Geçtiğimiz günlerde yaşamın kökenine dair önemli bir gelişme bilim dünyasında ses getirdi. Harvard Üniversitesinde Doktora öğrencisi olan Furkan Öztürk bilim dünyasında ses getiren büyük bir keşfe ışık tutu!
Fizik lisans derecesini Ankara Bilkent Üniversitesi’nden alan ve sonrasında Harvard’a gelip Hartree-Fock Bogoliubov yöntemini kullanarak ultra-soğuk dipolar BEC (Bose-Einstein Yoğunlaşması)’ler teorisi üzerinde çalışan Öztürk, Harvard Üniversitesi Fizik Bölümüne doktora öğrencisi olarak katıldı ve ultra-düşük gürültülü bir optik örgü inşa etti. Bu süreçte mikroskobi, lazerler, interferometri ve optik tasarım konularında deneysel bir bilgi birikimi elde etti.
2021 yılında yaşamın kökenine dair araştırmalarını yoğunlaştırmış ve homokiralite problem üzerinde çalışmalara başlamıştır. Peki başarılı bilim insanımız hangi konular hakkında yayınlar yapıyor ve nelere imza atıyor? Hadi hep beraber bakalım.
Genç fizikçinin son çalışması, prestijli bilimsel dergisi Science Advances‘da yayımlandı. Öztürk ve ekip arkadaşları yayınladıkları “Manyetik Bir Yüzey Üzerinde Bir RNA Öncüsünün Kristalleşmesiyle Biyolojik Homokiralliğin Kökeni” adlı bu makalede, dünyada yaşamın nasıl başladığı ve uzayda yaşam gibi birçok gizeme ışık tutuyor.
Araştırma Alanları
Öztürk ilgilendiği bilimsel konuları şu şekilde özetliyor:
“Hayatın kökenlerinden gerçekten çok etkilendim ve homokirallik sorunu, yaşamın kökenleri araştırmalarındaki en büyük gizemlerden biridir. İlk olarak bir asırdan fazla bir süre önce Louis Pasteur tarafından fark edilen biyolojik homokirelik, doğanın fiziksel yönlerini bildiğimiz hayatla ilişkilendiren büyüleyici bir olgudur. Bir fizikçi olarak ve oldukça disiplinler arası bir problem üzerinde çalışırken, fizikteki temel bir etkileşimin Dünya’daki yaşamın her yerde bulunan bir özelliğine yol açabileceğini görmeyi umuyorum.“
Ses Getiren Çalışma
Biyokimyacı Jack Szostak, Nobel ödülü sahibi bir bilim insanıdır ve konuyla ilgili şu şekilde bir yorumda bulunmuştur: “Bu keşif gerçekten çığır açıcıdır. Homokiralite, yaşamın başlaması için vazgeçilmez bir özelliktir ve bu yeni keşif, bu soruna mantıklı bir çözüm sunmaktadır.” Robert F. Service (2023).
Ayrıca Öztürk, dünyanın en ünlü biyologları arasında yer alan ve DNA’nın nasıl kopyalandığını tespit ederek tarihe adını yazdıran Matthew Meselson‘un, yaptığı keşifle ilgili şöyle konuştuğunu aktardı: İyi ki 93 yaşına kadar yaşamışım. Sonunda bu problemin de çözümünü görmüş oldum.
Öztürk verdiği röportajlarda şunları söyledi:
“Yaklaşık 4 milyar yıl önce, Güneş Sistemi ve Dünyamız oluştuktan kabaca 500 milyon sene sonra, Dünya’da yaşamın ilk izlerini görmeye başlıyoruz. Peki, yaşam nasıl ortaya çıktı, hangi kimyasal ve fiziksel süreçler yaşamı tetiklemiş olabilir? Doktora çalışmamda bu sorulara açıklık getirebilecek deneysel çalışmalar yaptım. Araştırmam, yaşamın kökenine dair önemli, ancak karanlıkta kalmış bir problem üzerine. Bu problemin ismi homokiralite yani yaşamı oluşturan moleküllerin sağ veya sol elli olma durumu, bildiğimiz haliyle yaşamın bir özelliği.”
“Yaşamı oluşturan temel moleküller, yani şekerler, aminoasitler, DNA, RNA gibi moleküller iki şekilli sarmallar halinde bulunabiliyorlar. Ancak yaşam bir şekilde bu simetriye sahip çiftlerden sadece bir tanesini kullanmayı tercih ediyor. Yani yaşam aslında kimyada olan bir simetriyi kırıyor.”
Çalışmanın Özeti
Yaşamın homokiralitesinin ardındaki fiziksel sebep, henüz tam olarak açıklığa kavuşmamış bir konudur. Ancak, çeşitli hipotezler ve araştırmalar, bu fenomenin bazı olası nedenlerini ortaya koymaktadır.
Bir teori, homokiralite fenomeninin evrimsel bir sonuç olduğunu öne sürer. Bu teoriye göre, yaşamın başlangıcında rastgele oluşan bileşikler arasında chiralite (eliptiklik) tercihi olmadığı için hem sol hem de sağ elin bileşikleri bulunuyordu. Ancak, bu karışık bileşikler arasında kimyasal tepkimeler gerçekleştiğinde, bazı reaksiyonlar sadece bir elin bileşiklerini kullanarak daha etkin bir şekilde gerçekleşti. Zamanla, bu tercihli reaksiyonlar, homokiral bir yapıyı destekleyen özgül katalizörlerin ve enzimlerin evrimleşmesine yol açtı. Böylece, yaşam sürecinde sadece bir elin bileşikleri kullanılarak homokiralite ortaya çıktı.
Başka bir hipotez, homokiralitenin birkaç fiziksel mekanizmaya dayandığını öne sürer. Bu mekanizmalardan biri, evrende yaygın olan elektromanyetik radyasyonun etkisidir. Özellikle dönen bir polarize ışık kaynağının varlığında, moleküllerin tercihli bir şekilde döndürüldüğü düşünülmektedir. Bu dönme, sağ veya sol el bileşiklerinin oluşumunda tercihli bir seçimi teşvik edebilir. Diğer bir mekanizma, çeşitli fiziksel kuvvetlerin (örneğin, çözücünün etkisi) moleküllerin tercihli bir şekilde düzenlenmesine yol açmasıdır.
Bilinen şekliyle yaşam için homokiralliğin önemine rağmen, kökeni belirsizliğini koruyor. Öztürk, uzun süredir devam eden bu gizemi çözmeye çalışıyor. Yaşamın homokiralitesinin kökenini anlamak için prebiyotik kimyada homokiralite oluşumunu açıklayabilecek mekanizmaların bulunması gerekmektedir. Homokiralite elde etmek için, prebiyotik kimya süreçlerinin kiral simetriyi kırarak iki enantiyomer (solak ve sağ el bileşiği) arasında bir dengesizlik yaratması gerekmektedir. Bu dengesizlik daha sonra, homokiral bir duruma doğru güçlendirilmelidir.
Manyetik yüzeylerin kiral simetrisi kırılabilir. Bu nedenle, manyetik yüzeyler kiral moleküllerin enantiyoselektif kristalleşmesi için şablonlar olabilir. Elektron spini ve moleküler kiralite arasında güçlü bir bağlantı kuran kiral kaynaklı spin seçiciliği (CISS) etkisi nedeniyle, net manyetizasyona sahip manyetik yüzeyler kiral ajanlar olarak işlev görebilir.
Öztürk ve ekibi son çalışmalarında, CISS etkisi nedeniyle manyetik yüzeylerin bir ribonükleik asit (RNA) öncüsünün enantiyoselektif kristalleşmesi için şablon görevi görebileceğini gösterdiler. Ayrıca, konglomera kristalleşmesinin manyetik yüzey tarafından kırılan kiral simetriye eşzamanlı ve iyi uyumlu bir amplifikasyon mekanizması olarak eşlik edebileceğini gösterdiler. Prebiyotik olarak mevcut bir mineral yüzey olan manyetit (Fe304 ) üzerinde önemli bir RNA öncüsü olan rasemik RAO’yu çözmek için etkili bir mekanizma gösterdiler ve iki kristalizasyon adımında RAO’nun homokiral kristallerini elde ettiler.
Son olarak, RAO aşamasında homokiralitenin ortaya çıkması, homokiralitenin RNA yoluyla peptitlere ve dolayısıyla tüm prebiyotik ağa yayılmasına izin verir. Bu özellikleriyle RAO’yu homokiralliğin kökeninde merkezi bir rol oynayabilecek önemli bir prebiyotik bileşik olarak ortaya çıkarttılar.
Öztürk, çalışmasını şu şekilde tamamlıyor:
“Homokirallik sorunu büyüleyici ve burada özetlemeye çalıştığım araştırmamla çözümüne katkıda bulunmayı hedefliyorum. Sonuçlarımızı daha fazla açıklamamıza ve iyileştirmemize yardımcı olacak daha rafine senaryolar geliştirmek için ortak çalışanlarla birlikte çalışıyorum. Son atılımlarımız, gelecek birçok keşfin sadece başlangıcı!“
Kendisine Teşekkürlerimiz
Sayın Öztürk ile e-posta yoluyla iletişime geçtik. Kendisinin biz Moletik ekibine geri dönüşü bizi son derece mutlu etti. Ülkemizi gururlandıran ve gelecekte de gururlandırmaya devam edecek olan değerli bilim insanımız Furkan Öztürk’e teşekkürlerimizi sunuyor, başarılarının devamını diliyoruz.
Kaynak
Ozturk, S. F., Liu, Z., Sutherland, J. D., & Sasselov, D. D. (2023). Origin of biological homochirality by crystallization of an RNA precursor on a magnetic surface. Science Advances, 9(23), eadg8274.
https://sukrufurkanozturk.owlstown.net/projects
Robert F. Service (2023) ‘Breakthrough’ could explain why life molecules are left- or right-handed – Science
