Genetik Kod Nasıl Ortaya Çıktığı ve Evrimleştiği Giderek Daha İyi Anlaşılıyor!

Büyüleyici bir çeşitliliğe sahip olmasına rağmen, bakterilerden mavi balinalara kadar neredeyse her canlı, aynı genetik kodu paylaşır. Bu kodun nasıl ve ne zaman ortaya çıktığı ise bilim camiasında uzun süredir tartışmalara konu olmuştur.

Arizona Üniversitesi Genetik Lisansüstü Disiplinlerarası Programında doktora öğrencisi olan Sawsan Wehbi, bu kadim soruna farklı bir perspektiften yaklaşarak yeni bulgular ortaya çıkardı. Wehbi, genetik kodun nasıl evrimleşmiş olabileceğine dair ders kitaplarında yer alan açıklamaların güncellenmesini gerektiğini öne sürüyor. Bu iddialı çalışmanın baş yazarı olan Wehbi, PNAS dergisinde yayınladığı araştırmasında amino asitlerin genetik süreçlere dahil edilme sırasının genetik kodun evrimi konusunda yaygın olarak kabul edilen fikir birliği ile çeliştiğini öne sürüyor.^[1] Çalışmanın kıdemli yazarı Arizona Üniversitesi Ekoloji ve Evrimsel Biyoloji Bölümü profesörü Joanna Masel şöyle anlatıyor:

Genetik kod, DNA veya RNA'daki dört nükleotit dizisinin, 20 farklı amino asit kullanılarak protein dizilerine çevrildiği inanılmaz bir sistem. Aklı almaz karmaşık bir süreç olmasının yanında oldukça iyi işliyor. Oldukça optimal işleyen bu sürecin aşamalar halinde evrimleşmiş olması gerektiğini düşünüyoruz.

Araştırma, erken dönemdeki yaşam formlarının daha büyük ve karmaşık moleküllerden ziyade küçük amino asit moleküllerini tercih ettiğini ortaya koydu. Daha karmaşık amino asitler koda daha sonra dahil edilirken metallere bağlanan amino asitler ise önceden düşünülenden çok daha erken bir dönemde koda dahil edilmişti. Araştırmacılar ayrıca şimdi sahip olduğumuz genetik koddan önce de başka genetik kodlar olmuş olabileceğini, bizim kullandığımız genetik kodun muhtemelen bunlardan daha sonra ortaya çıktığını da tespit etti.

Yazarlar, genetik kodun nasıl evrimleştiğine dair mevcut anlayışın sağlam kanıtlar yerine çıkarımları net olmayan laboratuvar deneylerine dayandığını savunuyor. Örneğin, genetik kodun evrimine ilişkin geleneksel görüşlerin temel taşlarından biri, yaşamın erken dönemlerindeki Dünya koşullarını simüle etmeye çalışan 1952 tarihli ünlü Urey-Miller deneyidir.

Deney, cansız maddelerin basit kimyasal reaksiyonlarla amino asitler de dahil olmak üzere yaşamın yapı taşlarını oluşturabileceğini göstermesi bakımından önemli olsa da deneyin bazı ayrıntılarından çıkarılan sonuçlar birçok bilim insanı tarafından eleştirilmiştir. Örneğin deney, erken dönemdeki Dünya koşullarında bol miktarda bulunmasına rağmen kükürt içeren amino asitler üretmemiştir. Bu nedenle bilim insanları kükürtlü amino asitlerin genetik koda daha sonra dahil olduğu düşünüyordu. Ancak deneyin bileşenleri arasına kükürdün dahil edilmemiş olması göz önüne alındığında bu sonuç pek de şaşırtıcı değildir.

Arizona Üniversitesi Ay ve Gezegen Laboratuvarı'ndan Gezegen Bilimi ve Kozmokimya Profesörü Dante Lauretta'ya göre yaşamın erken dönemlerindeki kükürt zenginliği, Dünya dışı gezegenlerin ne kadar yaşanabilir olduğu gibi konular dahil olmak üzere astrobiyolojideki bazı biyoimzaları daha iyi anlamamıza yardım ediyor. Çalışmanın ortak yazarı Dante Lauretta, şöyle anlatıyor:

Bu bilgiler; Mars, Enceladus ve Europa gibi kükürtlü bileşiklerin yaygın olduğu gök cisimlerinde benzer biyojeokimyasal süreçleri veya mikrobiyal metabolizmalar gibi belirli biyoimzaları ararken bize rehberlik edebilir. Belki bizim dışımızdaki gezegenlerde kükürt açısından zengin veya benzer kimyasallarda gelişen yaşam formlarını tespit bile edebiliriz.

Araştırma ekibi, yaşam ağacı boyunca amino asit dizilerini analiz etmek için yeni bir yöntem geliştirdi. Bu analizler, tüm yaşamın ortak atası olarak kabul edilen ve yaklaşık 4 milyar yıl önce yaşamış olduğu varsayılan son evrensel ortak ata (LUCA) dönemine kadar uzanıyor. Wehbi ve ekibi, önceki çalışmalardan farklı olarak tam uzunluktaki protein dizileri yerine amino asitlerin daha kısa bölümlerini oluşturan protein bölgelerine odaklandı. Wehbi, şöyle anlatıyor:

Eğer bir proteini araba olarak düşünürsek bir bu bölgeler tekerlektir. Birçok farklı arabada kullanılabilir bir parça olan tekerlekler, arabalar henüz ortalıkta yokken bile vardır.

Ekip, belirli bir amino asidin genetik koda ne zaman dahil edilmiş olabileceğini anlamak için istatistiksel veri analiz araçlarından yararlandılar. LUCA'ya ve hatta daha gerisine kadar uzanan protein dizilerindeki her bir amino asidin ne kadar sıklıkta ortaya çıktığını karşılaştırdıklarında erken dönemde koda dahil edilen amino asitleri tespit edebildiler. Eski dizilerde sıkça görülen bir amino asidin büyük olasılıkla daha erken dönemde genetik koda dahil edildiği düşünülebilir. Buna karşın, LUCA'daki dizilerde nadiren görülen amino asitler daha modern protein dizileri ortaya çıktığında koda dahil olmuştu.

Araştırma ekibi, LUCA'ya kadar uzanan 400'den fazla dizi ailesi belirledi 100'den fazlası LUCA'dan daha önce ortaya çıkmış ve farklı türlere ayrılmıştı. İlginç bir şekilde bu eski dizilerde genetik koda sonradan dahil olduğu bilinen aromatik halka yapıları içerikli triptofan ve tirozin gibi amino asitler bolca bulunuyordu. Masel, şöyle bitiriyor:

Bu bulgular, bizim genetik kodumuzdan önce var olup jeolojik zamanın derinliklerinde kaybolan başka genetik kodların varlığına işaret ediyor. Erken dönemdeki yaşam formları, halkalı yapıdaki amino asitleri oldukça sevmiş gibi duruyor.