Canlılığın Kökeninde Lipid Dünya Olabilir mi?

1924 yılında Rus biyokimyacı Alexander Oparin, Dünya’daki canlılığın, 4 milyar yıl önce Dünya üzerinde bulunan “ilksel çorba“daki organik moleküllerin dereceli kimyasal değişimleri y..
Görsel Telif: Weizmann

1924 yılında Rus biyokimyacı Alexander Oparin, Dünya’daki canlılığın, 4 milyar yıl önce Dünya üzerinde bulunan “ilksel çorba“daki organik moleküllerin dereceli kimyasal değişimleri yoluyla gelişebileceğini ortaya attı. Onun düşüncesine göre, cansız moleküllerin karmaşık kombinasyonu, küçük yağlı damlacıkların içinde güçlerini birleştirerek, yaşamsal beceriler üstlenebilirdi; kendi kendini çoğaltma, seçilim ve evrim. Bu düşünceler büyük bir kuşkuyla karşılandı.

Otuz yıl sonra, DNA’nın yapısı deşifre edildiğinde, bu molekülün kendi kendini kopyalayıp çoğaltabildiği anlaşıldı. Böylece, görünüşe göre Oparin’in damlacıklarına başvurmadan canlılığın kökeni bilmecesini çözüyordu. Ancak eleştirmenler, canlılığın sadece çoğaltıcılara değil, metabolizmayı kontrol etmek için enzim katalizörlerine de gereksinimi olduğunu savundu.

Bir otuz yıl daha geçtikten sonra, RNA molekülü keşfedildi. DNA’dan proteinlere bilgi aktarımının kilit bileşeni olan RNA, aynı zamanda bir enzim de olabiliyordu. Böylece “RNA Dünyası” kavramı doğdu. Bu düşünceye göre, canlılığın başlangıcı, ilksel çorbanın ribozim doğurmasına dayanıyordu; ribozim hem çoğalabiliyor, hem de metabolizmayı kontrol edebiliyordu.

Buna karşın kuşkular sürüyordu, çünkü çoğalan bir ribozom, son derece karmaşık bir moleküldü; çorbada kendiliğinden (spontane biçimde) belirme olasılığı yok sayılabilecek kadar azdı. Bu da alternatif bir kavrama yol açtı: Karşılıklı katalitik ağlar, moleküler toplulukların bütününü kopyalamayı sağlayabilirdi. Bu fikir, Oparin’in basit moleküllerin evrilen karmaşık kombinasyonunu yineliyordu; söz konusu basit moleküllerin her birinin çorbada belirme olasılığı yüksekti. Geriye kalan da, bu senaryoyu desteklemeye yardımcı olacak ayrıntılı bir kimyasal model üretmekti.

Weizmann Bilim Enstitüsü’nden Prof. Doron Lancet ve çalışma arkadaşları, böyle bir model kurdu. Pre-biyotik (canlılık öncesi) dönemdeki evrimde, yani kimyasal evrim süreciyle canlılığın belirişi için kurdukları bu model “Lipid Dünya” idi. İlk olarak, Oparin’in damlacıklarına benzer şekilde, birleşmeye ve etkili bir şekilde karşılıklı etkileşim ağları oluşturmaya uygun tipte molekülleri tanımlamak gerekliydi. Lancet lipidleri önerdi; bunlar, yağlı bileşenler olup, spontane olarak tüm canlı hücreleri kapsayan kümelenmiş zarlar oluşturuyorlar. Lipid baloncuklar (kabarcıklar), canlı hücrelere çok benzer bir şekilde büyüyebiliyor ve bölünebiliyor. İşte 20 yıl kadar önce Lancet’in ürettiği Lipid Dünya kavramının kaynağı buydu.

Başvurulan moleküler ağları analiz etmek için ekip, sistemler biyolojisinin ve hesapsal kimyanın araçlarını kullandı. Bu sayede, “karşılıklı katalitik ağlar” kavramını sağlamlaştırabildiler. Hipotezlerini sınamak için GARD (İng. Graded Autocatalysis Replication Domain) adlı bir model kullandılar. Öncelikle, bir büyüme-bölünme neslinden diğerine lipid topluluklarının enformasyonu nasıl depolayabileceği ve iletebileceği sorusunu ayrıntılı olarak ele aldılar. Şimdiye dek çok az açıklanmış olan bir kavramı gündeme getirdiler: Yayılan şey, bileşimsel enformasyondur. Bunun nasıl olduğunu, ayrıntılı bilgisayar simülasyonları ile gösterdiler. Dahası, böyle bir bileşim kopyalamasının, büyüyen ve serpilen canlı hücreler tarafından korunan epigenetik enformasyona (ki DNA kopyalanmasından bağımsızdır) olan derin benzerliği de vurguladılar.

Journal of the Royal Society Interface dergisinde yayımlanan bir makalede, Lancet ve çalışma arkadaşları, ribozomlara benzer şekilde, lipidlerin enzim-benzeri kataliz uygulayabileceğini gösteren kapsamlı bir literatür araştırması sundu.  Bu, karşılıklı etkileşim ağlarının oluşumu için kritik bir özellik. Sonuç olarak, yazarların sistemler biyolojisi ve hesapsal kimya araçlarını kullanarak gösterdiği üzere, yağlı damlacıklar birikip, bileşimsel enformasyon depolayabiliyor. Kaynaştıklarında ise enformasyonu sonraki nesle iletiyor.

Geliştirdikleri bilgisayar modeline dayanarak, bilimciler “kompozom” (ing. composome) adı verilen spesifik lipid bileşimlerinin, bileşimsel mutasyonlar geçirebildiğini, çevresel değişimlere cevaben doğal seçilime maruz kalabildiklerini ve hatta Darwinian seçilim yaşayabildiklerini gösterdiler. Prof. Lancet, DNA’daki kimyasal “harfler”in dizilimine değil de, bileşimlere dayalı olan böyle bir enformasyon sisteminin, epigenetik alanına benzediği yorumunu yapıyor; özellikler DNA diziliminden bağımsız olarak kalıtılıyor. Bu da, canlılığın DNA ve RNA’nın gelişiminden önce belirmiş olabileceği yönündeki varsayımları destekliyor. Ekibin makalesinde, yağlı damlacıklar çerçevesinde genetik malzemenin belirişine yol açabilecek bir kimyasal yolak betimleniyor.

Lancet’in “Lipid Dünyası” kavramı, ilksel çorbada yeterince yağ-benzeri “su sevmeyen” molekül olup olmamasına bağlı olarak olasılık dahilinde bulunuyor. Ekip, böyle moleküllerin Dünya’nın erken dönemlerinde var olmasının olasılığının yüksek olduğu bir literatür araştırması da sunuyor. Bu sonuç, yakın zamanda yapılan ve Satürn’ün uydularından Enceladus’ta “su sevmeyen” bileşenlerle dolu bir buzul altı okyanusu (ilksel okyanus) olduğunu gösteren bir çalışmayla desteklendi. Sözü edilen su sevmeyen bileşenlerden bazıları Lipid Dünyası benzeri damlacıklar oluşturabilir. Prof. Lancet, bu bulguların, modele dayalı yenilikçi hesaplamalarla birlikte, canlılığın belirme olasılığının nispeten yüksek olduğunu düşünüyor; hatta Enceladus’ta bazı erken dönem lipid-bazlı yaşam formlarının olma olasılığı olduğunu ekliyor.

Kaynak ve İleri Okuma

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv