İlk Hücreler Nasıl Stabil Hâle Geldi?

Yaşamın kökenleri hâlâ büyük bir gizem olmaya devam ediyor. Karmaşık moleküller nasıl oluşabildi ve parçalanmadan uzun süre boyunca bozulmadan kalabildi? Münih merkezli bir ekip, ilk Ribonükleik asit (RNA) moleküllerinin ilkel çorbada stabilize olmasını sağlayabilecek bir mekanizma olduğunu ortaya koydu. İki RNA ipliği birleştiğinde, kararlılıkları ve ömürleri önemli ölçüde artıyor.^[1]

Büyük olasılıkla, Dünya'daki yaşam suda başladı. Hatta başladığı yer belki de alçak gelgitte deniz suyundan ayrılan ancak yüksek gelgitte dalgalarla dolup taşan bir gelgit havuzuydu. Milyarlarca yıl boyunca, ilk hücreler ortaya çıkmadan önce, bu ortamda DNA, RNA ve proteinler gibi karmaşık moleküller oluştu. Ancak bugüne kadar, bunun tam olarak nasıl gerçekleştiğini kimse açıklayamadı. Münih Teknik Üniversitesi'nde Supramoleküler Kimya Profesörü olan Job Boekhoven şöyle anlatıyor:

İlkel Dünya şartlarında hangi moleküllerin var olduğunu biliyoruz. Asıl soru şu: Bunu kullanarak laboratuvarda yaşamın kökenlerini tekrar oluşturabilir miyiz?

Boekhoven liderliğindeki ekip, araştırmalarında önceliği RNA'ya veriyor:

RNA büyüleyici bir molekül. Bilgi depolayabilir ve biyokimyasal reaksiyonları katalize edebilir.

Bu nedenle bilim insanları, RNA'nın tüm karmaşık moleküller arasında ilk oluşan molekül olması gerektiğine inanıyor. Ancak sorun şu ki, aktif RNA molekülleri yüzlerce hatta binlerce bazdan oluşuyor ve bunlar çok kararsız. Suya daldırıldıklarında RNA iplikleri hidroliz ile kendilerini oluşturan parçalara ayrılır. Peki, RNA ilkel çorbada nasıl hayatta kalmış olabilir?

Araştırmacılar, laboratuvar testlerinde günümüzde hücrelerimizde doğal olarak bulunan ama bazlardan daha kolay birleşen bir RNA tabanlı bir model kullandılar. Boekhoven, şöyle diyor:

Milyonlarca yılımız yoktu ve hızlı bir cevap istiyorduk.

Ekip, bu hızlı birleşen RNA bazlarını sulu bir çözeltiye ekledi, bir enerji kaynağı sağladı ve oluşan RNA moleküllerinin uzunluğunu inceledi. Bulguları can sıkıcıydı, beş baz çiftine kadar oluşan iplikler sadece birkaç dakika hayatta kalabilmişti.

Ancak, araştırmacılar denkleme önceden oluşmuş kısa RNA iplikler eklemeye başladıklarında sonuçlar farklıydı. Serbest tamamlayıcı bazlar, hibridizasyon adı verilen bir süreçte hızla RNA ile birleşmişti. Oluşan üç ila beş baz çifti uzunluğunda çift iplik birkaç saat boyunca stabil kalmayı başardı. Çift iplikli RNA'nın iki avantajı vardır. İlkel çorbada uzun bir ömre sahiptir ve katalitik olarak aktif RNA için temel oluşturur. Boekhoven, şöyle anlatıyor:

Heyecan verici olan kısım, çift ipliklerin RNA'nın katlanmasını sağlaması. Bu da RNA'yı katalitik olarak aktif hale getirebilir.

Peki ilkel çorbada çift iplik nasıl oluşabilirdi? Boekhoven, şu anda RNA'ların kendi tamamlayıcı iplikliğini oluşturup oluşturamayacağını araştırdıklarını belirtiyor. Üç bazdan oluşan bir molekülün üç tamamlayıcı bazdan oluşan bir molekülle birleştiği fikri üzerinde durulabilir. Bu, kararlı bir çift iplik oluştururdu. Uzun ömrü sayesinde başka bazlar da onunla birleşebilir ve iplik büyüyebilir.

Çift iplikli RNA'nın bir başka özelliği de yaşamın kökeninin ortaya çıkmasına yardımcı olmuş olabilir. Öncelikle RNA moleküllerinin protohücreler oluşturabileceğini vurgulamak önemlidir. Bunlar, iç kısmı dış dünyadan tamamen izole olmuş küçük damlacıklardır. Ancak, bu protohücrelerin kararlı bir hücre zarı yoktur, bu nedenle diğer protohücrelerle kolayca birleşebilirler. Bu sayede iç kısımdaki malzemeler birbirine karışır. Bu, evrim için elverişli değildir çünkü protohücrelerin benzersiz bir kimlik geliştirmesini engeller. Ancak bu protohücrelerin sınırları çift iplikli DNA'dan oluşuyorsa, hücreler daha kararlı hâle gelir ve birleşmenin önüne geçilmiş olur.

Job Boekhoven, sonraki çalışmalarında ilk RNA moleküllerinin oluşumu ve stabilizasyonu hakkında daha fazla bilgi edinmeyi ve bu konudaki anlayışı geliştirmeyi umuyor. Boekhoven, şöyle bitiriyor:

Bazı insanlar bu araştırmayı bir tür hobi olarak görüyor. Ancak Covid-19 pandemisi sırasında herkes RNA moleküllerinin aşılar dahil ne kadar önemli olabileceğini gördü. Yani, araştırmamız bilimin en eski sorularından birine cevap vermeye çalışırken bununla yetinmiyor. Aynı zamanda bugün birçok insana fayda sağlayabilecek RNA hakkında yeni bilgileri de ortaya çıkarıyoruz.