Hücre olmaksızın metabolizma yaratıldı

Cambridge Üniversitesi’nde bir kalite kontrol prosedürünü kısa yoldan halletmeye çalışan bir doktora öğrencisi, hücreden bağımsız bir metabolizmanın oluşabileceğine dair ilk kanıtı yanlışlıkla keşfetti. Beklenmedik bu sonuç, yaşamın kökeniyle ilgili bir gizemi daha ortadan kaldırabilir.

Yaşamın nasıl başladığı biyologlar arasında sık tartışılan bir konudur. Bazıları önemli enzimlerin ve proteinlerin üretilmesinden tutun da bilgi depolama ve iletim işlerine kadar sahip olduğu çok sayıda görevden ötürü, Dünya üzerinde ilk olarak RNA’ların var olduğunu düşünmektedir. Diğerleri ise metabolizmanın ilk olarak var olduğu ve süreç içerisinde bu metabolizmanın RNA’yı ürettiği görüşünde.

Markus Ralser’in laboratuvarında çalışan öğrenci, bir hücre kültür ortamı içerisindeki piruvatın henüz kullanılmadığını fark etti. Ancak orada olmamalıydı, tüketilmiş olmalıydı. Piruvat, şeker yıkımının (glikosis) bir ürünüdür. Bu yıkım sırasında glikoz şekeri parçalanarak, hücreye enerji veren ATP üretilir ve piruvat da o basamaklardan birinde oluşur.

New Scientist dergisine Linda Geddes şöyle yazıyor:

“Aynı süreçlerin Dünya’da yaşamı tetiklediğini test etmek için, 4 milyar yıl önce yeryüzünü kaplayan Arkean Okyanusu’nun kimyasını yeniden oluşturmaya çalışan Yer Bilimleri Bölümü’ndeki meslektaşlarıyla işbirliği yaptılar. Bu zamanlarda oksijen yoktu, fotosentez başlamamıştı, sularda birçok diğer metalle birlikte bol miktarda demir bulunuyordu. Ayrıca fosfat da bulunuyordu. Tüm bu bileşenler bugün modern hücrelerde gördüğümüz gibi olan kimyasal tepkimeleri mümkün kılmış olabilir.”

Araştırma ekibi erken okyanus koşullarını taklit ederek, modern metabolik süreçlerin başlangıcında bulunan içerikleri ortama kattılar. Sonrasında bu karışımları, hidrotermal bacaların etrafındaki sıcaklıklara kadar ısıttılar. Bunun sonucunda oluşan bileşiklere bakarak, hangi kimyasal tepkimelerin oluştuğunu ve bunların hangilerinin metabolik yolaklara benzediğini ayırt edebiliyorlardı.

Açıklamalar şöyle devam ediyor:

“Tespit ettikleri kimyasal yolaklar glikoliz ve pentoz fosfat yolaklarıydı. Ralser’in dediğine göre bunlar, ‘her yaşayan hücrenin metabolik omurgası olan tepkimelerdir’. Bu yolaklar bir arada çalışarak hücrelerin çalışmasını sağlayan ATP; DNA ve RNA’yı oluşturan şekerler ve yağlar ile proteinlerin oluşumunu sağlayan moleküllerin üretimini sağlar.

Toplamda 29 metabolizma-benzeri kimyasal tepkime tespit edildi. Bunlar, demir ve erken okyanus çökeltilerinde o zamanlarda da bulunan diğer metaller tarafından katalize edilebiliyor gibi gözüküyor. Bu metabolik yolaklar modern versiyonları ile birebir aynı değildir; bazı ara basamak molekülleri tespit edilememiştir. Ancak Ralser şöyle söylüyor: ‘bunları yan yana kıyaslayacak olursanız, aynı yapıda olduklarını ve birçok aynı molekülün oluştuğunu görebilirsiniz’.”

Belki daha da şaşırtıcı bir şekilde, RNA’nın öncülü olan riboz-5-fosfat keşfedilmiştir. RNA, DNA’nın tek şeritli kuzenidir. RNA, bilgi depolar, kopyalanabilir ve kimyasal tepkimelerin hızla başlamasını sağlar. Bu bulgular okyanuslardaki metabolik süreçlerin zaman içerisinde RNA öncüllerinin oluşumunu sağlamış olabileceğini gösteriyor.

Şimdilik gözlenen tepkimeler sadece bir yöne doğru gidiyor: Karmaşık şekerlerden daha basit, piruvat gibi ürün moleküllere doğru… Araştırmacılar halen diğer yöne doğru bir oluşum gözlemediler. Yani şekerlerin yıkılmasındansa, yapılması yönünde… Bunun kanıtı olmaksızın, bazı biyologlar bu bulguların günümüzdeki yolakları oluşturduğuna şüpheci yaklaşıyorlar. Ancak bazı diğer araştırmacılar, kimyasal tepkimelerin tersinir olduğunu savunuyorlar. Yani sonucu zaman gösterecek.