Bir buluş, canlı moleküllerin sağ ya da sol elli olup olmadığına açıklık getirebilir. Araştırmalar, ilk biyomoleküllerin manyetik malzemeler tarafından büküldüğünü gösteriyor.
Yaşam için gerekli olan bazı moleküllerin sağ ve sol ellerimiz gibi ayna görüntüsü şeklinde olduğu 1848 yılında Fransız kimyager Louis Pasteur tarafından keşfedilmişti. DNA, RNA ve bunları oluşturan parçaların tümü sağ elli iken amino asitler ve proteinlerin tümü sol elli olduğundan, biyolojinin bu “kiral” formlardan yalnızca birini seçtiği artık bilinmektedir. Bu seçiciliğin ya da “homokiralliğin” kökeni, Pasteur’ün belirtilerini gözlemlemesine rağmen biyolojinin en büyük gizemlerinden biri olarak kalmıştır. Manyetik alanların bunu açıklayabileceğini varsaymıştır. Görünüşe göre Pasteur bir şeylerin peşinde olabilir.
Yakın zamanda yapılan üç çalışmada bilim insanları, Dünya’nın erken dönemlerinde mevcut olan manyetik minerallerin, yüzeylerinde sadece bir ayna görüntüsü formunda temel biyomoleküllerin birikmesini tetiklemiş ve bu formu desteklemeye devam eden pozitif bir geri besleme döngüsünü tetiklemiş olabileceğini varsaymaktadır. Yeni araştırmada yer almayan Chicago Üniversitesi’nden yaşamın kökeni kimyageri Jack Szostak bunu “gerçek bir buluş” olarak nitelendiriyor. Biyolojiyi başlatmak için homokirallik gerekli olduğundan, bu potansiyel -ve bence oldukça olası- bir çözümdür.
İlk biyomoleküller, önceki yüzyılda kozmik ışınlar ve polarize ışık da dahil olmak üzere bir dizi faktör tarafından bozulmuş olabilir. Her ikisi de sağ veya sol elli molekülleri tercih eden erken bir önyargıya neden olabilir, ancak hiçbiri bu başlangıçtaki önyargının muhtemelen ilk hücreleri üretmek için gerekli olan geniş kiral molekül rezervuarlarını üretmek için nasıl güçlendirildiğini doğrudan açıklamaz. Harvard Üniversitesi’nden fizikçi ve çalışmanın baş araştırmacısı Dimitar Sasselov’a göre, başlangıçta bir önyargı ortaya koyan bir açıklama başlamak için iyi bir yer, ancak bu “yeterli değil”.
Weizmann Bilim Enstitüsü’nden kimya fizikçisi Ron Naaman ve ekibinin, bir molekülün karşıt kiral formlarının manyetik bir özellik olan farklı spin modelleri sergilediğini keşfettiği 1999 yılından bu yana ikinci bir olasılığın ipuçları vardı. Daha sonra yapılan araştırmalar, kiral bileşiklerin spin varyasyonlarının, hizalanmış elektron spinlerinin manyetik kuvvetler ürettiği manyetik malzemelerle nasıl etkileşime girdiklerini etkileyebileceğini gösterdi. Örneğin, Naaman ve meslektaşları sağ elini kullanan peptitlerin manyetik yüzeylere çekildiğini, sol elini kullananların ise bu yüzeylere bağlanabildiğini keşfetti. Bununla birlikte, bu keşif ilk önyargının nasıl artmış olabileceğini açıklığa kavuşturmadı.
2009 yılında olası bir amplifikasyon mekanizması şekillenmeye başladı. Manchester Üniversitesi’nde Matthew Powner ve John Sutherland yönetimindeki bilim insanları, birçok bilim insanının yaşamın ortaya çıkışında kilit rol oynadığına inandığı RNA’nın kökenlerini araştırdı. RNA’nın nükleotid yapı taşlarından ikisini oluşturmak için reaksiyona girebildiğini öğrendikleri kimyasal ribo-aminooxazoline (RAO) ilgilerini çekti. RAO, sadece tek bir kiraliteyi zorlayan seçkin bir kristal grubuna aittir: Molekülün sağ ya da sol elli versiyonundan bir kristal oluşmaya başladıktan sonra yapıya yalnızca aynı kiraliteye sahip moleküller bağlanabilir. Bu tür kristaller, başlangıçta bir önyargıya sahip olsalardı kiral RAO’nun gelişimine katkıda bulunmuş olabilirlerdi.
Sasselov ve arkadaşları şimdi bu iki bölümü birleştirdiler. Bir RAO kiral formunun manyetik yüzeyler tarafından tercih edilip edilmeyeceğini sorguladılar. Daha fazla bilgi edinmek için Dünya’nın kabuğunda sıklıkla bulunan manyetik bir mineral olan manyetite baktılar. Manyetitin elektron spinlerini hizalamak ve manyetizmasını artırmak için güçlü bir dış manyetik alan kullandılar. Eşit sayıda sağ ve sol elli RAO molekülü içeren bir çözeltiye maruz bırakıldıktan sonra manyetit yüzeyinin üstünde biriken RAO moleküllerinin %60’ı tek elliydi. Bu durum, benzer elli RAO’ların birbirine bağlanmasını ve nihayetinde saf tek elli RAO kristallerinin oluşmasını sağlayan kristal bir tohum oluşturdu.
Deneyi alanın yönü tersine çevrilmiş olarak tekrarladıklarında, zıt yönlü kristaller gelişti. Şu anda University College London’da çalışan Powner, “Bu gerçekten harika bir etki ve simetriyi kırmanın bir yolu” diyor.
Santa Cruz’daki California Üniversitesi’nde fizikçi olan ve kendi çalışması yaşamın kiral önyargısının kaynağı olarak kozmik ışınları destekleyen Noémie Globus, uygulanan manyetik alanın Dünya’nın kendi alanından yaklaşık 6500 kat daha güçlü olmasının bir sorun olduğu konusunda uyarıyor. “Bu oldukça gerçekçi olmayan koşullar gerektiriyor” diyor.
Ancak önceki çalışmalar, sadece Dünya’nın doğal manyetik alanına maruz kalan manyetitin, daha küçük olmasına rağmen, kiral bir molekülün bir versiyonuna doğru başlangıçta bir önyargıya neden olabileceğini göstermektedir. Ayrıca, Sasselov ve meslektaşları 13 Nisan’da arXiv’de yayınlanan bir ön baskıda, manyetit saf kiral RAO kristalleri ile kaplandığında, kristallerin elektron spinlerinin hizalanmasının, altındaki manyetik malzemede daha fazla elektron spinini hizalanmaya zorladığını ve bunun da pozitif bir geri besleme ile sonuçlandığını bildirdi. Harvard’da doktora öğrencisi olan ekip üyesi Furkan Öztürk’e göre, “bu durum kendi kendini geliştiriyor ve bir kimyasal forma yönelik önyargının kalıcılığını artırıyor”.
Sasselov’un ekibi şimdi bu etkilerin diğer biyolojik moleküllere de sirayet ettiğini gösterdi. Kiral RAO da, yaptığı RNA yapı taşları üzerinde kendi yönlülüğünü zorluyor. Geçen hafta The Journal of Chemical Physics’te yayınlanan bir çalışmaya göre, fazla miktarda kiral RNA mevcut olduğunda, bilinen kimyasal süreçler bu kiral önyargıyı aktarabilir, bu da ters yönlülüğe sahip proteinlerin ve amino asitlerin ve nihayetinde hücre metabolizması için hayati önem taşıyan diğer kiral moleküllerin oluşumuyla sonuçlanabilir. Szostak, başka hiçbir yaklaşımın bu yaklaşım gibi “tüm adımları çözemediğini” ileri sürmektedir.
Ancak Pasteur ile başlayan yolculuk henüz sona ermiş değil. Sasselov, RAO’nun RNA’nın dört nükleotidinden yalnızca ikisinin -sitozin ve urasil- üretimiyle sonuçlandığının gösterilmiş olmasının yarım kalmış bir iş olduğunu kabul ediyor. Diğer ikisinin, adenin ve guaninin, RAO tarafından üretildiği bilinmiyor, ancak Sasselov, bunu yapabilecek RAO reaksiyonlarını aramak için “büyük bir baskı” olduğunu iddia ediyor. Eğer başarılı olurlarsa, biyolojik ellilik bulmacasına bir parça daha eklenebilir.
Kaynak: science.org
