Abiyogenez Yaşamı Açıklar Mı?

 Evrimin en büyük tutanaklarından olan ''Abiyogenez'' nedir? Gerçekten yaşamın kökenini açıklıyor mu? 

Abiyogenez (yaşamın kökeni) araştırmacılarının önündeki zorluk, ilk bakışta tüm parçaları işlevini yerine getirebilmesi için gerekli olan böylesine karmaşık ve birbirine sıkı sıkıya bağlı bir sistemin evrimsel adımlarla nasıl gelişebildiğini açıklamaktır.

Biyolojide abiyogenez veya yaşamın kökeni, yaşamın basit organik bileşikler gibi cansız maddelerden ortaya çıktığı doğal süreçtir.

Şimdi makalemize geçelim; dikkatli okursanız aklınızda soruların kalmayacağını kesin şekilde söyleyebilirim. İyi Okumalar

1952'de Stanley Miller ve Harold Urey, bir avuç küçük molekülden bir dizi rasemik amino asit elde ettiler. Bunlar heyecan verici sonuçlardı çünkü sentetik kimya yöntemlerinin nihayet yaşamın kökenini açıklayabileceğini öne sürüyorlardı. Heyecan haklıydı ama henüz erkendi.

Yaşamın kökenleri (OOL) araştırması elbette giderek daha karmaşık hale geldi, ancak yaşamın kökenlerini açıklama hedefi 1952'de olduğu kadar bugün de uzak kalıyor. Bu şaşırtıcı değil. Kullanılan protokoller değişmeden kaldı: yüksek derecede saflaştırılmış kimyasallar satın alın; dikkatle tasarlanmış laboratuvar koşullarında bunları yüksek konsantrasyonlarda ve belirli bir sırayla karıştırın; bileşiklerin bir karışımını türetmek; ve OOL hakkında cesur iddialarda bulunan bir makale yayınlayın. Bu protokoller geliştirilmemiş oldukları kadar gerçekçi de değiller.

Bu yazı bir argüman içeriyor ama aynı zamanda OOL topluluğuna bir çağrı da içeriyor. Bilim tarihi, bazen araştırmanın gelişmesi için gerekli olan şeyin daha fazla araştırma olmadığını, en azından daha fazla araştırmanın aynı şeyi yapmayı gerektirdiği ölçüde, göstermektedir. Bu o zamanlardan biri.

***Yaşam Boyu Gerekli***

Yaşam için dört moleküle ihtiyaç vardır: nükleotidler, karbonhidratlar, proteinler ve lipitler. Nükleotidler trimerik bir nükleobaz-karbonhidrat-fosfat kombinasyonundan oluşur ve polimerleştikten sonra DNA ve RNA'yı oluşturur. Beş farklı nükleobaz, DNA ve RNA alfabesinin tamamını oluşturur. Nükleotidler ve bunların ardından gelen DNA ve RNA yapıları homokiraldir ve iki olası enantiyomerden birini verir. Amino asitler çoğunlukla homokiraldir. Amino asitler polimerize edildiğinde proteinler ve enzimler oluşur. Proteinler ve enzimler de üçüncül bir homokiralite sergiler. Lipitler, suda çözünebilen polar bir baş ve suda çözünmeyen polar olmayan bir kuyruğa sahip olan dipolar moleküllerdir. Onlar da çoğunlukla homokiraldir. Hücreler enerji için karbonhidratları kullanır ve karbonhidratlar proteinlerle birlikte tanımlama reseptörleridir. Karbonhidratlar da homokiraldir ve polimerik formları üçüncül homokiral şekilleri alır. OOL araştırmacıları bu dört sınıf molekülü yapmak için çok zaman harcadılar, ancak çok az başarı elde ettiler.

Yaşam için gerekli molekülleri prebiyotik öncüllerinden oluşturmak, OOL araştırmasının bir hedefini temsil ediyor; onları bir araya getiriyoruz, başka bir tane. Sentetik kimyanın bazıları sıradan, bazıları ise ustacadır. Temel sorular yanıtsız kalıyor. Bu yapıların prebiyotik koşullar altında, yüksek enantiyomerik saflıkta, inorganik şablonlar veya varsayılan şablonlar kullanılarak hazırlanabileceği iddiaları hiçbir zaman gerçekleşmedi. Bu sınıfların her birindeki karbonhidratlar, amino asitler, lipitler ve diğer bileşikler, regiokimyalarını ve stereokimyalarını kontrol etmek için özel yöntemler gerektirir. Reaksiyon hızlarındaki farklılıklar sıklıkla kiral moleküller üzerinde etkili olan kiral sistemleri gerektirir. Eğer bu prebiyotik koşullar altında mümkün olsaydı, sentetik kimyagerler tarafından kopyalanamayacak olması tuhaf olurdu.

Ne de olsa denemek için 67 yılları vardı.

***Sentetik Abartma***

Kimyasalların protohücreler olarak adlandırılan, "yaşamın kökenine giden bir basamak olarak önerilen, kendi kendine organize olan, endojen olarak düzenli, küresel bir lipit topluluğu" olarak adlandırılan yapılar halinde bir araya getirilmesiyle ilgilenen deney sınıfını düşünün.

2017 yılında Harvard Üniversitesi'ndeki Yaşamın Kökenleri Girişimi'nden bir ekip, suda tersinir ekleme-parçalanma zincir transferi olarak bilinen bir tür polimerizasyon reaksiyonu gerçekleştirdi.

Bu reaksiyon türü doğada görülmez ve deneyde kullanılan monomerler de öyle. Yine de bu standart kimyadır. Polimerler, iki farklı monomer türünün hem hidrofobik hem de hidrofilik bir blok taşıyan bir zincire sırayla eklendiği kontrollü bir radikal polimerizasyon reaksiyonu ile yapılır. Araştırmacılar polimerizasyon sırasında polimerik veziküllerin oluştuğunu gözlemlediler-ilginç ama olağanüstü değil. Araştırmacılar ultraviyole ışık aktivasyonu yoluyla radikal zincirin büyümesini sağladıkça veziküller patlayacak kadar büyüdü. Bunda şaşırtıcı bir şey yok: Büyüyen vezikül ile çevresindeki su arasındaki kuvvetler, vezikül kopmadan önce kritik bir büyüme hacmi belirler.

İddialar burada sona ermeliydi.

Yayınlanan makalede çalışma şu şekilde tasvir edilmiştir:

Gözlemlenen net salınımlı vezikül popülasyonu, canlı sistemler arasında görülen sürdürülebilir (mevcut "yiyecek" varken!) popülasyon büyümesinin bazı temel modlarını hatırlatan bir şekilde büyümektedir.

İlk hücreler için bir model arayan bir Harvard araştırmacısı, kimyasal bir çorbadan kendi kendine büyüyen, ışığa tepki olarak hareket eden, çoğalan ve ilkel evrimsel seçilim belirtileri gösteren hücre benzeri yapılara dönüşen bir sistem yarattı [vurgu eklenmiştir].

Bu derece aşırı abartılıdır.

Bu deneyde çoğalan ya da evrimsel seçilimin yönlerini sergileyen büyüyen hücre benzeri yapılar yoktu.

Kaliforniya Üniversitesi ve Yeni Güney Galler Üniversitesi'nden ekipler yakın zamanda lipit çift tabaka birleştirme deneyleri gerçekleştirmiş ve 2017 yılında çalışmalarının bir özetini yayınlamışlardır.

Nükleotidleri ve lipidleri suda birleştirerek katmanlar arasına sıkıştırılmış nükleotidlerle lameller oluşturdular. Nükleotidler nükleobaz-karbohidrat-fosfat trimerleridir ve bu durumda hem nükleotidler hem de lipidler saf homokiral formda satın alınmıştır. Her iki ekip daha sonra dehidrasyon üzerine lamel içinde nükleotidlerin yoğunlaşma polimerizasyonunun gerçekleşebileceğini göstermiştir. Polimerizasyon, önceden yüklenmiş fosfat ile komşu bir nükleotid üzerinde bulunan satın alınmış stereo tanımlı alkol parçası arasındaki bir reaksiyon yoluyla gerçekleşir. Benzer reaksiyonların, reaksiyonlar için gerekli ısıyı sağlayan volkanik kara kütleleri olan hidrotermal alanların kenarında da meydana gelmiş olabileceği düşünülmüştür.

Bu deneylerde ortaya çıkan kimya dikkat çekici değildir. Türevlerin hepsinin önceden yüklenmiş olduğunu unutmayın.

Türevlerin hepsinin önceden yüklenmiş olduğunu unutmayın. Reaksiyonlar için gerekli konsantrasyonları sağlamak üzere araştırmacılar suyu uzaklaştırmış ve böylece nükleik asitlere benzeyen oligomerler oluşturmak üzere moleküller arası reaksiyonları yönlendirmişlerdir. Yoğunlaşma polimerizasyonu ile ilgili sorun açıktır: herhangi bir alkol reaktif elektrofilik bölge için rekabet edebilir. Söz konusu durumda, araştırmacılar başka hiçbir alkol eklememiştir. Titiz davrandılar ama sistem yığıldı. Kondenzasyon polimerizasyon reaksiyonlarının çok saf olması, rakip nükleofilik ve elektrofilik bileşenlerden arındırılmış olması gerekir.

Monomer saflığına dayalı polimerizasyon derecelerini tanımlayan Carothers denklemine tanık olun. 

Eğer nükleotidlere karışmış amino asitler ya da karbonhidratlar varsa, bunlar oligonükleotidlerin büyümesini sonlandıracak ya da kesintiye uğratacaktı. Dahası, araştırmacılar elde ettiklerini iddia ettikleri yapıların bütünlüğünü teyit etmemişlerdir. Eğer dikkatlice analiz edilseydi, bu yapılar muhtemelen istenmeyen hidroksil bölgelerinden gelen saldırıları gösterecekti. Dizilimleri esasen rastgele olduğundan, kısa oligonükleotidler RNA'nın gerçekçi öncülleri değildir. Alfabe çorbası bir şiirin öncüsü değildir. Yazarlar, oligonükleotidleri sandviçleyen lamelin sonunda lipid çift katmanlı veziküller oluşturmak üzere koptuğunu öne sürmeye devam ediyor. Bunlar, protoseller olarak adlandırdıkları oligonükleotit-içinde-vezikül yapılarını içerir.

Düzlemsel lamellerin hidratlaştıkça multilameller veziküllere dönüşümü iyi bilinmektedir, ancak gerekli lipid çift katmanlı vezikülü oluşturmak için genellikle kesme kuvvetleri gereklidir. Bu nedenle verimin düşük olması muhtemeldir.

Prebiyotik dünyada saf bir lipid lamel içinde hapsolmuş, yüksek oranda saflaştırılmış homokiral nükleotidler bulmayı hayal etmek zor.

Ama tüm bunları bir kenara bırakın. Bu kesecikler hücresel lipid çift tabakalarına neredeyse hiç benzemez. Lipid çift tabakalı toplar hücresel lipid çift tabakaları değildir. Yazarların anlattıklarını okuyan biri bunu asla bilemez. "Daha sonra, jel fazında," diye yazıyorlar, "protoseller progenot adı verilen bir sistemde bir araya gelir ve birçok döngü boyunca hayatta kalmayı artıranları seçerek polimer setlerini değiştirir."

Kimyasallar elbette hayatta kalmalarına kayıtsızdır. Protosellerin nasıl farklı polimer setleri taşıyacağını ya da aralarında polimer alışverişi yapacağını gösteren hiçbir mekanizma tanımlanmamıştır. Biyolojiden alınan terimler genellikle kimyasal açıdan hiçbir anlam ifade etmeyecek şekilde kötüye kullanılmıştır. Bu münferit ya da tesadüfi bir kusur değildir. Yazarlar "en iyi adapte olmuş protosellerin rüzgar ve suyla hareket ederek diğer havuzlara veya akarsulara yayıldığını" yazdıklarında tekrar ortaya çıkıyor.

En iyi adapte olan mı? Mikrobiyal topluluklar görünüşe göre "yaşamın en eski formlarının gerektirdiği ilkel bir metabolizmaya evrilmektedir." Moleküller evrimleşmiyor ve hiçbir şey metabolize edilmiyor. Yoğunlaşma polimerizasyonu, nükleofillerin su kaybıyla elektrofillere eklenmesine dayanan basit bir kimyasal reaksiyondur.

Böyle bir reaksiyon sentetik kimyada asla bir metabolizma biçimi olarak adlandırılmaz.

Terminoloji başka bir şeydir, birbirini tutmayan ifadeler başka bir şey. "Yazarlar şöyle yazıyor: "Çok sayıda deneme ve yanılmadan sonra bir protosel, yavru hücrelere bölünmesini sağlayan karmaşık moleküler mekanizmayı bir araya getirir. Bu da ilk canlı mikrobiyal topluluğun yolunu açıyor."

Moleküler makine nasıl yapılıyor? Söylemiyorlar. Hücresel bölünme için gereken mekanizmalar karmaşıktır ve hassas bir şekilde işleyen enzim kademeleri gerektirir. Yazarların gösterdikleri ile ortaya koyduklarını iddia ettikleri arasında hiçbir fark yoktur ve önerdikleri hiçbir şey "ilk yaşayan mikrobiyal topluluğun yolunu açmamaktadır."

***GELİŞEN HÜCRE***

İŞLEYEN BİR HÜCRE, karmaşık bir kovalent olmayan etkileşimli sistem içerir. Bir hücrenin moleküler bileşenlerinden nasıl ortaya çıktığını kimse bilmemektedir. İnteraktom, belirli bir hücredeki moleküler etkileşimler kümesidir.

Etkileşimler proteinler, genler veya moleküller arasında olabilir. Bilgi, bu moleküler etkileşimler yoluyla hücre içinde aktarılır. Elektrostatik potansiyeller, bilginin kovalent olmayan moleküler diziler aracılığıyla akmasına izin verir, ancak bu diziler belirli bir oryantasyon gerektirir.

İnteraktom, rastgele karıştırma yoluyla elde edilemeyen bu moleküller arası yönelimleri, hizalamaları tanımlar.

Peter Tompa ve George Rose, tek bir maya hücresinde sadece protein kombinasyonlarının dikkate alınması durumunda, sonucun tahmini 10^79,000,000,000 kombinasyon olacağını hesaplamıştır.

Yazarlar bunun çok büyük bir sayı olduğunu ve "anlamlı bir zaman dilimi içinde deneme yanılma yoluyla işlevsel bir interaktom kompleksi oluşumunu" engellediğini anlıyorlar. Tompa ve Rose'un deyimiyle "karmaşık bir hücresel ayıklama/kaçırma ve birleştirme sistemi" gereklidir. Sofistike yapı iskelesine rağmen, "enerjinin yokluğunda, bu iyi gelişmiş altyapı bile, kararlı durumu korumak için sürekli bir enerji harcaması gerektiren interaktomun oluşumunu açıklamak için yetersiz kalacaktır."  

Tompa ve Rose sonuç paragrafında şunları belirtmektedir

[İnteraktomun de novo olarak kendi kendine bir araya gelememesi, yapay hücreler ve organizmalar, yani sentetik biyoloji yaratma çabalarına sınırlamalar getirmektedir. Özellikle, sentetik bir kromozomu kendi genetik materyalinden arındırılmış bir konağa naklederek canlı bir bakteri hücresi "yaratma" şeklindeki çarpıcı deney, sentetik bir hücre üretimi olarak müjdelenmiştir (makalenin yazarları tarafından olmasa da). Böyle bir yorum, yabancı bir motoru Ford'a takıp yeni bir tasarım olduğunu ilan etmek gibi yanlış bir isimlendirmedir. Sentetik biyoloji deneyinin başarısı, donör genetik materyal ile yüksek uyumluluğa sahip bir alıcı etkileşimomuna sahip olmaya dayanır. Kendiliğinden bir araya gelebilen tasarlanmış bileşenleri kullanarak gerçek bir yapay hücre sentezleme becerisi hala uzak bir meydan okuma olmaya devam etmektedir.

Gerçek şu ki, interaktomlar tüm hücresel yapılara muazzam bir karmaşıklık katmanı ekler. Bu, gerçek bir hücre ile OOL araştırmacıları tarafından yapılan protoseller veya mevcut hücreler arasındaki farkın altını çizen bir durumdur.

2010 yılında Craig Venter liderliğindeki bir ekip, bilinen bir bakteri genomunun kopyasını oluşturdu ve bunu başka bir hücreye nakletti.

2016'da daha iyi bir şey yaparak doğal bir genomdan 473 gen hariç tüm genleri çıkardılar ve başka bir hücreye naklettiler.

Venter ve ekibi ihtiyatlıydı; basın ise coşkuluydu. Daha yakın zamanlarda Henrike Niederholtmeyer, Cynthia Chaggan ve Neal Devaraj "ökaryotik hücrelerin taklitleri" olarak adlandırdıkları şeyleri yaptılar.

Kaynaklar:

https://en.wikipedia.org/wiki/Miller%E2%80%93Urey_experiment

http://science.sciencemag.org/content/117/3046/528/

http://science.sciencemag.org/content/130/3370/245

https://en.wikipedia.org/wiki/Protocell 

https://www.nature.com/articles/srep41534

https://news.harvard.edu/gazette/story/2017/03/harvard-researcher-creates-chemical-system-that-mimics-early-cell-behavior/?utm_source=SilverpopMailing&utm_medium=email&utm_campaign=04.07.2017%20%281%29

https://phys.org/news/2017-04-chemical-mimics-early-cell-behavior.html

https://www.universityherald.com/articles/71576/20170404/harvard-scientist-discovers-phoenix-vesicles-quest-mimic-life.htm

http://healthmedicinet.com/researcher-creates-chemical-system-that-mimics-early-cell-behavior/

https://inference-review.com/article/an-open-letter-to-my-colleagues

https://www.scientificamerican.com/article/life-on-earth-came-from-a-hot-volcanic-pool-not-the-sea-new-evidence-suggests/

https://en.wikipedia.org/wiki/Carothers_equation

https://avantilipids.com/tech-support/liposome-preparation

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.langmuir.7b03869

https://www.scientificamerican.com/article/life-on-earth-came-from-a-hot-volcanic-pool-not-the-sea-new-evidence-suggests/

https://www.scientificamerican.com/article/life-on-earth-came-from-a-hot-volcanic-pool-not-the-sea-new-evidence-suggests/

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/pro.747

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja9808090

https://en.wikipedia.org/wiki/Interactome

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/pro.747

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/pro.747

https://www.nature.com/articles/s41467-018-07473-7

https://www.science.org/doi/10.1126/science.aad6253

http://science.sciencemag.org/content/329/5987/52