İlk hücreler ortaya çıkmadan önce elinde genetik bilgi bulunan, protein çevrimi yapabilen ve kendini kopyalaması için gereken moleküler mekanizmaya sahip olan bir "yaşam" formu mevcut olmuş olabilir mi? Böyle bir varlık şu anda hücrelerimizin içinde bir "yaşayan fosil" gibi hâlâ varlığını sürdürüyor olabilir mi? O fosil, ribozom olabilir mi?

DNA'nın genetik bilgiyi nasıl kodladığının anlaşılmasından bu yana, canlılığın evrimi konusundaki araştırmalar çoğunlukla genlere odaklandı. "Bencil gen" kuramına göre hücreler ve organizmalar, genlerin korunması ve iletimi için birer paketten ibaretti. Fakat bir süre önce Meredith Root-Bernstein ile Robert Root-Bernstein tarafından yapılan bir çalışmada, farklı bir düşünce ortaya atıldı. Araştırmacılar, eğer bir şey "bencil" olarak adlandırılacaksa, bunun ribozom olması gerektiğini belirtiyor.

Ribozom, tüm canlı hücrelerde bulunan büyük ve kompleks bir moleküldür. Genetik bilgiyi DNA'dan proteinlere çevirecek mekanizmayı içerir; ürettiği proteinler de hücrenin tüm işlerini yapar ve yapısının da büyük bölümünü oluşturur. "Ribozomlar, üç protein-kaplı RNA iplikçiğinden oluşur ve kitaplarda bunların tamamen yapısal olduğu söylenir. Ama biz, kendi bileşenlerini yapmak için ribozomal RNA'nın eskiden genler, mRNA'lar ve tRNA'lar olarak görev yaptığını ve modern hücrelerdeki bu yapıları doğurduğunu ortaya koyuyoruz," diyor Meredith Root-Bernstein.

Bencil Gen

Bencil gen kuramı, en kısa şekliyle antropomorfizm (insani özellikler atfetme, kişileştirme, insan-biçimcilik) yapılarak şöyle anlatılır: "DNA molekülü kendini kopyalamak ister." Meredith Root-Bernstein, konu üzerinde düşünürken DNA'nın isteğinin gerçekten bu olup olmadığını sorgulamaya başlamış. Organik kimyacılar molekülleri antropomorfize ettiklerinde, moleküllerin "en düşük enerjili şekillerinde olmak" istediklerini söyler. Bunun anlamı, enerjileri olduğunda moleküllerin farklı konformasyonlara girebileceği ama geri döndükleri bir dinlenme pozisyonlarının bulunduğudur.

DNA'nın dinlenme pozisyonu sıkıca kıvrılmaktır. Çözmek öyle zordur ki, eşlenme ve çevrim için çeşitli yardımcı moleküllerin onu nasıl açıp ayırdıklarını araştırmacılar tam olarak anlamış değil. Dolayısıyla, Meredith Root-Bernstein'ın fark ettiği üzere, organik kimyanın bakış açısından "DNA'nın istediği şey" aslında kıvrılmış şekilde durmaktır. DNA eşlenmek veya çevrilmek istemez. DNA'nın evrimsel süreçlerin dinamik tetikleyicisi olmasının muhtemel olmadığı sonucu, şu soruyu gündeme getirir: O zaman replikasyonu ve translasyonu isteyen kimdir?

Bencil Ribozom

Meredith ve Robert Root-Bernstein'a göre DNA eşlenmesinin ve protein sentezinin gerçekleşmesini kimin isteyebileceği açık: Ribozom. Ribozomun dinlenme pozisyonu "DNA'yı proteinlere çevirmeye hazır" olmaktır. Ayrıca tüm organizmaların hücrelerinde ribozomların mevcut bulunmasının yanı sıra, hepsinde neredeyse özdeştir.

Ribozomlar iki tür molekülden oluşur: Protein ve RNA. RNA yapısal olarak DNA'ya çok benzer ve üç biçimde bulunur. Bu biçimlerden biri ribozomal-RNA (rRNA) olup, kitaplarda yazdığına göre bütünüyle yapısaldır ve ribozom "makine"sinin iskeletini meydana getirir. Diğer iki RNA biçimi ise mRNA ile tRNA'dır; bunlar ribozomun dışında olur ve DNA yönergelerine göre ribozom "makine"sinin proteinleri oluşturmasına yardım ederler. Mesajcı-RNA genetik bilginin DNA'dan yazımını yapıp ribozoma getirir; taşıyıcı-RNA ise mRNA mesajına uygun amino asitleri getirir. Bu amino asitler de birbirlerine eklenerek, ribozomun protein yapması sağlanır.

Acaba ribozomlar "bencilce" kopyalama yapmaya (dinlenme pozisyonuna geçmeye) çalışıyor olabilir mi? Ribozomlar, rRNA'yı proteinlerle etkileşmeleri için yeniden kullanıma mı soktu yani mRNA ve tRNA'yı mı üretti? Malzeme birleştirme yönergelerini güvenle depolamak için de DNA'yı mı üretti? Eğer durum buysa, o zaman rRNA dizilimleri, mRNA, tRNA ve DNA kodlamalı ribozomal proteinlerin dizilimlerine uymalıdır.

Bu yeni hipotezi sınamak için ekip, E. coli bakterisinin tüm RNA'larının, DNA'sının ve proteinlerinin veritabanı ile ribozomal-RNA'yı karşılaştırdı. Ribozomun iskeletini oluşturan yapısal bir malzemeden ibaret olarak görülen ribozomal-RNA'nın gen kodlayabileceği sanılmıyordu. Ama eğer ribozomlar kendilerini çoğaltmak istiyorlarsa, rRNA'nın daha önce hiç kimse tarafından dikkat edilmeyen üç şey içermesi gerekirdi. İlk olarak, kendi ribozomal proteinlerini kodlayan "genler" içermelidir ki böylece işleyen bir "makine" oluşturabilsin. İkinci olarak, kendi genetik bilgisini "makine"ye taşımak için gereken mRNA'lar içermelidir. Son olarak, mRNA'ları proteinlere çevirmek için gereken tRNA'ları kodlaması gerekmektdir.

Araştırmacılar, rRNA'ların yapısının, E. coli'deki bu yapıların hepsine çarpıcı şekilde iyi karşılık geldiğini ortaya koydu. Böylelikle, ribozomun pasif bir şekilde çevrim yapan bir yapıdan ibaret olmadığını, kendi protein yapısını ve işlevini kodlayan "genlerin" ve mRNA'lar ile tRNA'ların kalıntılarının rRNA'da bulunduğunu göstermiş oldular. Bu "bencil ribozom" modeli, büyük bir kuramsal boşluğu dolduruyor. Bir yanda çamur düzlüklerinde, okyanussal ısıl bacalarda veya yıldırımla oluşabilen basit biyolojik moleküller varken, diğer yanda SEOA (Son Evrensel Ortak Ata) adı verilen tek-hücreli organizma vardı. Şimdiyse kopyalama yapan ribozomun işlevlerini daha iyi hâle getirmek için onu çevreleyerek oluşan hücresel yapı olasılığı üzerinde düşünebiliriz.