraktı: Eğer bu alışılmadık hücre duvarı herhangi bir anlam ifade ediyorsa, belki de ekstrem halofiller de bizim yeni grubumuzun bir üyesi olacaktı. Elimize bir ekstrem halofil kültürü geçirebilmek için sabırsızlanmaya başlamıştık. 

Jane Gibson’ın yardımıyla Woods Hole koleksiyonundan birkaç halofil kültürü edindik. Hücreleri büyütmesi için bir öğrencinin veya birlikte çalışacak bir başka bilimcinin ortaya çıkmasını bekleyecek durumda değildim. On yıldan fazla bir süredir kapımın arkasında asılı duran aside bulanmış önlüğümü üzerime geçirdim ve laboratuvar tezgahıma döndüm. Kültürü kendi başıma ürettim, radyoaktif olarak etiketlenmiş bir rRNA izolasyonu için Kenneth Leuhresen isimli bir öğrencime devrettim; Ken’in hazırladığı ise güvenilir teknisyenimiz Linda’ya verildi Sanger örüntüsünün oluşturulması için. 1977’i baharının başlarında, ilk metanojen kataloğunu elde etmemizden 1 yıl sonra, ilk ekstrem halofillerden elde edilmiş 16s rRNA kataloğu karşımızda duruyordu. Bir hayal kırıklığı değildi elbette. İşte burada, karşımızda, metanojenler harici grubumuza katılacak ilk fenotip durmakta idi. Bu sefer fazla ileriye gidiyor gibiydim. Artık arkeler hayatlarına girdiği zaman toplumun ve biyoloji dünyasının vereceği tepkiyi görmenin zamanı gelmişti.

Hücre içerisinde DNA'dan proteine kadar süren zincirin kısa bir şematik gösterilişi...



Yüzleşme ve Sapkınlık

“Üçüncü yaşam formu” ile ilgili basın konferansı, Proceedings of the National Academy of Science (Ulusal Bilim Akademisinin Tutanağı) dergisinde yayınlanacak ilk makalemiz ile çakışıyordu (3 Kasım 1977). Oldukça ilginç bir tesadüf gerçekleşmek üzereydi. 3 Kasım günü Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilim Akademisi’nin Başkanı Philip Handler, klonlama cağının habercisi olacak resmi bir duyuru yayınlayacaktı (bunun ilk sinyalleri bakterilere klonlanmış somatotropin hormonundan gelmisti). O sırada hiç kimse bu tesadüfün biyoloji biliminin geleceğiyle ilgili çıkacak catışmaların habercisi olduğunu bilmiyordu. Hiç kimse bu iki açıklamanın biyomedikal-endüstriyel kompleks ile evrimsel biyologlar arasındaki fikir ayrılıklarının ilk çatışması olduğunu bilemezdi. Bizim “üçüncü yaşam formu” açıklamamız adeta insanlarin bam teli olan nereden geldiğimiz  sorusuna basmıs ve “İnsan elinden çıkma tıp mucizesi” açıklamalarını gölgede bırakarak ilk sayfalarda yer almıştı. Şahsen araştırmamızın toplum tarafından bu kadar değerli görülmesinden fazlasıyla memnun olmuştum. (Fox et al., 1977b; Woese & Foz 1977b).

Ama bilimsel otoriteler arasında fısıldamalar başlamıştı. New York Times gazetesi bizim buluşumuzu ilk sayfasında duyururken, meslektaşım Ralph Wolfe önceleri ismini vermek istemediği bir arkadaşı, Nobel ödüllü Salvador Luria ile hoş olmayan bir telefon konuşması gerçekleştirdi. Wolfe’nin anlattıklarına göre, Luria, açık açık eğer bu “kalpazanlığa” son vermez ve  yaptıklarını acilen yalanlamazsa kariyerinin mahvoluşunu izlemek zorunda kalacağını söylemişti. Wolfe bu anılarını yeniden aktarırken (Wolfe, 2001) o anda bir köşeye sığınıp saklanmak istediğini söyledi, fakat telefon anında Luria’ya bulgularının ve düşüncelerini destekleyen diger bulguların Ulusal Bilim Akademisi’nin Tutanağı dergisinde yayımlandığını söyleyebilmişti ki bu gerçek New York Times gazetesinde de açık bir şekilde yazıyordu. Luria, masasının üstünde mevzubahis dergi bulunmasına rağmen bundan haberdar olmadığını söyledi. Şans eseri Ralph Önceden ailesiyle planladığı bir tatile giderek haftanın geri kalanında şehirden uzaklaştı ve böylece daha fazla aşağılanmayı yüklenmek zorunda kalmadı (Wolfe, 2001).

Arkelerin keşfiyle canlıların tamamını kapsayan devasa Evrim Ağacı'nın son hali... On binlerce türü barındıran Hayvanlar Alemi'nin Eukarya (Ökaryotlar) altındaki ufacık bir dal olan Animalia altında toplandığına dikkatinizi çekeriz. Bu ağacın ne kadar fazla canlı grubunu bir arada toplayıp evrimsel olarak ilişkilendirdiğini anlamanıza katkı sağlayacaktır.



Tahmin edebileceğiniz gibi ben de bütün bu olaya şahit olmuştum ama ben bu olayın önemini farklı bir şekilde yorumladım. Nasıl olabilirdi de Luria meslektaşı hatta arkadaşına bu şekilde ithamlarda bulunabilirdi, neye dayanarak bir arkadaşını böyle yerebilirdi? Kendisinde nasıl böyle bir güç böyle bir yetki görebiliyordu? Ralph ile telefon konuşmasında şuna yakın bir söylemde bulunmuştu: “Herkes bakterilerin prokaryot olduğunu bilir; ‘Üçüncü yaşam formu’ diye bir şey olamaz.”. Ne kadar da ironik! Zamanla ve bazı bilimsel tarihçilerin titiz calışması sonucunda sahtekarlığın bizim işimizde değil, prokaryot tanımının ta kendisinde olduğu ortaya çıktı (Sapp, 2005): prokaryot tanımının bir tahminden fazla bir şey olmadığı belli olmuştu. Ama prokaryot’un altın çağında gerçek inananlar bizi kafirlik suçundan cezalandırmaya hazırdı. Nasıl olur da biz böyle bir sapkınlık yapabilirdik: nasıl olurdu da biz yüce Prokaryot imparatorunun bilimsellik kuşanmadığını iddia edebilirdik?


Yeni Üstalem Genişliyor

Halofiller ile yeni bir ipucu daha yakalamıştık - yağlar, oldukça sıradışı eter bağı içeren ve dallanmış yağ molekülleri. Bütün kariyerim boyunca yağlara hiçbir ilgi göstermemiştim ancak şu an yağlar aklımızı kurcalamak ile meşguldüler. Halofillerin eter-bağlı yağ içeriyor olmaları 1960’ların ortalarında keşfedilmişti (Kates et al., 1965; Kates, 1972) ancak daha sonra bunun üzerinde bir çalışma yapılmadı: bu ilginç yağ molekülleri de sadece açıklanamayan biyolojik tuhaflıklardan bir tanesi idi. Mikrobiyologlar ve biyokimyacılar olaylara evrimsel bir bakış açısı ile yaklaşmamaktaydı. Fakat gerçek bir biyolojik bakış açısı ile duruma bakmamız gerekirse bu yağ molekülleri önemliydi –evrimsel açıdan önemli.

Bu ilginç yağlara sahip olanlar sadece ekstrem halofiller değildi. Yeni isole edilmiş Thermoplasma acidophilum (Darland et al., 1970) ve Sulfolobus acidocaldarius (Brock et al., 1972) bakterilerinde de bu yağlar vardı (Langworthy et al., 1972, 1974). Bu iki organizmayı da isole eden ve karakterizasyonunu yapan laboratuvarın lideri olan Thomas Brock da yağlarla ilgili bu ilginç rastlantıyı fark etmişti. Daha sonra kendisi, bu organizmanın da paylaştığı garip yağların açık bir yakınsayan evrim örneği olduğunu söyleyecekti. Bu iddiasını desteklemek için de halofillerin eter-bağlı yağlarını kullanacaktı: “Bu hipotez, bir başka oldukça ilginç organizma olan Halobacteriumun da iki asidofilik ve termofilik bakterimizin yağlarına oldukça benzer yağlara sahip olması ile güçlenmektedir.” (Brock, 1978)

Sulfolobus acidocaldarius (ortadaki sarı) türü arke ve etrafını saran mantarların (yeşil) 130.000 kat büyütülmüş mikroskop görüntüsü. Bu arkeler 70-75 santigrat derecede en uygun şekilde çalışabilirler (kıyaslama açısından, vücudumuzdaki hücreler 37 derecede en uygun şekilde çalışabilirler). En sevdiği pH aralığı ise 2-3'tür, yani asit sevicidir (kıyas bakımından vücudumuzdaki birçok hücre 7.2-7.4 civarında pH değerinde çalışabilir).


Brock’un iddiası anlamsız, en azından bugün öyle. Fakat o zamanlarda oldukça mantıklıydı. O dönemin bütün biyologları gibi Brock da bütün bakterilerin “prokaryot” olduğuna inanıyordu. Eğer bu iki termofil de prokaryotsa ve özel olarak bir evrimsel akrabalıkları yoksa, ortak farklılıkları, ekstrem koşullara yönelik birbirinden bağımsız adaptasyonlar yani yakınsama örneği olmalıdır. Bu bakış açısı ile gerçekten de yine bir başka ekstrem ortamda yaşayan ve benzer garip yağlara sahip olan bir prokaryot türünü örnek göstermek iddiayı güçlendiriyordu. Brock’un burada kullandığı olağan mantık yürütme bize aslında sorgulanmamış bir kabul olan bütün bakterilerin prokaryot olduğu iddiasının sonuçlarını çok açık bir şekilde örnekliyor –bütün farklı karakteristik özellikler hemen adaptif değişimler olarak açıklanmaya başlanıyor.

Metanojenlerin ne tür yağlara sahip olduğunu bilmiyorduk ve bu bizim için önemliydi çünkü yağlar, yeni alemin bir ortak özelliği olması açısından iyi bir adaydı. Metanojenlerin yağ tipini belirlemek oldukça elzemdi. Wolfe ile sıklıkla kimin bize bir cevap üretebileceği ile ilgili tartıştık. Brock pek istekli olmasa da, onun eski sınıf arkadaşlarından biri olan Güney Dakota Üniversitesi’nden Tom Langworthy bana oldukça uygun bir aday gibi görünüyordu ve hücrelerimizi analiz etmesi için ona göndermeye karar verdik (en azından ben öyle düşünüyordum).

Fakat sonra Ralph beni şaşırtarak lipid kimyasında uzman bir başka aday ile çıkageldi. Yakında bizim mikrobiyoloji fakültemize katılacak olan, Yale Üniversitesi’nden John Cronan isimli genç bir profesör. Ralph (haklı olarak) aynı üniversite mensubu olacağımız Cronan ile çalışmanın daha uygun olacağını düşünmüştü. Böylelikle Ralph bir kap metanojen hücresini hazırladı ve yağ analizi yapılmak üzere John’a yolladı. Günler günleri, haftalar haftaları kovaladı ve geçen bunca süreye rağmen Yale’den ses gelmiyordu. Ralph sonunda Cronan’a ulaşmayı ve ne olup bittiğini sormayı kabul etti. Ortaya çıktı ki John’un labı, metanojenlerin yağları ile ilgili hızlıca oldukça açıklayıcı sonuçlar veren bir başlangıç analizi yapmış fakat sonra projeyi ilgi çekici olmadığı için durdurma kararı almıştı: herhangi yeni bir bulgu yoktu; metanojen yağları aynı halofil yağları gibiydi. John bütün olayı katı bir biyokimyasal çerçeveden algılamıştı. Ralph bu metanojen yağlarının ne kadar önemli olduğunu açıklamamış mıydı ona?

Böylelikle A planına geri dönüyorduk. Bill Balch’tan metanojenleri tekrar hazırlamasını istedik ve bu sefer Tom Langworthy ile bir başka yağ biyokimyası uzmanı olan Thomas Tornabene’e yolladık. Kısa sürede cevap netlik kazanmıştı: metanojenler eter-bağlı yağlara sahipti (Tornabene&Langworhty 1979). Çember tamamlanmıştı. İlk arkebakteriyel evrensel fenotipik özellik ellerimizdeydi.

Kısa bir süre önce Tom Langworthy bana ilk görüşmemizin ayrıntıları ile ilgili anılarını anlattı (görsel hafızası oldukça güçlü biri kendisi). 1977 Kasım’ı ortasında ılık bir gündü. Öğle emeğini yerken bir yandan da Time dergisinin son sayısında “yaşamın üçüncü formu” üzerine bir makaleyi okumaktaydı. Time’daki makalede halofillerle ilgili henüz yayımlanmamış çalışmamızdan bahsetmediğimiz için Tom yağlarla ilgili bir bağlantıyı bildiğimizin farkında değildi. Böylece Tom kendi “Evreka!” anını yaşama fırsatı bulmuştu çünkü kendi çalıştığı bazı bakteriler de, Themoplasma ve Sulfolobus, oldukça olağandışı özelliklere sahipti ve dördüncü bir formu bile temsil ediyor olabilirlerdi. Bu olasılık hakkında Time dergisini aramayı düşünürken telefonu çaldı. Arayan Woese’du ve elindeki organizmalar ile çalışmak için yardımını istiyordu. Bu organizmaları kendimiz büyütme kararı almıştık ve Tom’dan birkaç kültür alabilir miyiz diye şansımızı denedik, ki kendisi hiç vakit geçirmeden bize gerekli kültürleri sağladı. Mikoplazmalar üzerine yürütülen çalışmalarda Thermoplasma'nın sırasının gelmesini beklemeye niyetli değildim; Maniloff’un listesinin sonlarındaydı bu organizma.

Thermoplasma üzerindeki çalışmamız pürüzsüzce ilerledi ve 1978 yılının başında ikinci metanojenik olmayan arke fenotipini tanımlayan katalog elimizde idi. Arkelerin artık gruba özgü en az iki farklı fenotipik özellik içeren ayrı bir grup olduğu gerçeğini olabildiğince geniş bir bilimsel çevreye yaymak amacıyla bu çalışmayı Nature’da yayımlamaya karar verdim. Hemen bir bu doğrultuda metin hazırlayıp yolladım. Temmuz ayının başında Nature editöründen bir mektup geldi ve merak içinde açtım. Reddedildi! “Sayın Profesör Woese... Farkındayım ki sizin arkebakteriyel grubunuz ile ilgili kayda değer bir ilgi var; fakat fikrinizi oldukça net bir şekilde açıklamış olmanıza rağmen T. acidophilum’un arkebakteriler grubuna alınmış olmasının gerçekten Nature’da bir yer hak ettiğine ikna olmuş değilim.” Belki de bunu tahmin etmeliydim. Nature moleküler biyolojinin baş sözcülerindendi; moleküler biyolojide organizmanın evrimsel geçmişi ve bir bütün olarak organizmanın kendisi önemsizdi ve isterse yer yerinden oynasın, evrimsel bir buluş bu insanlar için sadece “Ne olmuş yani?” değerinde idi. Neyse ki halofillerle ilgili çalışmamız kabul edildi (kabul etmeliyim ki oldukça hızlı) fakat tek eksik yanı Nature’dan daha az bir kitleye ulaşabilen bir dergide yayımlanmış olmasıydı (Magrum et al., 1978). En azından biyoloji camiasının bir kısmı arkebakterilerin organizmaya özgü birden fazla fenotip içeren bir grup olduğunun farkında idi. Thermoplasma rRNA kataloğu ise hiçbir zaman hak ettiği yerde yayımlanamadı.

Langworthy’nin gönderdiği diğer organizma olan Sulfolobus acidocaldarius'un ise biz yardımcı olduğu söylenemezdi. Daha sonra ortaya çıkacaktı ki bu organizma şu anda Crenarchaeota olarak olarak adlandırdığımız ikinci arke aleminin ilk üyesi idi(ilk alemin ismi ise Euryarchaeota) (Woese et al., 1990). Aslında Sulfolobus kataloğuna Thermoplasmadan bir ay önce başlamıştık fakat anlamlı bir sonuca ulaşabilmek yedi ayımızı aldı. Buradaki temel sorun kategorize edilmesi güç olan modifiye edilmiş oligonükleotitlerdi. Birçok bakteri ve o ana kadar karşılaştığımız arkebakteri gibi yarım düzine civarında modifiye edilmiş olionükleotit yerine Sulfolobusun 16S rRNAsı bunlardan bir kaç kat fazlasına sahipti. Yüksek sayıda modifiye edilmiş nükleotitlere sahip olma durumu bu canlıların tRNAları için de geçerliydi (Gupta&Woese, yayımlanmamış). (rRNAda ve tRNAda yüksek derecede modifikasyon açıkça ökaryotları andırmakta. İlginç bir tesadüf! Fakat şimdilik gelecekte düşünülmek üzere bir kenara bırakıldı.)
Başlangıçtan beri Sulfolobusun bir arkebakteri olduğu açıktı: arkebakterilerde görmeye alıştığımız tanımlayıcı oligonükleotitlerin birçoğuna sahipti. Yine de onun kataloğu, o ana kadar karakterize ettiğimiz arkebakterilerinki ile bir uyumsuzluk içerisinde idi. Böylelikle yeni alanımız kendine has çeşitli fenotipler içermekle kalmıyor, iki ana alt gruba da bölünmüş oluyordu. (Bahsettiğimiz ikinci olgu, oligonükleotit katalogları, yerini rRNA moleküllerinin doğrudan dizilenmesine bırakınca daha açık bir hal aldı. Böylece elimizdeki verileri tanımlayıcı oligonükletit örüntüleri yerine filogenetik ağaçlar olarak sunmaya başladık (Woese&Olsen, 1986).)


Arke Ailesi Büyüyor

Özellikle Otto Kandler’in de yoğun çabalarıyla “Arke-severler” zümresi gün geçtikçe daha çok bilim insanını devşirerek büyüyor, her yeni üye ise arkeleri kendi açılarından araştırıyordu. Bu sayede 1980 yılına doğru kayda değer bir miktarda Arkelere ait genel ve spesifik bilgiler keşfedilmişti. Bu yeni üyeler arasında dikkat çeken isimler Wolfram Zillig ve ortağı Karl Stetter vardı. Wolfram Martinsried Max Planck Enstitüsü’ndeki bölüm başkanların biriydi ve kariyeri, DNA’ya bağımlı RNA polimerazların moleküler karakterizasyonu etrafına kurulmuştu. 1970’lerin sonuna doğru kendi kararları doğrultusunda bakteriyel RNA polimerazlara yoğunlaşmaya karar veren Wolfram’ın kulağına bizim “Üçüncü yaşam formu”muz ilişecekti, büyük ihtimalle Kandler aracılığıyla. Bu haber doğrultusunda Wolfram ve Karl dikkatlerini Arkebakterilerin RNA polimerazlarına çevirdiler, bu da bizim arkelerin rRNAları hakkındaki sonuçlarımızı duyurduğumuz yıla denk gelmişti (Zillig et al., 1978). Bunu takiben 1979 yılının ortalarında, Sulfolobus acidocaldarius’e ait ve sıradışı bir RNA polimeraz tanımı geldi, bu polimerazın parçalarının birleşme şeklinin ökaryotlara yakın olduğu ortaya konmuştu (Zillig et al., 1979). Biz henüz hala Sulfolobus acidocaldarius‘a ait 16S rRNA sonuçlarımızı derlerken ve aslında daha bir yayım düşünmeye bile başlamamışken çıkmıştı bu yayım ve biz de bir kaç yıl sonra Wolfram’la beraber bir yayına giriştik, sadece Sulfolobus acidocaldarius yerine simdi 3 farklı ekstrem termofili içeren çok daha kapsamlı bir yayın olarak (Woese et al., 1984).

16S rRNA (ribozomal RNA)


Wolfram ve Karl eter bağlı yağların önemini kendileri cözmüştü (eğer yanılmıyorsam). Gerçekten de Crenarchea dalının ayrılması ile başlayan süreçte bu ikilinin ne kadar önemli olduğunu bir daha belirtmem gerekir. Wolfram aynı zamanda Tom Brock’un thermoasidofilikleri izole ve karakterize ettiğinde koca bir anaerobik termoasidofilik dünyasını gözden kaçırdığını keşfetmişti ve böylece Karl ile beraber renkli ve bazen de tehlikeli bir yolculuğa başlayarak tüm dünyada hipertermofilik avlamaya başladılar (sonra sadece Karl bu işe devam etti). (Karl bu av esnasında çoğunlukla sülfürlü kaplıcalarda çalıştığından Crenarchea dalındaki hipertermofilikleri “cehennemden gelen organizmalar” olarak adlandırmaya başlamıştı. Hatta bununla yetinmeyerek tüm bir cinsi Stygioglobus ve en az bir türü de infernus adlandıracaktı.)

Resmi bir bilimsel kongre toplanması, yani alanın kabul töreni, artık sadece bir an meselesiydi. Özellikle de Wolfram ve Otto’nun çok yoğun çabaları sonucunda bu kongre daha fazla gecikmeden yapılabildi. İlk planlamalar 1980 de başladı, yoğun bir telefon ve mektup trafiği ile beraber. Aynı zamanda sponsor da bulmak gerekiyordu (ki bu oldukça zor bir mesele). Kongrenin 1981’de Münih’in yanındaki Martinsried Max Planck Enstitüsü’nde olması kararlaştırıldı. Kongre hepimizin beklentilerini karşıladı, arke konusunda çalışan herkesi ve her konuyu bir araya getirebildi. Bununla katılımın cok geniş olduğunu falan düşünmeyin, o günlerde arke çalışan zaten bir avuç araştırmacıydık. Muntazam bir paylaşım ve karşılıklı bilgi alışverişinin yanı sıra, bilimsel arkadaşlıkların kurulması ve pekleştirilmesinde bu kongre çok yararlı oldu. En iyi noktası ise bu kongrenin bize bir aidiyet duygusu vermesi oldu, artık biz diyebileceğimiz bir gruptuk. Arkebakteriler dünyamıza girmişti artık!

Doğru hatırlıyorsam 1977’de George ve ben kapsamlı bir filogeni yayımı çıkarmayı planlamaya başlamıştık, bütün filogeni çalışmalarımızı kapsayan ve biyolojiyi kesinlikle şaşırtacak bir yayım. Ben projeye ‘Büyük Yaşam Ağacı’ lakabını takmıştım. Büyük Yaşam Ağacı’nın çok fazla yazarı olacaktı, bunlar bu konuda çalışmış olan ve konuya katkı sağlayan araştırmalar yapan kişilerdi. Gerçek anlamda yazmayı ise sadece ben ve George yaptık ki bu bile bizi oldukça zorladı.

Zor kısmını arkamızda bıraktıktan sonra 31 Ocak 1980’de Büyük Yaşam Ağacı’nı (Nature’dan uzak durarak) Science’a yolladım. Science ile her şey cok rahat ilerledi ve makalemiz Haziran ayında yayımlandı: “Prokaryotların Filogenisi” Fox et al. (1980). Büyük Yaşam Agacı baş döndürücü bir deneyim olmuştu, bir taslak da olsa bilinen bütün yaşam formlarını içeren bir filogenetik ağaç hazırlamıştık ve yaşamın 2 değil, 3 temel çizgiye ayrıldığını göstermiştik. Soy ilişkilerini inceleyen analizlerden önce biliminsanlarının yapabildiği en iyi şey, hayvanların ya da bitkilerin filogenetik ağacını çizebilmekti, biz ise ilk defa Yaşam Ağacı’nın tüm iskeletini çizebilmistik. Muazzamdı! Eleştirmenlerin geri dönüşleri gayet olumluydu. Makale bu sefer bilimsel camia tarafından da olumlu karşılanmıştı.

Woese ve Fox tarafından yayımlanan Science makalesindeki filogeni (Evrim Ağacı)...



İstenmeyen İthaf ve Verilmeyen Takdir

Büyük Yaşam Ağacı’nı zamanının en büyük mikrobiyologlarından C. B. van Niel’e ithaf etmiştim. Van Niel, 1970 yılında, Hollanda Kraliyet Bilim Akademisi tarafından on yılda bir kere, mikrobiyoloji alanına olağanüstü katkıda bulunan bilim insanına verilen Leeuwenhoek Madalyasını kazanmıştı. Van Niel, Kluyver ve Stanier’ın gerekli moleküler teknoloji olmadan çok uzun süre uğraşıp çözüm getiremediği doğal bakteri sınıflandırmasıyla ilgili probleme bulduğum çözümü Van Niel’a ithaf etmemin onu mutlu edeceğini ve onurlandıracağını düşünmüştüm (Van Niel’ın eski bir öğrencisi ve arkadaşı olan Robert Hungate makaleyi birinci elden ona vermeyi teklif etmişti.). 

Bu çalışmayı van Niel’a ithaf ederken sadece van Niel’ın önce Kluyver sonra da öğrencisi Stanier işbirliğinde yaptığı bakterilerin doğal sınıflandırmasıyla ilgili ilk çalışmaları biliyordum. O zamanlar van Niel’ın bakteri filogenetiği hakkında vardığı fikirden habersizdim: bakterilerin sınıflandırmasıyla ilgili doğal bir sistem oluşturmaya çalışmak zaman kaybıydı (Stanier, 1957). Buna ek olarak 1962 yılında Stanier ve van Niel bakteri sınıflandırması üzerine yaptıkları önceki çalışmalarından ‘ikimizin de savunmaya tenezzül etmeyeceği bir şey’ olduğunu açıklayarak feragat ettiler. Çalışmamız van Niel’ın görüşünü değiştirememişti, kendisinden bu konu hakkında hiçbir geri dönüş almadım. Bu söylediğim, daha sonra van Niel ve bir destekçisinin bakteri filogenisi üzerine yaptığı bir çalışmadan öğrendiklerimi baz alarak söylediğim bir şeydi.

Science’ta yayınlanan çalışmamızın içeriği ve gördüğü kabul göz önünde bulundurulursa, bu makalenin yılın en iyi makalesi ödülü için aday gösterilmesi gerekiyordu, nitekim öyleydi de. Ancak Yaşam Ağacı oylamada ikinci gelmişti (bazı ‘kaynak’lardan aldığım haberlere göre). Ayrıca, bunun nedenini de öğrendim: jüri üyelerinden biri, tamamen masum bir şekilde, çalışmamızı ‘neredeyse ökaryot-prokaryot ayrımı kadar önemli bir katkı’ olarak değerlendirip, övmüştü. ‘Hmm,’ bunun üzerine küplere binmiştim, ‘nasıl olur da bizim çalışmamız neredeyse tamamen yanlış ve mikrobiyolojiyi bu kadar probleme sürükleyen bir şey kadar önemli olabilir? Kimdi bu salak jüri üyesi?’ 


Bir Diğer Deyişle Prokaryot

Süreç ilerledikçe prokaryot konsepti daha da aşılmaz bir hal alıyor ve ters yönde yüzülemeyecek bir akıntı gibi üzerimize geliyordu. Sıklıkla o gün, 1976 Haziran’ında nasıl prokaryot olmayan bir prokaryot bulmanın bu kadar şaşırtıcı olduğunu yad ederim. Sebep, biraz üzerine düşününce oldukça açık hale geliyordu ancak bunu düşünmeyi ne ben ne de diğer biyologlar hiç aklımızın ucuna getirmemiştik. İşte insanları keşfimiz hakkında ikna etmekte bu kadar güçlük yaşamamızın sebebi tam olarak buydu. Bu sebeple Nobel ödüllü Luria yaşamın üçüncü alanı tanımımızı böylesi bir dikbaşlılıkla reddediyordu. Sıklıkla mikrobiyoloji toplantılarına katılan Ralph Wolfe, o zamanlar bana perde arkasında gerçekleşen ufak lobi faaliyetleri ile nasıl üçüncü alan konseptinin reddedildiğini anlatıyordu. Bu insanların makalelerle karşıma gelmesi için sabırsızlansam da hiçbiri gelmedi. “Prokaryot” ile ilgili bir gariplik olduğu ortadaydı ve bu terimini tartışmaya açmanın önemi açık hale gelmişti.

Sebebi ne olursa olsun, “prokaryot” mikrobiyologlar için özel bir öneme sahipti. Fakat sebep terimin tarihsel kullanımı olamazdı. Yirminci yüzyılın ilk yarısında bakteriler için “monera” terimi kullanılıyordu ve “şizomiset” de kullanılan terimler arasındaydı. Ayrıca ne ben ne de tarihçi Jan Sapp, 1962’den önce bilim yazınında prokaryot terimine rast gelmemiştik. “Prokaryot” o anda birden ortaya çıkmış gibiydi (Stainer&van Niel, 1962). Peki niçin mikrobiyologlar “prokaryot”a bu kadar sıkı sıkıya tutunmuşlardı da üçüncü bir alan kavramını üzerine düşünme gereği bile duymadan reddediyorlardı?

Modern çalışmalar sonucunda ortaya çıkarılan prokaryot evrim ağacı...


1970'lerde bir grup biyololog, prokaryot teriminin protozoolog Edouard Chatton tarafından oluşturulduğunu öğretilerek yetiştirildi (1938; Stainer&van Niel, 1962; Sapp, 2005). Fakat yakın bir zamanda yapılmış tarihsel bir inceleme Chatton’ın bu terimi sunduğuna dair bile bir kanıt bulamadı (Sapp, 2005). Durum ne olursa olsun, yirminci yüzyılın başlarındaki bir biyolog, bütün bakteri hücrelerinin organizasyonundaki hangi özelliklerin ortak olduğunu sunmayı bırakın, genel olarak bakteri hücresinin organizasyonuna dair bir çıkarımı nasıl yapabilirdi ki? Bakteriler morfolojik olarak büyük bir çeşitliliğe sahipti ve organizasyonlarına dair bulunabilecek en önemli kanıtlar negatif kanıtlardı: onlar ökaryot değildi. Bu ise bi anlam ifade etmiyordu.

O zamanlar bunun tam olarak farkında olmasak da, alışılagelmiş bir bilimsel durum ile karşı karşıya değildik. Bu durum daha detaylı ve olgusal olarak desteklenmiş bir hipotezin eskimiş olanı yerinden etmesi gibi basit değildi. Bu eski fikrin gücü, mikrobiyoloji alanındaki dogmatik konumu bundan çok daha fazlası olduğunu gösteriyordu. Peki neydi? Bu soruya cevap arama arayışım beni yirmi yıldan fazla süren ilginç bir yolculuğun içine soktu ve ancak yeni yeni bir cevaba ulaşmış olduğumuzu hissediyorum. Konu ile ilgili anlayışım, herbiri bir öncekinden daha geniş olan üç aşamadan geçti.


İlk Deneme: Bilimsel Mantığı Uygula
Prokaryot konseptinin, mikrobiyolojinin gelişiminin önünde kıpırdatılamaz bir nesne olarak durduğunu fark ettiğimiz ilk zamanlarda sorunun bilimsel olarak çözülebileceğini düşünmüştüm: biyologlara “prokaryotun” gerçekte ne olduğunu söyleyin ve onlar da anlasın. Bu amaçla George ve ben “Hücresel evrim konsepti” başlıklı bir makale hazırladık (Woese&Fox, 1977a). Bu makalede prokaryotların iki temel tanımlayıcı ilkesini reddetmekle beraber sunmaya çalıştığımız görece devrimsel değişikliğe temel hazırlaması amacıyla terimin kendisini koruduk. “pro-“ ve “ö-“ ön ekleri, oldukça tandık olduğumuz bir izlenim ile sarmalanmışlardı: bakteriler ökaryotlardan ayrı ve eski hatta belki onların atası idiler.
Argümanımız şu şekildeydi: evet, “prokaryot” ve “ökaryot” açıkça iki farklı hücresel organizasyon tipini temsil  etmekte fakat hayır, söz konusu prokaryotlar olunca bu ortak hücresel organizasyon tüm prokaryotların tek bir ortak atadan geldiği fikrine destek sağlamıyor. “Prokaryot” terimi sadece (daha karmaşık olan) ökaryotlardan ayrı bir organizasyon düzeyini tanımlamak amacı ile kullanılmalı. Sonuç olarak arkebakteriler ve bakteriler aynı genel organizasyon düzeyine sahip olabilir fakat bu düzeye birbirlerinden bağımsız olarak, ayrı yollardan ulaşmışlardır. Bir başka deyişle prokaryotik organizasyon düzeyi canlılık tarihinde en az iki sefer evrimleşmiştir!
Burada kabul ettiğimiz genel ilke şuydu ki biyoloji, giderek karmaşıklaşan organizasyonun ortaya çıkan farklı düzeylerini inceleme çalışmasıdır. Bu fikir yirminci yüzyılın indirgemeci biyolojisine göre taşlanması gereken bir şeytan iken on sekizinci ve on dokuzuncu yüzyıl biyolojisinde oldukça geçerli idi (Burkhardt, 1977). Bizim yaptığımız ise basitçe bu fikri diriltmek ve modern bilimsel terimler ile yeniden ifade etmekti.
Bu genel prensibin ışığında yeni, ökaryotik ve prokaryotik organizasyondan daha ilkel ve bunların öncülü olabilecek bir organizasyon düzeyi önerdik. Modern hücrelerdeki fenotip-genotip arasındaki ilişkinin hassaslığına, yetkinliğine ve çok-yönlülüğüne sahip olmayan bu düzeyi tanımlamak amacı ile ona “progenot” adını verdim (Woese&Fox, 1977a).

Bir diğer prokaryot evrim ağacı...


O zamanlarda, arke ve bakterilerin evrim sürecinde birbirlerinden ayrı olarak aynı hücresel organizasyon düzeyine ulaşmış olması saçma gelebilirdi kulağa. Fakat asıl saçmalık bizim iddiamızda değil, bütün bakterilerin tek bir tip olduğu, hepsinin aynı (prokaryotik) hücresel organizasyona sahip olmasından yola çıkarak monofiletik oldukları sonucuna varılmasıdır (Stainer&van Niel, 1962; Stainer et al., 1963). Daha önce söylediğim gibi, yirminci yüzyılın ortasına hatta belki sonuna kadar hiçkimsenin, (yüzeysel bir tanımlama verebildiğimiz) ökaryotlar hariç hücrelerin organizasyonunun doğasına dair bir bilgiye sahip olması mümkün değildi.
Bu fikirlerimin oldukça iddialı olduğunu düşünmeme rağmen pek ilgi gösteren çıkmadı; mikrobiyologların bunu dikkate almaya değer bulmadığını zannetmiyorum. Sorunun kaynağına ulaşmamız için daha derinlere inmeliydik.


İkinci Deneme: Lideri İzle

Bu noktadan sonra, problemi çözebilmek için kendi başıma devam etmeye karar verdim – problemin tarihsel kökenini inceleyebilecek bakış açısına sahip olmam gerekiyordu. Nereden çıkmıştı bu “prokaryot” terimi? Mikrobiyologlar geleneksel olarak bakteriler ve ‘daha üstün formlar’a (yukarıda görebilirsiniz) ait hücreler arasında keskin bir ayrım yapmıştı. Fakat bunların hiçbiri kesin ayrımlar olarak kabul edilmemiş ya da olgusal olarak desteklenmemişti. Bu sadece bakterilerin anlaşılması yolunda ihtiyaç duyulmuş bir spekülasyondu. Bütün bu ortaya atılan spekülasyonlar bakterileri negatif özellikler ile tanımlıyordu. Bakteriler ökaryot hücreler kadar büyük değildi ayrıca ökaryot hücrelerinin mikroskop ile gözlenebilen karakteristik hücre içi yapılarının çoğu onlarda eksikti ve gözükmüyordu.

Peki öyleyse bu kadar kesin bir şekilde belirlenmiş, yerinden oynatılamaz ‘prokaryot’ tanımı nereden gelmişti? ‘Prokaryotlar’ın kökenine odaklanmak beni doğruca görünürdeki tek kaynak olan R.Y Stanier ve çalışma arkadaşlarına götürdü. Yukarıda bahsettiğim gibi “prokaryot” terimini 1962’den önce basılmış yazılı kaynakların hiçbirinde bulamadım, ancak o tarihte Stanier ve van Niel’in (1962;Sapp.2005) klasikleşen makalesinde terim karşıma çıkmıştı. The Microbial World (Stanier et al ., 1963) kitabının ikinci basımında ‘prokaryot’ terimi geçmesine rağmen metnin ilk basımında ( Stanier et al., 1957) bu terime rastlayamamamız da oldukça dikkat çekiciydi.

1962’den önce herhangi bir terminoloji yok. Peki bu durum kavramın içeriği konusunda da aynı mıydı? Evet. 1962 yılı bakterilerin hücresel organizasyonlarının ortaklığının ilk defa dile getirildiği zamandı. Önceden de bakterilerin doğası hakkında sorgulayıcı ve daha spekülatif yaklaşımlar olmuştu ama hiçbirisi 1977’de karşımıza çıkan kadar kendinden emin ve dogmatik ‘prokaryot’ gibi değildi.  

1962’de ‘prokaryot’ ların nasıl tanımlandığını bilmek önemli çünkü bugün bu terimi istenilen şekle sokmaya yönelik bir eğilim var ve bu da kronikleşmiş sorunu gizleyen yüzeysel ameliyatlar gibi zararlı olmakta. (Judson, 1996). ‘Prokaryot’ terimi iki ana tanımsal temele dayanıyor: (i) ‘iki farklı organizasyon modeli”nden birini temsil etmesi (ki diğer model ökaryotlardır). (ii) böylece rahatlıkla iddia edebileceğimiz gibi uzak bir geçmişte tüm prokaryotların tek bir ortak atası olduğu.(Stanier & van Niel, 1962; Stanier et al., 1963). Dahası “prokaryot”, bakteri konseptinin daha net bir şekilde  tanımlanması için elimizdeki tek umuttu (Stanier & van Niel,1962), çünkü söz konusu bakteriler olduğunda biyolojik sınıflandırmanın (doğal yada filogenetik sınıflandırma) asıl hedefine ulaşılamıyordu. (Stanier et al., 1963). Bakterilerin doğasına dair böylesi kesin, net ve esnetilemez görünen tanım ancak 1962-1963 yıllarından itibaren gözümüze çarpmaya başlıyordu. Prokaryot tanımı sadece bilimsel bir temeli olmayan kelimelerde kalmış ve sağlam temellere oturtulması için bir girişim de olmamıştı. Bütün fikir sadece bilimsel bir ‘varsayım’dan ibaretti. (sensu Schroedinger, 1954).

İşleri daha da garipleştiren ise mikrobiyoloji topluluğunun bu varsayımı (hem bu yeni yabancı terimi hem de damdan düşer gibi ortaya çıkan içeriğini) hızlı ve geniş bir çevrede kabul etmiş olmasıydı. ‘Prokaryot’, alana girerken ne bir eleştiri ne de ciddi bir tartışma ile karşılaşmıştı. Yazarların sunumundaki bariz eksikliklerden biri, tüm bakterilerde ortak olan özellikleri gösterebilecekleri karşılaştırmalı kanıta sahip olmamalarıydı (çok az özellik vardı ve bakteri taksalarına ait çok dar örneklendirme yapılmıştı (Murray, 1962)). Bu zayıflık daha fazla çalışma ile ve daha geniş taksalardan örneklendirme yapılarak kolayca giderilebilirdi. Fakat nedense bu zamana kadar kimse bu işi yapmadı ya da yapılmasına ihtiyaç duyulmadı! Mikrobiyologlar konuyu biran önce kapatmak istiyor gibi davranıyorlardı: Kapıyı kapatıp yola devam etme vaktiydi (Sapp, 2005).

Arkelerin yaşamayı sevdiği ve ilk keşfedildikleri ekstrem sıcaklık, tuzluluk, asidite gibi değerlere sahip olan ortamlardan birisi... Fotoğraf, Yellowstone Ulusal Parkı'ndaki Grand Prismatic Spring'e ait...


Çabucak ve mutlulukla kabul edilen prokaryot konsepti ile bundan on beş yıl sonra ortaya çıkmış, sağlam bir olgusal temele oturan ve daha fazla kanıt ile destekleneceği aşikar olan arkebakteri konseptinin yarattığı kızgın tepkileri karşılaştırmak oldukça aydınlatıcı olacaktır. Mikrobiyoloji topluluğunun iki farklı bakış açısına karşı ortaya koyduğu bu birbirine zıt iki tepkiyi anlayabilmek için daha derinlere inmem gerekiyordu.

Şimdiye kadar şunu öğrendim ki yirminci yüzyılın ortalarında mikrobiyolojide olanlardan dolayı kişiler bireysel olarak sorumlu tutulamaz. Bu kişiler problemi görebiliyorlardı hatta çözmeyi de denediler fakat maalesef yanlış yöntemleri kullandılar. Buradaki ‘sorumlular’ göç eden bir kuş sürüsüne önderlik ediyorlardı fakat şu bir gerçek liderlerini vurarak aşağı indirseniz de sürü rotasından şaşmaz. Burada işleyen daha derin, değiştirilmesi çok daha zor olan bir dinamik vardı. 


Üçüncü Deneme: Mitoloji Anlamak

Bu son noktayı anlamak çok kritikti. Entellektüel bir bakış açısı bu sorunu çözmenin tek yoluydu. Israrla dayattığı indirgemecilik ile moleküler biyoloji bu sorunun temelinde yatıyordu (Woese, 2004). Entellektüel manzara gerçekten de değişiyordu! Yirminci yüzyıl mikrobiyolojisini iki faktör şekillendirecekti: moleküler biyolojinin vizyonunun gücü ve mikrobiyolojinin vizyonsuzluğu.

Bakteriler organizmalardır, sadece biyokimyasal araştırma araçları değil . Dolayısıyla mikrobiyoloji daha ziyade organizma temelli bir alandır. Organizmalar ise bir bütün olarak incelenmelidir. Organizmaların parçaları tabi önemlidir fakat bu parçaların etkileşimleri sonucu bütüne yaptıkları katkıdır esas olan; bu daha yüksek seviyedeki etkileşimlerde de geçerlidir, yani mikrobiyal topluluklar ve ekolojileri seviyesinde. Tüm bunlar -mikrobiyal çeşitlilik ve de uzun ve kısa süreli evrimsel dinamikler- birleşerek bize `dört yüzlü` bir sentezi yani organizmayi yani biyolojik organizasyonun en kısa özetini veriyor.
Kendi zamanının bağlamı dahilinde büyük mikrobiyolog Martinus Beijerinck bakterileri bu algı doğrultusunda irdelemişti. 1905 yılında Leeuwenhoek madalyasını alırken ona mikrobiyal dünyaya ve kendi araştırmasına dair görüşlerini sorduklarında, mikroorganizmaları anlamanın en verimli yolunun mikrobiyal ekolojiyi anlamak olduğunu söylemis ve eklemiş: “Mikroplar organik dünyanın en alt sınırını temsil ediyorlar … ve hayatın temeli sorusunu aklımızda hep baki tutuyorlar.” (van Niel, 1949; van Iterson Jr et al., 1983). Burada temelinde zengin ve gerçekten organizma temelli bir mikrobiyolojik dünya resmi vardı.

Maalesef Beijerinck’in peşinden gidenler aynı görüşü paylaşmak bir yana, bu görüşü önemsememişlerdi bile. Aslında bunu yapmak teknolojik açıdan pek mümkün değildi ancak yapılsa bile bu yeni yeni ortaya çıkan indirgemeci akıma ters yönde kürek çekmek anlamına gelirdi ki mikrobiyoloji henüz kavramsal temelini oturtamamışken buna hazır değildi. Böylece içsel eğilimler yerine mikrobiyolojinin yönü dış etkenler ile belirlenmiş oldu.

Beijerinck’in “varisi”A. J. Kluyver ve onun ‘Delft Okulu’ için organizmanın (yani biyolojik bir organizasyonun) bir anlamı yoktu: esas olan biyokimya idi. (Kluyver& Donker, 1926) Ve bu görüş bundan sonra kalıcı olmuştu (Kluyver, 1931). Ama şu an dünyada var olan organik bileşiklerden kaçı onu üreten bir biyolojik organizasyon olmasa oluşabilirdi (Kaufmann, 1995)? (Doğada gördüğümüz çoğu organik bileşik periyodik tablonun sonundaki nadir elementler gibidir, “organik bir müdahele” olmadan doğada görülme ihtimalleri çok düşüktür.) En nihayetinde bakteriyel metabolik çeşitlilik biyokimyasal bir sorun değildi; evrimsel bir sorundu, bu kadar değişik ve karmaşık biyokimyasal (metabolik) farklılıkların en başta nasıl ve neden oluştuğu ve evrimsel açıdan bunlardan neden bazılarının biyolojik olarak tekelleştiği sorusu. Yirminci yüzyılın ortasında bizim bakteri algımız Beijerinck’in çok yönlü organizma temelli algısından Delft Okulu’nun parçalanmış algısına kaymıştı (van Niel, 1949).

Arkelerin ökaryotlara bakterilerden daha yakın olduğunu gösteren evrimsel analiz sonuçlarından bir örnek...



Kökene İlişkin Sebepler

Bütün bilimsel disiplinler aksiyom benzeri bir temele yani bilimsel bir mitolojiye dayanır. Bu, disiplini ve dünyayı ne olduğu hakkında bilgilendirir ve sürecin içerisinde yönünü belirler. Mikrobiyoloji’nin mitolojisi organizma temelli olmayan Delft Okulu’nun bakış açısını yansıtıyordu. İşte tam da bu yüzden 1962’de yani mikrobiyal biyokimyanın altın çağının yaşandığı, bütün yeni biyokimsalların ve metabolik yolakların gözler önüne serilmeye devam edildiği zamanda R.Y Stanier (prokaryot fikrini tanıtırken) şöyle demişti: “Bakteriyolojideki bitmeyen mantıksal skandal bakterinin açık bir tanımlamasının olmamasından kaynaklanmaktadır… Bu organizmaların biyolojik organizasyon açısından grup olarak tanımlanamaması problemi, hala büyük bir öneme sahip ve hala çözümlenememiş durumda.” (Stanier & van Niel, 1962). Mikrobiyoloji için kesinlikle bir belirsizlik durumu hakimdi; ne kendini anlamlandırabiliyor, ne de destek alabileceği kavramsal bir temeli (mitolojisi) bulunuyordu. İşte bu sebeple, disiplinin organizma temelli bir anlam kazanabilmesi için prokaryot fikrine (veya bir başka eşdeğerine) ihtiyaç duyulmaktaydı.

‘Prokaryot’ sadece bilimsel bir tahminden ibaretti (yukarıda söylendiği gibi). Fakat bu, mikrobiyolojinin kavramsal temelini oluşturabilmek için çok ihtiyaç duyulan önemli bir taşı yerine koymuş gibiydi. Prokaryot, şuanda içinde çalıştığımız kapsayıcı, otoriter ve doğrulayıcı sistemi sunuyordu. Fakat şunu da belirtmeliyiz ki bu konsept bakterilerin evrimsel (filogenetik) tanımının yapılmasını engellemiştir –ki bana göre bu tanım olması gereken tek tanımdır.


Kaçan Tren

Şunu hatırlatmakta fayda var; ‘prokaryot’ konsepti geliştirildiğinde moleküler biyoloji, bilimsel dünyaya ‘moleküler dizileme’de yatan gücünün ilk belirtilerini sunmaktaydı(Sanger & Tuppy, 1951; Sanger & Thompson, 1953) . Zuckerkandl ve Pauling (1965) evrime moleküler yaklaşımı duyuruyordu; F. H. C. Crick (1958) ise şöyle diyordu: “Biyologlar şunu anlamalı ki çok geç olmadan ‘protein taksonomisi’ (organizmalardaki proteinlerin amino asit diziliminin incelenmesi ve bunların türler arasında karşılaştırılması) adında bir araştırma alanı oluşturmamız lazım. Bu dizilimler organizmaların fenotipine dair en hassas ifadelerdir.  İçlerinde birçok evrimsel bilgiyi saklıyor olabilirler.”

Disiplinin evrimsel bir temel ihtiyacı ortadayken, organizmaların ilişkisini anlamak üzere kullanılan yeni moleküler yöntemlerden mikrobiyologların habersiz olması pek mümkün görünmüyordu. Asıl beklenecek olan ise kavramsal bir belirsizlik içerisindeki mikrobiyolojinin, zamanın indirgemeci akımı ile uyuşmayan bir perspektiften uzak durmak istemesiydi (Woese, 2004). Prokaryot tanımı, ‘Biyolojik organizasyonları açısından bakterilerin bir grup olarak tanımlanması problemi’ni (Stanier & van Niel, 1962) örtbas ederek bunu başarmış oldu. Fakat bu, mikrobiyolojiyi zaman geçtikçe organizma temelli ve evrimsel köklerinden uzaklaştırmış oldu. ( Bu sırada birçok nükleik asit hibritleştirme çalışması yapılmış olsa da bu çalışmaların amacı sadece mevcut bakteriyel taksonomiyi geliştirmekti. Devasa bir doğal sınıflandırma, bakterilere evrensel bir filogeni üretme işi arka plana atılmış oldu (Stanier & van Niel, 1941).

Açıkçası mikrobiyolojinin tarihindeki bu tuhaf ‘prokaryot periyodu’ çok da şaşırtıcı değil. Burada işleyen dinamik birçok farklı alanda karşımıza çıkmakta: "Geçmiş unutulmalıdır çünkü geçmiş kafa karışıklıklarını diriltir ve bugünün birleştirici ruhuna sahip değildir." İşte bu meselede açıkça bilimdışı olan ana nokta tam olarak da budur.

Metanotropik arkelerin gerçek mikroskop görüntüleri...



Nereye gidiyoruz?

İçinde evrimin olmadığı bir biyoloji, biyoloji olarak düşünülemez. Biyolojinin indirgemeci bir bakış açısı ile yorumanmasına karşı çıkmak, tam olarak filogenetik (moleküler) yeniden yapılandırma programımı başlatma sebebimdir. Programın amacı biyolojinin temelini oluşturan ve indirgemecilik yüzünden neredeyse yok olan evrimsel ruhu yeniden canlandırmaktı. Bundan dolayı Arkeler kesinlikle muhteşem bir sürpriz oldu: Onlar evrimin uyuyan devini uyandıracak devasa bir gök gürültüsü idi. Bana kalırsa, arkelerin keşfi indirgemeci yaklaşımı sarsmış, bu paradigmanın zayıf yönlerini gözler önüne sermişti. Fakat işler bu şekilde sonuçlanmadı. 

Arkelerin keşfindeki evrimsel mesaj yavaş yavaş yok oldu. Bu sebeple mikrobiyolojinin hala kavramsal sorunlarını çözememiş olduğunu söyleyebiliriz. Disiplin eskisi gibi bugün de temelsiz, mikrobiyal evrime kayıtsız, prokaryot tanımının oluşturduğu bilimsel rüya aleminde ilerlemeye devam ediyor. Bunun kanıtlarını her yerde görebiliriz: ‘prokaryot’ disiplinin her yerinde dile getirilir durumda, müfredatının ve kapsamının tanımlanmasından geleceğinin şekillenmesine kadar. Mikrobiyoloji disiplininin önce arkebakterilerin sonra da genomik çalışmaların meydan okumasına nasıl cevap verdiğine baktığımızda geçmişi içinde kaybolmuş, toplumun kaprisleri ile sürüklenmiş bir disiplin göreceğiz. Mikrobiyoloji ne arkebakterilerin ne de genomik çalışmaların meydan okumasına cevap verebilmiş durumdadır.

Mikrobiyal gonem dizileme ancak 1995’te başladı(Fleischmann et al., 1995). Kendi tecrübelerimden yola çıkarak söyleyebilirim ki mikrobiyologlar dizilemenin önemini kavrayabilselerdi mikrobiyal genomik çalışmaları 1980’lerin ortasında başlayabilirdi (Woese, 1993). Arkeler, bakterilerden çok farklıydı ve üstelik o zamanlar (hatta bugün bile) onlar hakkında yeterli bilgimiz bulunmuyordu. Genom dizilemesi bu ‘üçüncü alanı’ bilimsel gelişmenin hızına çıkarabilmenin tek yoluydu (Woese, 1993).

En nihayetinde mikrobiyologlar genomik yaklaşımı kullanmaya başladıklarında ise bu sadece on yıllardır uğraşılan belirli pratik sorunlara (tıbbi, zirai, çevresel) çözüm getirmeye çalışmak ile sınırlı kaldı. Mikrobiyal genomik çalışmalarının da mikrobiyolojinin entellektüel konumunu olumlu yönde etkilediğini söyleyemeyiz: her bir mikrobiyal genom farklı nedenlerle seçildi ve dizilendi. Yakın zamana kadar mikrobiyal genom dizileme için ne belirli bir program ne de organizma temelli bir mantık vardı.


Yatayda İlerlemek

Geçtiğimiz son on yılda, birçok mikrobiyolog yatay gen transferine (HGT) ilgi duymaya başladı. HGT hücresel evrimin dinamiği için önemli bir(en önemlisi olmasa da) ipucu sunuyordu ve bir umut ışığı olabilirdi. Fakat birkaç istisna dışında mikrobiyologlar HGT’nin temel evrimsel önemini göremedi: en çok çalışılan konular sağlıkla ilgili konular ve az da olsa HGT’nin dahil olduğu hücresel mekanizmaların ayrıntılarıydı. Neyse ki mikrobiyal komünitelerin yapısına ve dinamiğine ilişkin metagenomik yaklaşımları içeren oldukça ümit verici çalışmalar var ve bu dinamiklere yön veren HGT’nin rolü de çalışmaların merkezinde olacaktır. (Rachel et al., 2002a; DeLong, 2005; DeLong & Karl, 2005)


Yirmi Birinci Yüzyıl Mikrobiyolojisine ve Biyolojisine Yön Verecek Sorunları Tanımlamak

Mikrobiyolojinin geleceği, alanın şu anki doğrultusundan çok daha farklı bir konumda durmaktadır. Eğer mikrobiyolojideki mevcut statüko kendini korumaya devam ederse bu bilim disiplini, basitçe biyomühendislik olarak adlandırabileceğimiz bir servis disiplinine dönüşecektir. İhtiyaç duyulan, olması gereken ise mikrobiyolojinin şimdiye kadar olduğundan çok daha temel seviyede bir biyoloji disiplini haline gelmesidir, bunu Beijerinck’in bütüncül vizyonunun modern yorumu olarak da tanımlayabiliriz. Yirminci yüzyıl boyunca mikrobiyolojinin yönü moleküler indirgemeciliğin direktifleri ve biyomedikal uygulama kaygıları ile kuşatılmış bir toplum tarafından belirlendi. Biyoloji, bilim sunağının en alt taşı iken, mikrobiyoloji onun da en altında idi.

Artık işler tersine dönmeli. Sadece mikrobiyoloji, biyolojiye öncüllük eden bir disiplin haline gelmekle kalmamalı, biyoloji de temel bilimler içindeki hak ettiği konuma tırmanmalı. Mikrobiyolojinin evrime karşı ilgisizliği bu alanın düşüşüne öncüllük etti ve bu durum değişmezse gelecekteki kıyametin de habercisi olarak okunabilir. Mikrobiyoloji bölümleri bugün esasında kurumsal bir tutuculuk sebebiyle sürdürülen tarihsel kazalardan ibarettir. Sürdürülen temel çalışmaların artan bir sayı ile mikrobiyoloji bölümlerinin esas içeriğinin dışında olması iyiye işaret değildir.

Biyolojinin geleceği, biyolojik organizasyonun doğasını anlamakla aydınlanacaktır. Mikroorganizmalar, biyolojinin çözüme açılan pencereleri olarak burada merkezi bir konumda durmaktadır. Yirminci yüzyıl biyolojisi yaşama yönelik (özellikle de mikrobiyoloji) yapı odaklı, indirgemeci ve pratik temelli bir yaklaşım sergilemekteydi. Bugünün biyolojisi ise evrimsel, bütüncül ve süreç odaklı olmalıdır.

Woese, laboratuvarında çalışırken...


Yirmi birinci yüzyıl biyolojisinin karşısında iki büyük problem durmaktadır: (i) hücresel yapının evrimi ve (ii) küresel boyutta çevrenin anlaşılması. Her ne kadar bu ikisi alakasız görünse de, biri oldukça temel bir sorun, diğeri ise kendini dayatan bir uygulama problemi, aslında durum bunun tam tersidir. Temelde ikisi de biyolojik organizasyon sorunlarını temsil eder. Ve biyoloji, yatay gen transferinin evrimsel dinamikleri yönlendirdiği ve bireysel (ayrı soylara ait olan) bir evrime değil komünal bir evrime yol açtığı yaşamın ilkin zamanları ile ilgilenmeye başladığı zaman, bu iki problemin birbiri ile ilişkisi çok daha sıkı olacaktır (Woese, 1982, 2002). Sadece biyolojik organizasyonun, bir bütün olarak organizmanın ve evrimin özünü kavrayabilmiş bir mikrobiyoloji, yirmi birinci yüzyıl biyolojisine öncülük edebilecek konumda olacaktır.

Yazan: Carl Woese (Mikrobiyoloji ve Biyofizyoloji Profesörü, University of Illinois at Urbana Champaign)

Çevirmenler:
  1. Onur Özer (Evrim Ağacı)
  2. Hoşnaz Tuğral (Evrim Ağacı)
  3. Meriç Öztürk (Evrim Ağacı)
  4. Erinç Yurtman (Evrim Ağacı)
  5. Oğuz Bolgi (Evrim Ağacı)

Düzenleyen: ÇMB (Evrim Ağacı)

Kaynak: Woese, C. (2007). The Birth of the Archaea: A Personal Retrospective. In R. Garrett & H. Klenk (Eds.), Archaea: Evolution, physiology, and molecular biology (sf. 1-15). Malden, MA: Blackwell Pub.
6 Yorum