Avustralya'nın tropik Darwin kentindeki açık hava deposunda, madencilik şirketlerinin onlarca yıl önce yüzeyin yüzlerce metre altından çıkardığı silindirik kaya karotlarını tutan düzinelerce tepsi duruyor. O şirketler çoğunlukla mineral arıyordu, varoluşun sırlarını değil, bu yüzden 1,5 milyar yıldan fazla bir süre önce kuzey Avustralya'nın büyük bir bölümünü kaplayan bir iç denizin çamurtaşında - sertleşmiş deniz tabanı çamurundan oluşan tortul kaya - gömülü antik organizmaların mikroskobik fosillerini fark etmemeleri hoş görülebilir.

Nature dergisinde yayımlanan yeni bir çalışmanın gösterdiği üzere, bu ihmal edilmiş karotlar, Dünya tarihinin en büyük evrimsel sıçramasıyla ilgili uzun süredir devam eden bir bilmecede merkezi bir rol oynuyor: ökaryotların kökeni.

Dünya'daki tüm yaşam, hücresel düzeyde temelden farklı iki kategoriden birine girer. Prokaryotlar - bakteriler ve arkeler - basit hücresel organizasyona sahiptir ve çoğunlukla tek hücrelidir. Tüm hayvanları, bitkileri, algleri ve mantarları içeren ökaryotlar ise çok daha karmaşık hücrelere sahiptir; bir çekirdek ve belirli işleri yapan organel adı verilen özelleşmiş yapılar içerirler. Ökaryotik devrim gezegeni dönüştürdü, hayvanların yükselişine ve nihayetinde bize yol açtı. Canlı organizmaların genlerinden yapılan gözlemlere dayanarak, artık tüm canlı ökaryotların son ortak atasının en az iki prokaryotik mikrobun - bir arke ve bir bakterinin - simbiyotik birleşmesinden ortaya çıktığı geniş çapta kabul edilmektedir.

Ökaryotik yaşamın ilk kanıtı, prokaryotlar arasında görülmeyen ancak ökaryotlarda yaygın olan bir hücresel karmaşıklık düzeyi sergileyen tek hücreli organizmaların fosilleri şeklinde gelir. Ökaryot fosilleri dünya çapında en az 1,5 milyar yıl öncesine tarihlenen kayalarda bulunabilir. En eskisi 1,75 milyar yıl öncesine uzanan Kuzey Toprakları'ndaki fosiller, şu anda küresel olarak bilinen en eski ökaryot fosilleridir.

Ancak erken ökaryotların evrimleştiği antik dünya hâlâ gizemle örtülüdür ve doğalarının birçok temel yönü bilinmemektedir.

Birçok bakteri türü oksijen olmadan yaşayabilir ve büyüyebilir. Ancak bugün yaşayan neredeyse tüm ökaryotlar hayatta kalmak için oksijen kullanır, çünkü aerobik solunum - besinleri oksijen kullanarak parçalama - karmaşık yaşamın talep ettiği muazzam miktarda enerjiyi sağlar. Yine de oksijenin tüm ökaryotlar için her zaman faydalı olduğu fikri, son yıllarda oksijensiz ortamda gelişebilen esrarengiz ökaryotların şaşırtıcı keşiflerinin ardından ateş altına alındı. Ayrıca jeolojik kayıtlardan, ökaryotlar ilk evrimleşirken oksijenin muhtemelen çok daha az olduğuna dair artan kanıtlar var; bu da oksijensiz deniz habitatlarının norm olacağı anlamına gelir. Toplu olarak bu gözlemler, ökaryotların başlangıcından beri oksijene bağımlı olduğu varsayımını sorgulatmıştır.

İlk ökaryotun atalarına en yakın kabul edilen gruplara ait canlı mikropların genetik çalışmaları, ökaryot soyu hakkında kilit içgörüler sunabilir. Ancak yalnızca fosil kayıtları bize uzun süredir soyu tükenmiş soylar hakkında bilgi verebilir ve yalnızca jeoloji bu organizmaların içinde yaşadığı dünyaya bir pencere açabilir.

Yeni çalışma için araştırmacılar, Darwin'de depolanan çamurtaşı karotlarının örneklerini ezdi, sonra çözdü. Mikroskop altında kalan organik kalıntıyı analiz ederek 12.000'den fazla fosil tanımladılar. Ayrıca, tortullar çökelirken çevrenin nasıl olduğunu daha iyi anlamak için fosillerin korunduğu çamurtaşlarını incelediler ve bu ökaryotların yaşadığı habitatlar hakkında içgörü sağladılar. Bu çamurtaşlarının kimyasını analiz ederek antik deniz suyunda oksijen olup olmadığını da belirleyebildiler.

Sonuçlar, ökaryot fosillerinin kıyı çamur düzlüklerinden açık denize kadar değişen ortamlarda bulunduğunu, ancak yalnızca oksijenli ortamlarda çökelen örneklerde bulunduğunu gösteriyor. Oksijensiz ortamlardan alınan örnekler yalnızca basit, prokaryotik formlar içeriyordu. Bu, bilinen en eski ökaryotların bile yaşadığı ortamın oksijenli olduğunu gösteriyor.