Betül Kaçar’ın araştırma ekibinde beklenmedik keşif: yaşamı ne harekete geçiriyor?

Betül Kaçar’ın araştırma ekibinde beklenmedik keşif: yaşamı ne harekete geçiriyor?

Hayatın mekanizmasını anlamak için, bu bilim insanı bilerek onu bozuyor.

Proceedings of the National Academy of Sciences’da yayınlanan yakın tarihli bir makalede, Arizona Üniversitesi’nde Moleküler ve Hücresel Biyoloji, Astronomi ve Ay ve Gezegen Laboratuvarı Bölümlerinde Yardımcı Doçenttir Betül Kaçar’ın araştırma ekibi beklenmedik bir keşfi bildiriyor: Görünüşe göre evrim, çoklu görevde pek iyi değil.

Kaçar, yaşamı neyin harekete geçirdiğini ve organizmaların evrimsel seçilim baskısıyla nasıl şekillendiğini bulmak için atalara ait sıralamayı kullanıyor. Kaçar laboratuvarında, organizmaların yemesine, hareket etmesine ve çoğalmasına, kısacası yaşamasına olanak tanıyan hassas hücresel makineyi kasıp kavuran, küçük görünmez anahtarlar gibi davranan moleküller tasarlama konusunda uzmanlaşmıştır.

Kaçar, dikkatini bakterinin DNA’sında kodlanmış bilgiyi proteinlere çeviren labirent benzeri bir moleküler saat mekanizması olan çeviri makinesine odakladı. Mikroplardan yosunlara, ağaçlardan insanlara kadar tüm organizmalar, hücrelerinde bu makine parçasına sahiptir.

Kaçar, “Geçmişle ilgili her şeyi bugün sahip olduklarımıza göre tahmin ediyoruz.” dedi. “Tüm yaşamın bir kodlama sistemine ihtiyacı var – bilgiyi alan ve onu görevleri yerine getirebilecek moleküllere dönüştüren bir şey – ve çeviri mekanizması tam da bunu yapıyor. Hayatın alfabesini yaratıyor. Bu yüzden onu, en azından özünde, büyük ölçüde değişmeden kalmış bir fosil olarak düşünüyoruz. Başka bir yerde hayat bulursak, bakacağımız ilk şeyin bilgi işleme sistemleri olduğuna bahse girersiniz ve çeviri mekanizması tam da budur. ”

Dünyadaki yaşamı çevirme mekanizması o kadar kritik ki, 3.5 milyar yıldan fazla evrim süreci boyunca bile, parçaları çok az önemli değişime uğradı. Bilim insanları bunu “zamanda donmuş evrimsel bir kaza” olarak adlandırdılar.

Kaçar, “Yapmamam gereken şeylerle uğraşıyorum sanırım,” dedi. “Zaman içinde mi kilitlendi? Hadi kilidini açalım. Onu kırmak hücreyi yıkıma mı götürür? Hadi kıralım. ”

Araştırmacılar, altı farklı Escherichia coli bakteri türü aldı ve hücreleri, çeviri mekanizmalarının mutasyona uğramış bileşenleri ile genetik olarak tasarladılar. Mekik proteinini, diğer mikroplardan alınan evrimsel kuzenlerle değiştirerek, birimi genetik bilgiyle besleyen adımı hedeflediler, bunlara yaklaşık 700 milyon yıl önce yeniden inşa edilmiş bir ata da dahil.

Kaçar, “Hayatın en eski makinelerinden biri olduğunu düşündüğümüz şeyin kalbine giriyoruz” dedi. “Hücrelerin bu problemle nasıl başa çıktığını görmek için kasıtlı olarak onu biraz ve çok kırıyoruz. Bunu yaparken hücre için acil bir sorun yarattığımızı düşünüyoruz ve o bunu düzeltecek.”

Daha sonra ekip, manipüle edilmiş bakteri türlerinin birbirleriyle rekabet etmesini sağlayarak evrimi taklit etti, “Açlık Oyunları” nın mikrobiyal versiyonu gibi. Bin nesil sonra, beklendiği gibi, bazı türler diğerlerinden daha iyi sonuç verdi. Ancak Kaçar’ın ekibi, bakterilerin dönüşümsel bileşenlerindeki karışıklıklara tam olarak nasıl tepki verdiğini analiz ettiğinde, beklenmedik bir şey keşfettiler: Başlangıçta, doğal seçilim, tehlikeye atılmış çeviri mekanizmasını geliştirdi ancak makinenin performansı tam olarak geri kazanılmadan önce odağı, diğer hücresel modüllere kaydı.

Kaçar, nedenini öğrenmek için San Diego’daki California Üniversitesi’nde popülasyon genetiği uzmanı Sandeep Venkataram’ın katılımını sağladı.

Venkataram, süreci, her bir köstebeğin hücresel bir modülü temsil ettiği bir köstebek vurma oyununa benzetiyor. Bir modül bir mutasyon yaşadığında ortaya çıkar. Onu parçalayan çekiç, doğal seçilimin eylemidir. Mutasyonlar tüm modüllere rastgele yayılır, böylece tüm moller rastgele açılır.

“Doğal seçilim çekicinin de rasgele inmesini bekliyorduk, ancak bulduğumuz bu değil” dedi. “Aksine, rastgele hareket etmiyor ancak güçlü bir önyargıya sahip, en büyük uygunluk avantajını sağlayan mutasyonları tercih ediyor ve diğer daha az yararlı mutasyonları yok ediyor ancak organizmaya da bir fayda sağlıyorlar.”

Başka bir deyişle, konu sorunları çözme olduğunda evrim çok görevli değildir.

Venkataram, “Görünüşe göre evrim miyoptur.” dedi. “En acil soruna odaklanıyor, yara bandı uyguluyor ve daha önce üzerinde çalıştığı sorunu tam olarak bitirmeden bir sonraki soruna geçiyor.”

Doğal seçilimin neden bu şekilde davrandığı hala araştırılmayı bekliyor ancak araştırmanın gösterdiği şey, genel olarak, sürecin yazarların “evrimsel duraklama” dediği şeyle sonuçlandığıydı. En azından bakteriler gibi hızla gelişen popülasyonlarda, bazı modüllerdeki adaptasyonun yararlı mutasyonların mevcudiyetine rağmen duracağı sonucuna vardılar. Bu, organizmaların asla tam olarak optimize edilmiş bir duruma ulaşamayacağı bir durumla sonuçlanır.

Kaçar, evrimin bu özelliğinin kendi kendini organize eden herhangi bir sistemin imzası olabileceğine inanıyor ve bu ilkenin, yaşamın başlangıcına, hatta muhtemelen yaşamın henüz gerçekleşmediği prebiyotik zamanlara kadar uzanan, biyolojik hiyerarşinin tüm düzeylerinde karşılıkları olduğundan şüpheleniyor.

Çeviri:Simge KARA

Kaynak:More information: Sandeep Venkataram et al, Evolutionary stalling and a limit on the power of natural selection to improve a cellular module, Proceedings of the National Academy of Sciences (2020). DOI: 10.1073/pnas.1921881117

https://www.pnas.org/                https://www.arizona.edu/

68 Paylaşımlar

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Solve : *
28 + 20 =


This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

Çok Okunan Yazılar