Yaşamın nasıl oluştuğu sorusu bilim insanları tarafından fazlaca araştırılmış olsa da cevabı tam olarak verilememişti. Ancak yapılan bir çalışma bu konuda büyük bir çığır açtı. Harvard Üniversitesi’nde doktora öğrencisi olan Furkan Öztürk yaptığı araştırmada, 4 milyar yıl önce yaşamın nasıl başladığına dair keşiflerde bulundu.Science gibi prestijli bilim dergilerinde bu çalışma “çığır açan keşif” şeklinde nitelendirildi. Furkan Öztürk ve ekibi, yaşam moleküllerinin yapısındaki ayna görüntüsüne benzer sağ ve sol simetrisi üzerinde çalıştı.
Araştırmalar 1848’de Louis Pasteur İle Başlamıştı
1848'de, Fransız kimyager Louis Pasteur, yaşam için gerekli olan bazı moleküllerin, sol ve sağ ellerimiz gibi ayna görüntüsü formlarında var olduğunu keşfetmişti. Bugün, biyolojide yalnızca bir "kiral" formun seçildiğini biliyoruz: DNA, RNA ve yapı taşlarının tümü sağ el gibi temsil edilirken, amino asitler ve proteinlerin tümü ise solaktır. Pasteur, bu seçiciliğin veya "homokirallığın" nedenini manyetik alanların açıklayabileceğini düşünüyordu, ancak bu teori biyolojinin büyük bir gizemi olarak günümüze kadar geldi. Şimdi ise bu yeni çalışmayla, Pasteur'ün doğru yolda olduğu ortaya çıktı.Üç yeni makalede araştırmacılar, erken Dünya'da yaygın olan manyetik minerallerin, kilit biyomoleküllerin yüzeylerinde sadece bir ayna görüntüsü şeklinde birikebileceğini ve bu formun devamını sağlayarak olumlu bir geribildirimi tetikleyebileceğini öne sürüyor. Bu keşif, yaşamın kökeni kimyageri olan Jack Szostak'ın da belirttiği gibi, biyoloji için temel bir gereklilik olan homokiraliteyi sağlamak adına olası ve muhtemel bir çözüm sunuyor.
Kozmik Işınlar Ve Polarize Işık Gibi Mekanizmalar Önerildi
Normalde, kimyasal reaksiyonlar tarafsızdır, sağ ve sollu şekilde moleküllerin eşit miktarlarda oluşmasını sağlar. Ancak yaşamın seçici olması gerekir; örneğin, yalnızca sağ elini kullanan DNA, diğer kiral moleküllerle etkileşime girebilmek için doğru bir şekilde bükülme yeteneğine sahiptir. Salk Biyolojik Araştırmalar Enstitüsü başkanı ve yaşamın kökeni kimyageri Gerald Joyce, yaşamı elde etmek için “aynayı kırmanız gerekir, yoksa onu çıkaramazsınız” diyor.Geçmiş yüzyılda araştırmacılar ilk biyomolekülleri çarpıtmak için kozmik ışınlar ve polarize ışık gibi çeşitli mekanizmalar önerdiler. Bu mekanizmalar, sağ veya sollu molekülleri destekleyen bir başlangıç sapmasına neden olabilir, ancak bu sapmanın ilk hücreleri oluşturmak için gereken büyük kiral molekül rezervlerini nasıl güçlendirdiğini doğrudan açıklamaz. Harvard Üniversitesi'nde fizikçi ve bahsi geçen yeni çalışmanın liderlerinden olan Dimitar Sasselov, başlangıçta önyargı oluşturan bir açıklamanın iyi bir başlangıç olduğunu, ancak "yeterli olmadığını" söylüyor.
2009’da RAO’nun Keşfi
Bir başka ipucu, Weizmann Bilim Enstitüsü'ndeki araştırmacıların 1999'da, bir molekülün zıt kiral formlarındaki elektronların, manyetik bir özellik olan zıt dönüş modellerine sahip olduğu keşfine dayanıyor. Daha sonraki deneyler ise, spin farklılıklarının kiral moleküllerin manyetik malzemelerle etkileşime girerken elektron spinlerini hizaladığı şekilde farklı etkileşimlere neden olabileceğini gösterdi. Araştırmacılar, solak peptidlerin manyetik bir yüzeye bağlandığını, sağ peptitlerin ise itildiğini keşfettiler. Ancak yine de tüm bu bulgular, başlangıçtaki sapmanın nasıl güçlendirilebileceğini açıklayamıyordu.2009'da, Manchester Üniversitesi'nden araştırmacılar, RNA'nın olası kökenlerini inceleyen bir çalışmada RNA'nın sentezini sağlayan bir molekül olan RAO'yu keşfettiler. RAO, sadece tek bir kiralite uygulayan nadir bir kristal sınıfına aitti ve aynı kiralitedeki moleküllerin kristal yapısına bağlanabileceği bir aşamada başlarsa, kiral RAO'nun oluşmasına neden olabilir.Şimdi ise Dimitar Sasselov ve ekibi, manyetik yüzeylerin tek bir kiral RAO formunu destekleyip desteklemediğini araştırdılar. Manyetitteki elektron spinlerini güçlü bir dış manyetik alanla hizalayarak ve manyetizmasını güçlendirerek, manyetit yüzeyine sağ ve sol elli RAO moleküllerinin eşit bir karışımını maruz bıraktılar. Sonuç olarak, üstünde yerleşen RAO kristallerinin yüzde 60'ının tek bir el formunda olduğunu buldular. Bu çalışma, manyetit üzerinde oluşan kristal tohumunun benzer yöndeki RAO'ların bağlanmasına ve saf tek yönlü RAO kristallerinin oluşmasına yol açtığını gösterdi.
Manyetit Başlangıçta Küçük Olsa Da Sapmaya Neden Olabilir
Santa Cruz'daki California Üniversitesi'nden fizikçi Noémie Globus, uygulanan manyetik alanın Dünya'nın kendi alanından 6500 kat daha güçlü olduğu konusundaki endişeleri dile getirerek “Oldukça gerçekçi olmayan koşullar gerektiriyor” diye konuştu.Ancak önceki çalışmalar, yalnızca Dünya'nın doğal manyetik alanına maruz kalan manyetitin, başlangıçta daha küçük olsa da bir sapmaya neden olabileceğini gösteriyor. Sasselov ve ekibi, manyetitin üzerine saf kiral RAO kristalleri yerleştirildiğinde, kristallerdeki elektron spinlerinin alttaki manyetik malzemede giderek daha fazla elektron spinini hizalamaya zorladığını ve bu durumun olumlu bir geribildirim mekanizmasına neden olduğunu da belirtti. Harvard Doktora öğrencisi, ekip üyesi Furkan Öztürk, "Kendi kendini geliştiriyor ve önyargının kalıcılığını artırıyor" dedi.
Biyolojik Teslimiyetin Sırrı Bir Adım Daha Aydınlanmış Olacak
Bu bulgular, kiral RAO'nun RNA yapı taşlarının üretimini tetiklediğini ve ardından bu kiral önyargının amino asitlerin ve proteinlerin zıt el şeklinde şablonlanmasına ve sonunda diğer kiral moleküllerin hücre metabolizmasına entegre edilmesine olanak sağlayabileceğini gösterdi. Ancak bu konudaki tam çözüm henüz bulunamadı.Bu çalışmalar, Louis Pasteur'ün keşiflerinden beri devam eden bir maceranın sadece bir parçasını temsil ediyor. Gelecekte, RAO'nun adenin ve guanin gibi diğer nükleotitleri üretebilip üretemeyeceği gibi sorulara yanıt aranacak. Eğer bu başarılabiliyorsa, biyolojik teslimiyetin sırrı bir adım daha aydınlanmış olacak.Kaynak: https://www.science.org/content/article/breakthrough-could-explain-why-life-molecules-are-left-or-right-handed