Yaşam, Dünyanın ilk zamanları olan ilkel bir çorba içerisinde başlamıştı. Elementler, gelmek üzere olan her şeyin habercisi olan karbon temelli basit moleküllerin yapısına katılmışlardı. Ancak bir sonraki aşama tartışma konusu.
Popüler bir hipoteze göre, proteinlerin genetik planlarını taşıyan ve basit kimyasal reaksiyonlar gerçekleştirebilen ribonükleik asit (RNA) molekülleri yaşamı başlatmıştı. Bazı bilim adamları bu düşünceyi, RNA’nın bütün bunları başlatabilmesi için çok büyük ve karmaşık bir molekül olduğunu söyleyerek çürütmüşlerdir. Bu grup, basit moleküllerin, RNA gibi makromolekülleri oluşturabilmesi için metabolik işlevleri yerine getirme özelliklerini geliştirmeleri gerektiğini söylüyor. Bu fikir uygun bir şekilde “İlk önce metabolizma” adını almıştır ve Illinois Üniversitesinden çıkan yeni bir kanıt da bu fikri desteklemektedir.
Illinois Üniversitesi Bitki Bilimleri Bölümünde biyoinformatikçi ve profesör olan Gustavo Caetano-Anollés: ‘’Tüm canlı organizmalar bir metabolizmaya, hücrenin işlevleri için gereken enerjiyi ve maddeleri sağlayan hayati kimyasal dönüşümlere sahiptir. Bu metabolik dönüşümlerin gerçekleşmesinin ise Dünyanın ilk zamanlarına dayandığı varsayılır. Organizmalar büyük olasılıkla gezegende devam eden kimyasal reaksiyonların yerini almış ve enzimatik faaliyetlerin geliştirilmesi yoluyla hücrelere içselleşmiş olabilirler.’’
Caetano-Anollés ve bölümde misafir araştırmacı olan İbrahim Koç, yaşamın tüm alanlarını temsil eden organizmalardaki moleküler fonksiyonların evrimini inceleyerek “İlk önce metabolizma” hipotezi için kanıt bulmuşlardır. 249 organizma, onların genomları – veya eksiksiz gen seti – için aranabilir veri tabanında mevcuttu. Gen Ontolojisi (GO) veritabanı olarak bilinen bu belirli kaynakta benzersiz olan şey ise her bir gen ürünü için bir protein veya RNA molekülünün işlevini tanımlayan bir dizi terim setinin olmasıdır.
Caetano-Anollés: ‘’İnsan genomu gibi bir organizmayı temsil eden bütün bir genomu alabilir ve genlerinin işlevselliğinin toplamıyla da bunu gözünüzde canlandırabilirsiniz. Bu ‘fonksiyonomlar’ çalışması, genlerin adları ve yerleri üzerinde durmak yerine bizlere genlerin ne yaptıklarını anlatır. Örneğin, bir gen ürününün ne tür bir katalitik, tanıma veya bağlama faaliyetlerine sahip olduğunu bulabiliriz ki bu daha çok sezgiseldir. Bir organizmayı anlamanın en iyi yolu onun işlevlerinden geçmektedir.’’
Caetano-Anollés’e göre, bir genom içerisinde fonksiyonun kaç kez göründüğü geçmişe yönelik bilgiler sağlamaktadır. Bu yüzden ekip, her organizmadaki tüm moleküler fonksiyonları tanımlayan GO terimlerini toplamış ve bunları saymıştır. Fikir, metabolizmanın katalitik aktivitesi gibi eski bir işlevin büyük olasılıkla tüm organizmalar tarafından paylaşıldığı ve çok sayıda bulunacağı olmasıydı. Öte yandan, organizmaların daha düşük sayılarında ve daha küçük alt gruplarında daha yeni işlevler bulunmaktadır.
Ekip, zamanla moleküler işlevlerin en muhtemel evrimsel yolunu izleyen bir ağaç oluşturmak için bilgi ve gelişmiş hesaplama yöntemlerini kullandı. Ağacın tabanında, köklerine yakın, en eski işlevler yer almaktaydı. Yeni olanlar ise ağacın tacına yakındı.
İlgili Yazılar
Ağacın tabanında, Dünyada yaşamın köklerine karşılık gelen, metabolizma ve bağlanma ile ilgili işlevler vardı. ‘’Bu iki fonksiyonun çok erken zamanlarda başlamış olması mantıklı çünkü moleküller önce metabolizma yoluyla enerji üretmek zorunda kalmışlar ve bağlanarak diğer moleküllerle etkileşim kurmuşlardır,’’ diye açıklıyor Caetano-Anolles.
Bir sonraki önemli ilerleme, makro moleküllerin yükselişini mümkün kılan işlevlerdi; RNA da resmin içine girmişti. Ardından, molekülleri hücrelerle birleştiren makine gelmiş ve ardından hücreler ve çevreleri arasında iletişim sağlayan işlevler ortaya çıkmıştı. Caetano-Anolles: ‘’Son olarak, ağacın tepesine doğru ilerledikçe, kas, deri veya sinir sistemi gibi olayları içeren son derece sofistike süreçlerle ilgili işlevleri görmeye başlıyorsunuz.’’
Araştırma yalnızca geçmişe ışık tutmuyor. Zaman içerisinde bu moleküler fonksiyonların ilerleyişini bilmek Dünyadaki hayatın nereye gittiğini tahmin etmenize yardımcı olabilir. Caetano-Anollés: “İnsanlar evrimin geriye baktığını düşünüyorlar. Fakat gelecekte hangi yeni moleküler fonksiyonların yaratılacağını sormak için kronolojilerimizi ve metodolojilerimizi kullanabiliriz.”
Çalışmada yeni moleküller üretmek için biyolojik bilgi ve hesaplama kullanan yeni bir alan olan biyomühendislik için uygulamalar vardır. Caetano-Anollés’e göre, tasarlanmış moleküller hastalıkla mücadele edebilir ve günlük yaşam kalitesini artırabilir. ‘’Biyolojik molekülleri yeni ve kullanışlı moleküler işlevlerle yeniden yapılandırmanın en iyi yolu, geride bıraktıkları ipuçlarından öğrenmektir.’’
Bu makale, “Gen ontolojisi verilerinin kapsamlı bir filogenomik analizinden elde edilen moleküler işlevlerin doğal tarihi”,PLoS One’da yayımlanmıştır.
Çeviri: Gülnihal Kafadar