Bugün sizin, benim veya herhangi bir canlı organizmanın var olabilmesi, 4 milyar yıldan uzun bir süreye yayılan inanılmaz şans eseri olaylar zincirinin bir sonucudur. Bu sürecin en büyük ve en zorlu adımı ise ilk baştaydı: Henüz cansız olan maddelerin oluşturduğu ilkel çorbadan yaşam nasıl doğdu?
Science Advances dergisinde yayımlanan radikal bir yeni çalışma, bu olasılık dışı eşiğin aslında bir değil, iki kez aşıldığını öne sürüyor. Araştırmacılara göre, yaşamın iki ana soyu olan bakteriler ve arkeler, cansızdan canlılığa geçişi sağlayan temel metabolik tepkimeleri bağımsız olarak keşfetmiş olabilir.
Çalışmaya önderlik eden bilim insanlarından biri, "Şaşırtıcı olan, bu tepkimeleri hızlandıran enzimlerin bakteriler ve arkeler arasındaki evrimsel ayrılık boyunca korunmamış olması," diyor. "Yeni veriler tek bir sonuca işaret ediyor: Bakteriyel ve arkeler soyu, serbest yaşayan canlı statüsüne bağımsız olarak geçiş yaptı. Yalnızca serbest yaşayan hücreler canlıdır. Bunu adıyla koyalım: Genetik kodun bir kökeninden, ancak yaşamın iki kökeninden bahsediyoruz."
Yaşamın ne olduğunu tanımlamanın bile bazen zorlayıcı olabildiği düşünülürse, bu oldukça iddialı bir açıklama. Genel olarak yaşam, çevresine tepki veren, enerji alan, büyüyen ve kendini çoğaltan madde olarak kabul edilir. Ancak bu genel tanım bile kusursuz değildir. Örneğin virüsler bu özelliklerin çoğuna sahip olsa da geleneksel olarak 'canlı' kabul edilmezler.
Yaşamın evrensel ve virüslerde bulunmayan bir yönü metabolizmadır; yani organizmaların günlük işleyişleri için hayati önem taşıyan molekülleri üretmek üzere kullandıkları kimyasal tepkimeler bütünü. Bu tepkimeler için katalizör görevi gören anahtar proteinler enzimlerdir. Ancak bu durum tuhaf bir 'tavuk mu yumurtadan çıkar, yumurtadan mı tavuk çıkar' sorusunu gündeme getiriyor: İlk canlılar, başka enzimlerin yardımı olmadan, enzimler de dahil olmak üzere metabolik süreçleri nasıl başlattı?
Cevabın çevrede yattığı düşünülüyor. İlk yaşamın hidrotermal kaynaklar gibi son derece reaktif ortamlarda ortaya çıktığı genel olarak kabul ediliyor. Bu yerlerde doğal olarak bulunan metaller, hidrojen gazı, amonyak ve karbondioksit gibi bileşikleri diğer faydalı moleküllere dönüştürerek metabolizmanın ilk katalizörleri olmuş olabilir.
Araştırmacılar, bakterilerin ve arkelerin genomlarındaki temel metabolik enzimlerin protein yapılarını inceleyerek, bu yapıları karmaşıklıklarına göre sıralayan bir yöntem ve algoritma geliştirdiler. Bu sayede hangi enzimlerin hangi sırayla evrildiğini ve kabaca bir zaman çizelgesi oluşturabildiler.
Ekip, tüm hücrelerin son evrimsel atası olan LUCA'nın (Last Universal Common Ancestor) metabolizmanın reaksiyonlarının yalnızca yarısı için enzimlere sahip olduğunu buldu. Diğer yarısı ise LUCA'nın ortaya çıktığı çevredeki metaller tarafından katalize ediliyordu.
Araştırmacılara göre, çevredeki metallerin yalnızca ilk aşamada katalizör görevi gördüğü, ardından proto-hücrelerin (LUCA dahil) metal katalizörlerinin bazı fonksiyonlarını yerine getiren kendi enzimlerini geliştirmeye başladığı dört farklı aşama belirlendi. Zamanla, sonraki proto-hücreler daha fazla enzim geliştirerek dış metallere olan bağımlılıklarını azalttı ve sonunda tamamen ortadan kaldırdı. Ancak o zaman tam olarak 'serbest yaşayan hücreler' olarak kabul edildiler.
Araştırmacılar özellikle bu durumun, bakteriler ve arkelerin ayrışmasından sonra gerçekleştiğini belirtiyor. Bu iki kol, aynı metabolik sorunlara kendi özgün çözümlerini üreterek bağımsızlıklarını kazandı.
Bu bulgular, yaşamın kökenlerine dair başka bir boşluğu da doldurabilir. Günümüzde metabolizmayı destekleyen hayati bir enerji kaynağı olan ATP molekülü, enzimler tarafından üretilir ve prebiyotik kimyada mevcut değildi. Araştırmacılar bunun yerine alternatif bir yol bulduklarını iddia ediyor: Hidrotermal kaynaklarda doğal olarak bulunan bir fosfor formu olan fosfitin organik bileşiklerle tepkimeye girmesiyle geceler içinde metabolik fosforilasyon tepkimelerinin gerçekleştiği keşfedildi. Bu durum, erken evrimi anlamayı çok daha kolaylaştırıyor.
Eğer bu bulgular daha fazla araştırmayla desteklenirse, yaşam ağacı anlayışımızda bir güncelleme yapmamız gerekebilir. LUCA'yı tüm yaşamın dallandığı bir 'gövde' olarak düşünmeye eğilimliyiz. Ancak belki de, teknik olarak henüz canlı olmadan önce bile köklerinden ayrılan iki tamamen ayrı gövde vardı.
