RNA Dünyası

RNA dünya hipotezi, Dünyadaki hayatın moleküllerden yardım olmadan kendini kopyalayan basit bir RNA molekülüyle başladığını gösterir.

DNA, RNA ve proteinler, Dünya'daki yaşam için elzemdirler. DNA, bakteriden yabanarısına tüm canlıların oluşmalarını sağlayan yardımcı olan talimatlardan ibarettir. Proteinler ise hücreleri canlı ve sağlıklı tutmaya yarayan kimyasal tepkimelerin gerçekleşmelerinden sorumludurlar. Bu zamana dek RNA'nın yalnızca DNA ve protein arasındaki iletimlerden ve bu sayede proteinlerin oluşturulmasına yardımcı olmaktan sorumlu olduğu zannedilirdi. Fakat zamanla dahasını yapabileceği ortaya çıktı. RNA'nın proteinler gibi kimyasal tepkimelerin gerçekleşmelerini sağlayabildiği ve DNA gibi genetik bilgi taşıyabildiği öğrenildi. Bu sebeple çoğu bilim insanı, hayatın DNA ve proteinler olmadan, RNA ile başladıklarını düşünmektedir.

Peki RNA Dünya'da nasıl evrildi? Bilim insanları, RNA yapıtaşlarının (nükleotitlerin) Dünya'nın ilk zamanlarında kaotik bir molekül çorbasından ortaya çıktıklarını ileri sürmekte. Bu nükleotitler, birbirlerine bağlanarak ilk RNA'ları oluşturdular. Oluşur oluşmaz dağıldılar; fakat yerlerini yenileri aldı. Zira, görünüşe göre, bazı RNA'lar diğerlerine kıyasla daha stabildiler. Bu RNA zincirleri uzadı ve nükleotitlerin daha hızlı bağlanmalarını sağladı. Nihayetinde RNA iplikleri, parçalanmalarından daha hızlı büyüdüler. Bu sayede RNA'lar, gezegenimizde belirli yaşam formlarının oluşmasını sağlayabilecek donanıma eriştiler.

Tüm canlılar ürer. Genetik bilgilerinin kopyalarını oluştururlar ve yavrularına aktarırlar. RNA'ların da yaşam formları oluşturabilmeleri için aynı şekilde üremeleri gerekiyordu. Bu nedenle bilim insanları, RNA'ların kendi kendini kopyalayabilen bir RNA ortaya çıktığında ciddi ölçüde çoğalmaya başladıklarını düşünüyorlar. Bu sebepten ötürü yeni ve kendi kendini kopyalayabilen RNA'lar ortaya çıkmıştır. Bazıları kendilerini kopyalamak açısından diğerlerine kıyasla daha avantajlıydılar. RNA'lar bu açıdan birbirleriyle adeta yarıştılar ve en başarılı olanları bu yarışı kazandı. Bu RNA'lar milyonlarca yıl boyunca çoğaldı ve RNA makineleri diyebileceğimiz kadar yapılanabilecek kadar geliştiler. Bu gelişimin aşamalarından birinde DNA'lar ve proteinler gelişti. Proteinler hücrelerde kimyasal tepkimeleri düzenlemeye başladılar ve RNA'dan daha stabil olmasıyla bilinen DNA, genetik bilgiyi depolama işini üstlendi.

Yeterli RNA yapıtaşı (nükleotitler) bulundurmak, RNA'lar için en büyük öncelik oldu. Bilim insanları, nükleotit oluşturan RNA'ların yeni RNA'lara nükleotit sağlamak amacıyla Dünya'nın ilk zamanlarında oluşup evrimleştiklerini düşünmektedirler.

RNA dünyası teorisine göre ilk RNA'lar, ilkel bir molekül çorbasında ortaya çıkan ve birbirleriyle doğrudan bağlantıları olmayan nükleotitlerden oluştu. Birbirlerine bağlanarak çok stabil olmayan ve çok kolay bozulan RNA iplikleri oluşturdular. Fakat bunlardan bazıları diğerlerinden daha sağlamdı. Bu RNA'lar daha da uzadılar ve nükleotitlerin daha çabuk bağlanmalarını sağladılar. En nihayetinde RNA ipliklerinin dağılma hızlarını geçtiler ve bu, RNA'nın temelinin atılmasını sağladı. Bu RNA'lar milyonlarca yıl boyunca çoğaldı ve bugün bildiğimiz şekliyle yaşamın temeli olan bir RNA dizileri sistemi oluştu. Fakat bu RNA moleküllerinin tutunabilmeleri için bol miktarda nükleotit kaynağına ihtiyaç vardı. Bilim insanları, nükleotit oluşturan RNA'ların bu RNA yapıtaşlarını tedarik etmek amacıyla ve doğrultusunda evrimleştiklerini düşünüyorlar.

Bir test tüpünde Dünya'nın ilk zamanlarındaki koşulları yeniden yaratmaya çalışan insanları, bir nükleotidin bazı kısımlarını oluşturma amacı taşıyan ve kimyasal tepkimeler gerçekleştirebilen bir çeşit RNA makinesi geliştirmeyi başardılar. Bu durum, RNA'nın nükleotit oluşturan kimyasal tepkimeler gerçekleştirebileceğinin bir kanıtıdır. Fakat aynı araştırmacılar, ilk zamanlarında Dünya'da bulunabileceği düşünülen bileşenler kullanılarak bütün nükleotitleri oluşturabilen bir RNA makinesi oluşturmayı henüz başaramadılar.

Bilim insanları, RNA düzeneklerinde basit RNA'ların işlevlerini farklılaştırabilecek yahut geliştirebilecek kompleksler oluşturmak için diğer RNA'lara veya moleküllere yapıştıklarını düşünüyorlar. Bu sayede karmaşık yaşam için ilk adım atılmış oldu.

Hücrelerin protein toplama ve barındırma merkezleri olan ribozomlar, ribozom RNA'larından ve proteinlerden oluşmaktadırlar. Fakat bir ribozomda bulunan rRNA'lar, ribozomal proteinlerden çok daha önce evrimleşmiştirler. RNA düzeneğinde bir RNA'nın başka bir RNA'ya tutunarak protein oluşturabilmesi için ilk defa aminoasitleri birbirine bağlayan bir çeşit RNA makinesi oluşturmuş olması ihtimaller dahilindedir. Böylelikle ribozomun ilk versiyonu ortaya çıkmıştır.

Bakterilerde ve bazı bitkilerde bulunan bazı haberci RNA'lar (mRNA'lar), belirli bir molekülü yakalayabilen riboşalter adı verilen bir kod bölümü içermektedirler. Bu molekülün sistemin kendisine bağlanması, mRNA'nın protein üretmek amacıyla oluşup oluşmadığını kontrol eder. Bu molekül, mRNA'yı riboşaltere bağlayan ve bu besini parçalayan bir protein yapmak için çevrilecek mRNA'yı tetikleyen bir besin olarak da düşünülebilir. Bu sayede riboşalter içeren mRNA'lar, belirli moleküllere tepki olarak kendilerini düzenleyebilirler. Eskiden sadece proteinlerin mRNA'dn protein üretimi gerçekleştirebileceği düşünülürdü. Fakat ribolşalterlerin varlıkları, bize şu anda proteinler var olmadan çok uzun bir süre önce RNA dünyasında bu işlemin nasıl işlediğine dair ipuçları vermektedir.

Hücre, yeni üretilen proteinleri hücrede ihtiyaç duyulan kısımlara gönderen, RNA ve proteinlerden oluşan bir protein yönlendirme mekanizması içermektedir. Bu mekanizmaya sinyal tanıma parçacığı (SRP) denir.

SRP, hücrenin protein üretim mekanizmasında (ribozom) oluşturulan proteinlerle uğraşır. Ribozomdan çıkan bir proteinin başlangıç kısmını tespit ettiğinde ona kenetlenir. Ribozom protein üretimini durdurduğunda SRP, ribozomu ve henüz sadece bir kısmı oluşturulan proteini hücrede ihtiyaç duyulan kısımlara gönderir. Bu süreçte SRP salınımı gerçekleşir ve protein sentezi baştan başlar.

SRP'deki RNA tüm canlılarda bulunur, bu da çok eski yaşam formlarında geliştiğini gösterir. Proteinler Dünyada ilk ortaya çıktığında, bu protein-yönlendiren RNA'nın eski versiyonu, bir hücredeki proteinleri düzenlemeye yardımcı olmuş olabilir. İlkel hücreleri geliştirmek için proteinleri yönlendirip sitoiskelet oluşturabilir. Sitoiskelet bir hücrenin şeklini korumasını sağlar ve hücrelerde molekül taşınması için bir otoyol sistemi gibidir.

Haberci RNA (mRNA), genetik kodu çok sayıda farklı protein üretebilecek şekilde çevrilebilmesi için farklı biçimlerde sentezlenebilir. mRNA'nın birden fazla protein üretebilme özelliği, çok hücreli yaşamın evrimini hızlandıran kilit bir faktör oldu.

Yeni üretilmiş mRNA, hücrenin makas ve yapıştırıcısını andıran splaysozom isimli bir moleküler bir düzenek aracılığıyla birleştirilir. RNA'lardan ve proteinlerden oluşan bu düzenek, mRNA kodunun istenmeyen kısımlarını çıkarır ve mRNA'nın kalan kısmını tekrar bir araya getirerek tekrar protein üretmek amacıyla kullanılabilecek temel mRNA'ya dönüştürür.

1970'lerde bilim insanları önce genin mRNA'yı kodladığını ve onun da proteini kodladığını düşünüyorlardı. Bu durum bakteriler ve diğer tek hücreli yaşam formları için çoğunlukla doğru olmakla birlikte, çok hücreli yaşam formları için gen, çokça farklı ve farklı şekillerde birleştirilebilen proteinler oluşturan asıl düzenek olan mRNA'yı kodlarlar. Bu duruma alternatif bölünme denmektedir.

Alternatif bölünme, nispeten az sayıda genden çokça sayıda ve çeşitli protein oluşturmak için ustaca bir yoldur. Nitekim İnsan Genom Projesi'nin pek iç açıcı olmayan sürprizlerinden biri, insan genomunun çok az gen için kodlama yapmasıydı. Bilim insanları önceki yanılgılar dolayısıyla aşağı yukarı 100.000 insan geni keşfedebileceklerini tahmin etmişlerdi, fakat yalnızca 20.000'lerde olduğu ortaya çıktı. Yine de bu genler, insanlar için çokça sayıda protein oluşturmak için farklı farklı şekillerde bir araya gelirler.

Alternatif ayrışmanın gelişimi, çok hücreli yaşam formlarında evrimi büyük ihtimalle hızlandırdı. Bu durum, herhangi bir organizmanın yeni gen evrimleşmeleri gibi uzun süreçlerden geçmeden yeni proteinler yaratabileceğine bir işaretti. Böylelikle eldeki mRNA'ların farklı şekillerde ayrışmalarını sağlayan mutasyonları ortaya çıkmış oldu. Böylece alternatif olarak ayrışmış mRNA'lar, yepyeni hücresel süreçleri yönlendirebilecek yepyeni proteinler oluşturmak üzere kodlanmış ve ilk karmaşık yaşamın evrimleşmesini sağlamıştır.

RNA düzenekleri, büyük ihtimalle tek hücreli yaşam formlarından çok hücreli yaşam formlarına geçişteki evrimsel sıçramanın merkezinde yer almıştı.

Çok hücreli yaşam formlarının oluşumu süreci, döllenmiş bir yumurta ile başlamaktadır. Bu hücre iki hücreye bölünür ve o iki hücre aynı şekilde tekrar bölünür ve bu süreç sonsuza kadar devam eder. Çok vakit geçmeden bu gelişen hücreler, farklı bir yaşam formunun oluşması için belirli görevler üstlenirler. Örneğin bir bitkinin yaprak hücreleri veya kök hücreleri olabilirler. Yahut bir hayvanda kan hücreleri veya sinir hücreleri de olabilirler. İnsan bedeninde yaklaşık 200 farklı hücre türü vardır ve her birinin insan embriyosunda gerektiği zamanda gereken kısımlara yerleşmeleri mühimdir. Bir hücrenin neye dönüşeceği o hücrede hangi moleküler mekanizmalara (RNA'lar ve proteinler) çalışacağı belirlendiği zaman belirlenir. Bir hücrede bulunan RNA'lar ve proteinler, genleri açıp kapatan transkripsiyon faktörleri tarafından belirlenir.

Günümüzde organizmalarda embriyoların nasıl geliştiğini inceleyerek çok hücreli yaşama sıçramayı sağlayabilecek moleküler makineler hakkında daha fazla ve yeni yeni detaylar keşfetmekteyiz. Canlı gelişimi odaklı biyologlarının en ilgilerini çeken canlı meyve sineğidir. Meyve sineğinin gelişimi için mühim olan RNA, "Bicoid RNA" idir. Bu RNA, gelişmekte olan bir meyve sineğinin bedeninin oluşumunda ve yapılanmasında hayati bir rol oynamaktadır. Döllenmemiş bir meyve sineği yumurtasında, sineğin başı olacak yumurtanın sonunda Bicoid RNA bulunmaktadır. Yumurta döllendikten sonra Bicoid mRNA, protein üretmek üzere farklı bir işleve geçer. Bicoid protein, kafayı oluşturan proteinleri üreten genleri aktifleştirir ve kuyruğu oluşturan proteinleri üreten genleri bu süreç süresince devre dışı bırakır. Böylece Bicoid, meyve sineği embriyosunun tam olarak neresinde kafa kısmının oluşturulması gerektiğinin talimatlarını vermiş olur.