Her canlı hücrenin özünde bir tür kimyasal motor vardır. Bu, en basit bakteri için olduğu kadar insan beynindeki bir nöron için de geçerlidir. Bu kimyasal motorlar, yiyecek gibi bir enerji kaynağını yararlı parçalara dönüştüren ve hücreyi oluşturan süreçler olan metabolizmayı çalıştırır. Tüm hesaplara göre, glikoliz de dahil olmak üzere metabolik süreçler, devam etmek için çok sayıda karmaşık mikroskobik makine gerektirir. Ancak Ralser’in ekibi, bu motorlardan birinin, bilim adamlarının gerekli olduğuna inandıkları birkaç karmaşık molekül olmadan kendi kendine çalışabileceğini buldu.
Tesadüf eseri bulunan bu bulgudan bu yana, yaşamın kökenini araştıran araştırmacılar arasında bir heyecan dalgası yayıldı. Ne de olsa, bu bir test tüpünde olabiliyorsa, belki milyarlarca yıl önce derin deniz volkanik bir bacada, karada termal havuzlarda veya çok fazla kimyasal aktivite ve organik madde içeren başka bir yerde de olabilirdi. Hatta hayatın doğuşuna yol açan olaylar zincirini metabolik reaksiyonlar başlatmış olabilir.
Bazı ekipler şu anda bu kimyasal motorları sıfırdan yapmak için çalışıyor. Bilim adamları, glikolize ek olarak, ters sitrik asit döngüsü veya ilk olarak çok eski hücrelerde ortaya çıktığına inanılan ters Krebs döngüsü dahil olmak üzere diğer temel hücresel süreçlerin parçalarını yeniden yarattılar.
Bu heyecan verici yeni araştırma alanı, bilim adamlarını ilk canlı organizmaya yol açmış olabilecek adımları yeniden düşünmeye sevk ediyor ve onları bir kez daha uzun süredir devam eden bir soruyla yüzleşmeye zorluyor: İlk etapta hayatı nasıl tanımlarız?
gizemli kökenler
Yaşamın nasıl başladığı bilimin en büyük gizemlerinden biridir . Bunun gezegenimizin tarihinin erken dönemlerinde olduğunu biliyoruz çünkü 3,5 milyar yıl önce , Dünya oluştuktan sadece bir milyar yıl sonra ortaya konan kayalarda fosil mikroorganizmalar var. Ancak nasıl ve nerede olduğu belirsizliğini koruyor.
Önemli bir sorun, canlı organizmaların olağanüstü derecede karmaşık olmasıdır. En basit bakteri hücresinde bile yüzlerce gen ve binlerce farklı molekül bulunur. Tüm bu yapı taşları, karmaşık bir dansla birlikte çalışır, yiyecekleri hücreye taşır ve atıkları dışarı atar, hasarı onarır, genleri kopyalar ve çok daha fazlasını yapar.
Bu karmaşıklığın ölçeği, 2021’de yayınlanan ve yaşayan en basit organizmalar olan 1.089 bakterinin DNA’sını karşılaştıran araştırmayla açıklanıyor . O sırada Almanya’daki Düsseldorf Heinrich Heine Üniversitesi’nde bulunan biyomühendis Joana C. Xavier liderliğindeki araştırmacılar, bakteri türleri arasında yaygın olan protein ailelerini aradılar, çünkü bunlar muhtemelen gerçekten eskiydi – üç yıldan daha eskiye dayanıyorlar . tüm bakterilerin son ortak atasına milyarlarca yıl. Bu tür 146 protein ailesi buldular, bu da en eski bakterilerin bile olağanüstü derecede karmaşık olduğunu ve uzun bir evrim döneminin ürünü olduğunu ortaya çıkardı.
Hayatın kökeni hakkındaki tüm hipotezler, bu karmaşıklığı ortadan kaldırmaya ve kendiliğinden ortaya çıkabilecek çok daha basit bir şeyi hayal etmeye çalışır. Zorluk, bu ilk yaşamın nasıl olacağına karar vermektir. Bugün gördüğümüz canlı hücrelerin hangi kısımları ilk oluştu?
Bir RNA dizisi gibi kendini kopyalayabilen bir molekül veya bir hücrenin temel yapısı görevi görebilecek yağlı bir “kabarcık” veya “blob” da dahil olmak üzere birçok fikir öne sürüldü. Ancak giderek artan sayıda bilim insanı, genlerden veya hücre duvarlarından önce yaşamın ihtiyaç duyduğu ilk şeyin bir motor olduğuna inanıyor.
İlk metabolizma
Hayat temelde aktiftir. Ağaçlar gibi görünüşte durağan organizmalarda bile mikroskobik ölçekte şiddetli bir faaliyet vardır.
Şu anda University College London’da çalışan Xavier, canlı bir hücreyi, dibinde bir delik olan ve içeri akan bir musluğu olan bir bardak suya benzetiyor. İki akış eşitse, bardaktaki suyun hacmi aynı kalır. “Ama dönüşüm devam ediyor.”
Benzer şekilde, her canlı besinleri alır ve bunları vücudunu inşa etmek ve onarmak için kullanır. İnsanlar için bu, yiyecekleri yemek ve ardından onları vücudumuzun kullanabileceği basit kimyasallara ayırmak için sindirim sistemlerimizi kullanmak anlamına gelir.
Diğer organizmalar enerjilerini güneş ışığından veya metan gibi kimyasallardan alırlar, ancak aynı prensip geçerlidir. Binlerce reaksiyon, sürekli olarak bir maddeyi diğerine dönüştürüyor ve her şeyi ihtiyaç duyulan yere götürüyor. Tüm bu işlemler bir organizmanın metabolizmasını oluşturur. Metabolizma durursa organizma ölür.
Metabolizma kimyası yaşamın merkezinde o kadar yer alır ki, birçok araştırmacı bunun ilk canlı hücrelerin çekirdeğinde olması gerektiğine inanır. Fransa’daki Strasbourg Üniversitesi’nden Joseph Moran’a göre, bir metabolik motor çalışır duruma geldiğinde, yaşamın ihtiyaç duyduğu diğer kimyasalları yaratabilir ve yavaş yavaş hücreler kendi kendine birleşebilir.
Bununla birlikte, yaşamın kökenine ilişkin tüm metabolizma önceliği hipotezleri aynı sorunla karşı karşıyadır: Metabolizma, yaşamın kendisi gibi, oldukça karmaşıktır. Xavier, son bakteri ortak atasıyla ilgili çalışmasında, bu antik organizmanın genlerinin, kimyasalları birbirine dönüştürmenin yanı sıra metabolik süreçler yoluyla 243 kimyasal üretebileceğini tahmin etti.
Metabolizmadaki bireysel yollar bile karmaşıktır. Hücrelerin besinlerden enerji elde etme yollarından biri olan sitrik asit döngüsünü veya Krebs döngüsünü ele alalım. Adından da anlaşılacağı gibi, turunçgillere keskin tatlarını veren kimyasal olan sitrik asit ile başlar. Bu, cis-aconitate adı verilen ikinci bir maddeye ve ardından son adım sitrik asidi yeniden oluşturmadan önce yedi kimyasala daha dönüştürülür. Yol boyunca, bir dizi biyolojik kimyasal üretilir ve hücrenin geri kalanına dağıtılır.
Böylesine karmaşık bir sürecin nasıl kendi kendine başladığını hayal etmek zor. İşin daha da karmaşık tarafı, her adımın, söz konusu kimyasal reaksiyonları hızlandıran enzim adı verilen bir molekül tarafından kontrol edilmesidir. Krebs döngüsü gibi bir işlemin çalışması için enzimler gereklidir. Ancak enzimler, yalnızca genlerin kontrolü altında metabolizma yoluyla yapılabilen karmaşık moleküllerdir.
Yani bilim adamları biyokimyasal bir tavuk mu yumurta mı ikilemiyle karşı karşıya: Hangisi önce geldi, hücreyi inşa edecek kimyasal motor mu yoksa motoru yapmak için gerekli hücresel mekanizmalar mı?
Yaşayan bir motor mu?
Yaşamın süreçlerini basitleştirilmiş biçimlerde taklit etme yeteneği, derin bir soruya yol açtı: Bu kimyasal sistemlere hangi noktada “yaşam” diyeceğiz? Bir cam şişede bir metabolik motor vızıldarsa, canlı mıdır?
Bilim adamlarının çoğu hayır derdi. Ralser, bir şeyin canlı olabilmesi için “metabolize olup kendini kopyalayabilecek kadar karmaşık bir sisteme ihtiyacımız var” diyor. Tek başına bir metabolik motor bunu yapmaz, ancak yapabilecek bir şeye giden yolda atılmış bir adımdır.
Krishnamurthy, “Kimse hayatı gerçekten tanımlamadı” diyor ve pek çok uç vaka var. Örneğin, yaşamın birçok tanımı, bir organizmanın üreyebilmesi gerektiğini belirtir, ancak tek tek cinsel hayvanlar bir partner olmadan üreyemez – bu nedenle bu katı tanımlara göre, yalnız bir tavşan canlı değildir.
Muchowska, “Cansız ile canlı arasındaki tek şey bir eğimdir” diyor. Metabolik motorlar ne kayalar gibi tamamen cansız ne de bir bakteri gibi tam olarak yaşıyorlar.
Hayat, bir bakıma, bir tür kimyasal kazadır; üç buçuk milyar yıldan fazla süredir durmayan, dönen bir danstır. Nasıl tanımlarsak tanımlayalım, bu dans devam ediyor, Dünya’nın en güzel ve en harikulade sonsuz biçimlerini inşa eden biyolojik makineyi yavaş yavaş geliştiriyor.
