Abiyogenez - 12: Cansızlar Evrim Geçirir Mi? Kimyasal (Moleküler) Evrime Bir Bakış

Yazdır Abiyogenez - 12: Cansızlar Evrim Geçirir Mi? Kimyasal (Moleküler) Evrime Bir Bakış

Evrim Ağacı olarak aldığımız en sık sorulardan biri, cansız varlıkların evrim geçirip geçirmediğiyle ilgilidir. Açıkçası bu soru, oldukça kışkırtıcı ve güzel olmakla beraber, bilim camiasını da uzun yıllardır uğraştıran bir konudur. Aslında sorunun cevaplanmasına başlamadan önce, "biyolojik evrim" kavramının net olarak tanımlanması gerekir. Bu tanım yapıldığında, sorunun teknik cevabının "Hayır, cansızlar evrim geçirmez." olduğu görülür. Çünkü Evrim Kuramı dahilinde, evrimsel biyoloji ele alınacak olduğunda, ilgilendiğimiz varlıklar organik moleküllerden oluşan ve yoğunluklu olarak bu moleküllerin kimyasıyla tanımlanan yapılardır. Dolayısıyla, "canlı" olarak tanımladığımız unsurların geçirdikleri evrim, biyolojik evrimdir ve "cansız" yapılarda bu tür bir değişim göremeyiz, en azından görememiz gerekir, bunu bekleriz. Fakat biyolojinin biraz daha derin ve kapsamlı olarak baktığımızda, cansızların evrimleşip evrimleşmediğine yönelik soruya "Hayır." cevabını vermenin, biraz fazla atak ve kısmen hatalı olduğunu görürüz. Aslında, sorunun cevabı, büyük oranda "canlı" ve "cansız" ayrımında yatmaktadır. Biyolojik olarak "cansız" diye tanımladığımız birçok yapının, biyolojik veya biyolojik-benzeri bir evrimsel süreçten geçtiğini görürüz. Yani evrimsel biyolojinin kapsamı ve dahil edilebileceği alanların enginliği, bizi bir kere daha şaşkınlığa düşürür.


Bu yazımızı sonradan Abiyogenez yazı dizimize dahil ettiğimiz için, bu dizimize bazı göndermeler olduğunu görebilirsiniz. Bunları ufak hatırlatmalar olarak düşünebilirsiniz. Umarız faydalı olacaktır.


 

Canlılık ve Cansızlık


Abiyogenez yazı dizimizden hatırlayacak olursanız, özleri itibariyle canlılık ile cansızlık arasında kimyasal açıdan bakıldığında hiçbir fark yoktur. İki grupta da bazı kimyasal tepkimeler gerçekleşir; ancak bir grupta, geçirilen 4 milyar yıllık süreçte düzensizliğe (entropi artışına) aktif olarak ve enerji harcayarak karşı koyabilme özelliği gelişmişken, diğer grupta bu gelişmemiştir. Bu karşı koyabilme de, bünyede barındırılan kimyasal bileşenlerin etkisi sonucunda olmaktadır. İşte etrafımızdaki varlıklara bakıp, bu "iş yapabilme ve bunun sonucunda entropi artışına geçici de olsa karşı koyabilme" yeteneğine sahip olduğunu gördüklerimize "canlı", diğerlerine ise "cansız" deriz. Bu ayrım, iletişimde kolaylık ve kategorizasyon imkanı sağlasa da, doğada bu tür bir ayrım olduğu anlamına gelmemektedir. Bu isimler, tamamen insanlar tarafından yapılan kategorilerin sonuçlarıdır ve evrensel bir anlam taşımamaktadır. 


Bunu anlaması ilk etapta biraz güç olabilir; ancak Abiyogenez yazı dizimiz okunursa ve canlılığın nasıl var olduğu anlaşılırsa, neden bizlerin düzensizliğe aktif olarak karşı koyabildiğimiz; ancak bir kayanın veya denizin koyamadığı kolayca anlaşılacaktır. Hepsi, başlangıçtan beri geçirilen kimyasal evrimden ibarettir. Ancak bu evrimde, bizim "canlı" olarak isimlendirdiğimiz, özel sayılabilecek varlık formunun oluşma şansı oldukça düşüktür; ancak bir kere gerçekleşmiştir. Bu kimyasal evrim mümkün olduktan sonra, tüm canlı formları nesiller ve upuzun yıllar içerisinde bu ilkin canlılardan evrimleşmiş ve Dünya'ya yayılmaya başlamıştır. Var olan tüm canlıların ataları, koaservatlar veya önhücreler adını verdiğimiz canlı-benzeri yapılarda birleşmektedir. Onlardan birkaç adım geriye gittiğimizde ise, nihayetinde evrimsel sürecin başına, cansızlığa ulaşırız. Yani canlılık, cansızlıktan ayrılmış bir evrimsel daldır. İşte bunu görmek, insana o kışkırtıcı soruyu sordurur: "Bu durumda, cansızlar da evrimleşmiş ve evrimleşiyor olabilir mi?"


Cansız bir yapı olarak bir kaya...


 

Bu soruya cevap vermek biraz güçtür. Çünkü kafalarımızda, tüm kavramların tam olarak yer etmiş olması gerekmektedir. Örneğin bilim dahilinde tanımlanan tüm yasalar, her koşulda geçerli veya anlamlı olmayabilirler. Benzer şekilde, bu yasaların etkileri, bazı koşullarda önemsenmeyecek bir düzeyde olabilir. Örneğin kütleçekimi, mezoboyut olarak isimlendirdiğimiz, milimetrelerden kilometrelere kadar giden ölçekteki varlıkları kapsayan, bizim de içinde yaşadığımız boyutta tüm etkileriyle hissedilen bir kuvvettir, bir doğa yasasıdır. Öte yandan bu kuvvetin etkileri, nanoboyutlara indikçe hissedilmez veya önemsiz hale gelir. Etki halen oradadır; ancak sonucu önemsizleşmiştir, çünkü çok küçüktür. Benzer şekilde, örneğin akışkanların davranışlarını tanımlayan yasalar, belli akışkanlık değerleri dahilinde geçerlidir. Bu aralıkların haricine çıkıldığında, başka yasalarla ifade edilmeleri gerekir. Dolayısıyla, her yasa, evrensel olarak her konuda işlevsel olmak durumunda değildir. İşte biyolojik olarak tanımladığımız evrim de böyledir. Her ne kadar canlılar ile cansızlar arasında kimyasal altyapı açısından bir fark olmasa da, bu altyapının oluşturduğu bütünlerin yapıları (kompozisyonları) arasında farklar bulunmaktadır. Örneğin canlılar, daha çok organik moleküllerin etkileşiminin bir ürünüyken, cansızlarda inorganik moleküllerin etkileşimi daha fazla görülür. Bu da, çeşitli yasaların etkilerinin ve sonuçlarının birbirinden farklı olmasını kaçınılmaz kılar.

 

Örneğin, canlılığın yapıtaşlarından ve olmazsa olmazlarından birisi genetik materyaldir. Genetik materyal, özünde cansız olan bir yapıdır. Ancak Abiyogenez yazı dizimizde belirttiğimiz diğer unsurlarla birlikte (aktivite ve organizasyon gibi), canlılığın var olabilmesini ve sürdürülebilir olabilmesini sağlar. Yani canlıları cansızlardan ayırt edebilmemizin yollarından birisi, canlıların bünyelerindeki genetik materyali gelecek nesillere aktarabiliyor olmasıdır. İşte bu genetik materyalin varlığı ve kimyasalların kusursuz yapıda olmaması, öncelikle çeşitliliği (varyasyonları), sonrasında ise çevrenin etkilerinden ötürü seçilim mekanizmalarını kaçınılmaz kılmaktadır. Bu durumda evrim, canlılar üzerinde pek tabii işleyebilir. Ancak cansızlar üzerinde seçilim nasıl gerçekleşebilir? Seçilimin olmadığı bir koşulda, evrim nasıl mümkün olabilir? İşte sorunun önünü tıkayanlar, başlıca bu problemlerdir.

 


Kaos ve Cansız Evrimi


Bu "ufak" sorun, Evren'in "kaotik düzeni" ile aşılıyor olabilir. Evren, biz içerisinde her ne kadar sanki "muhteşem" ve "kusursuz" bir düzen varmış gibi hissetsek de, inanılmaz kaotik bir ortamdır. Konuyla ilgili olarak "Evren ve Doğa Mükemmel Midir? Mükemmellik Kavramına ve Mükemmellik Argümanına Bilimsel Bir Bakış..." başlıklı makalemizi okuyabilirsiniz. Evren içerisinde rastlantısallık unsuru ve tesadüfler bolca bulunmaktadır ve bir sonraki an ne olacağını tam olarak kestirmek, teorik açıdan bile olanaksız olabilir. Dolayısıyla evren, Kaos Teorisi'nin incelediği bir alan olarak, kendi içerisinde belirli bir düzene sebep olabilmektedir. Buna bir nevi "kaotik düzen" de diyebiliriz. İlk bakışta bunu da anlamak zor olabilir, ancak mekanik bir örnek verecek olursak: Normalde, bir mühendislik malzemesi içerisindeki boşluklar ve kaymalar, malzeme üzerinde olumsuz bir etki yapmaktadır ve malzemede istenmez. Ancak bu boşluk ve kaymaların sayısı oldukça fazla arttırılırsa, bir noktadan sonra bu boşlukların malzeme üzerindeki olumsuz etkileri o kadar farklı yönlerde olur ki, birbirlerinin etkilerini zıt yönlerde sıfırlamaya başlayarak, daha az kaotik olan duruma kıyasla daha dengeli, düzenli bir malzemeye ulaşılır. Bu yüzden mühendisler, malzeme içerisinde düzensizlikleri arttırarak bir düzen yaratabilirler. Yani kaos unsurları arttırılmasına rağmen, düzen de artmaktadır. 


Kaotik düzeni anlatmak için kullanabileceğimiz bir eser...


 

"Cansız" olarak adlandırdığımız ve değişime aktif olarak karşı koyamayan varlıkların dünyasında bu tip bir seçilim mekanizması görmekteyiz. Bir kayayı ele alalım. Kaya, üzerine etkiyen kuvvetlere aktif olarak karşı koyamaz. Rüzgar, dalga, tozlar, canlıların etkileri ve daha nice kuvvet, her an bir kaya üzerine etkiyebilir, ondan parçalar koparabilir ya da daha sıkı, daha güçlü bir hale gelmesine sebep olabilir. Eğer bu kayanın birkaç gün içerisindeki değişimi gözlenirse, neredeyse hiçbir farkı olmadığı görülecektir. Ancak aynı kayanın bin, on bin, yüz bin, bir milyon yıl içerisindeki değişimi gözlenirse, kayanın tanınmayacak bir hal aldığı görülecektir. Peki bu, gerçekten bir evrim midir? Çünkü her değişimin evrim olmadığını biliyoruz. Örneğin ömrümüz içerisinde geçirdiğimiz hiçbir değişim (büyüme, gelişme, uzama, vb.) evrim değildir. Dolayısıyla bu kayanın geçirdiği değişim, evrim midir, gelişim mi? Yoksa hiçbiri mi, sadece, yalın bir "değişim" mi?

 

Elbette ki canlıların evrimi ile cansızlarınkini kıyaslamak zordur. Çünkü düzensizlik artışına aktif olarak karşı koyabilen varlıkların evrimi sadece karşı koyma aşamasında kalmamış, karşı koyabilmeyi en iyi bir şekilde başarabilenin kendisindeki bu güce sebep olan bilgileri gelecekteki diğer benzerlerine aktarabilme özelliği evrimleşmiştir (genetik materyal). Cansızlarda ise evrim, canlılardakinin aksine sadece "birey" içerisinde işlemektedir. Bir kayanın, kendisinden sonraki nesillerden bahsetmemiz mümkün değildir. Güçlü bir kaya, kendisini güçlü kılan yapıyı gelecek nesillere aktaramaz. Tüm bunlar, cansızların evrimsel değerlendirmesini güçleştirmekte ve tanımlarda köklü değişimlere gidilmesine sebep olmaktadır.

 

Dolayısıyla cansızların evrimini mezo boyutta, yani atom boyutu ile galaksiler arası boyut arasında kalan uzunluk ölçülerinde incelemek çok anlamlı olmayacaktır. Mezo boyutta (kaya, mezo boyuttadır) geçerli, daha doğrusu baskın olan fiziksel kuvvetler, nano (molekül, atom ve atomaltı parçacıkları boyutu) ve mikro (milimetrenin binde bir boyutu) boyutta baskın olanlardan çok farklıdır. Örneğin, az önce de bahsettiğimiz gibi, bizim içerisinde yaşadığımız ölçülerde (milimetre-kilometre arası) kütleçekim kuvvetleri oldukça baskındır; fakat adhezyon (farklı moleküllerin birbirini çekmesi), kohezyon (aynı moleküllerin birbirini çekmesi), yüzey gerilimi gibi kuvvetlerin etkisi yok denecek kadar azdır. Öte yandan kimyasal moleküller boyutuna inildiğinde, kütleçekimi göreceli olarak etkisini yitirirken, sayılan diğer kuvvetler (adhezyon, kohezyon, yüzey gerilimi gibi) hayati önem taşımaya başlamaktadır ve son derece baskındır. Bu kuvvetler ve bizim Dünya'mızda hiçbir etkisi olmayan daha başka sayısız kuvvet (van der Waals, dipol kuvvetler, Hidrojen bağları gibi), bir molekülün ne durumda olacağını belirlemektedir.

 

Bu kuvvetlerin etkisi ve doğanın kaotik yapısı incelemeye dahil edildiğinde, cansızlardaki evrimsel olabilecek değişime dair ilk izleri görmeye başlarız. Evet, bir kayanın "ömrü" içerisindeki değişimler muhtemelen evrim olarak değerlendirilemez. Peki ya moleküllerin sürekli olarak birleşip ayrılmaları, daha büyük yapılı hale gelmeleri, parçalanarak küçülmeleri ve hatta bölünüp ayrılmaları? Bunları evrimsel açıdan değerlendirebilir miyiz? Çünkü bu yapıların etraflarındaki stres (baskı) unsurlarına karşı direnci, iç yapıları ile belirlenmektedir. Evet, bu varlıkların genleri yoktur, ancak kaotik bir biçimde, yapılarından ötürü edindikleri fiziksel ve kimyasal nitelikler ve bu niteliklerin bulundukları çevreye göre seçilmesi, sonradan gelecek "nesilleri", yani onlardan oluşacak molekülleri etkilememekte midir? Eğer etkiliyorsa, bu bir nevi evrim olarak gözlenemez mi? İşte kimyasal evrim, bu gibi soruların cevabıdır.


Dünya'nın en prestijli okullarından olan Georgia Tech Üniversitesi'nde kimyasal evrim üzerine çalışan bir araştırma grubu bulunmaktadır. Dünya'daki sayısız örnekten sadece birisidir.

 


Bu da bizi, en baştaki argümanımıza geri götürmektedir. Eğer ki cansızlar üzerindeki seçilim baskısını ve yapıları gereği ortama en adaptif olanların, varlıklarını daha uzun sürdürmelerini moleküler boyutta kolaylıkla gözleyebiliyorsak, bu moleküllerin etkilerinden doğan sonuçları da gözleyebilmemiz mümkün olmaktadır. Hele ki kimi kimyasal, yapısı gereği kendilerinin kopyalarını yaratabildiği ve bu yaratma sürecini hızlandırabildiği için (bunlara "otokatalizör" adı verilir), böyle kimyasalların oluşumu, adeta "biyolojik benzeri bir evrim sürecini" doğurmaktadır. Çünkü yapısı gereği çevrelerine en uyumlu olanlar, en uzun süre varlıklarını korumaktadılar ve ola ki bu moleküllerin özelliği kendilerini çoğaltabilmekse (DNA, kendini çoğaltan tek kimyasal değildir!), o zaman biyolojik evrimin neredeyse tüm maddeleri sağlanmış olur. Dolayısıyla süreç içerisinde canlılık, cansızlığın bir türü olarak evrimleşmiş olabilir. 

 

Eğer buraya kadar her basamak anlaşılabildiyse, kişinin sorması beklenen şudur: 

 

 

Cansızlar Nasıl Evrim Geçirir?

 

Eğer ki "canlı" kelimesini "değişime ve düzensizliğe aktif olarak karşı koyabilen, cansızların içerisinde bulunan özel bir varlık türü" olarak tanımlayacaksak, cansızlığı "bunu da kapsayan; ama geriye kalan her şey" olarak tanımlamamız mantıklıdır. Yani bir atoma "cansız" diyorken, bir insana "canlı" diyorsak ve insanın sadece atomlardan oluştuğunu anlıyorsak, o zaman canlı ile cansız arasında bir fark olmadığını anlamışız demektir.


Bunu şöyle izah edelim: artık canlıların evrimleştiği, aklı başında olan herkes tarafından bilinen, kabul edilen ve takdir edilen bir gerçektir. Ancak canlıların biyolojik evrimine sebep olan temel unsur, DNA molekülleridir. Ancak bu moleküller, bir kayadan daha "canlı" değildirler. Tanım gereği DNA'lar, tıpkı bir kaya gibi cansızdırlar; ancak içlerinde bulundukları organizmaların evrimine neden olurlar. Çünkü evrim, DNA'daki değişimler değil, bir popülasyon içerisindeki tüm DNA'lardaki değişimlerin nesiller içerisindeki birikimidir. Bu açıdan bakıldığında evrim, tekil bir değişim değil, kolektif (bütüncül) bir değişimdir. Ancak canlılıktaki bu değişim, cansızlıktaki değişimin bir ürünüdür. DNA değişmezse, evrim de gerçekleşemez. Cansızlık evrimleşmezse, canlılık da evrimleşemez.

 

Bilindiği gibi, atomlar "cansız" varlıklardır. Atomların birleşiminden oluşan moleküller de "cansız" olmaktadır. Moleküllerin bileşiminden oluşan organeller de "cansız" olmaktadır. Organellerin bileşiminden oluşan hücreler de "cansız" olmaktadır. Hücrelerden oluşan varlıklar da "cansız" olmaktadır. Çünkü bu basamakların hiçbirinde, fiziksel yapıtaşlarından başka bir unsur işin içine dahil olmamaktadır. Yani canlılık, cansızlığın bir noktadan sonra eriştiği bir niteliktir. Aktivite ve organizasyonu sağlayabilecek moleküllerin bir arada bulunması, canlılığı yaratmaktadır. Canlılık ve cansızlık, hiyerarşik bir yapıdadır. Bunu anlamak, her şeyin temelinde yatmaktadır. Eğer ki canlılığın bir "özel" yapısı varsa, bu da 4.5 milyar yıldır geçirilen kimyasal evrimin ilerlediği yönden ibarettir, başka bir şey değil.


Moleküllerden hücrelere... Cansızlıktan canlılığa...


 

Şimdi, "cansız" tanımı net olarak kafamızda oluştuktan sonra, moleküllerin evrimini inceleyerek cansızlığın evrimi irdelenebilir. Çünkü biz işlevsel olması adına "canlı" dediğimiz kavramı organizmalar olarak görmekteyiz ve "hücre ile daha yukarısı" olarak tanımlamaktayız. Fakat bu çizgiyi çektiğimiz nokta (hücreler), tamamiyle bizim tanımımızdan ötürü belirlenmektedir. Normalde insanlara göre, kimyasal olan bir glikoz molekülü "cansız" iken, bu molekülü sadece başka kimyasallarla tüketen hücre "canlı"dır. Bunun tek nedeni, bizlerin canlılık tanımını aktivite ve organizasyonun bir arada bulunmasına göre tanımlıyor oluşumuzdur. Hücrelerden oluşan ve esasında kimyasallar yığını olan bir hayvan da "canlı"dır. Halbuki hücreyi meydana getiren her şey, aynı tanıma göre "cansız"dır.


Dolayısıyla sorumuzun neden kışkırtıcı ama hatalı olduğu anlaşılabilecektir: "Cansızlar evrimleşir mi?" sorusu, sorunlu bir sorudur. Çünkü evrimleşme, tanımı gereği cansızlıktan oluşan unsurların, cansızlığa bağlı olarak, nesiller içerisindeki farklılaşmasıdır. Evrimi tanımlayabilmemiz için, cansızların organizasyon bazında bir türevi olan canlılığın bulunması gerekir. Fakat canlılık ile cansızlık arasındaki çizgiyi, tamamen keyfi bir tanıma göre çizdiğimiz için, bu tanıma göre "cansız" olan varlıklar da evrimleşebilmektedir. Şimdi bunlara bir örnek vererek, cansızların nasıl evrimleştiğini göreceğiz.



Evrimleşen Cansızlara Bir Örnek: Prionlar

 

Cansızların evrimini incelemek için hücreleri oluşturan ya da yapısında bulunan bazı kimyasalların evrimlerini incelemek iyi bir başlangıç olacaktır. İsterseniz glikoz gibi bir molekül seçilebilir; ancak genetik materyale yakınlığı ile bilinen proteinler üzerinden gitmek çok daha kolay olacaktır. Hele ki elimizde prion adını verdiğimiz özel bir protein yapısı varken.

 

Prion, kelime anlamı olarak protein+enfeksiyon kelimelerinden türetilmiştir. Dolayısıyla, bu isimden de anlaşılabileceği gibi prion isimli proteinler enfeksiyona sebep olurlar, içerisinde bulundukları hücrenin yapısını ve işlevini bozarlar.

 

Bu tip yapılar, bilim dünyasında yabancı değildir. Virüslerin hemen hepsi ve bakterilerin büyük bir kısmı başka canlıları enfekte ederek işlevlerini ve yapılarını bozmaktadırlar. Prionları ilginç kılan, herhangi bir genetik materyale veya hücre zarı gibi koruyucu bir yapıya sahip olmayan, son derece sıradan protein molekülleri olmalarıdır.


Prionlar

 


Prionlar, 1982 yılında Stanley B. Prusiner tarafından tanımlanmış protein molekülleridir. Teknik olarak, yediğiniz etten aldığınız proteinlerden farksızdırlar. Onları özel kılan tek şey, kimyasal yapıları ve şekilleridir. Prionlar, yanlış katlanmış proteinlerdir. Normalde her proteinin, DNA tarafından belirlenen bir birincil, ikincil ve üçüncül şekli bulunmaktadır. Bu şekiller, temel olarak proteinin farklı yönlere, farklı şekiller ve noktalardan katlanması ile oluşmaktadır. Eğer bu katlanmada, sıradan kimyasal moleküller oldukları için, hatalar meydana gelirse, oluşan bu bozuk yapı "prion" dediğimiz hastalıklı bir yapı olabilmektedir.

 

Prionları hastalıklı yapan nokta, girdikleri hücrelerdeki son derece normal ve düzgün katlanmış proteinleri de kendileri gibi yanlış katlanmaya "teşvik etmeleri"dir. Bunu, özel katlanma yapıları sayesinde gerçekleştirmektedirler. Elbette isteyerek ya da düşünerek bunu yapmazlar, kimyasal şekillerinden ötürü, kendi yapılarına benzeyen proteinler ile bağ kurarlar (fizik ve kimya yasaları bağ kurmalarını dikte eder) ve diğer proteinlerin de kendileri gibi bükülmelerine ve yanlış katlanmalarına sebep olurlar. Bu yeni bozulmuş proteinler de diğer proteinleri bozabilirler. Böylece zincirleme bir şekilde bir yapıdaki tüm proteinlerin şekli ve özellikleri bozulmaya başlar. Bu da enzimatik faaliyetlerin durması, hücrenin ölmesi demektir.


Prionlarda çoğalma modelleri

 

Prionlar, insanların "cansız" olarak tanımlayacakları, bir şeker ya da yağ molekülünden farksız bir proten molekülüdür. Ancak bu cansız yapı, değişime aktif olarak karşı koyabilmenin ilk adımlarını atmakta ve kendisini değişime, yok olmaya karşı korumaktadır. Bunu, sayısını hızla arttırarak yapar. Bu süreç sırasında, bozuk proteinde meydana gelen fazladan hatalar, yeni oluşacak prionların yapısının bozulmasına sebep olabilir. İşte bu evrimdir. Yeni prionlar, gittikçe atalarından farklı olabilecekler ve belki daha farklı, atalarının tepkimeye giremeyecekleri kimyasallarla tepkimeye girebileceklerdir.

 

Bu konuda çok fazla teknik ayrıntıya girmek istemiyoruz, ancak prionların en meşhur oldukları konu deli dana hastalığı olarak adlandırılan, bilimsel adı Büyükbaş Süngerimsi Beyin Anomalisi (Bovine Spongiform Encephalopathy) hastalığıdır. Bu hastalık, prionlardan kaynaklanmaktadır ve beyindeki hücrelerin kademe kademe ölmesine sebep olmaktadır. Üstelik bu ölüm, prionlardan, yani hatalı proteinlerin diğer proteinlerin işlevlerini bozmasından kaynaklandığı için, hücreler doğrudan ölmemekte, ölene kadar işlevlerini yitirip farklılaştırarak kötüleşmektedirler. Bu yüzden delidana hastalığına yakalanmış büyükbaş hayvanların davranışlarında anormallikler görülmektedir (hastalığın popüler adı buradan gelmektedir).

 

Bu yanlış katlanmış proteinleri alan insanların (ya da diğer hayvanların) proteinleri de, bu yabancı ve hastalık yapıcı proteinler tarafından değiştirilmeye başlar. Evrim, burada devreye girer. Bu bozulma sırasında kimi çeşitteki yeni prion hücre tarafından yok edilebilirken, kimi yok edilemez ve başka proteinleri bozmaya devam eder. İşte bu, hızla daha saldırgan ve dayanıklı proteinlerin hayatta kalmasına sebep olur. Zaman geçtikçe hep daha saldırgan ve dayanıklı prionlar popülasyon içerisinde yayılırlar ve daha fazla hastalık yaymaya (diğer proteinleri bozmaya) başlarlar. İşte prionların zaman içerisinde daha dayanıklı ve saldırgan hale gelmelerinin tanımı tek kelimeyle evrimdir.

 

Sonuç olarak prionlara baktığımızda, hiçbir genetik materyalleri bulunmamasına rağmen, tamamen rastlantısallıklar ve ortam şartları etkisi altında farklı çeşitlere dönüşebilmektedirler ve bu şekillerden başarılı olanlar varlıklarını sürdürmeye devam etmektedirler. Bu başarılıların zaman geçtikçe artmaları ve popülasyonun en adapte olanlara doğru değişimi evrimin ta kendisidir. 

 

Prionların varlığı bize cansızlıktan canlılığın evrimini bir kere daha ispatlamakta ve mümkünatını göstermektedir. Cansızlar, canlılarınkine çok yakın bir şekilde evrim geçirebilmektedirler. Elbette ki bir kayadan, bir at gibi evrim geçirmesi beklenemez. Ancak kayaya "cansız" dememizin sebebi olan unsurların tamamını taşıyan prionlar, moleküler düzeyde tıpkı genetik materyale sahip ve "üstün" olarak gördüğümüz canlılar gibi evrim geçirebilmektedirler. 


Prionlardan bir adım öteye gittiğimizde, yine cansız olan ancak bariz bir biçimde evrimleşebilen virüsleri görürüz. Virüslerin evrimiyle ilgili olarak "Evrim Mekanizmaları - 12: "Canlı" ve "Cansız" Kelimelerinin Anlamsızlaştıran Varlıklar - Virüsler (Bakteriyofaj)" ve "Evrim'in Katil Virüsü: HIV" başlıklı makalelerimizi okuyabilirsiniz.



Cansızlığın Evriminin "Soyut" Boyutu


Tabii ki, bu noktada bahsetmeden geçemeyeceğimiz bir diğer unsur ise, "cansız" olarak niteleyebileceğimiz ancak soyut olan kavramların evrimidir. Örneğin kültürün, sanatın, müziğin, dinin, estetiğin, ahlakın vb. unsurların evrimi, cansız evrimi olarak nitelendirilebilir. Ancak Evrim Ağacı olarak bizler, bunları canlılığın birer ürünü olarak aldığımız için, illa "cansız" olarak nitelendirmemiz gerekmediğini ve biyolojik evrimin birer yan ürünü olarak görmeyi doğru buluyoruz. Bu sebeple burada detaylarına girmeyeceğiz, konularla ilgili ayrı yazılarımızı okuyabilirsiniz.



Evrimin Evrimi


Bu verileri önümüze koyup incelediğimizde, sadece cansızlığın evrimini değil, giderek karmaşıklaşarak canlılığa ulaşan bir evrim görürüz. Belki bir kaya, kömür, beton gibi cansız yapılar evrimleşemiyor olsalar da, moleküler düzeyde bir evrimsel değişim, bir kimyasal evrim görmemiz mümkündür. Moleküler boyutun bir adım ötesinde yer alan prionlar, giderek evrimleşmenin belirgin izlerini göstermeye başlarlar. Belki prionların evrimi bile, tam olarak biyolojik bir evrim değildir; ancak cansız yapılar dahilinde evrimin ilk izlerini gördüğümüz yerdir. Bir adım daha öteye gittiğimizde, yine cansız bir madde olan nükleotitlere ve DNA moleküllerine ulaşırız. Bu yapılar, tamamen cansızdırlar ve kendi başlarına bir anlam ifade etmezler; ancak bariz bir biçimde evrimleşebilirler ve organizmaların evriminin temel birimleridirler. Bir adım daha öteye gidip, virüslere ulaştığımızda, bildiğimiz anlamıyla evrimi tüm hatlarıyla görmeye başlarız. Virüslerin kendilerine has organizasyonları ve iç aktiviteleri vardır; ancak bu ikisine aynı anda sahip olamazlar, farklı evrelerde bu ikisinden sadece biri aktif olur. Dolayısıyla canlılık ile cansızlık arasındaki ince çizgide yer alırlar ve net bir biçimde evrimleştiklerini gözleyebiliriz. Virüslerden bir sonraki adım ise, bildiğimiz canlılık ve bu canlılık dahilinde gözlediğimiz (Evrim Ağacı'nın ana konusu olan) biyolojik evrimdir. Dolayısıyla "evrimin evrimi" gibi görebileceğimiz bu olaylar silsilesi, kademeli geçişin ilgi çekici ve hoş örneklerinden birini bize sunmaktadır.

 


Sonuç


Bu konudan çıkarmamız gereken en önemli 2 ders şöyledir:

 

1) Canlılar, en nihayetinde cansızlar yığınıdır. Dolayısıyla cansızlığın nerede bitip, canlılığın nerede başladığı net bir şekilde tespit edilemez. Sadece bazı önkabuller yapmamız gerekir.

 

2) Cansızlar moleküler düzeyde evrimleşebilirler. Bu evrim, canlıların evrimine doğrudan etki edebileceği gibi, 4 milyar yıl kadar önce, canlılığın başlangıcında, doğrudan canlılığın evriminin sebebi/kaynağı da olmuş olabilirler.

 

Makro düzeyde bazı başka cansız evrimi hipotezleri de bulunmaktadır. Örneğin tarafsız olarak bakıldığında Dünya, bulunduğu konum sebebiyle üzerinde canlılığı ve en nihayetinde zeki varlıkları evrimleştirebilmiş bir gezegendir. Bunu isteyerek yapmamıştır; ancak evrim de zaten isteyerek olan bir süreç değildir. Bu gezegendeki bu yaşam formları, Dünya'nın diğer gezegenlere kıyasla yok olma ihtimalini teknik olarak azaltma başarısına sahiptirler (gelen göktaşlarını yok etmek gibi). Bu da, bu gezegenlerin diğerlerine göre bir "üstünlük" sağlamasına sebep olabilmektedir.


Güneş Sistemi içerisindeki gezegenlerden Dünya, üzerinde canlılığı barındırmasından ötürü diğerlerine karşı avantajlı mıdır? Yoksa devasa bir gaz kütlesi olan Jüpiter, kütlesi dolayısıyla daha mı avantajlıdır? Mezo ve makro boyutta cansızlığın evrimini tanımlamak çok güçtür.


 

Ne var ki bu hipotezler, oldukça farazi oldukları ve bilimsel açıdan işe yaramaz görüldükleri için tutulmamaktadırlar ve pek fazla bilim insanı bu konular üzerinde durmamaktadır. Çünkü Dünya'nın, üzerindeki varlıklardan ötürü kendisini koruyabilmesi, evrimsel nasıl bir etki yaratabilir, bu tam olarak açıklanamamaktadır. Evet, Dünya üzerindeki yaşamı mümkün kılarak, kendi varlığını sürdürmektedir; ancak bunun Dünya'nın "hayatta kalması" üzerinde bir etkisi olsa da, "üremesi ve gelecek nesilleri, yeni gezegenleri yaratması" üzerinde bir etkisi yoktur. Yazı boyunca da izah ettiğimiz gibi, cansızlığın üreyemiyor ve sürekliliğini sağlayamıyor oluşu, biyolojik evrim ile değerlendirilmelerini güçleştirmektedir. Ancak moleküler düzeye indiğimizde devreye giren fizik ve kimya yasaları, bu sürerliği dolaylı bir yoldan sağlayarak, yeni bir evrim tanımını, kimyasal (moleküler) evrim tanımını yapabilmemizi sağlamaktadır. Çünkü bu boyutta, prionlarda olduğu gibi, üreme olmasa da nesiller boyu değişim yaratabilme ve kendine benzer yapılar üretebilme şansı bulunmaktadır. Mezoboyutta bu her zaman mümkün olmaz.


Zaten Evren'de sürekli bir değişim olduğu net bir şekilde bilinmektedir. Hiçbir şey aynı kalmaz, her şey değişir; buna canlılar da dahil, cansızlar da... Ancak canlılar için özel olarak tanımlanan doğa yasaları olan Evrim Mekanizmaları'nın cansızlar üzerinde de, mikro boyutta da olsa, büyük oranda benzer şekilde etki ettiğini görmek, insanı ürperten ve cansızlık ile canlılık arasında hiçbir fark olmadığını hatırlatan güzel bir örnektir. Kısaca, cansızlığın da evrim geçirdiğini bilmek ve bu evrimin canlılığın başlangıcında rol oynamış olduğunu düşünmek gerekmektedir. 


Tabii ki bu konuda halen araştırılmakta olan yığınla konu bulunmaktadır ve yeni bulgular, yeni cevapları ve soruları da beraberinde getirmektedir. Yeri geldikçe bunlara da değineceğiz.

 

Umarız faydalı olabilmiştir.

 

Saygılarımızla.


Yazan: ÇMB (Evrim Ağacı)


---


Abiyogenez Yazı Dizisinin Diğer Yazıları:

Abiyogenez - 1: Kimyasal Evrim, Canlılık ve Cansızlık Tanımları
Abiyogenez - 2: Canlılığın Temelindeki Moleküllere Giriş: 'Hayat Molekülleri'
Abiyogenez - 3: Nükleotitler, Genler, DNA, Kromozom ve Diğer Genetik Yapıların Özellikleri ve İşleyişi
Abiyogenez - 4: İlk DNA Nasıl Oluştu? - Retrovirüsler, "Önce-RNA Hipotezi" ve "RNA Dünyası Kuramı"
Abiyogenez - 5: Ribozim, RNA ve DNA'nın Evrimi
Abiyogenez - 6: İlkin Dünya Koşullarında Koaservatların Cansızlıktan Evrimi ve Yağların Önemi
Abiyogenez - 7: Büyük Hayat Moleküllerinin Oluşumu ve Canlılığın Cansız Temeli
Abiyogenez - 8: Koaservatların Evriminin Kısa ve Dar Bir Özeti
Abiyogenez - 9: Proteinler Kendi Kendilerine Nasıl Oluştular? Proteinin Oluşma Hesapları Üzerine...
Abiyogenez - 10: Bütün Canlıların Ortak Amacı Neden "Hayatta Kalmak" ve "Üremek"tir?

Kaynaklar ve İleri Okuma:

  1. Science-1
  2. Science-2
  3. Nature
  4. Origins of Life and Evolution of Biospheres
  5. BBC
  6. John Lieff, MD
  7. Biogenesis, abiogenesis, biopoesis and all that, Carl Sagan, Origins of Life and Evolution of Biospheres, Volume 6, Number 4 (1975), 577, DOI: 10.1007/BF00928906
  8. Conversion of light energy into chemical one in abiogenesis as a precondition of the origin of life, T.E. Pavloyskaya, T.A. Telegina, Origins of Life and Evolution of Biospheres, Volume 19, Numbers 3-5 (1989), 227-28, DOI: 10.1007/BF02388822
  9. Abiogenesis and photostimulated heterogeneous reactions in the interstellar medium and on primitive earth: Relevance to the genesis of life, A.V. Emeline et al., Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, Volume 3, Issue 3, 31 January 2003, Pages 203–224
  10. The possibility of nucleotide abiogenic synthesis in conditions of “KOSMOS-2044” satellite space flight, E.A. Kuzicheva, Advances in Space Research, Volume 23, Issue 2, 1999, Pages 393–396
  11. The emergence of the non-cellular phase of life on the fine-grained clayish particles of the early Earth's regolith, Mark D. Nussinov, et al., Biosystems, Volume 42, Issues 2–3, 1997, Pages 111–118
  12. Models for protocellular photophosphorylation, Peter R. Bahn, et al., Biosystems, Volume 14, Issue 1, 1981, Pages 3–14
  13. Evolution and self-assembly of protocells, Richard V. Sole, The International Journal of Biochemistry & Cell Biology, Volume 41, Issue 2, February 2009, Pages 274–284
  14. Sufficient conditions for emergent synchronization in protocellmodels, Journal of Theoretical Biology, Volume 254, Issue 4, 21 October 2008, Pages 741–751
  15. The emergence of ribozymes synthesizing membrane components in RNA-based protocells, Wentao Ma, et al., Biosystems, Volume 99, Issue 3, March 2010, Pages 201–209
  16. The “protocell”: A mathematical model of self-maintenance, Helmut Schwegler, et al., Biosystems, Volume 19, Issue 4, 1986, Pages 307–315
  17. Computational studies on conditions of the emergence of autopoietic protocells, Naoaki Ono, Biosystems, Volume 81, Issue 3, September 2005, Pages 223–233
  18. Bifurcation for a free boundary problem modeling a protocell, Hua Zhang, et al., Nonlinear Analysis: Theory, Methods & Applications, Volume 70, Issue 7, 1 April 2009, Pages 2779–2795
  19. Protocell self-reproduction in a spatially extended metabolism–vesicle system, Javier Macia, et al., Journal of Theoretical Biology, Volume 245, Issue 3, 7 April 2007, Pages 400–410
  20. A nonlinear treatment of the protocell model by a boundary layer approximation, Kazuaki Tarumi, et al., Bulletin of Mathematical Biology, Volume 49, Issue 3, 1987, Pages 307–320
  21. A model for the origin of stable protocells in a primitive alkaline ocean, W.D. Snyder, et al., Biosystems, Volume 7, Issue 2, October 1975, Pages 222–229
  22. Facilitated diffusion of amino acids across bimolecular lipid membranes as a model for selective accumulation of amino acids in a primordial protocell, William Stillwell, Biosystems, Volume 8, Issue 3, December 1976, Pages 111–117
  23. The origins of behavior in macromolecules and protocells, Sidney W. Fox, Comparative Biochemistry and Physiology Part B: Comparative Biochemistry, Volume 67, Issue 3, 1980, Pages 423–436
  24. Self-organization of the protocell was a forward process, Sidney W. Fox, Journal of Theoretical Biology, Volume 101, Issue 2, 21 March 1983, Pages 321–323
  25. From prebiotic chemistry to cellular metabolism—Thechemicalevolution of metabolism before Darwinian natural selection,Enrique Melendez-Hevia, et al., Journal of Theoretical Biology, Volume 252, Issue 3, 7 June 2008, Pages 505–519
  26. Natural selection in chemical evolution, Chrisantha Fernando, et al., Journal of Theoretical Biology, Volume 247, Issue 1, 7 July 2007, Pages 152–167
  27. Chemical evolution of amino acid induced by soft X-ray with synchrotron radiation, F. Kaneko, et al., Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, Volumes 144–147, June 2005, Pages 291–294
  28. Radiation-induced chemicalevolution of biomolecules, Kazumichi Nakagawa, Radiation Physics and Chemistry, Volume 78, Issue 12, December 2009, Pages 1198–1201
  29. Evolution of DNA and RNA as catalysts for chemical reactions, Andres Jaschke, et al., Current Opinion in Chemical Biology, Volume 4, Issue 3, 1 June 2000, Pages 257–262
  30. Anatomical correlates for category-specific naming of living andnon-living things, Carlo Giussani, et al., NeuroImage, Volume 56, Issue 1, 1 May 2011, Pages 323–329
  31. Formamide in non-life/lifetransition, Raffaele Saladino, et al., Physics of Life Reviews, Volume 9, Issue 1, March 2012, Pages 121–123
  32. Major life-history transitions by deterministic directional natural selection, Lars Witting, Journal of Theoretical Biology, Volume 225, Issue 3, 7 December 2003, Pages 389–406
  33. From the primordial soup to the latest universal common ancestor, Mario Vaneechoutte, et al., Research in Microbiology, Volume 160, Issue 7, September 2009, Pages 437–440
  34. How life evolved: Forget the primordial soup, Nick Lane, The New Scientist, Volume 204, Issue 2730, 14 October 2009, Pages 38–42
  35. Modelling the early events of primordial life, Yu. N. Zhuravlev, et al., Ecological Modelling, Volume 212, Issues 3–4, 10 April 2008, Pages 536–544
  36. From a soup or a seed? Pyritic metabolic complexes in the origin of life, Matthew R. Edwards, Trends in Ecology & Evolution, Volume 13, Issue 5, May 1998, Pages 178–181
  37. Self-organization vs. self-ordering events in life-origin models, David L. Abel, Physics of Life Reviews, Volume 3, Issue 4, December 2006, Pages 211–228
  38. The steroid receptor RNA activator is the first functional RNA encoding a protein, S. Chooniedass-Kothari, et al., FEBS Letters, Volume 566, Issues 1–3, 21 May 2004, Pages 43–47
  39. RNA, the first macromolecular catalyst: the ribosome is a ribozyme, Thomas A. Steitz, et al., Trends in Ecology & Evolution, Volume 28, Issue 8, August 2003, Pages 411–418
  40. Did the first virus self-assemble from self-replicating prion proteins and RNA?, Omar Lupi, Medical Hypotheses, Volume 69, Issue 4, 2007, Pages 724–730
  41. Characters of very ancient proteins, Bin Guang-Ma, et al., Biochemical and Biophysical Research Communications, Volume 366, Issue 3, 15 February 2008, Pages 607–611
  42. Simple coacervate of pullulan formed by the addition of poly(ethylene oxide) in an aqueous solution, Hiroyuki Ohno, et al., Polymer, Volume 32, Issue 16, 1991, Pages 3062–3066
  43. Preparation of polyacrylamide derivatives showing thermo-reversible coacervate formation and their potential application to two-phase separation processes, Hiroaki Miyazaki, et al., Polymer, Volume 37, Issue 4, 1996, Pages 681–685
  44. Coacervate complex formation between cationic polyacrylamide and anionic sulfonated kraft lignin, Alois Vanerek, et al., Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Volume 273, Issues 1–3, 1 February 2006, Pages 55–62
  45. Complex coacervates as a foundation for synthetic underwater adhesives, Russell J. Stewart, et al., Advances in Colloid and Interface Science, Volume 167, Issues 1–2, 14 September 2011, Pages 85–93
6 Yorum