Japonya’da üretilen karmaşık yaşamın en yakın akrabalarında çekirdek yok

Dünya’daki her hayvanın, bitkinin ve mantarın yaşayan en yakın akrabaları artık Japonya’daki bir laboratuvarda yetişiyor; üstelik birçok biyoloğun tasavvur ettiği ataya hiç benzemiyorlar. Japonya Deniz-Yer Bilimi ve Teknolojisi Ajansı JAMSTEC’teki bir ekip, karmaşık hücrelerin kendilerinden ortaya çıktığı düşünülen tek hücreli arke grubu Heimdallarchaeia’nın ilk saf kültürlerini yetiştirdi. Hücrelerin içi sade: çekirdek yok, iç bölmeler yok, kendi hücrelerimizi tanımlayan organellere benzeyen hiçbir yapı yok.

Sürpriz ise dış yüzeyde. Her hücre, onsuz yaşayamadığı ortakçı mikropları yakalayan uzun ve dallanan uzantılar çıkarıyor; oksijeni işleyebilecek genler taşımalarına rağmen oksijene maruz kaldıklarında hastalanıyorlar. Bu özellikler birlikte, en derindeki tek hücreli atamızın, sonunda dönüşeceği karmaşık hücrenin minyatür bir sürümünden ziyade ortaklıkla yaşayan, yavaş büyüyen ve oksijenden kaçınan bir mikrop olduğunu gösteren bir tablo çiziyor.

Bulgular, biyolojinin en eski sorularından birine dokunuyor: Çekirdeği olmayan basit bir hücre, insan bedeninin tamamını oluşturan karmaşık ökaryotik hücreye nasıl dönüştü? Önde gelen açıklamaya göre, bir arke hücresi bir bakteriyle yakın bir ortaklık kurdu; bakteri sonunda yutularak hücrelerimizin içindeki enerji santrali mitokondriye dönüştü. Hangi arke soyunun ev sahibi olduğu ve nasıl bir yapıya sahip bulunduğu, yıllardır çoğunlukla çamur ve deniz suyundan çıkarılan DNA parçaları temelinde tartışılıyordu.

Heimdallarchaeia bu tartışmanın merkezinde yer alıyor. Eski adıyla daha çok Asgard arkeleri olarak bilinen Promethearchaeota şubesine mensuplar ve genetik soy ağaçları onları ökaryotlara en yakın arke dalı olarak konumlandırıyor. Bugüne dek hiç kimse yaşayan bir örneğini yakından görmemişti; dolayısıyla zaten karmaşık iç yapılara sahip oldukları ya da bizim gibi oksijen soluyabildikleri yönündeki öneriler yalnızca genom okumalarına dayanıyordu.

Bunu nasıl yaptılar

Mikroplar alışılmadık bir yerden geldi: Tokyo’nun doğusundaki Chiba Prefektörlüğü’nde, Boso Yarımadası’ndaki bir doğal gaz kuyusunun içini kaplayan biyofilmden. Tuzlu ve metanca zengin yeraltı suyu burada yukarı doğru yükseliyor ve küçük bir gayzer gibi dönemsel olarak fışkırıyor; dolayısıyla bu tabaka düzenli biçimde havaya maruz kalıyor. Ekip, oksijenle bir geçmişi olan ökaryot akrabalarını yakalamayı umarak bu bölgeyi özellikle seçti.

Bunları yetiştirmek üç yıl sürdü. Araştırmacılar kültürleri kasamino asitler, pepton ve toz süt dâhil olmak üzere protein bakımından zengin çok küçük miktarlardaki besinlerle besledi; rakip bakterileri ortadan kaldırmak için antibiyotik kürleri kullandı ve hayatta kalanları tekrar tekrar taze ortama aktardı. Sonuç, HC1 ve SC1 adı verilen iki suş oldu. HC1 şimdi metan üreten tek bir ortakçı mikropla kararlı bir ikili oluşturuyor; SC1 ise bu türden iki ortakla üçlü hâlinde yaşıyor.

Bunlar hızlı büyüyen canlılar değil. HC1’in iki katına çıkması yaklaşık bir hafta veya daha uzun sürüyor; SC1 için bu süre iki ila üç hafta. E. coli gibi bir bağırsak bakterisi ise yaklaşık 20 dakikada iki katına çıkabilir. Ardından ekip hücreleri, taramalı ve geçirimli elektron mikroskopları, donmuş bir hücreyi üç boyutlu olarak yeniden oluşturan kriyo-elektron tomografisi ve floresan işaretleme ile inceledi; ayrıca 7,91 ve 6,75 milyon DNA harfinden oluşan her iki genomun dizilimini çıkardı.

İçi basit, dışı hareketli

Düzinelerce elektron mikrografında, iki suşun hiçbirinde ökaryotik hücrelerin ayırt edici özelliği olan kalıcı bir iç zar görülmedi. Bazı hücrelerde ortaya çıkıp kaybolan küçük baloncuk benzeri yapılar vardı, ancak çekirdek, endoplazmik retikulum ya da bir hücre biyoloğunun organel diyeceği hiçbir şey yoktu. Hücreler sıradan mikroplar gibi ikiye bölünüyor.

Yüzeyleri ise farklı bir hikâye anlatıyordu. Bir büyüme evresinin ardından hücrelerin çoğu yaklaşık 370 nanometre kalınlığında, dallanan ve şişkinleşen çok sayıda uzantı geliştirdi; bu uzantıların hacmi sıklıkla hücre gövdesinin kendisinden daha fazlaydı, ortalama olarak yaklaşık 1,4 katıydı. Uzantılar, kendi hücrelerimize şeklini veren protein olan aktine benzeyen filamentlerle örülmüş durumdaydı ve ortakçı mikroplara fiziksel olarak tutunuyordu. Bölünmenin ortasındaki hücrelerde bu uzantılar hiç görülmedi.

Bu ortaklık isteğe bağlı değil. Her iki suş da protein parçalarını parçalıyor ve atık olarak hidrojen salıyor; ancak bir ortak hidrojeni sürekli ortadan kaldırmadıkça bu reaksiyon duraksıyor. Araştırmacılar metan üreten ortakları bir inhibitörle engellediğinde, arkelerin büyümesi tamamen durdu.

Bir başka özellik ekibin dikkatini çekti. HC1 daha fazla besin aldığında daha hızlı bölünmedi. Bunun yerine hücreleri büyüdü ve daha fazla uzantı çıkardı. Yaklaşık 15.000 hücrenin geniş alan görüntülemesi, hücre başına daha büyük ve daha fazla sayıda uzantı olduğunu gösterdi; hücre başına protein miktarı da 66 femtogramdan 226 femtograma yükseldi. Tipik bakteri ve arkeler fazladan enerjiyi üremeye yönlendirir. Yazarların belirttiği üzere, büyüklüğü üremeyle dengelemek ökaryotların yaptığı bir şeydir.

Oksijen bilmecesi

HC1, hayvanlarda enerji için oksijen yakan zincirin sonunda yer alan enzimler olan terminal oksidazlara ait genler taşıyor. Bazı araştırmacılar Heimdallarchaeia DNA’sındaki benzer genleri, ökaryotların atasının zaten oksijen soluduğunun işareti olarak yorumlamıştı. Kültürler ise aksini söylüyor. Eser miktarda oksijen ya da yüzde 1 oksijenli bir atmosfer eklenmesi, HC1’in hücre sayısını yaklaşık yüz kat azalttı.

HC1 oksijende yalnızca yardımla hayatta kalabildi. Özgün zenginleştirme kültüründen izole edilen oksijen tüketen bakteriler kültüre eklendiğinde HC1 düşük oksijen seviyelerine rağmen büyüdü; ancak öncekinden daha fazla hücre üretmedi. Genomunda ayrıca elektronları besinden oksijene yönlendirmek için gerekli mekanizma da bulunmuyor. Ekip, oksidazların diğer zorunlu anaeroplarda olduğu gibi oksijeni uzaklaştırarak savunma işlevi gördüğü sonucuna varıyor. Demirle ilişkili oksijen hasarını sınırlayan bir protein olan ferritin, HC1’de en yüksek düzeyde ifade edilen üç protein arasındaydı.

Genom çapındaki bir test de aynı yöne işaret etti. Araştırmacılar, oksijene ihtiyaç duyan organizmalarla ondan kaçınanları ayırt eden enzimler üzerinde bir sınıflandırıcı eğitti; bu araç bilinen mikropları yaklaşık yüzde 95 oranında doğru sınıflandırdı. Tüm Asgard şubesine uygulandığında ise oksidaz genleri bulunsun ya da bulunmasın, grubun genel olarak anaerobik olduğuna işaret etti.

Bu, Ox-Tox modeli olarak bilinen bir fikre uyuyor: Mitokondriye dönüşen bakteri, hücrenin enerji tedarikçisi olmaktan çok önce, arke ev sahibi için zehirli olan oksijeni emerek yerini ilk kez kazandı.

Hangi soruları yanıtsız bırakıyor

Bu mikroplar atanın kendisi değil, onun kuzenleri. Çoğu tahmine göre yaklaşık iki milyar yıl olmak üzere, onlar da bizimki kadar uzun süre evrim geçirdi; bugün görülen herhangi bir özellik bu süreçte kazanılmış veya kaybedilmiş olabilir. Ekibin kendi analizi, oksijen işleme genlerinin akraba gruplar arasında yatay olarak aktarıldığını gösteriyor; dolayısıyla atanın bu genleri taşıyıp taşımadığı hâlâ açık bir soru.

Örneklem de küçük. Ağacın bu dalından mikroskop altında yalnızca üç suş incelendi: HC1, SC1 ve daha önce başka bir grup tarafından bildirilen bir zenginleştirme kültürü. Üçünde de organel yok, ancak bu denli çeşitli bir soy, daha karmaşık iç yapıya sahip üyeler barındırabilir. Bazı hücrelerdeki ara sıra görülen iç baloncukların henüz bir açıklaması yok ve yazarlar bunları ne ilkel organeller ne de artefaktlar olarak tanımlıyor.

Laboratuvar koşulları da önem taşıyor. Hücre şekilleri, hücreler görüntüleme için kimyasal olarak sabitlendiğinde değişti ve uzantılar kopma eğilimi gösterdi; bu durum, korunmuş örneklerden anatomi okumanın sakıncalarına ilişkin yazarların bizzat vurguladığı bir uyarı. Arkeler tek başına büyüyemediği için kültürler tek türden kültürler değil, ortaklarıyla birlikte saf ikililer ve üçlüler hâlinde bulunuyor.

Artık deneylere açık bir soy

JAMSTEC grubu, derin deniz tortusundan elde edilen MK-D1 adlı suşla daha geniş Asgard grubunun ilk üyesini yetiştirdi ve bunu 2020’de bildirdi. 2023’te Viyana’daki bir ekip, benzer uzantılara sahip ikinci bir tür olan Lokiarchaeum ossiferum’u tanımladı. Yeni suşlar ökaryotlara en yakın dala ait, MK-D1’den daha hızlı büyüyor ve daha büyük hücrelere sahip; bu da onları incelemeyi çok daha kolaylaştırıyor.

Ekip ikisi için de ad önerdi: HC1 için, mitokondrilerin yakalanmış bakteriler olarak başladığı teorisini savunan biyolog Lynn Margulis’in soyadını taşıyan cins adıyla Candidatus Margulisarchaeum peptidiphilum; SC1 için ise Candidatus Flexarchaeum multiprotrusionum.

Karmaşık yaşamın ardındaki arkeler hakkında sık sorulan sorular

Asgard arkeleri nedir?

Artık resmen Promethearchaeota olarak adlandırılan Asgard arkeleri, ilk kez çevresel DNA’dan tanımlanan ve adlarını İskandinav mitolojisinden alan tek hücreli mikroplar grubudur. Genomları, bir zamanlar ökaryotlara özgü olduğu düşünülen çok sayıda gen taşır; bu nedenle karmaşık hücrelerin ortaya çıktığı soy olarak görülürler.

İnsanlar arkelerden mi evrimleşti?

Derin anlamda, evet. Önde gelen model, ilk ökaryotik hücrenin günümüz Heimdallarchaeia’sıyla akraba bir arkenin, mitokondriye dönüşen bir bakteriyle ortaklık kurmasıyla oluştuğunu öne sürüyor. Her hayvan, bitki ve mantar bu birleşmiş hücreden türemiştir.

Heimdallarchaeia’nın çekirdeği var mı?

Hayır. Kültüre alınan HC1 ve SC1 suşlarında çekirdek ya da kalıcı iç zarlar bulunmuyor. Karmaşıklıkları, dış yüzeylerinde, ortakçı mikroplara bağlanan uzun dallı uzantılarda yatıyor.

Bu arkeler oksijenle yaşayabilir mi?

Zorlukla. Anaerobiktirler ve eser miktardaki oksijenle sayıları yaklaşık yüz kat düşer; ancak bir suş, oksijen tüketen bakteriler kültürünü paylaştığında düşük oksijende hayatta kaldı.

Çalışma Nature’da 28 Ekim 2026’da yayımlandı ve ilk olarak Şubat 2025’te ön baskı olarak paylaşıldı. JAMSTEC, iki suşun artık deneysel modeller olarak kullanılacağını; ekibin de dışta uzantıları olan bir arke hücresinin içeride nasıl çekirdek inşa etmeye başladığının izini sürmek için hücre yapıları ile ortakçı mikroplara bağlanma biçimlerine yöneleceğini belirtiyor.

Kaynak: Imachi, Nobu et al., “Eukaryotes’ closest relatives are internally simple syntrophic peptidotrophic archaea,” Nature, 2026. DOI: 10.1038/s41586-026-11170-7

Etiketler: arkeler, Asgard archaea, evrim, Heimdallarchaeia, hücre biyolojisi, JAMSTEC