Bir Türk bilim kadını dünyanın 2.5 milyar yıllık biyolojik geçmişini bilgisayar ortamında yeniden canlandırıyor.
Betül Kaçar laboratuvarında çalışırken. Kaynak:Betül Kaçar
Bilgisayar simülasyonları bilimin tüm alanlarında çığır açan araştırmalara kapı aralamamıza izin veriyor. Bilgisayarla canlandırma yönteminin kullanıldığı araştırmalardan birisi de yaşamın dünyamızda nasıl başladığını bulmamızı sağlayacak gibi görünüyor. Bu yöntemi kullanan bir grup bilim insanı dünyada en sık rastlanan proteinlerden birinin atalarını sanal ortamda canlandırarak, bu proteinlerin yaşamın en erken evrelerinde nasıl olup da güneşten enerji elde ettiklerini ve nasıl oksijen üretebildiklerini anlamaya çalışıyorlar. Bir başka ifade ile yaşamın geçmişine 2,5 milyar yıllık kimsenin daha önce bakmadığı bir pencereden göz atıyorlar.
Araştırmacıların dediklerine göre elde ettikleri bulgular sayesinde yaşamın evrende dünyadan başka bir yerde nasıl evrimleşebileceğine ilişkin sorulara da ışık tutuyor. Araştırmacılar bulgularını detaylı olarak "Geobiology" dergisinin internet sürümünde yayınladılar.
Güneşten alınan enerjinin şeker ve diğer karbon bazlı organik moleküllere dönüştürülmesi süreci olan fotosentez dünyamızdaki yaşamın geçmişinde çok büyük bir role sahip Fotosentez dünyamızda kara ve denizlerindeki neredeyse bütün bitkilerin ve fotosentetik organizmaların varlıklarını borçlu oldukları bir işlem. Bitkiler ve bu organizmalar ise barındırdığı milyonlarca farklı tür ve bizim de içinde bulunduğumuz gelişmiş türlerin de dahil olduğu devasa hayat ağacının var olmasını destekliyor. Aynı zamanda yaşam dışı yollarla sürekliliği sağlanamayacak olan ancak varlığı ile içinde yaşadığımız dünyayı kimyasal olarak şekillendiren oksijen gazını da üretiyor.
Hali hazırda oksijen dünya atmosferinin beşte birini oluştursa da, gezegenimizin erken dönemlerinde çok ender bulunan bir gazdı. Harvard Üniversitesinde evrimsel biyolog ve astrobiyolog alanlarında çalışan Betül Kaçar bu durumu “Tarihinin büyük bir bölümünde gezegenimiz bir bütün olarak yaşama düşman bir ortamdı”. sözleriyle ifade ediyor.
Bilim insanları antik Rubisco’nun bir modelini kurguladılar. Bu model sıralamaların zaman içerisinde fazlasıyla çeşitlendiği ancak karşılık gelen yapıların göreceli olarak muhafaza edildiği bir yapıda tasarlandı. Sıralamalar Rubisco ailesinden Grup I/III ve Grup I’in ataları arasında işlevsel olarak önem arzeden oksijene hassas bölgelerde yer alıyor. Bu bölgeler şekilde mavi ve yeşil ile gösterilmiştir. Kaynak: Betül Kaçar
Dünya atmosferinin ilk defa büyük miktarlarda Oksijenle tanışması yaklaşık 2.5 milyar yıl önce gerçekleşti. Bilim insanları bu olayı Büyük Oksitlenme Olayı olarak adlandırıyorlar. Daha önce yürütülen çalışmalar atmosferin oksijenle dolmasını neredeyse kesin olarak siyanobakterilere -bitkiler gibi fotosentez yapabilen ve oksijen üretebilen mikroplar- bağlıyorlar.
Kaçar’ın söylediğine göre Dünya’nın bir zamanlar yaşama yabancı ortamında hayatın nasıl tutunup, evrildiği üzerinde yapılan çalışmalar “Güneş Sistemi dışında ısı ve atmosfer şartları olarak geniş bir yelpazeye yayılan dış gezegenleredeki şartlar” hakkında bize ışık tutabilir. Bir başka deyişle dış gezegenlerdeki yaşam olasılığını kendi Dünyamızın geçmişine bakarak anlayabiliriz.
Dünyada fotosentezi tetikleyen ilk önemli adım Rubisco adındaki enzimle başladı. Daha önce yapılan çalışmalara göre Rubisco dünyada üzerindeki en çok bulunan protein.
“Rubisco’nun görevi çevredeki karbondioksiti içine çekerek daha sonra biyolojik malzemeye dönüşmesinde kullanılacak hale getirmek.” diye ekledi Kaçar.
Bitkilerden mikroplara kadar pek çok farklı canlıda Rubisco’nun sayısız miktarda farklı örneğini bulmak mümkün. Dünyadaki en erken yaşama ilişkin fosil kayıtlarının neredeyse yok denecek kadar az olması sebebiyle Rubisco’nun nasıl evrimleştiği ve farklı türlerinin nasıl ortaya çıktığına ilişkin pek çok soru cevapsız kalıyor. Rubisco’nun en erken dönemlerinde nasıl bir yapıya sahip olduğu ve nasıl evrildiği konusunda bilgi sahibi olabilirsek erken dönemde fotosentezin nasıl gerçekleştiği ve Dünya üzerinde ne tür bir değişikliğe sebep olduğuna ışık tutabiliriz. Bu aynı zamanda dış gezegenlerde fotosentezin yabancı sürümlerinin nasıl etkilere sahip olabileceği hakkında da bize fikir verebilir.
Rubisco’nun soy ağacını anlamak isteyen Kaçar ve arkadaşları farklı türlerindeki moleküler yapıları analiz edebilmek amacıyla bilgisayar modelleri kullandılar. Bunu yaparak bütün bu proteinlerin birbirine ne kadar yakın veya uzak olduğunu, bir başka ifade ile birbirleri ile nasıl ilişkilendiklerini anlamaya çalışıyorlar.
Kullanılan bilgisayar modelleri bilim insanlarına Rubisco aile ağacının en eski üyelerinin yapıları hakkında olasılıkları azaltma imkanı sağladı. Bilim insanları ikinci adımda ata proteinleri bilgisayar ortamında yeniden canlandırarak davranışlarının nasıl olabileceğini anlamaya çalıştılar.
Rubisco ve Rubisco benzeri proteinler dört ana grupta toplanıyor. Bilim insanları bu çalışmada Tip I ve Tip III olarak adlandırılan gruplara odaklandılar. Tip I proteinler oksia ya da oksijenle yüklü hava ile ilgililer ve bugün yeryüzünde en çok rastlanan Rubisco türlerini içeriyorlar. Tip III enzimler ise anoksia, yani oksijen yokluğu ile ilgililer. Daha önce gerçekleştirilen çalışmalar bu tiplerin Rubiscoların en eski ataları olabileceğini öngörüyor.
Yeni elde edilen bulgular Rubisco’nun Tip I ve Tip III arasındaki farklılaşma esnasında çok ciddi değişimlere maruz kaldığını gösteriyor. Bu da Dünya’daki ilk yaşam için aslında zehirli olan oksijenin bu değişikliklerin en büyük sorumlusu olduğunu düşündürüyor.
Bir başka ifade ile araştırmacılar bazı Rubisco formlarının dolaylı olarak üretilmesine katkı yaptıkları oksijenin atmosferdeki varlığına adapte olduklarını düşünüyorlar. Değişen Rubisco türleri özellikle oksijen ve karbondioksiti karıştırmayacak şekilde gelişmişler.
“Karbondioksit ve oksijen hemen hemen aynı boyuttalar ve benzer kimyasal özellikler gösteriyorlar. Bu yüzden Rubisco bu iki molekülü birbiriyle karıştırıyor olabilirdi” diyen Kaçar şöyle devam etti. “Rubisco eğer yanlışlıkla karbondioksit yerine oksijeni içine alırsa, biyokütle üretemez zira oksijen molekülü karbon atomu bulundurmaz.”
Kaçar’ın söylediğine göre araştırmalarının nihai amacı Rubisco’nun antik türlerini barındıran mikroplar üretebilmek. Böylece bu mikropların kimyasal karakterlerini örnekleyerek eski kaya örneklerinin kimyasal özellikleri ile karşılaştırıp, Dünya’nın geçmişinde neler yaşandığına ilişkin bir fikir edinebilecekler.
Bu yazı internet üzerinden yayın yapan ve NASA’nın astrobiyoloji programı tarafından finanse edilen Astrobiyoloji Dergisi tarafından sağlanmıştır.
Yazar : Charles Q. Choi
Resimler: Betül Kaçar
Tercüme : Melih R. Çalıkoğlu
Kaynak : space.com
Yayın Tarihi : 27 Ağustos 2017
Bilimsel Makale : http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gbi.12243/full
