Abiyogenez Teorisi'nde Önemli Keşif: Metaller ve Enzimler Olmadan da Krebs Döngüsünün Çalışabildiği Gösterildi!

Nature Chemistry dergisinde yayınlanan yeni bir makalenin yazarlarından olan Furman Üniversitesi lisansüstü öğrencilerinden Trent Stubbs'ın çalışması, yaşamın kökenlerine yönelik algımızı kökünden değiştirme potansiyeline sahip.^[1] Çünkü bu araştırma, organik kimyasal reaksiyonların, milyarlarca yıl önce inorganik süreçlerden başlayabileceğini gösteriyor.

Bu reaksiyonlardan birisi, yediğimiz besinleri enerjiye dönüştürmemizi ve böylece yaşamımızı sürdürmemizi sağlayan, sitrik asit döngüsü olarak da bilinen Krebs Döngüsü'dür. Çalışma, bu döngünün sentetik olarak üretildiği ilk araştırma olma özelliğini de taşıyor. Üniversitenin Kimya Bölümü profesörlerinden Greg Springsteen şöyle diyor:

Öğrencimiz Trent, bazı küçük moleküllerle başladı ve Krebs Döngüsü'nün nasıl sürdüğünü çözmeyi başardı. Onun ürettiği sistemde, ortalama bir pH değerinde, suyun içinde enzimler olmaksızın döngü devam edebiliyor! Bu keşif, Dünya'da yaşamın nasıl başladığını ve Evren'in geri kalanında tekrardan nasıl başlayabileceğini anlamamızı sağlayabilir.

Hipotezlerini oluşturmak için Stubbs ve Springsteen, yaşam için temel olan şeyin ne olduğunu sorarak başladılar. Stubbs şöyle anlatıyor:

"Canlı hücreler içinde var olan nedir?" diye sorduk. En erken dönemde var olması gereken temel bileşenler nelerdir? Cevap, sitrik asit döngüsüydü. Bu döngü, besini enerjiye dönüştüren süreçlerden birisidir. İnsan da olsanız, bitki de, kertenkele de, bu döngüyü kullanmak zorundasınız. Dolayısıyla bu döngü, yaşamın en erken dönemlerinden beri var olmalıdır ve bizim makalemiz de bununla ilgili. Günümüzde karmaşık bir mekanizmayla çalışan bu döngünün daha basit versiyonları, bu üst düzey mekanizma olmaksızın nasıl evrimleşmiş olabilir?

Nature

Nature Chemistry dergisinde yayınlanan araştırma, Springsteen'in Ulusal Bilim Enstitüsü (NSF) ve Kimyasal Evrim Merkezi olarak bilinen NASA araştırma konsorsiyumunun bir ürünü olarak ortaya çıktı. Springsteen, organik kimyanın mekanistik prensiplerinin yaşamın kökenlerine uyarlanması konusunda uzmanlaşıyor. O ve öğrencileri, bu alanda 10 yıldan uzun bir süredir araştırmalar yürütüyorlar. Amaçları, doğal kimyasal tepkimelerin kendi kendisine yetecek bir metabolik reaksiyon ağını nasıl oluşturmuş olabileceklerini aydınlatmak; çünkü bu, yaşamın temel kriteridir. Araştırmacılar şöyle yazıyor:

Bu çalışmamızda, ortamın tepkimeye giren kimyasallar ve ürünler için yıkıcı olmadığı durumlarda, glioksilatın hem bir karbon kaynağı hem de redüktan olarak görev görebileceğini ve bunun, yaşam öncesi biyokimyasal süreçler için küçük bir organik yapıtaşı olabileceğini gösterdik. Bu durum, kısmen sucul ve metalden yoksun ortamlarda anabolik potansiyele sahip proto-metabolizmaların evrimleşebileceğine yönelik hipotezi güçlü bir şekilde desteklemektedir.

Araştırmacılar, prebiyotik (yaşam öncesi) kimya ile modern biyoloji arasında birebir bağlantı kurmak yanıltıcı olabileceği konusunda da uyarıyorlar; ancak alfa-ketoasit temelli bir kimyadan, biyolojik organizmaların doğrusal bir şekilde evrimleşmesinin çok olası olduğunu vurguluyorlar. Örneğin modern Krebs döngüsünde var olmaya devam eden tek alfa-ketoasitler oksaloasetat ve alfa-ketoglutarattır. Bunlardan ilki Krebs döngüsünde glutamata dönüştürülür (ki o da sonradan glutamine, proline ve arjinine dönüşür), ikincisi ise aspartata dönüştürülür (ki o da sonradan asparajin, metiyonin, threonin ve lisine dönüşür). Görülebileceği gibi diğer alfa-ketoasitlerden çok daha merkezi olan bu iki kimyasalın evrimsel süreçte günümüze kadar korunmuş olması çok mantıklıdır.

Diğer alfa-ketoasitlerin çoğunda doymamışlık görülür veya fonksiyonel grupların reaktiviteyi düşürücü etkisi vardır; dolayısıyla evrimsel süreçte bu diğer alfa-ketossitlerin modern Krebs döngüsünde olduğu gibi polikarboksilat analoglarına dönüşmüş olması da çok makuldür. Tüm bunlar, Krebs döngüsünün atasal ve canlılık-öncesi kimyasal yolaklarından birinin nihayet keşfedilmiş olması ihtimalini güçlendirmektedir - ki bu da, canlılığın cansızlıktan evrimini daha net anlama yolunda atılan büyük bir adımdır.

Makale, popüler bilim oluşumlarınca da yaygın bir şekilde işlendi. Örneğin Quanta dergisi, bu çalışmayı "öne çıkan makale" olarak yayınlandı. Stated Clearly YouTube kanalı ise, "Yaşamın Kökeninin Metabolizma-Önce Hipotezi Nedir?" başlıklı bir video hazırladı. Quanta dergisinden baş editör John Rennie şöyle diyor:

Birçok diğer bilim insanı da bu yeni bulguların önemini, araştırmanın orijinalliğini ve araştırmacıların derin kimyasal becerilerini övüyor.