Hidrojen Peroksit, "İlkel Çorba" İçinde Cansızlıktan Evrimleşen İlk Canlılığı ve RNA Evrimini Açıklayabilir!

Saç rengi açıcı içinde bulunan bir kimyasal, yaşamın kökeniyle ilgili soruları cevaplamada ve günümüz Dünya’sında neden yeni yaşam formlarının oluşmadığını açıklamada yardımcı olabilir. Journal of Royal Society Interface’de yayınlanan bir çalışmaya göre, hidrojen peroksit, RNA’nın (ribo nükleik asit) yaşamın yapı taşlarından birine dönüşmesine yardım etmiş olabilir.

3.6 milyardan daha uzun bir zaman önce, Dünya’daki ilkel çorbada yaşayan bir hücre veya protein yoktu. RNA dünyası hipotezi, DNA ve hücre zarı evriminden daha önce, hücreleri olmayan toplulukların hidrotermal bacaların etrafındaki kaya gözeneklerinde oluştuğunu, kendini kopyaladığını ve evrimleştiğini savunur.

Fakat hücresiz RNA kopyalanması ısıl döngüye ihtiyaç duyuyor, şöyle ki çift bazlı ikili sarmalların ısıtılarak ayrılması ve sonra da birbirini tamamlayıcı sarmalların yeni kopyalanmış çift sarmallar hâline soğutularak tavlanması fazını gerektirir.

Laboratuvarda DNA çoğaltımı (amplifikasyonu) için her zaman kullanılan polimeraz zincir tepkimesi (PCR) yöntemi, yapay olarak ısıl döngü kullansa da yaşamın kökeniyle ilgili hipotezlerde bu gerçek sıklıkla göz ardı edilir. Peki, kendiliğinden olan ve kendi kendine devam eden bu ısıl döngüyü dünyanın ilk zamanlarında hangi mekanizma sağladı?

Çığır Açan Buluş

Çalışmamız Avustralya Ulusal Üniversitesi ve İngiltere’de bulunan Leeds Üniversitesi’ndeki çeşitli disiplinlerden araştırmacıları bir araya getirdi. Kimyagerler ve moleküler biyologların üzerinde çalıştığı bir problemi çözmek için uygulamalı matematik ve kimya mühendisliğinin edindiği anlayışları bir araya getirerek prebiyotik dünyadaki kendi kendini kopyalayan moleküler sistemi başlatmak için daha önce bilinmeyen bir mekanizmayı belirleyip test ettik.

Araştırmacılar daha önce, milimetre büyüklüğündeki kaya gözeneklerinde oluşan konvektif salınımın ısıl döngüyü sağlamış olabileceğini önermişlerdi.

İlkel çorbadaki ısıl döngünün, kendiliğinden oluşan ve ısıveren (ısı üreten) hidrojen peroksit tepkimelerinin neden olduğu doğal bir termokimyasal salınım üreteci tarafından sağlanmış olabileceğini ortaya attık. Termokimyasal salınım üreteci, belirli aralıklarla sıcaklık tepkisi veren ve tepkimeye girdiğinde ısı salan kimyasal bir sistemdir. 1969’dan beri bu konuda deneyler yapılmaktadır.

Hidrojen peroksit, kimyasal formülü H₂O₂ olan basit bir moleküldür. Polimer endüstrisinde çok miktarlarda yapılıp kullanılmaktadır, ayrıca saç açıcı ve antiseptiklerde kullanımı vardır, fakat Dünya’da ve biyosferde de küçük miktarlarda doğal hâlde bulunmaktadır.

Salınımsal ısıl-değişim, hidrojen peroksit gibi yüksek derecede enerjik, ısıya duyarlı sıvılara özgü bir özelliktir.

Böyle sıvıların özgül ısı kapasiteleri yüksektir, bu nedenle moleküller arasındaki bağlar tepkime ısısının çoğunu emebilir. Ancak bağlar artık daha fazla ısı ememediğinde sıcaklık en yüksek seviyeye sıçrar, sonra en düşük seviyeye düşer ve döngü tekrar başlar. 

Hidrojen peroksit salınım üretecinin, tam da küçük RNA’ların kopyalanmasını başlatmak için gerekli olan periyoda, yaklaşık 90 saniye, sahip olduğu ortaya çıktı. Periyot çok uzun olursa RNA’lar, kopyalanmanın onları artırabileceğinden daha hızlı bir şekilde çürür. Çok kısa olursa sarmallar tamamıyla ayrılamaz ve kopyalanma başarısız olur.

Kopyalanma, Çoğalma ve Evrimleşme

Ayrıntılandırılmış bilgisayarlı simülasyonlar hazırladık ve hidrojen peroksit salınım üretecinin hızlı bir RNA kopyalanma ve çoğalımını başlatabileceğini gördük. 

Dahası da var. Salınım sistemi, RNA örnek sarmalların varlığında, kısmî-periyodik olabilir ve ısıl salınımlar daha karmaşık bir şekil alabilir, örneğin salınımların iki periyodu olabilir. Bu, böyle bir moleküler kopyalanma sistemine ilave güçlü yetenekler katabilir. İki periyotlu sıcaklık tepkisi, iki farklı RNA türü kopyalanmasını sağlayabilir, ilkel kaya gözeneklerinde doğa tam da bunu yapmış olabilir.

Birbirini tamamlayıcı RNA sarmalları, prebiyotik ilkel çorbada nasıl üretilmiş olabilir? Mineral yüzeylerinde uzun polinükleotitlerin birleştirilebileceği kanıtlanmıştı. Yine kendisini de hidrojen peroksit salınım üretecinin başlatmış olabileceği yüzey destekli bir taslak önerdik.

Gerçekten yaşayan bir sistem, kopyalandığı kadar evrimleşmelidir de. RNA, hidrojen peroksit varlığında tamamıyla kararlı değildir. Bu da iyidir, çünkü kopyalanmada bir miktar farklılıklar oluşabilir böylece.

Başka bir deyişle evrimleşme var! Tabii ki, hidrojen peroksit hasarına direnç gösterecek şekilde hidrojen peroksit etkisiyle değişen RNA seçilecektir. Doğal seçilim de var!

Diğer Dünyalar

Deneyler, hidrojen peroksitin Dünya’nın ilk zamanlarında var olduğunu ve hidrotermal kaya gözeneklerindeki salınımsal ısıl değişime girecek kadar yeterli yüksek konsantrasyonlarda da rahatlıkla bulunmuş olabileceğini göstermiştir.

Jüpiter’in uydusu Europa’da çokça hidrojen peroksitin bulunduğu biliniyor, daha önce Mars’ta da bulunduğuna inanılıyor; bu da aklımıza söz konusu gezegen yapılarının kendi RNA dünyalarını evrimleştirmiş olabileceklerini getiriyor.

Sonuçlarımız, (daha önce cevaplanamayan) günümüz dünyasında niçin cansız öncüllerden yaşamın oluşmadığı sorusuna da bir cevap bulabilir. Kendiliğinden oluşan, kendi kendini kopyalayan ve evrim geçiren RNA organizma topluluklarını, günümüz hidrotermal bacalarının etrafında bulamayız.

Cevap? Gayet basit: Bir zamanlar bu ortamda bulunan hidrojen peroksit miktarının artık aynı çoklukta olmaması.