Dünyada ilk hücre nasıl oluştu ? İşte yaşamla ilgili dikkat çeken ipucu

Caitlin Cornell, mikroskobundan aşağı doğru baktığında, siyah fon üzerinde bir takım büyük parlak noktalar olduğunu gördü. Bunlar, uzayın boşluğunda parlayan minyatür güneşleri andırıyorlardı. Cornell, Washington Üniversitesi’nde görevli bir kimyager olan danışmanı Sarah Keller’a lekeleri gösterdiği zaman “gerçekten çok heyecanlandık” diyor. “Biraz ‘vay canına!’ ânıydı.” Farkına vardı ki, bu noktalar yaşamın kökeniyle ilgili uzun zamandır süren bir bilmecede kullanışlı olabilirdi.

HER CANLIYI OLUŞTURAN ÜÇ TEMEL UNSUR

Sonsuz çeşitlenmelere karşın, canlıların tamamına hayat veren hücreler üç temel unsur barındırır: Bilgileri kodlayan ve kopyalanabilen moleküller; yani DNA ve onun daha basit bir yapıdaki akrabası olan RNA. Mühim görevleri yerine getiren işgücü molekülleri olarak proteinler. Ve bunların tamamını içine alan, yağ asitlerinden meydana gelen bir zar. Zamanda geriye, hayvanlar, bitkiler ve hatta bakterilerin var olmadığı bir döneme gittiğinizde, bilim insanlarının ‘protocell’* (ön hücre, hücremsi) dediği ve tüm yaşamın öncüsü olan şeyin, büyük ihtimalle aynı üç parçayı barındırdığına şahit olursunuz: Bir zar içinde RNA ve proteinler. Fizikçi Freeman Dyson’ın bir zamanlar söylediği gibi, “hayat küçük çöp torbaları vasıtasıyla başladı.”

‘Çöp torbaları’ -zarlar- kritik önem taşıyordu. Diğer molekülleri kapsayacak bir şey olmadığında bunlar yalnızca yüzer, dünyaya yayılır ve hiçbir sonuca ulaşmazlar. Zarlar, onları bir arada toplayarak, düzensiz kimyasalların cansız dünyasını sekoyalar ve kızılkuyruk kuşlarıyla, fillerle, bakterilerle, insanlar ve yılan balıklarıyla dolu bir dünya haline getirdi. Hayat, özünde, bölmeler meydana getirmekle ilgilidir. Ve bu göründüğünden hem daha kolay, hem de daha meşakkatlidir.

Öncelikle, işin kolay kısmı… Öncül hücre zarları yağ asitlerinden – yuvarlak kafaları ve uzun kuyrukları olan, lolipop gibi görünen moleküllerden-  meydana geliyordu. Kafalar suyun tadını çıkarırken, kuyruklar sudan hoşlanmıyordu. Bu nedenle, yağ asitleri suya girdiklerinde, içi boş kürelerde kendiliğinden bir araya gelir; sudan hoşlanmayan kuyrukları içeriye doğru bakar ve suyu seven kafaları yüzeyde kalır. Küre biçimli bu yapılar RNA ve proteinleri içine alarak bir ‘protocell’ oluşturur. Bunun ardından yağ asitleri, yaşamın ortaya çıkması için gereken bölmeleri otomatik biçimde oluşturabilir. Neredeyse gerçek olamayacak kadar iyi görünüyor.

Ve bu, iki sebepten dolayı böyledir. Hayat en başta tuzlu okyanuslarda ortaya çıktı ve tuz, yağ asidi kürelerini korkunç biçimde istikrarsızlaştırıyor. Buna ek olarak, aralarında magnezyum ve demirin de bulunduğu belirli iyonlar bu kürelerin çökmesine yol açıyor; ki bu sorunlu bir durum. Zira, ilk ön hücrelerin bir diğer kilit unsuru olan RNA’nın bu iyonlara ihtiyacı var. Bu durumda, ihtiyaç duyduğu bölmeler, ilk ortaya çıktığı koşullar ve bizzat gelişmesi için ihtiyaç duyduğu maddeler tarafından yok edildiğinde, yaşam nasıl ortaya çıkabilir?

İLK HÜCRE NASIL OLUŞTU?

Caitlin Cornell ve Sarah Keller’a göre bu paradoksun bir yanıtı mevcut. Kürelerin, proteinlerin yapı taşlarını oluşturan basit moleküller olan amino asitlerin içinde bulundukları sürece hem tuz hem de magnezyum iyonlarına dayanabileceğini ortaya koydular. Cornell’ın mikroskobunda gördüğü küçük güneşler, tuzlu bir ortamda küresel biçimini koruyabilen amino asitler ve yağ asitlerinden oluşan bir karışımdı.

Bunu tam anlamıyla büyülü buluyorum. Bu, yaşamın temel bileşenlerinden ikisinin, bir protocell’in zarının ve proteinlerinin, birbirlerinin var olması için gerekli koşulları sağladığı anlamına geliyor. Amino asitler, yağ asitlerine yapışarak onları istikrarlı bir hale getirdi. Bunun karşılığında, yağ asitleri amino asitleri yoğunlaştırdı ve belki de onları proteinlerle kaynaşmaya yöneltti. En başından itibaren, bu ortaklar 3.5 milyar yıldır devam eden iki aşamalı bir dansa dahil oldular ve biyolojinin sahip olduğu tüm zenginliği yalnızca kimyanın başlangıç noktasından yaratmaya yardım ettiler. Keller, “Gerçekten hemfikirim” diyor. “Bu tamamen büyülü bir şey. Bu iki parçanın bir arada bulunması gerekiyor.”

San Diego’da bulunan Kaliforniya Ünivesitesi’nden Neal Devaraj “Bu, harika bir çalışma” diyor. “Zarların, (proteinlerin) sentezini destekleyebileceğine ilişkin önerileri gerçekten büyüleyici.”

Bu keşif neredeyse bir kaza sonucu gerçekleşti. Aslında Keller, meslektaşı olan Roy Black tarafından kendisine aktarılan farklı bir soruyu çözmek üzere yola çıkmıştı. Black hiç kimsenin, protocell üçlüsünün -RNA, proteinler ve zarların- aslında ilk etapta nasıl bir araya geldiklerine ilişkin iyi bir fikre sahip olmadığını söylemişti.  İnsanlar yalnızca ellerini sallıyor ve bu yaşamsal öneme sahip kümelenmeyi rastlantısal bir olaya bağlıyor gibiydiler. Black, bunun yerine, anahtar unsurun bizzat zarların kendilerinin olduğu önerisini sundu. Şayet yağ asitleri hem proteinlerin hem de RNA’nın bileşenlerine yapışabilirlerse, bu yapı taşlarını, kendilerini eklemledikleri biçimde bir araya getirebilirlerdi.

Cornell, bu fikri, tamamının ilkel Dünya’da bulunduğu düşünülen üç farklı amino asidi kuluçkaya yatırarak bir testten geçirdi. Tabii ki, Black’in de beklediği üzere, moleküller birbirleriyle etkileşime girdi. Buna ek olarak, Cornell, mikroskobundan aşağı baktığında orada özel bir şeyler olduğunu fark etti.

BİR YAP-BOZUN PARÇALARI GİBİ

Yağ asitleri, kendi başlarınayken, tahmin edilebileceği gibi içi boş olan kürelere kendiliğinden eklemlenir. “İç kısmı görünürken mat çizgilere sahip olan ve etrafta yüzen bir denizanası gibi görünüyorlardı,” diyor Cornell. Tuz ya da magnezyum iyonları eklediğinde ise bu denizanası parçalanıyordu. Ancak bu işlemi amino asitleri ekledikten sonra gerçekleştirdiğinde, hücrenin şekli bozulmuyordu. Dahası, Cornell’ın parlayan güneşlere benzettiği şekillere dönüşmüşlerdi. Bir zamanlar içi boş olan merkezleri, küreler içinde küreler barındıran başka bir yağ asidi tabakasıyla doldurulmuştu. Bir tesadüf eseri değildi; zira gerçek hücrelerimiz de bu şekilde, bir yerine iki yağ tabakası içeren zarlarla oluşur.

Hâl böyleyken, amino asitlerin varlığı yalnızca yağ asidi kürelerini korumakla kalmaz, aynı zamanda onları daha açık biçimde ‘biyolojik’ olan bir olguya dönüştürür. Peki neden? Keller, “Hiçbir fikrimiz yok ve bunu önceden tahmin de edemezdik,” diyor. “Alanımıza dair gelecekteki teorilerin önünü açan güzel bir yerdeyiz.”

Minnesota Üniversitesi’nden Kate Adamala, “Bu muhteşem bir çalışma,” diyor. Gerçekleştirilen farklı çalışmalarda, amino asitlerin herhangi biri ile yağ asidi zarları ve RNA arasındaki etkileşimlerin saptandığını fakat Cornell ve Keller’ın çalışmalarının bu üç unsuru da etkili bir şekilde birbirine bağladığını belirtiyor. Amino asitler, RNA’nın çalışması gereken magnezyumlu bir ortamda zarların var olmasına olanak sağlar.

Hayatın kökenleri hakkındaki incelemeler daima çekişmeli olmuştur. Bilim insanları, 3.5 milyar yıldan fazla bir süre önce meydana gelen olaylar şöyle dursun, içinde bulunduğumuz anda gerçekleşen olaylar hakkında bile şiddetli fikir ayrılıkları yaşıyorlar. Kimi araştırmacılar, mesela, yaşamın sığ volkanik havuzlarda başladığını düşünürken, bazı başka bilim insanları (yeryüzü çatlaklarında magmanın sıcaklığıyla ısıtılan/ç.n.) sualtı bacalarında ortaya çıkmış olması gerektiğini savunuyor. Keller’ın ortaya koyduğu fikirler, insaflı bir şekilde, her iki ortamda da çalışıyor. “Ben agnostiğim**” diyor. “(Çalışmamızın) protocell fikrini konumdan bağımsız biçimde daha akla yatkın bir hale getirmesinden dolayı heyecanlıyım.”

Keller, artık ‘protocell’lerin bir araya gelmesinden sonra neler olacağı üzerinde araştırmalar yürütüyor. Şüphesiz, protein ve RNA oluşumu için gerekli yapı taşlarını içeren bir bölme var. “Ama bu bireysel yapı taşları daha büyük molekülleri oluşturmak için nasıl birbirine bağlanıyor?” diyor. “Bu çok zor bir soru.”

*Protocell (Eobiont veya protobiont da denir), yeryüzünde yaşamın başlangıcı olduğu varsayılan ilk yaşam biçimidir. Yeryüzünün ilk zamanlarındaki denizlerde ortaya çıkan, serbest hareket edebilen moleküller ile gerçek canlılar arasında bir geçiş aşamasıdır.

**Agnostik (bilinemezci); bazı konularda gerçek ve kesin bilgi elde edileceğinden şüphe duyan kimse.