FOSİL MİKROORGANİZMALAR VE DÜNYA TARİHİ AYDAN AKCAMCI 0409663 CEMİLE BAĞKUR 0409181 DAMLA AKOVALI 0409168 DUYGU KURT 04088925 GİZEM ALTINÇELİK 0409130 HAZAL BARUT 04088891 MELİKE YANIK 04088789 TOLGA ERÇOBAN 04088874

YAŞAMIN KÖKENİ Yaşamın nasıl başladığı sorusu daha özgül olarak prokaryotların nasıl meydana geldiği ile ilgilidir. Dünya yaklaşık 4,5 milyar yıl önce oluşmuştur. Buna karşın canlıların ilk birkaç yüz milyon yıllık zaman içinde yaşayabilmesi mümkün olmamıştır. Çünkü güneş sisteminden kaynaklanan çok büyük kaya parçaları gezegeni bombardıman etmekteydi. Dünya kabuğunun katılaşmaya başladığı 4,0 milyar yıl öncesi ile 3,5 milyar yıl öncesi arasındaki zamanda ilk organizmalar oluştu.

Fosilleşmiş ipliksi cyanobacteria Bilinen en eski organizma fosilleri  Batı Avustralya’da yer alan 3,5 milyar yıllık kayaçlar içinde gömülüdür. Fosilleşmiş ipliksi cyanobacteria

Prekambriyen devir, Dünya’nın oluşumundan Kambriyen dönemine kadar geçen 4 milyar yıllık dönem olup, yeryüzü tarihinin en eski ve en uzun devridir. Dünyanın yüzeyinin soğuyup, katılaşması kıtasal levhaların, atmosferin ve okyanusların oluşması, yaşamın biyojeokimyasal süreçler sonucu ortaya çıkması, bakterilerin evrimi, atmosferin oksijence zenginleşmesi, ökaryotların evrimi ilk hayvanların ortaya çıkması Prekambriyen devirde gerçekleşir.

Arkean dönem  Siyanobakterlerle oksijen çıkışı Oksijenin toksik etkisi arkean dönemdeki çoğu prokaryotik canlının ölümüne neden olmuştur. Proterozoik dönem arkean dönemde oluşan ‘’stromatolitler’’ yaygınlaşmıştır. Mikrofosil kayıtları, günümüz cyanobakterilerin morfolojik çeşitliliğinin bu dönemde evrimleşmiş olduğunu bildirmektedir.

Fosil; jeolojik devirlerde denizel ve karasal ortamlarda yaşamış olan canlıların daha çok kum taşı, kireç taşı, tortul kayaçlar içinde taşlaşmış olarak bulunan her çeşit kalıntı izleridir. Dünyanın yüzeyinde bulunan, bilinen en eski kayalar Grönland’daki Isua adı verilen bölgede yer almaktadır ve 3,8 milyar yaşındadır.

Eski kayalar 3 çeşittir: Sedimenter Volkanik Karbonlu

İLKEL YAŞAM ENERJİ VE KARBON METABOLİZMASI Siyanobakterilerin evrimleşmesine kadar yeryüzünde yok denecek kadar az moleküler oksijen mevcuttu. İlkel hücreler enerji gereksinimlerini karşılamak için sadece oksijensiz koşullarda oluşabilecek enerji üreten mekanizmaları kullanabiliyordu. İlkel organizmaların ferrodemir içeren reaksiyonları, enerji üreten reaksiyonlar olarak kullandıkları ileri sürülmektedir. FeS + H2S FeS2 + H2 ∆G= -42 kj/ rxn

İlkel organizmalar, abiyotik sentez veya ilkel dünyada bol bir gaz olan CO2 gibi çeşitli kaynaklardan karbon ihtiyaçlarını karşılamış olabilirler. Karbondioksitin kullanılmasını takiben hücrede CO2 nin tüm organik bileşenlere dönüştürülme işlemi olarak bilinen ototrofi evrimleşmiştir. Bulunan en eski fosil mikroorganizmalar her ne kadar siyanobakterilere ait olsada oksijenli yaşamdan öncede yaşayan ancak fosillerine rastlanmayan mikroorganizmaların olduğu bilinmektedir.

İLK FOSİL MİKROORGANİZMALAR Günümüzden 3,5 milyar yıl önce denizlerde yaşayan, fotosentez yapabilen ve prokaryotik hücre yapısına sahip olan organizmalar fotosentetik cyanobakterilerdir. Prekambriyen devirde yaşamın ilk şahitleri olan “stromatolitler” halen Avustralya'da mevcuttur. Günümüz cyanobakterilerine çok benzeyen mikrofosiller, deniz tortul kayalarından toplanmıştır.

CYANOBACTERIA MİKROFOSİLLERİ filamentli coccoid Cephalohytarion laticellulosum Glenobotrydion aenigmatis

Cyanobakteriler zamanla fotosentezi geliştirmişler ve dışarı verdikleri oksijenle de atmosferi değiştirmeye başlamışlardır .

Stromatolitlerin Oluşması Stromatolitler, mikrobiyal aktivitelerle meydana gelen organik çökeltilerdir. Stromatolitler, deniz suyu aracılığıyla taşınan kalsiyum karbonat parçacıklarının cyanobakterilerin oluşturduğu ipliksi yığınlar üzerinde tutunarak oluşur. Bazı eski stromatolitlerin abiyotik olarak oluşabileceğinin kanıtı var olsa da, cyanobakterileri andıran filamentlilerin biyotik olarak oluşturdukları ileri sürülen Tumbiana stromatolitlerinde görülmüştür.

Tortulların, çok düşük sülfat içeriğine sahip eski göllerde oluştukları ve anaerobik fotosentetik sürecin stromatolitleri oluşturmasının imkânsız olduğu, bu yüzden, bu yapıların oksijenik fotosentez için ilk kanıtı oluşturduğu sonucuna varmıştır. Geçmişte olduğu gibi, stromatolitler bazı sığ denizlerde günümüzde de halen oluşmaktadır ve çoğunlukla yaşlı stromatolitlerin benzeri kabul edilmektedir.

Fosil stromatolitler Günümüz stromatolitleri

Bantlı demir formasyonu Stromatolitler, cyanobakterilerin milyarlarca yıl boyunca yaşayıp yayıldığını göstermektedir. 2,2 milyar yıl öncesine kadar, cyanobakterilerce üretilen oksijen, atmosfere kaçmadan önce okyanusta ve yerküre kabuğunda bulunan demire bağlanmaktaydı. Günümüzde bu olayın kanıtı Grand Kanyon ve diğer yörelerde bulunan çok eski kırmızı bantlı demir formasyonlarında gözlenebilmektedir. Okyanuslarda ve yerkabuğunda bulunan bu demir, oksijenle doygun hale geldikten sonra (demir oksit ya da küf oluşumu), fazla gelen oksijen atmosfere salınmış ve orada birikmiştir. Yaklaşık 2,2 milyar yıl önce, oksijen seviyesi, günümüzdeki seviyeye göre %10’a ulaşmıştır. Bu düzey, okyanus yüzeylerini UV radyasyonundan koruyan yeterli miktarda ozonu üretmiştir. Bantlı demir formasyonu

Arkea Fosilleri Arkea ve bakteri fosilleri birbirine benzediği için fiziksel olarak ayırt edilmesi olanaksızdır. Bu yüzden fosilleri birbirinden ayırmada kimyasal bileşiklerden yararlanılmaktadır. Bu araştırmalarda kullanılan kimyasal izleri taşıyan fosillere moleküler fosiller denir. Arkeaları bakterilerden ayırmada arkea membranlarında bulunan izopren zincirlere bakılmaktadır. Bu yapının sadece arkealara özel olmasının yanı sıra yüksek sıcaklıklarda bile bozulmaması bu bileşiğin eşsiz bir moleküle dönüşmesinin en büyük nedenidir.

Farklı bölgelerden alınmış Arkea fosilleri

Magnetotaktik bakteriler: Bu bakteriler hücre içinde magnetik mineral kristalleri biriktirmektedir. Bu kristaller ve bazen de kristal zincirleri jeolojik kayıtlarda magnetofosiller olarak yer alırlar. En eski magnetofosillerin Güney İngiltere’nin Kretase kireç taşı yataklarında bulunduğu, ayrıca bunların 1.9 milyar yıl önce Gunflint Chert’de de bulunduğu söylenmektedir.

Fosil bakteriler kehribar ve mumyalaşmış dokularda da bulunabilirler Fosil bakteriler kehribar ve mumyalaşmış dokularda da bulunabilirler. 1995 yılında California Politechnic State Üniversitesinde yapılan bir araştırmaya göre bir arının taşıdığı kehribar içerisindeki 25 milyon yıllık bakteri sporunun günümüzde yaşayan modern strain olan Bacillus sphaericus ile genetik benzerliğe sahip olduğu bulunmuştur. Ayrıca yaşadığı dönemde hayvanları enfekte eden bazı patojen bakterilere bu hayvanların kemik fosillerinde de rastlanmıştır. Bacillus sphaericus

Endolit: Bazı bakteriler demir kaplı kılıflarla fosilleşebildikleri gibi kaya ve kabuklarda mikroskobik kanalları oluşturabilirler. Böyle bakterilere endolit denir. Kayaların, mercanların, hayvan kabuklarının içinde yaşayan organizmalardır. Bu organizmaların çoğu ekstremofildir. Endolitler 3’e ayrılmaktadır Kasmoendolit Kriptoendolit Euendolit

FUNGAL FOSİLLER Fosil fungusları tanımlamak genelde zor veya imkansızdır. Yukarıdaki resim Kuzey Fransa’da Kretase döneminde kehribar içinde bulunan fungal filamentleri göstermektedir. Bu filamentler Ascomycota üyesi olan Candida’nın filamentlerine benzemektedir. Bu organizmanın nasıl yaşadığı ve çoğaldığıyla ilgili bilgi olmakla birlikte akrabaları bilinmemektedir.

Sağ resimde Miyosen devrine ait fungal fosilin peritesyum yapısı görülmektedir. Sporların yapısı ve peritesyum içerisindeki konumlanışı bu fungusun Savoryella türüne ait bir fosil olabileceğini göstermektedir.

İskoçya’nın Rhynie Chert bölgesinde bulunan Devonian devrine ait fosil fungusların mikroskobik analizleri bu fungusların kara bitkileri ile birlikte simbiyotik olarak yaşadığını göstermiştir. Bunun sonucu olarak 4 ana fungus grubu Devnian devrinde omurgalı hayvanlar karaya çıkmadan önce yer yüzünde başarılı bir şekilde yayılmış ve çesitlilik oluşturmuşlardır.

Devonian devrine ait Rhynie Chert bölgesinde yaşayan Aglaophyton bitkisinin köklerinde yaşayan Paleomyces hücrelerinin fosili

Devonian öncesine ait fungal fosil kayıtlarına pek rastlanmamaktadır. Bilinen en eski fungal fosil Geç Prekambrian dönemine ait olup Kuzey Rusya’da bulunmuştur. Bunlar chytrid benzeri formlarıdır. Devonian öncesine ait fungal fosil kayıtlarına pek rastlanmamaktadır. Fosil fungal sporlar

İlkel dünya koşullarısıcak ve oksijensiz İlkel dünya atmosferi oksijenden yoksundu. Suyun yanında bazı gazlar, çoğunlukla da Metan Karbondioksit Azot Amonyak bulunuyordu Ayrıca ilkel dünyada NH3 ve CH4’ ün reaksiyona girmesiyle oluşmuş çok miktarda hidrojen siyanürün de bulunması muhtemeldir.

200 milyon yıl kadar önce dünya yüzeyi 100oC üzerindeki sıcaklıklardaydı. Bu koşullar altında su serbest halde bulunamazdı. Bu yüzden su dünya soğuduğunda birikti. İlkel oluşumların ilk kez dünyanın hala sıcak olduğu zamanlarda ortaya çıktığı varsayılmaktadır. Oksijen günümüzden yaklaşık 2,7 milyar yıl önce atmosferde siyanobakterilerin var olmasıyla birikmeye başlamıştır.

Atmosferde O2 birikimi Mikroorganizmaların metabolizmalarındaki farklılıklar nedeniyle su parçalanıp oksijen ortaya çıkarılamıyordu. Fotosentez yaparak oksijen üreten yegane prokaryotlar siyanobakterlerdir ve yaklaşık 2,7 milyar yıl önce ortaya çıkmıştır. Bu birikim kademeli bir şekilde gerçekleşmiştir. Atmosferdeki oksijenin çoğu biyolojik kökenlidir suyun parçalanması Denizlerdeki ve göllerdeki su, siyanobakterilerden gelen serbest oksijen ile doygun hale gelmektedir.

Atmosferdeki oksijenin erken artışı siyanobakterilerin fotosentezi ile yakından ilişkilidir. Fakat birkaç yüz milyon yıl sonra, oksijenin hızlı artışına ne neden oldu ? Bir hipoteze göre bu olay kloroplast içeren ökaryotik alglerin evrimleşmesinden kaynaklanmıştır.

Endosimbiyoz Modern ökaryotik hücreler hücresel fonksiyonlarını zarla çevrili yapılar olan organeller içerisine dereceli olarak bölüştürmediler. Bunun yerine organeller, Bacteria domaini içerisindeki kemoorganotrofik ve fototrofik simbiyontlarla kararlı bir birleşme sonucu oluştular. Bu işlem endosimbiyoz olarak adlandırıldı. .

Aerobik bir bacterinin, ilkel bir ökaryotun sitoplazmasına kalıcı olarak yerleşmesiyle, prokaryot hücreye, korunmuş bir ortamda enerji değiş tokuşu ve hazır bir besin kaynağı sağlandı. Bu simbiyont modern mitokondrinin öncüsü oldu. Benzer şekilde fototrofik bir endosimbiyont da günümüzdeki modern kloroplastın öncüsü olmuştur

Mikrofosil kayıtları endosimbiyotik olayların yaklaşık olarak 2 güneş yılı gibi bir zamandan sonra oluşmaya başladığını göstermektedir. Endosimbiyoz ökaryotik hücre nesilleri için önemli bir itici güçtür. Solunum ve fotosentetik enerji fabrikalarının varlığı ökaryotik hücrelere yeni ve önemli özellikler kazandırarak biyolojik çeşitliliğin patlama göstermesi için zemin oluşturmuştur.

Ökaryotik yaşam 2,1 milyar yıl önce başladı Ökaryotlar, prokaryot bir hücrenin başka bir hücre içine girmesi ile birlikte oluşturdukları simbiyotik birliktelikten ortaya çıkmıştır. En eski var olduğu sayılan ökaryot fosilleri, 2,2 milyar yıl yaşında olup nispeten basit, bir hücreli alglere benzerlik göstermektedir. Ökaryotlar oksijen devriminin olduğu ve dünyadaki ortamların çok hızlı bir şekilde değiştiği dönemde ortaya çıkmıştır.

Dinlediğiniz için teşekkür ederiz.