Bitkilerin evrimi: Sudan karaya geçiş

Yaşam, bundan milyonlarca yıl önce sularda başladı. Yeryüzünün ilk canlılarının, soğumakta olan yer kabuğunun ilk su birikintilerinin (göl ve deniz ben-zeri) derinliklerindeki hidrotermal kuyucuklarda oluştuğu düşünülüyor. O dönemde dünya yüzeyi de, atmosferin bileşimi de bugünkünden oldukça farklıydı. Atmosferde serbest oksijen yoktu. Serbest oksijenin ortaya çıkışı, yani bugün soluduğumuz havanın ortaya çıkışı fotosentez yapan yeşil bitkilerin evrimiyle mümkün oldu. Fotosentezle bitkiler güneşten gelen ışık enerjisini kullanarak su ve karbondioksiti birleştirip karbonhidratların yapıtaşı olan şeker moleküllerini oluşturur ve bu süreçte serbest oksijen (O2) açığa çıkar. Karada ilk evrimleşen bitkiler günümüzdeki akrabalarından anatomik olarak daha basitti. Yeşil bitkilerin dünya yüzeyini kaplayarak baskın hale gelmesi, dünya yüzeyini değiştirdi, dönüştürdü. İnsan türü gibi oksijenli solunum yapan pek çok farklı türün ortaya çıkışına zemin hazırladı.  
İngiltere’deki Leeds Üniversitesinden araştırmacılar, bundan yaklaşık beş yüz milyon yıl önce bitkilerin evri-
minde sudan karaya geçişte önemli bir rol oynayan geni tanımladılar. Plant Cell dergisinin 18 Mayıs 2016 tarihli sayısında yayımlanan araştırma1, ANR geninin eski (evrimsel olarak) kara bitkilerinin büyük çoğunluğunda bulunduğunu ve bu genin kökeninin onların da atası olan tatlı su algleri olduğunu gösterdi. İlk bitkilerin evriminde bu gen çok önemliydi. Bir yosun türü olan ve aynı zamanda deneysel model organizma olarak da kullanılan Physcomitrella patens’de ANR geninin, aşırı su kayıplarını tolere etmek için yani kuraklık stresi ile başa çıkmak için gerekli olduğu biliniyor. Araştırma, bu genin evrimsel olarak daha yakın bir zamanda ortaya çıkmış olan tohumlu bitkilerde bulunmadığını da gösterdi2. Modern tohumlu bitkilerin daha karmaşık olan anatomileri, toprağın derinliklerinden suyu almak ve bitki gövdesinde dağıtmak için oldukça uygun. Oysa milyonlarca yıl önce sudan karaya geçen bu ilk bitkiler kuraklık stresiyle de başa çıkmak zorundaydı. Çünkü bitkilerin beş yüz milyon yıl önceki atalarının bugünkü modern tohumlu bitkiler gibi yapıları yoktu. Karaya adaptasyonda onların önündeki önemli engellerden biri de susuzluktu. Araştırmacılar ANR geninin bitki stres hormonlarından biri olan ABA (Absisik asit) tarafından gönderilen sinyalleri iletme işlevi yaptığını açığa çıkardılar. Kabaca anlatırsak, ABA bitkiye susuz kaldığının sinyalini verir ve böylece bitki susuzlukla savaşmakta kullanacağı genlerini aktifleştirerek kendini korur. Tüm kara bitkilerinde ABA, bitkilerin su kaybını azaltmaya yardımcı olur. Bunu da yaprak yüzeyindeki gözeneklerin kısılmasını sağlayarak, böylece buharlaşmayı önleyerek yapar.  Araştırmacılar, ANR geninin mutantlarını taşıyan yosunlarda, kuraklığa, ABA’ya ya da ozmotik strese ceva-ben seviyeleri değişen ve su kaybını önlemede işlev gören gen ürünlerinin oluşmadığını ve bu mutantların susuzluk stresiyle başa çıkamadıklarını gösterdi.
Araştırmayı yöneten Dr. Andrew Cumming’in şu sözleri aslında tüm meseleyi özetliyor: “Bu gen bugüne kadar tanımlanmamıştı çünkü bugüne kadar yapılan çoğu araştırma modern çiçekli bitkiler üzerineydi. Yosunlar ve yeşil algler gibi eski (antik) bitkiler dünyayı değiştiren evrimsel sırları açığa çıkarmamıza yardım eden “zaman makineleri”dir. Bitkiler karayı sarmadan önce, dünya çıplak bir yerdi. Kara bitkileri gezegeni, onun iklimini, jeolojisini ve doğanın tarihini değiştirdi.” İklimsel değişimle birlikte kuraklık tehlikesinin ayak seslerini duyduğumuz bu günlerde, böylesi çalışmalar hem evrimsel gelişmeyi anlamamız hem de kuraklıkla başa çıkmakta bitkilerin evrimsel tarihinden öğrenmemiz için oldukça önemli ve gereklidir.

(1) Andrew C. Cuming et al. Genetic analysis of Physcomitrella patens identifies ABSCISIC ACID NON-RESPONSIVE (ANR), a regulator of ABA responses unique to basal land plants and required for desiccation tolerance. The Plant Cell, May 2016 DOI: 10.1105/tpc.16.00091

(2) University of Leeds. “How plants conquered the land.” ScienceDaily. ScienceDaily, 19 May 2016. <www.sciencedaily.com/releases/2016/05/160519121122.htm>.