Dünyada yaşamı oluşturan birimler olan hücreler birçok farklı biyolojik molekül yanında, merkezi önemde elemanlar olan DNA ve proteinlerden oluşuyor.
Bu iki biyomolekül dışında çok önemli bir eleman daha var: RNA. Adenin (A), guanin (G), sitozin (C), ve urasil (U) organik moleküllerinin dizilmesi ile oluşuyor. RNA, kalıtım birimi DNA ve fonksiyonel/yapısal görevler içeren proteinler arasında konumlanıyor, ve çok önemli hücresel görevler gerçekleştiriyor.
RNA’nın bir diğer önemi de hücresel yaşamın öncesi dönemde, protein ve DNA’nın oluşumundan da önce, ilk biyomolekül olduğunu öneren ‘RNA dünyası hipotezi’ne (Not 1) kaynak olması.
Diğer taraftan, RNA’nın ilk biyolojik molekül olduğunu kabul etmek, tüm soruların cevabı değil elbette: RNA’yı oluşturan organik birimlerin (yani A, G, C, ve U nükleotidlerinin), inorganik, yani dünya üzerinde bolca bulunan yaşam ile ilişkili olmayan öncül moleküllerden sentezlenebildiği gösterilmeli.
Bu noktada yaşamın dünya dışı kaynağı ile ilgili hipotezlere değinmek gerekiyor.
Yaşamın oluşumu ve asteroit borbardımanı ilişkisi
Dünya üzerinde yaşam 4 milyar yıl kadar önce ortaya çıktı.
Bu zaman aralığı, Dünya’nın diğer zamanlarda olduğundan 10 kat daha fazla oranda asteroit ve kuyruklu yıldız bombardımanı altında olduğu döneme denk geliyor.
Dünya dışı asteroit bombardımanı ve yaşamın başlangıcının aynı döneme denk gelmesini ilişkilendiren, içinde Carl Sagan’ın da bulunduğu birçok bilim insanı, dünyada yaşamı oluşturan biyomoleküllerin, asteroit ve kuyruklu yıldızlardan gelen azot ve karbon temelli molekülerden kaynaklandığını öne sürmekteydiler.
2014 yılı Kasım ayında PNAS dergisinde yayınlanan deneysel bir çalışma, dünya-dışı kaynaklı yaşam hipotezine dair farklı bir bakış açısı getirmenin yanında, ilgili hipoteze dair dolaylı deneysel kanıtlar sunmakta.
Araştırmacılar, 4 milyar yıl kadar önce sığ göller gibi su içeren ortamlarda yoğun olarak bulunması muhtemel formamid (CH3NO) molekülünden yola çıkıyorlar. Formamid yüksek enerji ile parçalandığında aktif CN ve NH radikallerini ortama vermekte. Bu iki radikal, tekrar, ortamda bulunan formamid molekülü ile tepkiyerek, zincirleme bir reaksiyon başlatmakta.
Araştırmacılar, formamid ve kil içeren örneğe (asteroit bombardımanı ile oluşabilecek enerji miktarlarını taklit eden) yüksek-güçlü lazer laynağı ile enerjiye maruz bıraktılar (Şekil 1).
Bu çok yüksek enerjili tepkimelerin sonunda ise, yaşamsal rolü olmayan (inorganik) bir molekül olan formamidden, canlılığa giden yolda ilk molekül olduğu öne sürülen RNA moleküllerinin dört elemanından tümününde oluştuğu gözlendi. Bu tepkime aynı zamanda DNA’yı oluşturan dört harfin üç tanesini de (A, G, C) halihazırda oluşturmuş oluyor.
Oluşan sıvı-faz biyomoleküllerin %79.4’u adenin (A), %4.4’u guanin (G), %13.1’i sitozin (C), ve %3.1’i urasil (U) olarak ölçülmüş. Araştırmacılar bir litre sıvı içerisinde 47.07 miligram RNA yapıtaşı tespit etmişler.
Çalışma, yaşamı oluşturan öncül inorganik moleküllerin zaten halihazırda dünya üzerinde olduğunu, ve asteroitler ile dünyaya gelmediğini, diğer yandan çarpışma etkisi ile oluşan enerji ve ısı ile, bu moleküllerin hücresel yaşam öncesi zamanın ilk adımı olabilecek RNA’yı oluşturan tüm yapıtaşlarını oluşturmuş olabileceğini öne sürüyorlar.
Araştırmacılar, dünyada yaşamın başlangıcı ile dünyanın yoğun oranda dünya-dışı madde bombardımanı altında olmasının aynı zamanlara denk gelmesinin rastlantısal olmadığını, ve dünya dışı bombardımanın etkileri üzerinde daha fazla durulması gerektiğini belirtiyorlar.
Evrimsel biyoloji, evrimsel tarihi, bugün dünya üzerinde bulunan ve türümüzün yok etmekte olduğu tek ve çok hücreli biyolojik çeşitlilikten geriye giderek, tek hücreli ortak atasal organizmalara kadar sağlam verilerle aydınlatmış durumda. Fakat, hücre-öncesi döneme dair, inorganik birimlerden organik ortamın evrimi, ve ardından hücrelerin meydana gelmesine kadar geçen süreye ait başarılı deneysel çalışmalar yapılmış olsada, resmin tümünü görmekten uzağız.
‘RNA dünyası hipotezi’ her ne kadar diğer hipotezlerden önde olsa da, farklı hipotezlerin ihmal edilmemesi, ve yeni hipotezlerin kurulması, ve ilgili önerilerin test edilmeye devam edilmesi gerekiyor.
RNA Dünyası Hipotezi
Yaşamın başlangıcında öncül organik (canlı yapısında bulunmayan inorganik moleküllerden türeyen) molekül(ler) ne(ler) idi, sorusu cevabı çok zor verilebilecek bir soru. DNA ve proteinlerin birbirinden bağımsız oluşması ve etkileşime geçmesi bir çözüm sunabilir. Fakat, araştırmacılar, iki farklı biyomolekülün (DNA ve protein) bağımsız ve eş zamanlı oluşup birikmesinden daha olası olarak, bu iki molekülün görevini tek başına yerine getiren tek bir molekülün öncül olması varsayımını önerdiler. Önerilen molekülRNA ve ilgili hipotez ise ‘RNA dünyası hipotezi’ olarak bilinmekte. RNA hem kendini belli bir uzunluğa kadarkopyalayan kalıtım materyali olarak hem de bazı basit reaksiyonları (örneğin proteinleri oluşturan peptid bağlarını) sentezleyebilen bir molekül. Yani modern hücrede protein ve DNA’nın arasında işlem görmesi yanında, her ikisinin sahip olduğu görevleri, hücre-öncesi ortamda, basit düzeyde de olsa kendi başına gerçekleştirip bugün görülen biyokimyasal ağa evrimsel kaynak olduğu önerilmekte.
İlgili makale:
Ferus M, vd., "High-energy chemistry of formamide: A unifiedmechanism of nucleobase formation", PNAS (Basım tarihi: Ocak 2015). dx.doi.org/10.1073/pnas.1412072111
RNA dünyasi üzerine:
Peptide bond formation by in vitro selected ribozymes. Nature 390, 96-100 (6 November 1997) dx.doi.org/10.1038/36375
RNA-catalyzed RNA polymerization: accurate and general RNA-templated primer extension. Science. 2001 May 18;292(5520):1319-25.
Görsel kaynağı: National-Geo arşivi.