Dünyadaki yaşam nasıl başladı? Kimyasal bulmaca daha da netleşti

[™ Admin]

Dünyadaki yaşam nasıl başladı? Kimyasal bulmaca daha da netleşti

Milyarlarca yıl önce Dünya'nın oluşumundan sonra yaşamın nasıl devam ettiğini anlamaya çalışırken insanlar uzun zamandır kafalarını kaşıdılar. Şimdi kimyagerler, laboratuvarda tüm yaşam için gerekli olan karmaşık bir bileşiği oluşturarak tarifin kilidini kısmen çözdüler.

Araştırmacılar, bir pastanın malzemelerini yapmak gibi, enerji üretimi ve düzenlenmesi için gerekli olan, tüm canlı hücrelerde metabolizma için kritik olan bir bileşiği başarıyla yarattılar. Onlarca yıldır bilim adamlarının gözden kaçırdığı yol, aylar boyunca oda sıcaklığında birleşen, muhtemelen erken Dünya'da bulunan nispeten basit molekülleri içeriyordu.

Bu keşif, yaşamın birçok temel bileşeninin aynı anda erken dönemde oluşmuş ve canlı hücreleri oluşturmak üzere bir araya gelmiş olabileceği fikrine destek sağlıyor.
“Neden hayatımız var? Kimya kuralları neden buradaki yaşamın bu şekilde göründüğü anlamına geliyor?” dedi araştırma makalesinin kıdemli yazarı Matthew Powner. Bunlar "cevap verebileceğimiz en harika sorular".

Organizmalar görünüş olarak büyük farklılıklar gösterse de, birincil metabolitler olarak adlandırılan ve hücre büyümesi ve gelişiminde doğrudan rol oynayan aynı temel kimyasal yapı taşlarından yapılmıştır. Örnekler arasında, RNA ve DNA'yı oluşturan proteinlerin ve nükleotidlerin oluşturulmasına yardımcı olan amino asitler yer alır.

Yeni laboratuvar deneyi, başka bir birincil metabolitin kökenlerine odaklandı: yaşamın tüm alanlarındaki metabolizmanın kalbinde yer alan (birçok işlevinden biri olan) koenzim A. Örneğin bileşik, oksijene ihtiyaç duyan organizmalarda karbonhidratlardan, yağlardan ve proteinlerden enerji açığa çıkmasında hayati bir rol oynar, ancak aynı zamanda birçok bakteri gibi oksijene ihtiyaç duymayan yaşam formlarında metabolik işlevlere de hizmet eder.

Özellikle Powner ve ekibi, pantethein adı verilen koenzim A molekülünün belirli bir parçasını yeniden yaratmanın yollarını arıyorlardı. Pantethein, koenzim A'nın fonksiyonel kolu olup sıklıkla aktarılır ve vücudumuzda diğer kimyasal reaksiyonların oluşmasını sağlar. Bu kola ko-faktör adı verilir ve bir "açık" anahtar görevi görür; o olmadan koenzim kullanılamaz.

Araştırmada yer almayan Oberlin Koleji biyologu Aaron Goldman, "Metabolik süreçlerimizin tümü bu yardımcı faktörlerin küçük bir alt kümesine dayanıyor" dedi. "Bu, araştırmacıları, bu yardımcı faktörlerin, yaşamın kökeni ve erken evrimi sırasında daha büyük, daha karmaşık enzimlerden önce ortaya çıkmış olabileceğini iddia etmeye yöneltti."

Goldman, bazı araştırmacıların, erken yaşam formlarının, hücrelerin bugün kullandığı daha büyük, daha karmaşık enerji para biriminin evriminden önce enerji depolamak için panteteini kullanmış olabileceğini öne sürdüğünü söyledi.

Durum böyleyse, gizem ortaya çıkıyordu: Pantetheine nereden geldi?

"Zamanda geriye gidemeyiz. Yaşamın kökenine geri dönemeyiz. University College London'dan profesör Powner, "Bu zaman dilimine ait örnekleri bulamıyoruz" dedi. "Bu sorunun kökenine gerçekten inmek için tek potansiyelimiz, onu yeniden inşa etmek, sıfırdan başlamak, bir hücreyi yeniden yapılandırmak, bir organizma inşa etmek için ne gerektiğini anlamaktır."

Pantetheine inşa etmek zorlu bir işti. Birincisi, molekülün biyokimya standartlarına göre "ilginç" olduğunu söyledi. Proteinleri oluşturmak için kullanılan peptitlerin (amino asit zincirleri) yapısına çok benziyordu, ancak ona daha karmaşık bir yapı kazandıran birçok garip özelliğe (tuhaf yerlerde bulunan olağandışı elementler) sahipti.

Bileşik o kadar tuhaf bir ördek yavrusu ki, bilim insanları daha önce bunun temel moleküllerden yapılamayacak kadar karmaşık olduğunu öne sürmüştü. Diğerleri pantetein yaratmaya çalıştılar ve başarısız oldular; bunun yaşamın kökeninde bile mevcut olmadığını düşündüler. Pek çok bilim insanı, biyolojinin bunun basit bir versiyonunu yaratacağını ve bunun zamanla daha karmaşık hale gelecek şekilde evrimleşeceğini, örneğin bir baraka inşa edip daha sonra onu bir malikaneye dönüştüreceğini düşünüyordu.

Yine de ekip laboratuvara gitti. Öncelikle hidrojen siyanür ve su gibi erken Dünya'da bol miktarda bulunabilecek malzemeleri kullanmaya odaklandılar. Reaksiyonun ilk birkaç adımının her biri yaklaşık bir gün sürdü, ancak son adım 60 gün sürdü; bu, Powner'ın laboratuvarının şimdiye kadar yaptığı en uzun reaksiyondu. Ekip sonunda "kısmen sıkıldığımız için" tepkiyi kapattı. Ancak sonuç çok fazla panteteindi.

Ekip, diğerlerinin başarısız çalışmaları ile karşılaştırıldığında başarısını, nitril adı verilen nitrojen bazlı bileşiklerin kullanımıyla değerlendirdi. Bu bileşikler reaksiyonları teşvik etmek için çok ihtiyaç duyulan enerjiyi sağladı. Nitiller olmadan, bir çim biçme makinesine sahip olmanıza ama onu hareket ettirecek gazın olmaması gibidir.

"Bence kimsenin bunu denememiş olması çok şaşırtıcı. Eğer hepsini karıştırırsanız, hepsi birbiriyle karşılıklı olarak tepkimeye girer," dedi Ph.D. Jasper Fairchild. Deneyi yöneten University College London'daki aday. "Ortalığın karışacağını sanıyorsun ama öyle değil. Sadece pantetein al. Ve benim için bu çok güzel."

Yazarlar, Dünya'nın erken dönemlerinde reaksiyonun küçük havuzlarda veya su göllerinde gerçekleşmiş olabileceğini söyledi. Ancak büyük okyanuslar muhtemelen kimyasalların konsantrasyonunu seyreltmiş olabilir.

Araştırmada yer almayan kimyager Joseph Moran, "Bu, yaşam moleküllerinin, hatta koenzimler gibi daha karmaşık moleküllerin nasıl oluşmaya yatkın olduğunun bir başka güzel örneği" dedi.

Böylesine karmaşık görünen bir molekülün basit tarifi, Dünya'da yaşamın nasıl başladığını yeniden hayal edebilir. Powner, bilim adamlarının tarihsel olarak biyolojik moleküllerin adım adım ortaya çıktığını öne sürdüğünü söyledi; tıpkı daha sonra proteinlere ve diğer kimyasallara yol açan RNA'nın ilk dünyası gibi.

Ancak yeni keşif, yaşamın birçok yapı taşının aynı temel kimyasallardan ve koşullardan aynı anda yaratılmış olabileceğini, proteinleri, RNA'yı ve diğer bileşenleri aynı anda üretebileceğini gösteriyor. Aslında ekibin önceki çalışmaları, nükleotidler (DNA oluşturmaya yardımcı olan) ve peptidler (proteinlerin oluşmasına yardımcı olan) oluşturmak için benzer koşulları ve reaksiyonları kullanmıştı. Bu yapı taşları bir araya gelerek birbirleriyle reaksiyona girebilir ve sonuçta yaşamın kökenine yol açabilirdi.

Bu bileşenlerin nasıl oluştuğunu ve bir araya geldiğinin daha iyi anlaşılması, bilim adamlarının bir gün laboratuvarda, hatta başka bir gezegende statik malzemelerden hayat yaratmasına yardımcı olabilir.

Powner, "[Sıfırdan] bir hücre yapmaktan çok uzağız" dedi. "Bu benim hayatım boyunca gerçekleşmeyebilir, ancak bu moleküllerin birlikte nasıl çalıştığını anlama yolundayız."

Kaynak: WP The Washington Post