Başlangıçta yalnızca basit kimyasallar vardı. Bu basit kimyasallar, hücrelerin oluşması için gereken proteinlere dönüşecek olan amino asitleri üretti. Sonra da hücreler, bitkiler ve hayvanlar haline geldi. Yeni bir araştırma, ilk kimyasal karışımın ("ilksel çorba"nın) yaşamın temeli olan amino asitleri nasıl ürettiğini açıklıyor.

İlk hücreden, bitkilere ve hayvanlara evrim konusunda bilimsel görüş birliği olmakla birlikte, amino asit yapı taşlarının, tüm hücrelerin mekanizmasını oluşturan proteinler şeklinde ilk olarak nasıl düzenlendiği sorusu gizemini koruyordu. Kuzey Carolina Üniversitesi'nden Richard Wolfenden ve Charles Carter tarafından yapılan yeni araştırma, 4 milyar yıl kadar önce yapı taşlarından canlılığa geçişin nasıl gerçekleşmiş olabileceğine yeni bir ışık tutuyor.

Çalışmada aminoasitlerin fiziksel özellikleri ile genetik kod ve üç boyutta protein bükülmesi veya kıvrılması arasındaki ilişkinin, çok kompleks moleküller oluşmadan önce dahi, baştan itibaren zorunlu bir süreç olduğu tespit edildi.

Proceedings of the National Academy of Sciences'da yayımlanan çalışma "RNA Dünyası" teorisine birebir karşı çıkar nitelikte. Bu teoriye göre, RNA, aminoasitler ve kozmik kimyasallardan oluşan 'ilksel çorba' içinden sıyrılarak küçük boyutta proteinler (peptit) oluşturmayı başarmış ve böylelikle ilk hücrelerin oluşmasını sağlamış olduğu düşünülüyordu.

Araştırma ekibi bu RNA senaryosunun ikili bir süreç olduğunu; peptit oluşumunu uyaran RNA'nın ikincil süreçte peptitler tarafından sentezinin uyarıldığını tartışıyor. Bulgular, milyarlarca yıl önce yaşamın nasıl başladığı sorusuna yeni bir katman ekliyor.

Son Evrensel Ortak Ata - SEOA

Bilim dünyası 3.6 milyar yıl önce tüm yaşamın "Son Evrensel Ortak Ata"sının (İng. Last universal common ancestor - LUCA) bir tek hücreli olduğu konusunda bir konsensus içerisinde. Bu atamızın bir kaç yüz gene sahip olduğu düşünülüyor. DNA eşlenmesi, protein sentezi ve RNA transkripsiyonu (DNA'dan RNA sentezi) için gereken tüm genlerin bu canlıda var olduğu da farz ediliyor. Bununla birlikte basit yağ molekülleri de dahil olmak yaşamsal moleküllere de muhtemelen sahipti ve böylelikle yaşamın evrimleşmesini kolaylıkla sağladı.

3.6 milyar yıl önce SEOA'nın nasıl oluştuğu, yaşamsal aktivitelerinin nasıl gerçekleştiği ise elbette tam olarak bilinmiyor.

Araştırmacılar 20 temel aminoasitin fiziksel özellikleri analiz ederek bu özellikler ile genetik kodları arasında bir ilişki tespit etti. Bu ilişkiye göre ikinci ve muhtemelen daha eski bir (Dünya'da ilk yaşamın yaratılması için seçici olarak gereken)  peptit-RNA etkileşimi bulunduğu öne sürüldü.

RNA bu ilksel çorbadan oluşmuş olmak zorunda değil. Hatta ilk hücrelerden önce, aminoasit ve nükleotit etkileşimi ile protein ve RNA'ları eş zamanlı olarak oluşturmuş olması çok daha muhtemel.

Basitlikten Karmaşıklığa

Proteinler fonksiyonlarını doğru gerçekleştirmek için kendilerine has şekilde bükülerek son hallerini almalıdır. Araştırmanın öncü çalışmalarından birincisi PNAS 'da yayımlandı ve tüm 20 aminoasitin polariteleri (suya ve yağa karşı davranışları) ve boyutları ile protein bükülmesi arasındaki ilişki gösterildi. Aminoasitler birbirlerine bağlandıklarında bağ ve elektrik etkileşiminden dolayı birbiri üzerine bükülerek proteine özel 3 boyutlu (quaternary structure) bir şekle girmek üzere bükülür.

Çalışmada amino asitlerin farklı polaritelerinin değişen sıcaklık aralıklarında protein bükülmesine zarar vermeden nasıl değiştiği gözlemlendi. Bu bulgu sandığımızdan da önemli çünkü yaşamın ilk kez oluştuğu sıralarda Dünya'da sıcaklık bitki ve hayvanların ilk oluştuğu zamana hatta bugüne oranla çok da sıcaktı.

Bir seri biyokimya deneyinde amino asitlerin iki temel özelliğinin (büyüklük ve polarite) , protein bükülmesine nasıl bir etkisi olduğunu ve hatta bunun 4 milyar yıl önceki yüksek sıcaklıklarda nasıl gerçekleşmiş olduğunu açıklığa kavuşturdu.

PNAS'da yayımlanan ikinci bir öncül çalışmada, aminoasil-tRNA-sentetaz adındaki evrimin genetik kodu başka bir dile çevirerek protein sentezini sağlayan transfer RNA (tRNA)'yı nasıl tanıdığı incelendi.

tRNA'yı bir adaptör gibi düşünebiliriz: bir ucunda kendine has olan amino asiti taşıtken diğer ucu ile mRNA(mesajcı RNA)'ya bağlı olarak oradaki kodu okur. Böylelikle doğru proteini üretmek üzere her sentetaz belli bir tRNA'yı tanıyarak süreci işletir.

L-şeklindeki tRNA'ların aminoasitleri boyutlarına göre tanıyan ve sıralayan diğer ucuna karşılık, diğer yandan 3'lü mRNA kod'larına karşı 3'lü antikodonlar taşıyan RNA nükleotit dizileri bulunur. Buradaki tanıma durumu ise aminoasitlerin polaritesine bağlıdır.

Çalışmaların tamamı tRNA'lar ile aminoasitlerin fizik özellikleri arasındaki daha önce bilinmeyen ilişkiyi ortaya koyuyor. tRNA sentetaz enzimlerin aktif kısımları olan küçük çekirdek yapılar -Urzyme'ler- ile yapılan bir devam araştırmasında ise aminoasitlerin boyutlarına bağlı seçilimlerinin polariteye bağlı seçilimlerine daha ağır bastığı tespit edildi. Bundan yola çıkarak yaşamın ilk dönemlerindeki proteinlerin özel şekillere bürünmesinin zorunlu bir süreç olmadığı öne sürüldü, bu şekillenmenin daha sonra evrimleştiği düşünülüyor.

Genetik kodu okuyup-çevirmek (DNA'dan mRNA üretilip, mRNA'ların tRNA'lar tarafından tanınması) pre-biyotik kimya'dan biyolojik yaşama geçişin en önemli evresi olarak değerlendiriliyor.

Genetik kodlamanın ara safhasının iki paradoksu çözebileceği üzerinde duruluyor : - Basitliğin karmaşıklığa nasıl yol açtığı, - yaşamın iki çeşit kompleks polimere (proteinler ve DNA , RNA çeşitleri gibi nükleik asitler) nasıl ayrı ayrı ve birlikte bağlı olduğu.

Genetik kodlama'nın iki başarılı süreç ile gerçekleşmesi; ki ilk süreç çok daha basit; Dünya bu kadar genç ve yaşam için zor şartlara sahip olsa da üzerinde canlı hayatının nasıl başladığını anlamamızı kolaylaştırıyor.

Bu eski kod sistemi ile kodlanan eski proteinler RNA'ya bağlanarak seçici bir üstünlük kazanmış oldular. Mevcut ilkel sistem evrimin temel ilkelerinden biri olarak bilinen doğal seçilim sürecine girerek yeni ve daha fazla çeşitte biyolojik formların evrimleşmesinin önünü açtı.

Yaşamın bu hale gelmesini sağlayan karmaşıklığın oluşması için RNA ve peptitler arasında karşılıklı bir etkileşim bu anlamda gerekli görülüyor. Yani dünya bir 'RNA-dünyası' değil RNA-peptit dünyasıydı.

---

Kaynak: Phys.org, "New evidence emerges on the origins of life"
<https://phys.org/news/2015-06-evidence-emerges-life.html>

Referans : Richard Wolfenden, Charles A. Lewis Jr., Yang Yuan, and Charles W. Carter Jr. Temperature dependence of amino acid hydrophobicities. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2015; DOI: 10.1073/pnas.1507565112

---