Cesur bir deney Dünyadaki yaşamın temelinde dönüşümsel sistemin yerini doğruluyor. Bu deneyin başarısız olma durumu vardı. Ancak bu deney, genlerimiz dışında yaşamı mümkün kılan mekanizmalar olan dönüşümsel sistemin ilk evrimini destekleyen çok büyük kanıtlar sundu. Çalışma ribozomu merkezleyen sistemin bugün sanki Dünyadaki yaşamın temelinin 4 milyar yıl öncesiymiş gibi geliştiğini gösterdi.
Deney öylesine cüretkârdı ki Marcus Bray, deneyin başarısız olacağından bile korktu.
Marcus Bray, genetik kodu yaşama dönüştüren hücrelerin içindeki sistemde, yaklaşık 1.000 temel yapıyı, dönüşümsel sistemin yaşamını sürdürüp sürdürmediğini ve işleyip işlemediğini görmek amacıyla ilkel olanlarla değiştirdi. Bu, mümkün görünmemesine rağmen işe yaradı. Proteinlerin büyük kurucusunun, 4 milyar yıl önce evrimleştiği zorlu koşullarda aktif olduğuna dair Bray’in güçlü kanıtları vardı.
Deneyin başarılması Dünyadaki yaşamın temelinde dönüşümsel sistemin yerini yeniden doğruladı.
Her yaşayan şey var olur çünkü dönüşümsel sistem RNA tarafından ona aktarılan DNA’dan mesajları alır ve proteine dönüştürür. Sistem, çok sayıda RNA molekülünden ve proteinden oluşan ve bildiğimiz kadarıyla yaşamda var olan ribozom adı verilen hücresel mekanizmalara odaklanır.
Georgia Teknoloji Enstitüsü Kimya ve Biyokimya Bölümü Öğretim Üyesi Loren Williams, “Ribozomu olmayan bir canlı olmadığını”, “Ribozomun neredeyse en eski, biyolojinin en yaygın parçası olduğunu ve kökenlerinin Dünya oluştuktan ve soğuduktan sonraki döneme kadar gittiğini” söyledi.
Magnezyumunuzu yiyin
Bray’in söküp çıkardığı ve değiştirdiği bu temel yapılar metal iyonlarıdır (bu durumda pozitif yüklü atomlar).
Bugünün ribozomlarında ve bütün dönüşümsel sistemde bunlar, magnezyum iyonlarıdır ve Bray’in deneyinde bunların hepsi ilkel Dünyada çok fazla bulunan demir ve manganez iyonlarıyla değiştirildi. Bu çalışmada baş araştırmacı William ve Jennifer Glass’ın da deneyin başarılabilir olacağı konusunda şüpheleri vardı.
Daha önce daha basit moleküllerle benzer bir çalışma yürüten Williams “İşe yaramayacak fakat bunu da deneyebiliriz diye düşündüm” dedi. “Dönüşümsel sistemde tüm magnezyumu değiştirmenin işe yaraması akıllara durgunluk verdi.”
Çünkü bugün canlı sistemlerde magnezyum, ribozomları bir arada tutarak şekillendirmeye yardım eder. Ayrıca dönüşümsel sistemin 20 ek enzimi için magnezyuma da ihtiyaç duyulur. Besinsel magnezyumunun (Mg) çok önemli olmasının bir nedeni de budur.
Williams “Magnezyumun ribozom ve dönüşümsel sistemde yaptığı farklı şeylerin sayısı muazzam” dedi. “Dönüşümde katalitik aktivitelerin çok fazla türü var ve magnezyum hemen hemen hepsinde de bulunur.”
Lav püskürten Dünya
İlk yaşam evrimleştiğinde Dünya kabuğundaki çatlaklar hâlâ lav püskürtüyordu ve meteor çarpmaları yaygındı. Solunabilir oksijen yoktu ve gezegen demir ve manganezle doluyordu.
Bu durum baskın iyonlar olarak dönüşümsel sistemde kullanılmalarını çekici hâle getirmiş olabilir. Bugün olduğundan muhtemelen daha az olmasına rağmen magnezyum da vardı.
Araştırmacılar dönüşümsel sistemin, temel yapıları olarak bu maddelerle çalışacak şekilde ilk defa evrimleşip evrimleşmediğini öğrenmek istediler. Bu nedenle, William ve Glass’ın laboratuvarında araştırma görevlisi olan Bray, yaşamın ilk olarak evrimleştiği dönemdeki şartları yaratmak için magnezyum iyonlarını değiştirdi.
Bray “İşe yarayacağına inanmamız için önemli bir nedenimiz yoktu. İşe yaradığında ise hepimiz için büyük bir sürpriz oldu” dedi. Dönüşümsel sistemin, ilk Dünya koşullarında geliştiğini desteklemiş oldu. Başyazarlardan Timothy Lenz, araştırmacılar Glass ve Williams 9 Kasım 2018’de Ulusal Bilim Akademisi Bildirileri (Proceedings of the National Academy of Sciences) dergisinde sonuçlarını yayımladılar. Araştırma, NASA Eksobiyoloji Programı tarafından finanse edildi. Glass, Georgia Dünya ve Atmosfer Bilimleri Teknoloji Okulu’nda öğretim üyesi.
‘Ders kitapları yeniden yazılabilir’
Şaşırtıcı bir şekilde, atom değiştirme ribozomların şeklini çok az değiştirdi.
Williams “Bunun işe yaraması tamamen şaşırtıcı. Çünkü biyoloji çok spesifik şeylerin kullanımını mümkün kılar. Bir atomu değiştirin ve o, tüm proteini yok edebilir” dedi. “Yapıyı incelediğimizde bütün üç maddenin yapıda temelde aynı şeyi yaptığını gördük.”
Dönüşümsel sistemin performansını magnezyum yerine demir ile test ettiklerinde, normalde (magnezyumla) olduğu kadar yüzde 50 ile yüzde 80 arasında etkiliydi. Bray “Manganez, demirden bile daha iyi çalıştı” dedi.
Bray “Tüm ribozom araştırma alanı magnezyum içerdiğinden bence bunlar, ders kitaplarının yeniden yazılmasına neden olabilir” dedi. “Şimdi yaptığımız şeyle, artık sadece magnezyumun çalışması söz konusu değil.”
En eski gaz çadırı
Bray, tıpkı 4 milyar yıl önce Dünya gibi oksijenin bulunmadığı yapay atmosferli özel bir odanın içinde bulunan magnezyum, demir veya manganezin varlığında ribozom üretti.
Magnezyumun değiştirilmesinin ribozomdaki atomların çok daha ötesine geçtiğini gördü.
“Ribozomun etrafını sarmak da büyük bir magnezyum atomu bulutudur. Buna atmosfer veya kabuk denir ve onu tamamen sarar. Bu da dâhil her şeyi değiştirdim ve tüm sistem yine de çalıştı.”
Çok uzun bir süre boyunca dönüşümsel sistemin magnezyum varlığında evrimleşmesi ona uyum avantajı vermiş olabilir. Dünyadaki oksijen seviyesi arttığında, serbest manganez ve demiri bağlayarak ve biyolojide daha az erişilebilir hâle getirerek magnezyum, muhtemelen bugün dönüşümsel sistemdeki binlerce rolünü kolaylıkla üstlenebilirdi.
Kaynak: “Stripping the linchpins from the life-making machine reaffirms its seminal evolution”, Sciencedaily, 12 Kasım 2018.
