Günümüzden yaklaşık 4 milyar yıl önce, ilk hücrelerin kompleks ve karbonca zengin kimyasalların bulunduğu bir çorba içinde oluştuğu ortaya çıktı. Yapılan çalışma sonucu ortaya çıkarılan bu bulgu, yaşamın kökeni hakkında uzun süredir devam eden bir bilmecenin cevaplanmasında ön açıcı olabilir.
Konuya dair önceki çalışmalar; bu hücrelerin, yaşam ortaya çıkmadan önceki dönemde bir kimyasal ikilem içinde kaldıklarını ortaya koymuştu: Bu hücrelerin, temel işlevleri yerine getirebilmek için içerisinde bulundukları çorbadan belirli iyonları almaya ihtiyaçları vardı. Ancak bu iyonlar, taşıdıkları yükler nedeniyle hücrenin membranını bozardı. İşte bu ikilem üzerinde çalışma yürüten biliminsanları, ilerleyen süreç içerisinde bu ikilemin nasıl çözüldüğünü anlamaya çalıştılar.
Washington Üniversitesi’nden bir araştırma ekibi, Dünya’nın ilk dönemlerinde bu gezegen üzerinde bulunan molekülleri kullandı. Ayrıca ekip, yağ asidinden yapılmış zarlarla çevrili, hücre büyüklüğünde olan sıvı dolu bölmeler de oluşturdu. Araştırmacılar; proteinlerin yapıtaşı olan amino asitlerin, membranları magnezyum iyonlarına karşı koruyabildiklerini ve zarları bu iyonlara karşı stabilize edebildiklerini keşfetti. Böylece hücrenin işlev kazanmasına engel olacak ikilemin nasıl ortadan kalktığına ilişkin sorular yanıt bulmaya başladı.
Ulusal Bilimler Akademisi’nin bir yayınında yer verilen çalışma çıktıları, 12 Ağustos günü yayınlandı. Bu çalışma ile amino asitlerin elverişsiz ortamlarda membranları nasıl koruduğu ve stabilize ettiği açıklandı. Ayrıca araştırmacılar, hücresel yapıların yapıtaşlarının geçmiş dönemlerde nasıl ortak yerleşime sahip olduklarını da gösterdiler. Kimya ve biyomühendislik alanında çalışmalar yapan Profesör Roy Black, “Hücreler, tamamen farklı yapı bloklarına sahip, çok farklı yapı tiplerinden oluşuyor ve neden işlevsel bir şekilde bir araya geldikleri hiçbir zaman net olamamıştı” dedi ve ekledi: “Aslında temel varsayım da buydu, onlar bir şekilde ‘bir araya geldiler’.”
Black, çalışmalarını başka bir üniversitede yürüttüğü sırada, bu çalışmadaki eksiklikleri tamamlamak için Washington Üniversitesi’ne geldi ve yine bu üniversitede çalışma yürüten Sarah Keller ile birlikte çalıştı. Black, daha önceki çalışmalarından edindiği bazı bilgileri de bu araştırmaya taşıdı. Yağ asitlerinin membranı oluşturmak için toplanabileceği gözleminden ilham alan Black, bu zarların RNA ve proteinlerin yapıtaşları için uygun bir yüzey olarak hareket edebileceğini gözlemledi.
Çalışmanın yürütücülerinden Keller, “Bu ilkel çorba içerisindeki molekülleri, uçuşan tenis topları ile zıplama halinde olan sert squash topları gibi hareket eden farklı tipteki moleküller olarak hayal edebilirsiniz” dedi ve ekledi: “Bu topların içerisinde bulunduğu kutunun bir yüzeyini bir cırtcırt ile kaplarsanız, o zaman sadece tenis topları bu yüzeye yapışacak ve birbirleriyle yakın olacaklar. Roy da molekül konsantrasyonlarının benzer bir mekanizma ile geliştirilebileceği görüşüne sahipti.”
Çalışma ekibi daha önce, RNA’nın yapı taşlarının yağ asidinden oluşan membrana tercihen bağlandığını ve kırılgan zarların tuzun zararlı etkilerine karşı stabilize edildiğini göstermişti. Ekip, amino asitlerin membranları da stabilize edebileceklerini varsayarak bir deney düzeneği oluşturdu. 10 farklı amino asidin membranlarla nasıl etkileşime girdiğini test etmek için çeşitli teknikler kullanarak çalışma yürüttüler. Ekip tarafından yürütülen deneyler, bazı amino asitlerin membranlara bağlandığını ve onları stabilize ettiğini ortaya koydu. Hatta bazı amino asitler, bir soğanın katmanlarına benzer şekilde eşmerkezli zar küreleri oluşturma gibi zarlarda büyük yapısal değişikliklerin oluşmasını tetikledi. Kimya bölümünde doktora yapan Caitlin Cornell, “Amino asitler sadece vasikülleri magnezyum iyonuna karşı korumakla kalmayıp aynı zamanda da çok katmanlı vasiküllere benzer membranlar oluşturdular” açıklamalarında bulundu.
Bu çalışma, amino asitlerin konsantrasyon değişikliklerine karşı da membranı stabilize ettiklerini gösterdi. Amino asitlerin membranları koruduğuna dair yeni bulgular ve RNA yapıtaşlarının da benzer bir role sahip olduklarını gösteren önceki sonuçlar, membranların bu moleküllerinin ortak yerleşimi için bir alan olabileceğini göstermektedir. Keller, Black ve ekibi, bu moleküllerin işlevsel makineler oluşturmak için birbirlerine bağlandıklarını ifade ediyorlar.
Keşfin önemini vurgulayan araştırmacılara göre, konuya dair çalışmalar sürecek ve ilk işlevsel hücreye dair sorulara yeni yanıtlar verilebilecek.
Kaynakça: https://www.sciencedaily.com/releases/2019/08/190812155502.htm
https://www.theatlantic.com/science/archive/2019/08/interlocking-puzzle-allowed-life-emerge/595945/
