Yaklaşık 4 milyar yıl önce, Dünya yaşam için uygun koşullar geliştiriyordu. Yaşamın kökeni üzerine çalışan bilim insanları, Dünya'nın ilk zamanlarında bulunan kimya türünün bugün yaşamın gerektirdiklerine benzer olup olmadığını merak ediyor. Protosel adı verilen küresel yağ koleksiyonlarının, yaşamın bu ortaya çıkışı sırasında hücrelerin öncüsü olduğunu biliyorlar. Ancak basit protoseller ilk olarak nasıl ortaya çıktı ve sonunda Dünya'da yaşama yol açacak şekilde nasıl çeşitlendi?
Şimdi Scripps Research bilim insanları, protosellerin ilk olarak nasıl oluştuğuna ve kimyasal olarak nasıl gelişerek çeşitli işlevlere olanak sağladığına dair akla yatkın bir yol keşfetti.
Chem dergisinde 29 Şubat 2024 tarihinde çevrimiçi olarak yayınlanan bulgular, fosforilasyon (fosfat gruplarının moleküle eklendiği) adı verilen kimyasal bir sürecin daha önce beklenenden daha erken gerçekleşmiş olabileceğini gösteriyor. Bu durum, kimyasal reaksiyonları barındırabilen ve çeşitli işlevselliklerle bölünebilen, yapısal olarak daha karmaşık, çift zincirli protosellere yol açabilir. Bilim insanları protosellerin nasıl oluştuğunu ortaya çıkararak erken evrimin nasıl gerçekleşmiş olabileceğini daha iyi anlayabilirler.
Scripps Research Kimya Bölümü'nde profesör ve kıdemli yazar Ramanarayanan Krishnamurthy, "Bir noktada hepimiz nereden geldiğimizi merak ederiz. Şimdi fosfatların daha önce düşünülenden daha önce hücre benzeri yapılara dahil edilebileceğine dair makul bir yol keşfettik, bu da yaşamın yapı taşlarını oluşturuyor," diyor.
"Bu bulgu, erken Dünya'nın kimyasal ortamlarını daha iyi anlamamıza yardımcı oluyor, böylece yaşamın kökenlerini ve yaşamın erken Dünya'da nasıl evrimleşebileceğini ortaya çıkarabiliriz."
Krishnamurthy ve ekibi, prebiyotik Dünya'da yaşamın ortaya çıkmasından önce mevcut olan basit kimyasallara ve oluşumlara neden olan kimyasal süreçlerin nasıl gerçekleştiğini inceliyor. Krishnamurthy aynı zamanda yaşamın bu erken ortamlardan nasıl ortaya çıktığını araştıran bir NASA girişiminin eş lideridir.
Bu çalışmada Krishnamurthy ve ekibi, Scripps Research'te Bütünleştirici Yapısal ve Hesaplamalı Biyoloji Bölümü'nde profesör ve kıdemli yazar olan yumuşak madde biyofizikçisi Ashok Deniz'in laboratuvarı ile işbirliği yaptı. Araştırmacılar protosellerin oluşumu sırasında fosfatların rol oynayıp oynamadığını incelemeye çalıştılar. Fosfatlar vücuttaki neredeyse her kimyasal reaksiyonda bulunur, bu nedenle Krishnamurthy daha önce inanılandan daha önce mevcut olabileceklerinden şüphelenmiştir.
Bilim insanları protosellerin yağ asitlerinden oluştuğunu düşünüyordu, ancak protosellerin tek bir zincirden çift fosfat zincirine nasıl geçtiği belli değildi, bu da onların daha kararlı olmalarını ve kimyasal reaksiyonları barındırmalarını sağlıyordu.
Bilim insanları, yaşamın ortaya çıkmasından önce var olan ortamlar olan makul prebiyotik koşulları taklit etmek istediler. İlk olarak, potansiyel olarak veziküller, protosellere benzer küresel lipid yapıları oluşturabilecek üç olası kimyasal karışım belirlediler.
Kullanılan kimyasallar arasında yağ asitleri ve gliserol (Dünya'nın erken dönemlerinde var olmuş olabilecek sabun üretiminin yaygın bir yan ürünü) bulunuyordu. Daha sonra, bu karışımların reaksiyonlarını gözlemlediler ve yeni karışımlar oluşturmak için ilave kimyasallar eklediler. Bu çözeltiler soğutuldu ve kimyasal reaksiyonları teşvik etmek için bir miktar çalkalanarak gece boyunca tekrar tekrar ısıtıldı.
Daha sonra karışımları incelemek ve vezikül oluşumunun gerçekleşip gerçekleşmediğine karar vermek için floresan boyalar kullandılar. Bazı durumlarda araştırmacılar, bu faktörlerin vezikül oluşumunu nasıl etkilediğini daha iyi anlamak için pH ve bileşenlerin oranlarını da değiştirdiler. Ayrıca metal iyonlarının ve sıcaklığın veziküllerin kararlılığı üzerindeki etkisine de baktılar.
Krishnamurthy'nin laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı olan ilk yazar Sunil Pulletikurti, "Veziküller deneylerimiz sırasında yağ asidi ortamından fosfolipid ortamına geçebildi, bu da benzer bir kimyasal ortamın 4 milyar yıl önce var olabileceğini gösteriyor" diyor.
Yağ asitleri ve gliserolün daha kararlı, çift zincirli bir yapı oluşturmak için fosforilasyona uğramış olabileceği ortaya çıktı. Özellikle gliserol türevi yağ asidi esterleri, metal iyonlarına, sıcaklıklara ve pH'a karşı farklı toleranslara sahip veziküllere yol açmış olabilir; bu da evrimin çeşitlendirilmesinde kritik bir adımdır.
Deniz, "Fosfolipidlerin bu kimyasal evrim sürecinde nasıl ortaya çıkmış olabileceğine dair makul bir yol keşfettik" diyor. "Dünya'da yaşamı mümkün kılmak için erken kimyasalların nasıl değişmiş olabileceğini ortaya çıkarmak heyecan verici. Bulgularımız ayrıca modern hücrelere giden yolda önemli işlevsel roller oynamış olabilecek çok sayıda ilgi çekici fiziğe de işaret ediyor."
Bilim insanları bundan sonra, protosellerin dinamik süreçlerini daha iyi anlamak için neden bazı veziküllerin birleşirken diğerlerinin bölündüğünü incelemeyi planlıyor.
