Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 11 °C
Yağışlı

Kaostan Yaşamın Ortaya Çıkışı – Darwinci Evrim Yaşamdan Önce Başladı mı

25.02.2021
117
A+
A-
Kaostan Yaşamın Ortaya Çıkışı – Darwinci Evrim Yaşamdan Önce Başladı mı

LMU fizikçileri, polimerik moleküllerin alt birim bileşimleri gibi temel özelliklerinin, makul bir prebiyotik ortamda seçim süreçlerini tetiklemek için yeterli olduğunu göstermektedir.

Dünyada yaşam ortaya çıkmadan önce, gezegenimizdeki birçok fizikokimyasal süreç oldukça kaotikti. Akla gelebilecek her kombinasyonda alt birimlerden ( DNA ve RNA’da bulunan bazlar gibi) oluşan çok sayıda küçük bileşik ve çeşitli uzunluklarda polimerler mevcuttu. Canlı benzeri kimyasal süreçler ortaya çıkmadan önce, bu sistemlerdeki kaos seviyesinin düşürülmesi gerekiyordu. Yeni bir çalışmada, Dieter Braun liderliğindeki LMU fizikçileri, basit polimerlerin temel özelliklerinin, prebiyotik ortamın belirli yönleriyle birlikte, bozukluğu azaltan seçim süreçlerine yol açabileceğini gösteriyor.

Önceki yayınlarda, Braun’un araştırma grubu, deniz dibindeki gözenekli volkanik kayaların içindeki dar, su dolu odalarda mekansal düzenin nasıl gelişebileceğini araştırdı. Bu çalışmalar, sıcaklık farklılıklarının ve Soret etkisi olarak bilinen konvektif bir fenomenin varlığında, RNA ipliklerinin yerel olarak uzunluğa bağlı bir şekilde birkaç büyüklük sırasına göre birikebileceğini gösterdi. Braun, “Sorun, elde edilen uzun moleküllerin temel dizilerinin tamamen kaotik olmasıdır” diyor.

Evrimleşmiş ribozimler (RNA bazlı enzimler), moleküllerin belirli şekillere katlanmasını sağlayan çok özel bir baz dizisine sahipken, Erken Dünya’da oluşan oligomerlerin büyük çoğunluğu büyük olasılıkla rastgele dizilere sahipti. Yeni raporun yazarı Patrick Kudella, “’Dizi alanı’ olarak bilinen olası temel dizilerin toplam sayısı inanılmaz derecede büyük” diyor. “Bu, işlevsel ribozimlerin veya karşılaştırılabilir moleküllerin karakteristik karmaşık yapılarını tamamen rastgele bir işlemle birleştirmeyi pratikte imkansız hale getiriyor.” Bu, LMU ekibinin, moleküllerin daha büyük ‘oligomerler’ oluşturacak şekilde genişlemesinin bir tür ön seçim mekanizmasına tabi olduğundan şüphelenmesine yol açtı.

Erken oligomerler için model sistem

Yaşamın Kökeni zamanında, hücrelerin karmaşık replikasyon mekanizmalarına kıyasla çok az sayıda çok basit fiziksel ve kimyasal süreç olduğundan, dizilerin seçimi çevreye ve oligomerlerin özelliklerine bağlı olmalıdır. Braun grubunun araştırması burada devreye giriyor. Oligomerlerin katalitik işlevi ve kararlılığı için, DNA’nın iyi bilinen sarmal yapısı gibi çift sarmal oluşturmaları önemlidir. Bu, birçok polimerin temel bir özelliğidir ve hem çift hem de tek sarmallı parçalarla kompleksleri mümkün kılar. Tek sarmallı parçalar iki işlemle yeniden yapılandırılabilir. Birincisi, ipliklerin tekli bazlarla tamamlandığı ve tam çift iplikler oluşturduğu sözde polimerizasyon yoluyla. Diğeri ise ligasyon olarak bilinen şeydir. Bu süreçte, daha uzun oligomerler bir araya getirilir.Burada, oligomerin daha fazla büyümesini sağlayan hem çift sarmallı hem de tek sarmallı parçalar oluşturulur.

Braun, “Deneyimiz çok sayıda kısa DNA ipliği ile başlıyor ve erken oligomerler için model sistemimizde sadece iki tamamlayıcı baz, adenin ve timin kullanıyoruz” diyor. “İpliklerin rastgele dizilerle bağlanmasının, temel dizileri daha az kaotik olan daha uzun iplikçiklerin oluşumuna yol açtığını varsayıyoruz.” Braun’un grubu daha sonra bu deneylerde üretilen sekans karışımlarını, insan genomunun analizinde de kullanılan bir yöntem kullanarak analiz etti. Test, dizi entropisinin, yani geri kazanılan dizilerdeki düzensizlik veya rastlantısallık derecesinin aslında bu deneylerde azaldığını doğruladı.

Kaostan hayatın ortaya çıkışı

Araştırmacılar ayrıca bu ‘kendi kendine oluşturulan’ düzenin nedenlerini de belirleyebildiler. Elde edilen sekansların çoğunun, % 70 adenin ve % 30 timin veya tam tersi baz bileşimleriyle iki sınıfa ayrıldığını buldular. Braun, “İki bazdan birinin önemli ölçüde daha büyük bir oranıyla, iplik kendi üzerine katlanamaz ve ligasyon için bir reaksiyon ortağı olarak kalır”, diye açıklıyor Braun. Bu nedenle reaksiyonda iki bazın her birinin yarısına sahip neredeyse hiç iplik oluşmaz. Braun, “Kısa DNA havuzunun bileşimindeki küçük bozulmaların, özellikle uzun ürün şeritlerinde nasıl farklı konuma bağlı motif desenleri bıraktığını da görüyoruz” diyor. Sonuç, araştırmacıları şaşırttı, çünkü belirli bir taban oranına sahip sadece iki farklı bazdan oluşan bir iplik, birbirinden farklılaşmanın sınırlı yollarına sahip. Çalışmanın ortak yazarı Annalena Salditt, “Yalnızca özel algoritmalar bu kadar şaşırtıcı ayrıntıları algılayabilir” diyor.

Deneyler, oligomerlerin ve çevrelerinin en basit ve en temel özelliklerinin seçici süreçler için temel oluşturabileceğini göstermektedir. Basitleştirilmiş bir model sisteminde bile, farklı uzunluk ölçeklerinde iplik büyümesi üzerinde etkisi olan ve farklı faktör kombinasyonlarının sonucu olan çeşitli seçim mekanizmaları devreye girebilir. Braun’a göre, bu seçim mekanizmaları ribozimler gibi katalitik olarak aktif komplekslerin oluşumu için bir ön koşuldu ve bu nedenle kaostan yaşamın ortaya çıkmasında önemli bir rol oynadı.

Referans: Patrick W. Kudella, Alexei V. Tkachenko, Annalena Salditt, Sergei Maslov ve Dieter Braun, 16 Şubat 2021, Proceedings of the National Academy of Sciences. “Yapılandırılmış diziler şablon ligasyon ile çoğaltıldığında rastgele havuzdan ortaya çıkar”.

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.