Yaşamın RNA Dünyası ile Başlamış Olabileceğine Dair Yeni Bulgular Elde Edildi!

Charles Darwin evrimi "değişerek türeme" olarak tanımlamıştı. DNA dizileri şeklindeki genetik bilgi kopyalanır ve bir nesilden diğerine aktarılır. Ancak bu süreç, zaman içinde genlerin küçük varyasyonlarının ortaya çıkmasına neden olarak popülasyona yeni özellikler eklenmesini sağlar.

Bilim insanları tüm bunların nasıl başladığını merak ediyordu: Yaşamın kökeninde hücrelerden, proteinlerden ve DNA'dan çok önce benzer bir evrim daha basit bir ölçekte gerçekleşmiş olabilir mi? 1960'larda aralarında Salk Araştırmacısı Leslie Orgel'in de bulunduğu bilim insanları, yaşamın ve biyolojik evrimin küçük, ipliksi RNA moleküllerinin Dünya'nın erken dönemlerine hükmettiği "RNA Dünyası" ile başladığını öne sürdüler.

Salk Enstitüsü'nde yapılan ve araştırmacıların PNAS dergisinde yayınladıkları çalışma, RNA Dünyası hipotezini destekleyen ikna edici kanıtlar sunuyor.^[1] Araştırmacılar, diğer işlevsel RNA iplikçiklerinin doğru şekilde kopyalayabilen ve zaman içinde molekülün yeni varyantlarını oluşturan bir RNA enzimini ortaya çıkardı.

Bu bulgular, bilim insanlarını RNA temelli yaşamı yeniden yaratmaya bir adım daha yaklaştırıyor. Bu ilkel ortamlar laboratuvarda doğru bir şekilde modellenebilirse Dünya'da ve hatta diğer gezegenlerde yaşamın nasıl başlamış olabileceğine dair birçok fikri çok daha iyi bir şekilde test edebiliriz. Araştırmanın yazarlarından Salk Başkanı Gerald Joyce şöyle anlatıyor:

Evrimin şafağını kovalıyoruz. RNA'nın bu yeni yeteneklerini ortaya çıkararak yaşamın potansiyel kökenlerini ve basit moleküllerin bugün gördüğümüz yaşamın karmaşıklığına ve çeşitliliğine nasıl yol açmış olabileceğini ortaya çıkarıyoruz.

Çift sarmallı DNA genetik bilgiyi depolamak için harikadır. Bu genlerin çoğu nihayetinde hücreleri canlı tutmak için her türlü işlevi yerine getiren proteinleri kodlar. RNA'yı benzersiz kılan şey ise bunların her ikisini de biraz yapabilmesidir. DNA'ya benzer şekilde nükleotid dizilerinden oluşur ancak reaksiyonları hızlandırmak için enzim olarak da hareket edebilir.

Joyce gibi bilim insanları yıllardır RNA'nın yaşamın öncüsü olduğu fikrini araştırıyor ve özellikle RNA polimeraz ribozimlerine yani diğer RNA iplikçiklerinin kopyalarını oluşturabilen RNA moleküllerine odaklanıyorlar.

Son on yıldır Joyce ve ekibi, daha büyük molekülleri kopyalayabilen yeni varyantlar üretmek yönlendirilmiş evrim kullanarak laboratuvarda RNA polimeraz ribozimleri üretiyor. RNA iplikleri kopyalanırken çok fazla hata yapıldığı için nesiller geçtikçe ortaya çıkan RNA iplikleri orijinal dizilime benzemez ve işlevlerini tamamen kaybeder. Ancak bu değişti! Laboratuvarda geliştirilen en son RNA polimeraz ribozimi, bir RNA ipliğini çok daha yüksek doğrulukla kopyalamasına olanak tanıyan bir dizi önemli mutasyon içeriyor.

Bu deneylerde kopyalanan RNA ipliği, diğer RNA moleküllerini parçalara ayıran küçük bir molekül olan bir "çekiç kafa". Araştırmacılar, RNA polimeraz riboziminin işlevsel "çekiç kafasını" doğru bir şekilde kopyalamakla kalmayıp, zamanla yeni varyasyonlarının ortaya çıkmaya başladığını gördüler.

Bu yeni varyantların performansı benzerdi. Ancak sahip oldukları mutasyonlar sayesinde daha kolay çoğalabiliyorlar, bu da evrimsel uyumu artırarak çekiç kafanın popülasyonuna hakim olmasını sağladı. Çalışmanın yazarlarından Nikolaos Papastavrou şöyle anlatıyor:

Yaşamın başlangıçta ne kadar basit olduğunu ve kendini geliştirmeye başlama yeteneğini ne zaman kazandığını uzun zamandır merak ediyorduk. Bu çalışma evrimin başlangıcının çok erken ve çok basit olabileceğini gösteriyor. Tek tek moleküller düzeyinde bir şey Darwinci evrimi sürdürebilirdi ve bu, yaşamın daha karmaşık hale gelmesini, moleküllerden hücrelere ve çok hücreli organizmalara geçilmesini sağlayan kıvılcım olabilirdi.

Bulgular, evrimi mümkün kılmada replikasyon doğruluğunun kritik önemini vurguluyor. RNA polimerazın gereken doğrulukta kopyalanması gelecek nesillerde kalıtsal bilgiyi korumak için kritik bir eşiği aşmalıdır ve bu eşik, evrimleşen RNA'ların boyutu ve karmaşıklığı arttıkça yükselecektir.

Araştırmacılar, önümüzdeki on yıl içinde laboratuvarda bağımsız RNA yaşamını on yıl içinde başarabileceklerini düşünüyor. Joyce'un laboratuvarında çalışan bilim insanı David Horning şöyle anlatıyor:

Seçilim baskısının mevcut bir işleve sahip RNA'ları geliştirebildiğini gördük, ancak sistemin daha büyük RNA molekülü popülasyonlarıyla daha uzun süre evrimleşmesine izin verirsek, yeni işlevler icat edilebilir mi? Burada Salk'ta geliştirilen araçları kullanarak erken yaşamın kendi karmaşıklığını nasıl artırabileceğini yanıtlamaktan heyecan duyuyoruz.

Joyce'un laboratuvarında kullanılan yöntemler, hem Dünya'da hem de diğer gezegenlerde hangi çevresel koşulların RNA evrimini en iyi şekilde destekleyebileceği de dahil olmak üzere, yaşamın kökenleri hakkındaki diğer fikirleri test eden gelecekteki deneylerin de yolunu açıyor.