Görevimiz şimdi biyolojiyi yeniden sentezlemektir; organizmaları tekrar çevrelerine koymak; onu yeniden evrimsel geçmişine bağlamak; ve organizma, evrim ve çevrenin birleştiği karmaşık akışı hissetmek. Biyolojinin doğrusal olmayan dünyaya girmesi zamanı gelmiştir.
Carl Richard Woese, Amerikalı bir mikrobiyolog ve biyofizikçiydi. Woese, 1977'de öncülük ettiği 16S ribozomal RNA'nın filogenetik taksonomi tekniği aracılığıyla yeni bir yaşam alanı olan Archaea'yı tanımlaması ile ünlüdür; bu teknik mikrobiyolojiyi devrimleştirmiştir. Ayrıca 1967'de RNA dünyası hipotezini ortaya koymuş olsa da bu isimle değil. Woese, Stanley O. Ikenberry Sandalyesi'ni elinde tutmuş ve University of Illinois at Urbana–Champaign'de mikrobiyoloji profesörü olmuştur.
Hayat ve eğitim
Carl Woese, New York'un Syracuse şehrinde 15 Temmuz 1928'de doğdu. Woese, Massachusetts'teki Deerfield Academy'ye devam etti. 1950'de Amherst College'dan matematik ve fizik alanında lisans derecesi aldı. Amherst'teki zamanında, Woese sadece bir biyoloji dersi olan Biyokimya'yı son yılında aldı ve Amherst'te o zamanlar fizik yardımcı profesörü olan William M. Fairbank tarafından Yale'de biyofizik alanına yönlendirilene kadar "bitkiler ve hayvanlar konusunda bilimsel bir ilgisi" yoktu.
1953'te Yale University'de biyofizik alanında doktorasını tamamladı; doktora araştırması ısı ve iyonlaştırıcı radyasyon tarafından virüslerin inaktivasyonuna odaklanmıştı. University of Rochester'da iki yıl tıp eğitimi gördü, bir pediatri rotasyonunun iki gün içerisinde bıraktı. Daha sonra Yale University'de biyofizik alanında doktora sonrası araştırmacı olarak çalışarak bakteriyel sporları inceledi. 1960–63'te New York'un Schenectady şehrindeki General Electric Araştırma Laboratuvarı'nda biyofizikçi olarak çalıştı. 1964'te Woese, University of Illinois at Urbana–Champaign'in mikrobiyoloji fakültesine katıldı ve uzmanlık alanları olarak Archaea, genomiği ve moleküler evrimi odağına aldı. Ölümünden sonra 2015'te onun adına yeniden adlandırılan University of Illinois at Urbana–Champaign'in Carl R. Woese Genomik Biyoloji Enstitüsü'nde profesör oldu.
Woese, 30 Aralık 2012'de pankreas kanseri komplikasyonları nedeniyle öldü.
Çalışma ve keşifler
Genetik kod hakkında erken çalışmalar
Woese, 1960 sonbaharında General Electric'in Knolls Laboratuvarı'nda laboratuvarını kurarken genetik koda ilgisini çevirdi. Fizikçiler ve moleküler biyologlar arasındaki ilgi, James D. Watson, Francis Crick ve Rosalind Franklin'in 1953'te DNA'nın yapısını keşfettikleri on yılı takiben yirmi amino asit ile nükleik asit bazlarının dört harfli alfabesi arasındaki yazışmaları deşifre etme konusunda birleşmeye başlamıştı. Woese konu hakkında bir dizi makale yayınladı. Birinde, o zamanlar "çözünür RNA" olarak bilinenen ile DNA arasında ilgili baz çiftleri oranlarına dayalı bir yazışma tablosu çıkardı. Daha sonra virüslerin her amino asidi kodlamak için bir temel yerine bir triplet kullandığı hipotezi ile ilişkili deneysel verileri yeniden değerlendirdi ve prolin için birini doğru bir şekilde tahmin eden 18 kodonları önerdi. Diğer çalışmalar protein çevirisi mekanistik temelini oluşturduysa da Woese'nin görüşünde, büyük ölçüde genetik kodun evrimsel kökenlerini bir sonraki düşünce olarak göz ardı etti.
1962'de Woese, Paris'teki Pasteur Enstitüsü'nde birkaç ay ziyaretçi araştırmacı olarak geçirdi; burada gen ekspresyonu ve gen regülasyonunun moleküler biyolojisi hakkında yoğun faaliyet mevcuttu. Paris'teyken, Sol Spiegelman ile tanıştı; Spiegelman, Woese'nin araştırma hedeflerini duyunca ona 1964 sonbaharında başlayacak şekilde hemen hemen hakim olacak University of Illinois'i ziyaret etmeye davet etti. Spiegelman, Woese'ye bu ziyarette acil yetki ile bir pozisyon teklif etti. Biyolojik araştırmanın ana akımı dışında daha spekülatif sorgulama başlıklarını sabırla takip etme özgürlüğü ile, Woese genetik kodu evrimsel terimlerle düşünmeye başladı ve kodon atamalarının amino asit dizisine nasıl evrimleşebileceğini sordu.
Üçüncü alanın keşfi
20. yüzyılın büyük bölümü için, prokariyotlar tek bir organizm grubu olarak kabul edildi ve biyokimyası, morfolojisi ve metabolizmasına dayalı olarak sınıflandırıldı. Çok etkili olan 1962 tarihli bir makalesinde Roger Stanier ve C. B. van Niel, hücresel organizasyonun prokaryot ve ökaryotlar ayrımını ilk kez oluşturdular; prokariyotları hücre çekirdeğine sahip olmayan organizmalar olarak tanımladılar. Édouard Chatton'un genelleştirmesinden uyarlanarak, Stanier ve Van Niel'in konsepti hızlı bir şekilde organizmalar arasında en önemli fark olarak kabul edildi; ancak yine de bakteri mikrobiyologlarının doğal filogenetik sınıflandırması oluşturmaya yönelik girişimlerine şüpheyle bakıyorlardı. Bununla birlikte, Yunanca kök πρό pro-, öncesi, karşısı tarafından ima edilen ortak bir prokariyot ataya sahip olduğu genel olarak kabul edildi.
1977'de Carl Woese ve George E. Fox, ağaç yaşamının temel yapısı hakkındaki bu evrensel olarak tutulan hipotezi deneysel olarak çürüttüler. Woese ve Fox, "archaebacteria" adını verdikleri bir tür mikrobiyel yaşam keşfettiler Archaea. Archaebacterianın "üçüncü krallık" içinde yer aldığını ve bitki ve hayvanlardan farklı olduğunu bildirdiler. Archaea'yı ne bakteri ne de ökaryot olan yeni bir "urkingdom" sonraki alan olarak tanımladıktan sonra, Woese taksonomi ağacını yeniden çizdi. Belirgin morfolojik benzerlikler yerine filogenetik ilişkilere dayanan üç alan sistemi, 23 ana bölüme ayrıldı ve üç alan içine dahil edildi: Bacteria, Archaea ve Eucarya.
Woese'nin filogenetik olarak geçerli sınıflandırmasının geçerliliğini kabul etme süreci yavaş bir süreçti. Salvador Luria ve Ernst Mayr gibi seçkin biyologlar prokaryotların bölünmesine itiraz ettiler. Ona yönelik tüm eleştiriler bilimsel seviye ile sınırlı değildi. Yoğun emek gerektiren on yıllık oligonükleotid kataloğu onu "deli" olarak tanınmış bıraktı ve Woese daha sonra Science dergisinde yayınlanan bir haber makalesinde "Mikrobiyolojinin Yaralı Devrimcisi" olarak adlandırıldı. Destekleyici verilerin artan gövdesi, bilimsel topluluğun 1980'li yılların ortasına kadar Archaea'yı kabul etmesine yol açtı. Bugün, çok az bilim insanı birleşik Prokarya fikriyle bağlı kalmaktadır.
Woese'nin Archaea hakkında yaptığı çalışma, diğer gezegenlerde yaşam arayışı için çıkarımları açısından da önemlidir. Woese ve Fox tarafından yapılan keşiften önce, bilim insanları Archaea'nın bizim daha tanıdık olduğumuz mikroorganizmalardan evrimleşen aşırı organizmalar olduğunu düşünüyorlardı. Şimdi, çoğu kişi onların antik olduğuna ve Dünya'daki ilk organizmalarla güçlü evrimsel bağlantıları olabileceğine inanmaktadır. Aşırı ortamlarda var olan arkeaların benzer organizmaları, bazıları aşırı organizma yaşamına uygun olan koşulları barındıran diğer gezegenlerde gelişmiş olabilir.
Dikkat çekici bir şekilde, Woese'nin yaşam ağacının aydınlanması, mikrobiyel dizilerin ezici çeşitliliğini göstermektedir: tek hücreli organizmalar biosferin genetik, metabolik ve ekolojik niş çeşitliliğinin büyük çoğunluğunu temsil ederler. Mikrobiyaller birçok biojeokimyasal döngü için ve biyosferin devam eden işlevi için önemli olduğundan, Woese'nin mikroorganizmaların evrimini ve çeşitliliğini açıklığa kavuşturma çabası, ekoloji bilimcileri ve koruma bilimcileri için değersiz bir hizmet sağlamıştır. Bu, evrim teorisine ve yaşam tarihimiz hakkında bilgimize büyük bir katkı olmuştur.
Birincil hücre türlerinin evrimi
Woese ayrıca organizmalar arasında önemli yatay gen transferinin meydana geldiği hızlı bir evrim dönemini de speküle etti. Woese ve Fox tarafından 1977 makalesinde ilk kez tanımlandığı gibi, bu organizmalar veya projenot'lar, düşük spesifiklik ile hataların kolay oluştuğu çevirmen cihazı tarafından "gürültülü genetik iletim kanalı" nedeniyle düşük kompleksitesi olan protokeller olarak düşünülmüştür; bu yüksek mutasyon oranları sınırlayan hücresel etkileşim spesifisitesi ve genom boyutu. Bu erken çevirmen cihazı, tek bir protein yerine yapısal olarak benzer, işlevsel olarak eşdeğer bir protein grubu üretmiş olacaktır. Ayrıca, bu azaltılmış spesifiklik nedeniyle, tüm hücresel bileşenler yatay gen transferine duyarlı olmuş ve hızlı evrim ekosistem düzeyinde meydana gelmiştir.
Modern hücrelere geçiş, "Darwinian Threshold" (Darwinsel Eşik), organizmalar modern düzey doğruluk ile çevirmen mekanizmalarına evrim geçirdiğinde meydana gelmiştir: iyileştirilmiş performans, hücresel organizasyonun, diğer organizmalardan gelen genlerin bir bireyin kendi genlerini yer değiştirme yeteneğini çok daha az hale getiren bir karmaşıklık ve bağlantılılık düzeyine ulaşmasını sağlamıştır.
Sonraki yıllarda, Woese'nin çalışması, evrim için yatay gen transferinin (HGT) önemini açıklamak amacıyla genomik analize yoğunlaştı. O, aminoasil-tRNA sentezinin filogenesileri ve bu anahtar enzimler arasında yatay gen transferinin etkisi üzerine ayrıntılı analizler yaptı. Araştırmanın amacı, birincil hücre türlerinin—arkeya, ökaryot ve ökaryotik olan türlerin—RNA dünyasında bir atai durumdan nasıl evrimleştiğini açıklamaktı.
Biyoloji perspektifi
Woese, biyolojinin geçmişi, bugünü ve geleceği hakkındaki düşüncelerini Current Biology'de paylaştı:
21. yüzyılın biyolojisinin karşılaştığı "önemli sorular" tümü tek bir sorudan kaynaklanmaktadır: biyolojik organizasyonun doğası ve oluşumu. . . . Evet, Darwin geri döndü, ama . . . biyolojinin derinliklerine daha önce mümkün olanın çok daha ilerisine bakabilen bilim insanlarının yanında. Artık evrim hakkında "10.000 kuş türü" bakış açısı değildir—evrim formlar yürüyüşü olarak görülen. Endişe şu anda evrim sürecinin kendisiyle ilgilidir.
Biyolojik organizasyonun sorusunun bugün iki belirgin yönde ilerlediğini görüyorum. İlki, (proteinli) hücresel organizasyonun evrimi olup; bu, çevirmen cihazının evrimi ve genetik kod gibi alt sorular ve hücresel işlemlerin pinocytosis ince ayarlandığı ve tam olarak birbiriyle ilişkili hiyerarşilerin kökeni ve doğası içerir. Ayrıca, Dünya'da bugün var olan farklı temel hücre türlerinin sayısı hakkında soru da içerir: tüm modern hücreler tek bir atai hücresel organizasyondan mı geldiler?
İkinci büyük yön küresel ekosistemin doğası ile ilgilidir. . . . Bakteriler bu gezegendeki ana organizmalar—sayı, toplam kütle ve küresel dengelere önem açısından. Bu nedenle, mikrobiyel ekoloji, hem onu anlamak için gerekli gerçekler açısından hem de bunları yorumlamak için gerekli çerçeve açısından en çok geliştirilmesi gereken alandır.
Woese, biyolojiyi toplumda "tüm önemli" bir role sahip olarak kabul etti. Onun görüşünde, biyoloji "mühendislik yapılmış çevre" nin takibi den daha geniş bir amaca hizmet etmelidir:
Fizikte resmi olarak tanındığı şeyin şimdi biyolojide tanınması gerekiyor: bilim çift işlevli görev görüyor. Bir yandan toplumun hizmetçisidir, toplum tarafından ortaya konan uygulamalı sorunları çözer. Diğer yandan, toplumun öğretmeni olarak işlev görür, ikincisinin kendi dünyasını ve kendisini anlamasına yardımcı olur. İkinci işlev bugün etkili bir şekilde eksiktir.
Onurlar ve bilimsel miras
Woese, 1984'te MacArthur Fellow olmuş, 1988'de National Academy of Sciences üyesi yapılmış, 1992'de mikrobiyoloji'nin en yüksek onuru olan Leeuwenhoek Madalyası aldığı, 1995'te National Academy of Sciences tarafından Microbiology'de Selman A. Waksman Award'ı aldığı ve 2000 yılında National Medal of Science alıcısı olmuştur. 2003'te, Kraliyet İsveç Bilim Akademisi'nden yaşamın üçüncü alanını keşfetmesi" nedeniyle Crafoord Prize'ı aldı. 2006'da Kraliyet Cemiyeti'nin yabancı üyesi yapılmıştı.
Pyrococcus woesei, Methanobrevibacter woesei ve Conexibacter woesei gibi birçok mikrobiyel türü onun adına adlandırıldı.
Stanford University'de mikrobiyolog Justin Sonnenburg, "1977 makalesi mikrobiyoloji ve tartışmasız olarak tüm biyoloji'de en etkili makalelerden biridir. Watson ve Crick ile Darwin'in çalışmalarıyla aynı seviyede durmakta ve mikrobiyel dünyanın inanılmaz çeşitliliği için evrimsel bir çerçeve sunmaktadır" dedi.
Woese'nin birincil evrimsel süreç olarak yatay gen transferi hakkında yaptığı çalışma ile ilgili, University of Colorado at Boulder'dan Profesör Norman R. Pace, "Woese'nin biyoloji için tarih boyunca herhangi bir biyologdan daha fazla işe yaramış olduğunu düşünüyorum, Darwin dahil... Öğrenilecek çok daha fazla şey var ve o ortaya çıkan hikayeyi harika bir şekilde yorumluyor" dedi.
Seçili yayınlar
Kitaplar
- Woese, Carl 1967. The Genetic Code: the Molecular Basis for Genetic Expression. New York: Harper & Row. OCLC 293697.
Seçili Makaleler
- Woese, Carl R.; George E. Fox 1977. "Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: the primary kingdoms". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 74 11: 5088–5090. Bibcode:1977PNAS...74.5088W. doi:10.1073/pnas.74.11.5088. ISSN 0027-8424. PMC 432104. PMID 270744.
- Woese, Carl R. June 1, 1987. "Bacterial evolution". Microbiological Reviews. 51 2: 221–271. doi:10.1128/MMBR.51.2.221-271.1987. PMC 373105. PMID 2439888.
- Woese, Carl R.; O Kandler; M L Wheelis 1990. "Towards a natural system of organisms: proposal for the domains Archaea, Bacteria, and Eucarya". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 87 12: 4576–4579. Bibcode:1990PNAS...87.4576W. doi:10.1073/pnas.87.12.4576. ISSN 0027-8424. PMC 54159. PMID 2112744.
- Woese,
