Evrim Ağacı Logo Evrim Ağacı
Evrim Ağacı
Reklamı Kapat

Otokatalitik Küme Teorisi: Yaşamı Mümkün Kılan Metabolik Ağlar, Evrimsel Sürecin Başında Nasıl Oluştu?

Matematiksel Modeller, Yaşamın Başlangıcında Metabolik Ağların Nasıl Evrimleştiğini Aydınlatıyor!

Otokatalitik Küme Teorisi: Yaşamı Mümkün Kılan Metabolik Ağlar, Evrimsel Sürecin Başında Nasıl Oluştu? Pixabay
Tavsiye Makale
Reklamı Kapat

Bu yazı, Science Daily isimli kaynaktan birebir çevrilmiştir. Çevirmen tarafından, metin içerisinde (varsa) açıkça belirtilen kısımlar haricinde, herhangi bir ekleme, çıkarma veya değişiklik yapılmamıştır. Bu içerik, diğer tüm içeriklerimiz gibi, İçerik Kullanım İzinleri'ne tabidir.

Bu haber 6 ay öncesine aittir. Haber güncelliğini yitirmiş olabilir; ancak arşivsel değeri ve bilimsel gelişme/ilerleme anlamındaki önemi dolayısıyla yayında tutulmaktadır. Ayrıca konuyla ilgili gelişmeler yaşandıkça bu içerik de güncellenebilir.

Yaşam, binlerce reaksiyon içeren yoğun ağlar aracılığı ile gıdaları hücrelere dönüştürür. Yeni yapılan bir araştırma, bu tür ağların yaşamın kökeninde nasıl sıfırdan oluştuğunu ortaya çıkardı. Almanya, Yeni Zelanda ve ABD'den uluslararası araştırma ekipleri, ilkel mikropların metabolik ağlarını inceleyerek genlerden daha yaşlı olan otokatalitik kümeler (kendi kendini güçlendiren birbirine bağlı reaksiyonların toplamı) tespit ettiler.

Canlı hücreler, metabolik ağların son ürünleridir. Hücreye giren besin molekülleri, daha sonra hücreleri oluşturan molekülleri üreten yolaklara aktarılan, merkezi ara ürünlere dönüştürülür. Bu ağlar genellikle neredeyse hepsi enzimler (proteinler) tarafından gerçekleştirilen ve genler (nükleik asitler) tarafından kodlanan 1000'den fazla reaksiyon gerektirir. Genler ve proteinler arasındaki bağlantı, ribozomlara genlerde depolanan bilgilere göre protein yapma emrini veren evrensel genetik koddur. Bu bileşenlerin tümü birbirine bağlıdır: ribozomun %50'si protein ve %50'si RNA'dır; proteinler amino asitlerden oluşur; RNA nükleik asit bazları içerir ve amino asitler ile bazlar ise genlerin kodladığı enzimlerle katalize edilen, metabolizmadaki yaklaşık 1000 reaksiyon sayesinde oluşur.

Birbirine bağlı olan bu kadar katmanla, böyle karmaşık bir etkileşim sisteminin nasıl yaşamın kökeninden meydana gelebildiği sorusunun bilim insanlarının kafasını yüz yılı aşkın bir süredir karıştırmış olması gayet doğal. Tüm karmaşık sistemlerin evriminde olduğu gibi, daha basit bir yapıdan gelmiş olmalıydılar. Peki ama nasıl basit bir yapıdan? Joana C. Xavier ve meslektaşları tarafından bulunan ve Londra'daki Proceedings of the Royal Society B'de bildirilen bulgular, uzun süredir sorulan bu sorunun çözümü hakkında yeni yollar sunuyor.

Yeni ipuçları, tüm alanların en beklenmeyeninden geldi: matematik. Yaklaşık 50 yıl önce Amerikalı polimat (hezarfen) Stuart Kauffman, otokatalitik kümeler olarak adlandırılan bu teorik yapıların, moleküler karmaşıklığın kökeninde, metabolizma ve hücrelerde bulduğumuz türden ara ürünlerin olabileceğini öne sürdü. Bu tür otokatalitik kümeler, yeterli başlangıç malzemesine sahip olduklarında kendilerini çoğaltabilen, hem ürün hem de katalizör olan elementlerden oluşur. Metabolizma ve enzimlerin benzerliği açıktır.

Bu otokatalitik kümelerin varlığı ve özellikleri, Yeni Zelanda'daki Canterbury Üniversitesi'nden matematikçi Mike Steel ve Hollanda'dan bilgisayar bilimcisi Wim Hordjik'in bunları bilgisayarda çalıştırma yolunu bulana dek, birçok spekülasyonun ve on yıllarca süren şiddetli tartışmaların konusu olmaya devam etti. Otokatalitik kümelerin belirli bir sınıfı olan ve yapısal olarak hücresel metabolizmaya çok benzeyen RAF'ların (İng: reflexively autocatalytic food generated networks - dönüşlü otokatalitik gıdadan üretilen ağlar) sıfırdan meydana gelme olasılığının kesin olması gibi beklenmedik bir özelliklerinin olduğunu keşfettiler. Steel şöyle diyor:

Asıl şaşırtıcı olan, elementlerin kendilerini çoğaltmaya başlamadan önce, sisteme yalnızca az miktarda katalizör eklemeye gerek duymaları.

Hordjik ise şöyle söylüyor:

Fizikçilerin kendi kendini organize etme olarak tanımladığı şey de otokatalizasyon, yaşamın kökeni araştırmasındaki bir tür kutsal kase.

Gerçek hücrelerin metabolik ağları konusunda deneyimli olan, Düsseldorf Üniversitesi'nin Moleküler Evrim Enstitüsü'nden Joana C. Xavier, RAF'ların en ilkel mikropların (H2 ve CO2 ile yaşayabilen ağır anaeroblar) metabolik ağlarında tespit edilip edilemeyeceğini merak etmişti. İncelemesinin sonunda, RAF'ların ilkel anaerobların metabolizmasında bulunduğunu; fakat metabolik haritanın tamamından oldukça küçük olduğunu keşfetti (ilkel bir mikrobun yaşamak için H2 ve CO2'i asetata dönüştürmesi durumunda 394, H2 ve CO2'nin metana dönüştürülmesi durumunda ise 209 reaksiyon içeriyordu. Xavier şöyle söylüyor:

Bu araürün çok ilginç; çünkü metabolizmanın evrimindeki ara duruma dikkat çekiyor, ve bu canlı reaksiyonlarından daha karışık, hücreden ise daha basit bir şey.
Hidrotermal baca. Yaşamın hidrotermal bacalar etrafında başlamış olduğu düşünülmektedir.
Hidrotermal baca. Yaşamın hidrotermal bacalar etrafında başlamış olduğu düşünülmektedir.
Wikiwand

Araştırmanın odak noktası olan tek hücreli organizmalar asetojenler ve metanojenler, uzun süredir yaşamın kökeni ile ilgilenen mikrobiyologların araştırma konusu oldu. Bu organizmalar, son evrensel ortak ata olan LUCA'ya ve hidrotermal bacalardaki jeokimyasal reaksiyonlara bağlı. Xavier, asetojen ve metanojen kümelerinin, 172 reaksiyon içeren ilkel bir çekirdek ağı oluşturmak için çakıştıklarını keşfetti. Bu korunmuş, eski çekirdek, bakteriler ve arkelerin farklılaşmasından önce vardı ve ilgi çekici özelliklere sahip. Basit besinlerden amino asitleri ve nükleik asit bazlarını üretebilir; ama besin yerine bazlar kullanılırsa, hiç ağ oluşamaz. Makalenin yazarlarından, otokataliz öncüsü Kauffman bu konuyla ilgili şunları söylüyor:

Otokatalitik ağlar yalnızca gerçek metabolizmalarda fosil bırakmakla kalmıyor, aynı zamanda evrimde hem RNA hem de protein polimerlerinden önce geliyorlar. Bu, kitabım için önemli bir adım demek oluyor.

Makalenin bir başka yazarı olan ve Düsseldorf Üniversitesinden William Martin, ''LUCA'nın metabolizmasına kadar uzanan bu ağlar; genlerden daha yaşlı ve yaşamın kimyasal reaksiyonlarındaki doğal düzene dikkat çekiyor.'' diyor. Asetojenler ve metanojenler, günümüzde hidrotermal bacalarda karşılaşılana benzer koşullar altında geliştiler. Yaşam, hidrotermal bacalarda mı ortaya çıktı? Xavier, bunu şöyle açıklıyor:

Ne kadar yakından bakarsak, bu yönde o kadar fazla işaret görüyoruz. Bu fikir, hepsi bir noktaya yönelen bulguları ortaya çıkarmaya devam ediyor. Bu bacalar muhtemelen Dünya'daki ilk biyoreaktörlerdi.

Otokatalitik ağların modern metabolizmanın bileşenleri olarak tanımlanması, bunları en başa, mikrobiyal yaşamın gerçek dünyasına götürüyor. Kimyasal evrimin en erken evrelerinden fosillerin ortaya çıkarılması beklenmedik bir durumdu ve bu keşif 4 milyar öncesini, yaşamın bir yerlerde, belki de bir hidrotermal bacada, kendiliğinden gerçekleşen kimyasal reaksiyonlardan başlayışını, yani en derin evrimsel geçmişimizi incelemek için bize yeni yollar sunuyor.

Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • Muhteşem! 4
  • Tebrikler! 3
  • İnanılmaz 2
  • Bilim Budur! 1
  • Mmm... Çok sapyoseksüel! 1
  • Umut Verici! 1
  • Güldürdü 0
  • Merak Uyandırıcı! 0
  • Üzücü! 0
  • Grrr... *@$# 0
  • İğrenç! 0
  • Korkutucu! 0
Kaynaklar ve İleri Okuma
  1. Çeviri Kaynağı: Science Daily | Arşiv Bağlantısı

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?

Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 25/11/2020 12:11:20 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/8753

İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.

Reklamı Kapat
Güncel
Karma
Agora
İhtiyoloji
Elektrokimya
Diş Gelişimi
Canlılık Cansızlık
İnsanlar
Duygu
Fosil
Sars Mers
Yumurtalık
Hayvanlar
Avcı
Galaksi
Su Ayısı
Bakteri
Dilbilim
İnsanın Evrimi
Yayılım
Mit
Parçacık
Eczacılık
Sosyal Mesafelendirme
Algı
Astronomi
Cinsiyet Araştırmaları
Göğüs Hastalığı
Daha Fazla İçerik Göster
Daha Fazla İçerik Göster
Reklamı Kapat
Türkiye'deki bilimseverlerin buluşma noktasına hoşgeldiniz!

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close
“Mühendisler, insanlığın çeşitlenen ihtiyaçlarını karşılayabilmek için daha da çok çalışmalıdır.”
Harold Chestnut
Geri Bildirim Gönder
Reklamsız Deneyim

Evrim Ağacı'nın çalışmalarına Kreosus, Patreon veya YouTube üzerinden maddi destekte bulunarak hem Türkiye'de bilim anlatıcılığının gelişmesine katkı sağlayabilirsiniz, hem de site ve uygulamamızı reklamsız olarak deneyimleyebilirsiniz. Reklamsız deneyim, Evrim Ağacı'nda çeşitli kısımlarda gösterilen Google reklamlarını ve destek çağrılarını görmediğiniz, daha temiz bir site deneyimi sunmaktadır.

Kreosus

Kreosus'ta her 10₺'lik destek, 1 aylık reklamsız deneyime karşılık geliyor. Bu sayede, tek seferlik destekçilerimiz de, aylık destekçilerimiz de toplam destekleriyle doğru orantılı bir süre boyunca reklamsız deneyim elde edebiliyorlar.

Kreosus destekçilerimizin reklamsız deneyimi, destek olmaya başladıkları anda devreye girmektedir ve ek bir işleme gerek yoktur.

Patreon

Patreon destekçilerimiz, destek miktarından bağımsız olarak, Evrim Ağacı'na destek oldukları süre boyunca reklamsız deneyime erişmeyi sürdürebiliyorlar.

Patreon destekçilerimizin Patreon ile ilişkili e-posta hesapları, Evrim Ağacı'ndaki üyelik e-postaları ile birebir aynı olmalıdır. Patreon destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi 24 saat alabilmektedir.

YouTube

YouTube destekçilerimizin hepsi otomatik olarak reklamsız deneyime şimdilik erişemiyorlar ve şu anda, YouTube üzerinden her destek seviyesine reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. YouTube Destek Sistemi üzerinde sunulan farklı seviyelerin açıklamalarını okuyarak, hangi ayrıcalıklara erişebileceğinizi öğrenebilirsiniz.

Eğer seçtiğiniz seviye reklamsız deneyim ayrıcalığı sunuyorsa, destek olduktan sonra YouTube tarafından gösterilecek olan bağlantıdaki formu doldurarak reklamsız deneyime erişebilirsiniz. YouTube destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi, formu doldurduktan sonra 24-72 saat alabilmektedir.

Diğer Platformlar

Bu 3 platform haricinde destek olan destekçilerimize ne yazık ki reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. Destekleriniz sayesinde sistemlerimizi geliştirmeyi sürdürüyoruz ve umuyoruz bu ayrıcalıkları zamanla genişletebileceğiz.

Giriş yapmayı unutmayın!

Reklamsız deneyim için, maddi desteğiniz ile ilişkilendirilmiş olan Evrim Ağacı hesabınıza üye girişi yapmanız gerekmektedir. Giriş yapmadığınız takdirde reklamları görmeye devam edeceksinizdir.

Destek Ol