Bugün, biyolojinin bu “kiral” formlardan yalnızca birini seçtiğini biliyoruz. Şöyle tarif etmek gerekirse DNA, RNA ve bunların yapı taşlarının tümü sağ elliyken, amino asitler ve proteinlerin tümü solak. Bu seçiciliği veya “homokiralliği” gören Pasteur, manyetik alanların bunu açıklayabileceğini düşünse de konu, biyolojinin en büyük gizemlerinden biri olarak kaldı.
Bir süre önce Pasteur'ün bir miktar haklı olabileceğine dair bulgular ortaya çıktı. Bunu ortaya çıkaran ve bilim dünyasını heyecanlandıran görüşü ortaya atan araştırmanın sahibi ise Harvard Üniversitesi'nde doktora öğrencisi olarak çalışmalarını sürdüren 26 yaşındaki Türk fizikçi Furkan Öztürk.
Araştırmacılar üç yeni makalede şunu öne sürüyor: Erken Dünya'da yaygın olan manyetik mineraller, ayna görüntüsüne sahip kilit biyomoleküllerin yüzeylerinde yalnızca bir tarafa birikiyor. Aynı formun devam etmesi de olumlu bir geri bildirim başlatmış olabilir. Bu keşif Dünya'da yaşamın nasıl başladığına ve nasıl devam ettiğine dair bazı sorulara yanıt bulma yolunda oldukça kritik. Bununla birlikte Pasteur'ün ortaya attığı soru bir türlü çözülemeyen sorular arasında da yer almaktaydı. Araştırma bu noktalarıyla bilim dünyasına heyecan veriyor.
NOBEL ÖDÜLLÜ İSİMDEN ÇARPICI YORUM
Chicago Üniversitesi'nde yaşamın başlangıcı üzerine araştırmalar yapan Nobel ödüllü bilim insanı Prof. Jack Szostak araştırmanın bir parçası olmasa da oldukça heyecan duymuş. Science dergisine verdiği demeçte, “Bu gerçek bir buluş” ifadelerini kullanıyor ve “Biyolojiyi başlatmak için homokiralite şarttır ve (bu ortaya konan araştırma) olası – hatta bence çok muhtemel – bir çözüm” ifadelerini kullanıyor.
Peki tüm bunlar bize ne anlatıyor? Kimyasal reaksiyonlar tipik olarak tarafsızdır ve eşit miktarda sağlak ve solak moleküller verir. Ancak yaşam seçicilik gerektirir: Örneğin, yalnızca sağlak olan DNA yani basitçe sadece sağa doğru kıvrılan DNA, diğer kiral moleküllerle düzgün bir şekilde etkileşime girmek için doğru bükülmeye sahip olmuş oluyor.
Öztürk ve meslektaşları yaşamı oluşturan moleküllerin davranış biçimi hakkında bir keşifte bulunurken Öztürk konuyu, “Yaşamı oluşturan temel moleküller, şekerler, aminoasitler, DNA, RNA gibi moleküller, iki şekilli sarmallar halinde bulunabiliyorlar. Ancak yaşam bir şekilde bu simetriye sahip çiftlerden sadece bir tanesini kullanmayı tercih ediyor” şeklinde özetliyor ve ekliyor:
Yani yaşam aslında kimyada olan bir simetriyi kırıyor. Bu simetrinin neden kırıldığı bilinemiyordu.
Salk Biyolojik Araştırmalar Enstitüsü Başkanı Prof. Gerald Joyce bunu “Yaşamı elde edebilmek için ayna yapısını kırmanız gerek yoksa başaramazsınız” ifadelerini kullanıyor. Araştırmacılar geçen yüzyılda, ilk biyomolekülleri bir yöne doğru çevirmek için kozmik ışınlar ve polarize ışıklar dahil olmak üzere çeşitli mekanizmalar önerdi ancak her ikisi de sağlak ya da solak moleküller oluşturmaya neden olan sapmalar yaratabilse de bu ortaya çıkan ilk sapmanın, ilk hücrelerin oluşumunda muhtemelen ihtiyaç duyulan büyük kiral molekül rezervlerini oluşturma için nasıl büyüyüp ivmelenmiş olabileceğini doğrudan açıklamıyor.
Furkan Öztürk'le birlikte araştırmanın liderlerinden olan Harvard Ünivesitesi'nden fizikçi Dimitar Sasselov, “İlk yönelimi yaratan bir açıklama iyi bir başlangıç ancak yeterli değil” ifadelerini kullanmakta.
BİLİM DÜNYASI ADIMLAR ATMIŞTI AMA...
Weizmann Bilim Enstitüsü'nde kimyasal fizikçi olan Ron Naaman liderliğindeki araştırmacılar ise 1999'da bir molekülün zıt kiral formlarındaki elektronların, manyetik bir özellik olan zıt dönüş modellerine sahip olduğunu keşfetmişti. Naaman ve meslektaşları solak peptidlerin (kısa amino asit zincirleri) manyetik bir yüzeye bağlanırken sağ elli peptitlerin itildiğini keşfettiler. Ancak bu bulgu da başlangıçtaki yönelimin nasıl büyüdüğünü açıklamıyor.
RNA yapan bir molekül, süreci tek bir kiral forma doğru yönlendirebilen manyetit üzerinde kristalleşiyor. Fotoğraf: Science / S. Furkan Öztürk
Bugün ortaya çıkan sonucun temellerini asıl atan ise 2009'da yayınlanan bir araştırma oldu. Manchester Üniversitesi'nden Matthew Powner ve John Sutherland liderliğindeki araştırmacılar, birçok araştırmacının hayatın kökeninde merkezi bir oyuncu olduğunu düşündüğü RNA'nın olası kökenlerini araştırıyorlardı. RNA'nın iki nükleotit yapı taşını oluşturmak için reaksiyona girebileceğini keşfettikleri ribo-aminooksazolin (RAO) adlı bir molekül ilgilerini çekti. RAO, tek bir kiralite uyguluyor ve böyle bir kristal oldukça nadir: Bu özellikte bir kristal, molekülün sağlak ya da solak versiyonlarından büyümeye başladığında yalnızca aynı kiraliteye sahip moleküller bu yapıya bağlanabiliyor. Yani bu tür kristaller, bir ilk eğilimle varolageldiyse kiral RAO'nun oluşmasına neden olabilir.
Şimdi Furkan Öztürk, Sselov ve meslektaşları bu iki parçayı bir araya getirdiler. Manyetik yüzeylerin tek bir RAO kiral formunu destekleyip desteklemediğini merak ettiler. Bulmak için, Dünya'nın kabuğunda yaygın olarak bulunan manyetik bir mineral olan manyetite yöneldiler.
Güçlü bir dış manyetik alan uygulayarak manyetitteki elektron dönüşlerini hizaladılar ve manyetitin manyetizma özelliğini güçlendirdiler. Manyetit yüzeyini, sağlak ve solak RAO moleküllerinin eşit karışımını içeren bir çözeltiye maruz bıraktıklarında, üstüne yerleşenlerin yüzde 60'ında solak ya da sağlak olmak üzere bir ilk eğilim oluştu. Bu, benzer elli RAO'ların da bağlanmasına ve sonunda saf, tek elini kullanabilen RAO kristallerinin oluşmasına neden olan kristal bir tohumu yarattı.
'HARİKA BİR ETKİ'
Manyetik alanın yönünü değiştirip deneyi tekrarladıklarında bu sefer ters yönlü kristaller şekillendi. 2009'da bu kapıyı açan Powner, Furkan Öztürk ve arkadaşlarının geldiği noktayı “Gerçekten harika bir etki ve simetriyi kırmanın bir yolu” şeklinde yorumluyor.
Bunun gerçekçi olmayan koşullar yaratılarak oluşturulduğuna dair yorumlar olsa da önceki raporlar Dünya'nın doğal manyetik alanına maruz kalan manyetitin, kiral bir molekülün bir biçimine doğru bir eğilim oluşturabileceğini gösteriyor. Furkan Öztürk ayrıca şöyle bir detay da keşfetti: Manyetitin üstüne saf kiral RAO kristalleri yerleştirildiğinde bu, kristallerdeki elektron spinlerinin hizalanmasına neden oluyor ve giderek daha da fazla elektronu buna zorluyor. Bunun olumlu geribildirim olduğu aktarılırken Öztürk, “Kendi kendini geliştiriyor ve eğilimin kalıcılığını artırıyor" diye konuşuyor.
Pasteur ile başlayan macera devam etmekte. Furkan Öztürk ve meslektaşları da bunun farkında. Sasselov, RAO'nun RNA'nın dört nükleotidinden ikisinin, sitozin ve urasil'in sentezine yol açtığını elbette kabul ediyor. Diğer ikisini, yani adenin ve guanin'i ürettiği bilinmiyor, ancak ekip bu reaksiyonları keşfetme yolunda önemli bir mesafe kaydettiğinin de farkında.
Kaynak: Mashable Türkiye
