Abiyogenez - 6: İlkin Dünya Koşullarında Koaservatların Cansızlıktan Evrimi ve Yağların Önemi

Gece Modu

Bu yazı, Evrim Ağacı'na ait, özgün bir içeriktir. Konu akışı, anlatım ve detaylar, Evrim Ağacı yazarı/yazarları tarafından hazırlanmış ve/veya derlenmiştir. Bu içerik için kullanılan kaynaklar, yazının sonunda gösterilmiştir. Bu içerik, diğer tüm içeriklerimiz gibi, İçerik Kullanım İzinleri'ne tabidir.

Bu yazı, Abiyogenez Teorisi yazı dizisinin 7. yazısıdır. Dizinin ilk yazısına gitmek için buraya, dizideki tüm yazıları görmek için buraya tıklayınız. Yazı dizileri, EA Akademi'nin bir parçasıdır.

Yazı dizisi içindeki ilerleyişinizi kaydetmek için veya kayıt olun.

Bu yazımızda sizlerle Dünya üzerinde yaşamış, yaşayan ve bildiğimiz kadarıyla yaşayacak olan her canlının atası konumunda olan koaservatlar (ön hücreler: en ilkin hücre formları) hakkında bilgiler verecek ve bunların evrimsel ve biyokimyasal oluşumlarını inceleyeceğiz. Önceki yazılarımızda da açıkladığımız gibi "canlı" dediğimiz varlık formunun oluşabilmesi, bazı biyokimyasal tepkimelerin gerçekleştirilebilmesine ve sürerliliğine bağlıdır. İşte bu yazımızda bu sürerliliğin adım adım nasıl kazanıldığını görecek ve dıştan baktığımızda "cansız" dediğimiz bir varlık formunun nasıl olup da, ne biçimlerden geçerek, hangi noktada "canlı" olduğunu göreceğiz. Bu büyüleyici yolculukta aynı zamanda birçok yan bilgi vererek sizlerin canlılığa bakış açısını daha bilimsel bir temele oturtmaya çalışacağız.

Yine önceki yazılarmızdan da hatırlayacaksınız ki canlıları cansızlardan ayıran tek özellik, Dünya üzerindeki ilk maddesel başlangıçtan sonra, yeryüzündeki maddelerin (ve hepsine "cansız" dediğimiz maddelerin) farklı yönlere doğru geçirdikleri kimyasal evrim'dir. Yani Dünya üzerinde var olan maddelerin bir kısmı, bulundukları çevrenin zorunlu kıldığı bir kimyasal evrim sürecinden geçmiş ve çok çeşitli, sayısız maddenin oluşumunu sağlamışlardır. Başlangıçtaki maddelerin bir diğer kısmı ise yine bulundukları çevrenin onlara dikte ettiği şekilde, belli bir yönde birikerek, sayısız deneme-yanılma ve seçilimden geçmiş ve sonunda bizim "canlılık" olarak isimlendirdiğimiz madde formuna ulaşmışlardır. Bu varlık formula ilgili bilmemiz gereken en önemli nokta, daha önce de bahsettiğimiz gibi esasında yapıtaşları bakımından tamamen "cansız" olmaları; ancak organizasyonları ve bu organizasyon dahilinde sahip oldukları aktivitelerden ötürü bizim "canlı" olarak kategorize ediyor olmamızdır. Aslında onlara bizim gözümüzde "canlı" ünvanını veren bu iki özelliği bile (aktivite ve organizasyon) yalnızca cansız moleküller aracılığıyla meydana gelen süreçlerin kazandırdığını unutmayınız. Kısaca "canlılık" bir skala gibidir. Aslında her şey cansızdır; ancak bir noktadan sonra, organizasyon ve aktivite özelliklerine sahip olabilen cansız varlıklara biz "canlı" demekteyiz. Bunun da tek amacı doğada gördüğümüz farklı varlık tiplerini kategorize edebilmektir.

Bu madde formları; ya da ilkin canlılar, 4 milyarlık bir değişim süreci sonrasında doğayı ileri düzeyde algılayabilecek bir hayvan türü olan insanı (ve insanla birlikte daha nice canlı formlarını) evrimleştirebilmiştir. İnsan, etrafındaki varlıkları incelemiş ve az önce değindiğimiz kriterlere göre kimini "canlı", kimini "cansız" olarak isimlendirmiştir. Yani buradan da görebileceğiniz gibi aslında doğada canlı ya da cansız diye bir ayrım bulunmamaktadır; sadece farklı yönlere doğru gelişmiş atomlar ve moleküller bütünleri ya da yığınları bulunmaktadır.

Şimdi hep birlikte, Evren'de, çoğunlukla yıldızlarda üretilen maddelerin Dünya isimli gezegende yoğunlaşmasından sonra bizim "canlılık" olarak isimlendirdiğimiz varlık formuna doğru geçirdikleri moleküler (kimyasal) evrim'i adım adım ve gözümüzde canlandırarak izleyelim:

4.5 Milyar Yıl Öncesine Bir Yolculuk...

Koaservatlar, "cansız" veya inorganik moleküllerden oluşan, ilk "canlı" (organik moleküllerden oluşan, kompleks) özellikli moleküllerdir. Yani Dünya üzerinde var olan, olmuş ve olacak her canlının atası, ilkin hücreler olarak düşünebileceğimiz koaservatlardır. Bunlar, günümüz hücrelerinden çok daha ilkeldirler ve sadece bir zırh ile zırh içerisinde hapsolmuş moleküllerden ibarettirler. Ancak bu zırh belli oranda molekül transferine izin vermektedir; dolayısıyla ilkin bir madde alışverişine de izin vermektedir. Bunlara tekrar döneceğiz.

İlkin koaservatların oluşabilmesi için 600 milyon yıllık bir süreç gerekmiştir. Bu süreç, Dünya'nın oluştuğu 4.5 milyar yıl öncesiyle, ilk canlılığın başladığı 3.9 milyar yıl öncesine kadar sürmüştür. Bu süreçte belki bugünkü canlıların atası olan koaservatlar haricinde pek çok canlılığa temel olma potansiyeli olan başka yapılar da gelişti; ancak bunların hemen hemen hepsi varlıklarını koruyamadılar ve yok oldular (tıpkı birçok insan türünün evrimleşmesi ancak sadece bizim hayatta kalabilmemiz gibi). Ancak bu sayısız denemeden bir grubu, bizim bugün "koaservat" dediklerimiz, yapılarını koruyabilecekleri kadar güçlü ve çevrelerine uygun durumdaydılar. İşte bunlar, Darwin'in deyimiyle "basit bir başlangıçtan, envai çeşitte canlılığa" doğru evrimleşecek ilk basamaktılar. 

Koaservatların oluşumunu ve evrimini anlayabilmek için, belki de o dönemin ortamına sizi götürmemizde fayda var. Düşünün ki son derece kaotik ve tehlikeli bir ortamdasınız. Dünya sürekli bir bombardıman altında. Ozon tabakası henüz hiç oluşmadı. Dünya, sadece göktaşları tarafından değil, aynı zamanda Güneş'ten ve uzayın derinliklerinden gelen elektromanyetik ve radyoaktif ışınımların etkisi altında. Dünya üzerinde açık hava ile temas halindeki her şey ama her şey bu bombardımandan nasibini alıyor. Dünya'nın sıcaklığı bugünkü normallerden kat kat yüksek. Güneş gören tarafı sürekli aşırı sıcakken, karanlık kalan tarafı çok soğuk. Dolayısıyla gece ve gündüz sıcaklık farkları akıl almaz derecede yüksek. Üstelik Dünya, günümüzde olduğundan çok daha hızlı dönüyor ve dolayısıyla muhtemelen günlerin uzunlukları 24 saatten daha kısa... Yaklaşık olarak dışarıdan bakan birine şöyle gözüküyor:

Aradan milyonlarca ve milyonlarca yıl geçiyor. Hala kıtalara ve kara parçalarına dair pek bir iz yok ve Dünya yavaş yavaş gerek kuyrukluyıldızlardan, gerekse de yerin derinliklerinden gelen suyun buharlaşması ve tekrar yoğunlaşması sonucu sürekli yağmur ve fırtına altında. Üstelik giderek sertleşiyor ve soğuyor. Halen Dünya üzerindeki her nokta bu fırtınalar, elektromanyetik patlamalar ve yoğun radyoaktiviteden de etkilenmekte... Bu olaylardan sonra Dünya'yı yaklaşık olarak şöyle görüyoruz:

Dünya'mızın "mükemmel" bir "düzen" içerisinde olduğunu sanan insanların o günleri görmesini gerçekten isterdik. Zira Dünya için kullanılabilecek son sıfatlardan biri "düzenli" idi. İşte bu kaos ortamı içerisinde, birçok olay da süregelmekteydi. Bunların birçoğu yüksek radyoaktivitenin etkisi altında bozunan atomların etkileriydi. Dünya, dediğimiz gibi sürekli "dövülmekteydi". Sürekli yağan yağmurların etkisiyle artık hemen her yer sular altındaydı. Ve henüz tek bir canlılık bile bulunmamaktaydı. Hatta dengeli ve büyük yapılı molekülleri bulmak bile güçtü.

Yine milyonlarca ve milyonlarca yıl geçti... Halen ortam son derece kaotikti, fakat giderek artan miktarda kimyasal tepkime Dünya'nın dört bir yanını doldurmaya başlamıştı. Gezegendeki su miktarı yıllar geçtikçe artıyordu. Bunun sebebi hem kuyrukluyıldızların taşıdığı aşırı yüksek hacimdeki sular, hem de gezegen üzerinde meydana gelen tepkimelerin yan ürünü olarak üretilen su molekülleriydi. Bu durum, Dünya'nın soğumasını hızlandırdı. Ayrıca yer katmanlarında meydana gelen tepkimelerden salınan gazlar, atmosfer tabakasını yavaş yavaş oluşturmaya başlıyordu. İlk etapta, Dünya yeterince yoğun ve yüksek kütleli değilken bu gazları gezegenimiz tutamıyor ve gazlar, sürekli uzaya saçılıyordu. Ancak meteor bombardımanı ve soğumayla gelen yüksek kütle ve yoğunluk, bu gazların tutulabileceği kadar kütleçekimini mümkün kıldı. Bu kütleçekimi, gezegende milyarlarca yıl egemen olacak canlılığı da mümkün kılacaktı. Milyonlarca yıl süren yağışlar ve kaotik ortam sonucunda, Dünya yaklaşık şuna benziyordu:

Görülebileceği gibi halen okyanuslar tam olarak oluşmamıştı; ancak yer katmanları giderek kalınlaşan bir su tabakasıyla örtülmekteydi. Dönem boyunca oluşan volkanlar, bu yükselen su seviyesi altında kalmaya başladılar. Böylece oluşan devasa okyanuslar, gezegeni bir tül gibi örtmeye başladı. Meteor yağmurları halen devam ediyordu ve gezegene kütle taşımayı sürdürüyorlardı. Ayrıca bu süreçte gezegendeki kimyasal çeşitlilik de durmaksızın artış göstermekteydi. Sonunda, aradan milyonlarca yıl geçtikten sonra, Dünya tamamen sulara gömüldü:

 Bu süreç daha milyonlarca yıl sürecekti. Ancak kısa sürede, gezegen kendi koşulları dahilinde dengeye ulaşmaya başladı. Atmosfer tabakası giderek kalınlaşıyordu ve bu, radyasyonun etkilerini azaltıyordu. Elbette halen radyasyonun etkisi çok yüksekti; ancak atmosfer koruyucu bir görev görüyordu. Fakat atmosferden çok daha önemli olan koruyucu, okyanuslardı. Radyasyonun etkileri, yüzlerce metreye ulaşan okyanusun sadece yüzeye yakın 200 metrelik kısmına işleyebilmektedir. Dolayısıyla 200 metreden aşağıda radyasyonun zararlı etkileri görülmez. 

Bu, gezegenimizi özel kılacak çok önemli bir adımdır. Öte yandan radyasyonu her zaman yıkıcı olarak da görmemek gerekmektedir. Her ne kadar karmaşık ve çok büyük yapılı bileşikler için genellikle engel teşkil etse de, birçok kimyasal tepkimeyi binlerce ve milyonlarca kat hızlandıracak katalizör etkisi de görebilmektedir. Bu sayede, atmosfer içerisinde daha önceki yazılarımızda ele aldığımız birçok tepkimenin içerisine katılacak kimyasallar üretilebilmektedir ve gezegene resmen "yağmur gibi" yağabilmektedirler. Bu kimyasallar, yeryüzünü kaplayan okyanuslara dökülmekte ve diplere çökelmektedir. Bu da, gezegenin kimyasal çeşitliliğini ve bunların farklı fiziksel koşullarda girdikleri tepkimelerin sayısını aşırı miktarda arttırmaktadır. Tüm bunlar, canlılığın temellerinin atılabilmesi için gerekli ön koşulları sağlamaktadır.

Aradan milyonlarca yıl geçtikçe, yer hareketleri de giderek karmaşıklaşmaktadır. Soğuma sonrası gezegenin tabanında oluşan plakalar, magma hareketleri sebebiyle kaymaya ve hareket etmeye başlarlar. Bu sayede, ilk kara parçaları da oluşmaya ve su yüzeyinde belirmeye başlar. Ayrıca halen meteor yağmurları ciddi anlamda devam etmektedir; ancak zaman geçtikçe bu konuda da dinginleşme başlamıştır. Gezegenimiz, o dönemlerde yaklaşık olarak şöyle görülmektedir:

Ancak canlılık için odaklanmamız gereken yer ne karalardır, ne atmosferdir, ne de su yüzeyidir. Çünkü buralar halen yüksek radyasyon ve ısı altındadır, üstelik yeterli ve gerekli fiziksel çeşitliliğe sahip değildirler. Ne var ki gezegenimiz üzerindeki çok özel bazı noktalar, canlılık için büyük öneme sahip olacaktır: okyanus tabanları.

Okyanus tabanlarında, yeryüzü boyunca bulunan çatlak ve yarıklardan sızan magma ve okyanus diplerinde bulunan kimyasalların sayısı ve çeşitliliği, sayısız kimyasal tepkimeyi mümkün kılacak fiziksel ve kimyasal olanakları sunmaktaydı. Magmanın yeryüzüne ulaştığı noktalarda, sıcaklık gradyanları (150-200 derece kadar yüksek sıcaklıklardan, 0 dereceye yakın düşük sıcaklıklara kadar giden bir sıcaklık dağılımı) oluşmaktaydı. Bu gradyanlar sayesinde, çok farklı kimyasal tepkimeler gerçekleşebilmekteydi. Üstelik bu tepkimeleri birbirinden ayırabilecek "odacık" yapıları bulunmaktaydı. Bu jeolojik oluşumlara hidrotermal bacalar adını veriyoruz ve yaklaşık olarak şöyle görünmektedirler (günümüzde de halen çok miktarda bulunmaktadır):

Bu bacaların derinliklerinde çok yüksek sıcaklıklarda meydana gelen tepkimeler meydana gelmekteyken, bacaların dış kısmında, okyanusun derinliklerine doğru azalan sıcaklıklarda tamamen farklı tepkimeler gerçekleşebilmekteydi. Üstelik kimyasal derişim bakımından da farklı odacıklardan oluşan bu bacalar, tabiri yerindeyse tam bir "kimyasal tepkime fabrikası" olarak çalışmaktaydılar. Bunu anlamanın en güzel yolu, aşağıdaki görselleri incelemektir. Göreceğiniz gibi hidrotermal bacaların etrafında yoğun bir kimyasal çeşitlilik bulunmaktadır ve sıcaklık gradyanlarının varlığı, enzimlerin yetersiz olduğu bu dönemlerde bir katalizör etkisi görüyor bu kimyasalların bacaların etrafında birbirinden çok farklı tepkimelere girmesini sağlıyordu.

 

Üstelik sadece hidrotermal bacalar da değil... Daha önce de belirttiğimiz gibi atmosfer içerisinde meydana gelen birçok tepkimenin ürünleri, okyanuslara yağmayı sürdürüyor ve tabanlarda birikiyordu. Dolayısıyla çok farklı ortamlarda, inanılmaz geniş bir yelpazede kimyasal çeşitlilik oluşuyordu. 

İşte bu fabrikalar içerisinde canlılık ile alakalı veya alakasız çok sayıda tepkime meydana gelmekteydi. Ancak bu tepkimelerden bazıları, canlılığın temellerinin atılmasını mümkün kıldı. Bu tepkimeleri ve örneklerini daha önceki yazılarımızda anlatmıştık. Şimdi, neden okyanus tabanındaki kimyasalların mevcudiyetinden ve o tepkimelerin okyanus tabanlarında tamamen doğal biçimde gerçekleşebilmesi için gerekli koşulların olduğundan bahsettiğimizi anlamışsınızdır diye ümit ediyoruz. Çünkü canlılık, 600 milyon yıl boyunca süren karmaşık süreçlerin ve tepkimelerin sonucunda, bu bacalarda ve etrafında başlamıştır. 

Günümüzde de bu tepkimelerin aynılarını okyanus bacaları etrafında ve atmosferde görmemiz mümkündür. Ne var ki bunlar canlılığı oluşturabilecek basamakları yaklaşık 4 milyar yıl önceki gibi alamamaktadır. Bunun da iki temel sebebi vardır: ilki, ortam koşullarının ve kimyasal derişimlerin o zamankiyle tamamen aynı olmayışıdır. Günümüz koşullarında da muhtemelen canlılık oluşabilir, canlılık bu kadar "hassas" dengelere sahip değildir. Ancak engel olan şey, ikinci nedendir: halihazırda var olan canlılık. Günümüzde aklınıza gelebilecek her ortamı dolduran ve hatta taşıran prokaryotik yaşam (bakteriler ve arkeler) ile mikroskobik ökaryotlar, bu bacaların etrafını ve diğer yaşam alanlarını da işgal etmiştir. Dolayısıyla canlılığa neden olacak adımlar atılıyor olsa bile, 600 milyon yıl gibi uzun dinginlik ve cansızlık dönemleri olmadığından, gerek beslenme amacıyla, gerek üretilen atık maddelerin etkisi altında bu canlılık süreçleri baltalanmakta ve durdurulmaktadır. Sadece 1 litre okyanus suyunda 20.000'den farklı tür ve milyonlarca ve milyarlarca bakteri bireyi olduğu düşünülecek olursa, ne demek istediğimiz anlaşılacaktır: Halihazırda var olan canlılık, sıfırdan başlayan canlılığı ister istemez durdurmaktadır. Fakat ilk oluşum sırasında böyle bir durum olmadığından, canlılık mümkün olabilmiştir.

Canlılığın temeli olan ve "ilk canlılar" olarak bilinen koaservatların nasıl bir ortamda var olduklarını anladıysak, şimdi bu evrimsel değişimlerinin belki de en önemli ve olmazsa olmaz adımına gelelim. Hayır, düşündüğünüz gibi genetik materyal en önemli adım olmayabilir. Canlılık için yaptığımız tanımı hatırlayacak olursanız, ilk madde aktivite (dolayısıyla genetik süreçler) değil, organizasyondu. Canlılığın var olabilmesi için öncelikle aktif bir yapıda olan bir izolasyon gerekiyordu. Bu sorunu çözen, yağlar oldu.

Canlılığın İlk Adımı: Lipit Çift Katmanlı Zırh

Bu yazıya kadar, farklı birçok Hayat Molekülü ve özellikleri üzerinde durduk. Özellikle nükleotitler ve proteinlerin öneminden bahsettik. Ancak koaservatların, yani "ilkin hücrelerin" nasıl oluştuğunu anlayabilmek için günümüzde her bir canlıda mutlaka bulunan "hücre"lerin olmazsa olmaz özelliği olan “hücre zarından” bahsetmemiz gerekir. Çünkü bir "hücre", tanımı gereği bulunduğu ortamdan izole olan; ancak onunla alışveriş halinde bulunabilen, canlılık yapı birimidir. Yani izolasyon, burada anahtar kelimedir. Bu izolasyonu anlayabilmek için de “yağ moleküllerini” incelememiz gerekir:

Yağlar (lipitler) canlılık için son derece önemli moleküllerdir. Isı sığalarının (bir cismin sıcaklığını 1 santigrat derece arttırmak için gereken ısı enerjisi miktarıdır) diğer moleküllere göre oldukça yüksek olması, yumuşak/darbe emici olmaları, enerji için kullanılabilmeleri, organları korumaları gibi özellikleri haricinde; moleküler anlamda çok önemli bi kimyasal yapıya sahiptirler: Yağ molekülleri, atomlarının diziliminden ötürü “amfifilik” yapıdadır. Bu ne demektir? Teknik olarak “amfifilik kimyasallar”, kimyasal bileşimi dahilinde hem hidrofobik, hem de hidrofilik yapıda moleküllere sahip olan kimyasallardır.

Peki bu iki yeni terim nedir? “Hidrofobik”, bir molekülün fiziksel ve kimyasal yapısından ötürü, sudan “nefret etmesi” demektir. Daha gerçekçi bir anlamıyla, H2O molekülleriyle arasındaki elektriksel etkileşim sonucu (elektron dizilimlerinden ötürü), su ve hidrofobik maddelerin birbirini fiziksel olarak "itmesi"dir. “Hidrofilik” moleküller ise, kimyasal yapılarından ve molekülün içerisindeki atomların elektron diziliminden ötürü, H2O molekülü ile etkileştiklerinde, suyu kendisine çeken, "su seven" maddelerdir. İşte amfifilik bileşikler, uzun yapıda kimyasallardır ve bunların bir ucunda "hidrofobik", bir ucunda ise "hidrofilik" moleküller yer alır. Gelin bunu bir görselle, daha net olarak anlayalım. Bir yağ molekülüne bakalım:

Bu gördüğünüz bir lipit molekülüdür. Görseldeki "hydrophilic", su seven, "hydrophobic" ise sudan nefret eden kısımları göstermektedir. Bir diğer örnek de aşağıdadır:

Gördüğünüz gibi yağ dediğimiz yapı uç uca eklenmiş Karbon (C), Hidrojen (H), Oksijen (O) ve Nitrojen (N) atomlarından başka bir şey değildir. Az önce bahsettiğimiz koşullar altında atomlar bir araya gelerek, daha önceki yazılarımızda anlattığımız kimyasal tepkimeler yoluyla yağ moleküllerini oluşturmuşlardır. Bunun olabilirliği günümüzde yüzlerce farklı deneyle ispatlanmıştır. Ancak oluşan bu molekülün hayatımızda olmazsa olmaz bir yeri vardır, birkaç önemli özelliğine yukarıda değinmiştik. Peki, yukarıda anlattığımız “amfifilik özellik”, ne işe yarar? Nasıl olur da bu özellik, lipitlere yani yağlara cansızlıktan canlılığın evrimi konusunda kelimenin tam anlamıyla “hayati” bir özellik katar?

Bu sorunun cevabını, evinizde, lipit moleküllerini suyun içine atıp su içerisindeki oluşumları incelediğinizde kendi kendinize dahi verebilirsiniz. Bu “amfifilik yapı”, yağların “iki katmanlı” (bilayer) bir yapı oluşturmalarını sağlarlar. Bu, lipidleri önemli kılan ilk özelliktir. Bir diğer büyük önemleri ise, bu oluşturdukları ikili yapının, fiziksel olarak tüm varlıkların potansiyel enerjilerini minimuma indirme eğilimleri sebebiyle, küresel bir halde oluşmasıdır. Çünkü bir kürenin yüzey alanının hacmine oranı en yüksektir ve bu, canlılık için birinci derece öneme sahiptir. İlk olarak bu iki tabakalı (bilayer) yapıyı bir görelim:

Burada gördüğünüz yapı, sadece lipitlerden oluşmaktadır, yani yukarıda verdiğimiz yağ moleküllerinden. Burada sarı kırmızı olanlar yağ moleküllerini, maviler ise su ortamını temsil etmektedir. Kısaca görselde gördüğünüz lipit molekülleri ağı, suyun içerisinde bulunmaktadır. Göreceğiniz üzere sudan korkan ve uzak duran (hidrofobik) kısmı, su ile mümkün olduğunca temas etmeyecek şekilde, her zaman iç yüzeylere bakacak şekilde dururlar. Öte yandan suyu seven, yaklaşmak isteyen (hidrofilik) kısmı ise, suya mümkün olduğunca yakın olacak şekilde, her zaman dış yüzeylerde bulunurlar. İşte bu şekilde yağ molekülleri, bu şekilde yan yana dizilirler. Bu yapı, bir “iç kısım” ve bir “dış kısım” oluşturacak şekilde, “çift/iki katmanlı” yapıyı oluşturur.

Eğer su içerisine attığınız yağ moleküllerini bir süre daha izlerseniz, göreceğiniz yapı şuna benzeyecektir:

Bu önemli özellik daha önce de belirttiğimiz gibi tamamen moleküler düzeydeki fizik ile alakalıdır. Yukarıda verdiğimiz yapının küresel hale gelmesi de tamamen Evren içerisinde geçerli olan fizik yasaları ile ilgilidir. Bir cisim, her zaman potansiyel enerjisini en aza düşürmeye çalışır; bu canlı-cansız tüm varlıklar için geçerlidir. Bu yüzden mümkün olduğunca yatay bir pozisyonda uyuruz. Bu yüzden, yerden yüksekte duran cisimler kütleçekim etkisiye yüzeye doğru çekilir ve potansiyel enerjilerini azaltırlar. İşte yine benzer şekilde, bu yüzden üzerinde belirli bir potansiyel taşıyan cisimler mümkünse kıvrılarak küre ya da küreye en yakın geometrik şekle gelirler. Bunun sebebi, potansiyel enerjinin en az küresel geometri üzerinde birikmesidir. İşte aynı sebeple bir yüzey üzerindeki su damlacıkları küresel bir şekil alırlar. Ancak onların küreselliklerini yüzey gerilimi gibi ikincil kuvvetler bozmaktadır. Yağ molekülleri, bir "yüzey"de değil, doğrudan suyun "içerisinde" oldukları için bu kuvvetlerden etkilenmezler. Ancak onları da etkileyen başka birçok diğer kuvvet bulunabilir.

Peki bu özelliğin biyolojik anlamı nedir? Cevap oldukça basittir: Bir “zırh” olması.

Koaservat denen ilk hücrelerin (hatta "hücremsiler"in atalarının) ilk olarak evrimleştikleri ortam, kaos halindeki okyanuslar ve bu okyanusların tabanında bulunan, göreceli olarak yüksek sıcaklığa sahip olan volkan bacaları ve etrafıdır. Dünya’nın oluşumundan sonra, milyonlarca yıl boyunca radyasyon, kaos, ısı, ışık, vb. etmenler yukarıda da anlattığımız gibi had safhadadır ve adeta "Dünya'yı dövmektedirler". Bu sebeple, eğer “canlılık” oluşacaksa, bir şekilde “korunması” gerekmektedir. Bu korumanın ilk aşaması, okyanus ile sağlanmıştır. Canlılığın okyanus tabanlarında başlaması çok mantıklıdır, zira okyanus, atmosferin tehlikeli pek çok faktörünü devre dışı bırakmaktadır. Hatta teknik bir bilgi vermemiz gerekirse, uzaydan gelen radyoaktif ve genel olarak günümüz canlılığına zarar verebilecek ışınlar, okyanusun yüzeyinden 200 metreden daha aşağısına inemezler. Şöyle bir istatistik de sunabiliriz: Dünya yüzeyine ulaşan güneş ışınlarının;

  • %73'ü okyanus yüzeyinin 1 santimetre derinine,
  • %44.5'i okyanus yüzeyinin 1 metre derinine,
  • %22.2'si okyanus yüzeyinin 10 metre derinine,
  • %0.53'ü okyanus yüzeyinin 100 metre derinine,
  • %0.0062'si okyanus yüzeyinin 200 metre derinine

ulaşabilmektedir. Pratik olarak 200 metreden sonrasında, radyasyonun yıkıcı etkilerini görememekteyiz.

Ancak bu da yeterli değildir; çünkü kaotik okyanus ortamında moleküllerin bir düzen içerisinde kalmaları gerekir. Daha doğrusu, eğer ki canlılığa sebep olacak dengeli yapılar oluşacaksa, her zaman bir zırh ile dış ortamdan kendilerini izole edebilen yapılar diğerlerine göre avantajlı olacaktır. Göreceğiniz gibi bir doğa yasası olan Evrim, bizim "cansız" olarak isimlendirdiğimiz moleküler düzeyden başlamaktadır (moleküler evrim) ve Darwin'in deyimiyle "basit bir başlangıçtan, sonsuz bir çeşitliliğe" doğru değişimi sağlamaktadır.

Canlılığın Evrimi'ne dönecek olursak, işte bu izole edici koruma görevi, çift tabakalı (bilayer) yağ yapısına ve onun aldığı küresel şekle düşmektedir.

Görsellerden görebileceğiniz ve evinizde de deneyebileceğiniz gibi bu moleküller oluşurken, içlerinde bir boşluk bırakırlar. Ayrıca oluşum sırasında, fiziksel etkileşimler veya rastlantılar sonucu etraftaki diğer atom ve molekülleri, bu boşluk içerisine hapsederler. Bu boşlukta da, elbette ki dış sıvı (bizim durumumuzda okyanus suyu) bir miktar da olsa bulunmaktadır ancak artık bu su belirli bir hacme hapsedildiğinden ve kaotik dış ortamdan arındırıldığından, bu sıvı artık kürenin “kendine ait sıvısı” olarak kabul edilebilir. Bu noktada, tüm bu anlatılanları destekleyecek bir veri olarak, günümüzdeki tüm canlıların hücre içerisindeki tuzluluk oranının belli farklılıklar dahilinde okyanusların tuzluluk oranıyla aynı olmasını belirtmemiz gerekmektedir. Yani günümüzde hücrelerimiz, 4 milyar yıl kadar önce evrimleşmeye başlayan atalarımızın hücre içi sıvılarını belli başlı farklılıklar haricinde halen muhafaza etmektedirler! Bu, evrimi anlamış bir birey için baş döndürücü bir gerçektir.

İşte bu hapsolan bölgedeki atomlar ve moleküller, artık kaotik okyanus ortamı yerine, çok daha güvenli ve sakin bir ortam olan lipit küreciğinin içerisinde tepkimeye girmektedirler. Sınırlı bir alanda tepkimeye girebilecek moleküllerin birbirlerini bulma şansları milyonlarca kat artmaktadır; bu da tepkimelerin hızlarını arttırmaktadır. Üstelik bu küreciklerden belki milyonlarca ve milyarlarcasının okyanus tabanlarındaki farklı bölgelerde oluşması, olası kimyasal tepkimelerin çeşitliliğini de katlayarak arttırmaktadır. Bu küreler içerisinde yeni moleküller oluşmakta (atomların ve diğer moleküllerin kimyasal tepkimeleri sonucu) ve bu moleküller, belirli fiziksel ve kimyasal yapılarından dolayı, belirli sonuçlar doğurmaktadırlar. Bu sonuçlar, bizim bugün dönüp incelediğimizde "moleküllerin görevi" olarak düşündüğümüz sonuçlardır. Örneğin "solunum" dediğimiz olay sırasında Oksijen molekülleri şekerler ile tepkimeye girdikleri için biz Oksijen'in "görevinin" bu olduğunu düşünürüz. Halbuki Oksijen'in herhangi bir "görevi" yoktur. Oksijen, kimyasal yapısından dolayı gerekli şartlar sağlandığı müddetçe belli başlı moleküller ile tepkimeye girmek zorundadır. Bu, Fizik ve Kimya yasaları ile dikte edilir. Yani canlılığın evriminde bazı moleküller yağ molekülleri içerisine hapsedilmiş ve fiziksel/kimyasal özelliklerinden ötürü belli başlı tepkimeleri sürdürmüşlerdir. Zaten günümüzde, canlılık birimi olan hücrelerin içerisinde olan da bu tepkimelerden farklı bir şey değildir. Tek fark, milyarlarca yıldır süren seçilim sonucunda günümüz hücrelerinde çok daha karmaşık tepkimelerin gerçekleşebiliyor olmasıdır. Ancak başlangıçta, sadece çok basit tepkimeler, bu yağ zırhları içerisinde gerçekleşmekteydi.

Aşağıda, laboratuvar ortamında üretilen koaservatların yapısını mikroskop altında görmekteyiz:

Burada gördüğümüz, lipit küresi (mikroskopta 3 boyutlu cisimler, 2 boyutlu gözükür, bu sebeple "çember" gibi gözükmektedir) içerisinde birikmiş moleküller ve atomlardır. Günümüzdeki hücrelere ne kadar da benziyorlar, değil mi? Şimdi bir de modern (günümüzde var olan) bir hayvan hücresine bakalım:

Farklı ölçeklerde çekilmiş bu iki mikroskobik fotoğraf, evrimin çok güzel bir örneğidir aslında. Gördüğünüz gibi üstteki basit yapıdaki koaservat, kendisinden yaklaşık 2 milyar yıl sonra gelen, günümüzdeki modern hayvanlarda -ve tabii ki dolayısıyla bizde de- bulunan hücrelerin temellerini atmıştır (bilgi: bizler de dahil olmak üzere Hayvanlar Alemi'nde bulunan tüm ökaryotik hücrelerin atası, Dünya’nın oluşumundan 2.6, koaservatların oluşumundan 2 milyar yıl sonra evrimleşmiştir). Hala günümüzdeki hücrelerde, yukarıdaki koaservatların yapısını görmekteyiz.

Günümüzde Miller-Urey Deneyi (ve sonrasında yapılan 460'ın üzerinde tekrar deneyi ve deney varyasyonları) sayesinde biliyoruz ki, cansızlık denen varlık formundan, canlılık denen varlık formuna geçmek için tek gereken, doğru şartlarda pek çok deneme-yanılma ve uzun bir zamandır. Bu doğru şartlar da, fiziksel ve kimyasal yapılar tarafından, doğa koşulları ile sağlanır. Bunların günümüzde deneylerle gözlenmesi sonucu, artık biliyoruz ki, Abiyogenez Kuramı, bilimsel gerçekleri ortaya koymaktadır. Bahsettiğimiz Miller-Urey Deneyi (ve sonrasındaki tüm deneyler) sonucu, ilkin Dünya şartlarındaki oranlarda koyulan karbon, hidrojen, azot, vb. moleküllerden, Dünya’nın ilk şartlarındaki gibi şimşekler, radyasyon, vb. (ki ısı reaksiyonları hızlandırır) ortamda bugün “canlı” olarak nitelendirdiğimiz varlıkların yapısındaki moleküller evrimleşebilmektedir. Bunlara daha sonraki yazılarımızda tekrar geleceğiz.

Buraya kadar okyanus tabanlarında hücrelerin atası olacak koaservatların nasıl "basit bir başlangıçtan" yola çıktığını net bir şekilde ortaya koyduk. Sadece ilkin koaservatların nasıl bir ortamda, nasıl Dünya koşullarında, ne tip bir adımla, tamamen doğal süreçlerle nasıl var olabildiklerini açıklamaya çalıştık. Bu noktada aklınıza şu sorular geliyor olabilir: Peki bu ilkin yapılar nasıl kendiliğinden oluştu? Nasıl oldu da doğa, cansızlıktan canlılığa giden adımların atılmasını sağladı? Atomlar ve moleküller ne tip formlar almaları gerektiğini nereden "biliyorlardı"? İşte bu soruların cevaplarını bir sonraki yazımızda ele alacağız ve koaservatların bu ilkin yapılarının tam olarak nasıl var olduğunu göreceğiz. Ondan sonraki yazılarımızda, bu lipit tabakası içerisinde ne gibi bir gelişim olduğunu ve bu gelişim sonucunda günümüzdeki hücrelerin nasıl evrimleştiğini adım adım takip etmeye devam edeceğiz.

Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • Muhteşem! 2
  • Tebrikler! 0
  • Bilim Budur! 1
  • Mmm... Çok sapyoseksüel! 1
  • Güldürdü 0
  • İnanılmaz 0
  • Umut Verici! 0
  • Merak Uyandırıcı! 1
  • Üzücü! 0
  • Grrr... *@$# 0
  • İğrenç! 0
  • Korkutucu! 0
Kaynaklar ve İleri Okuma

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?

Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 12/12/2019 20:53:35 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/34

İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.

Soru Sorun!

Abiyogenez - 5: Ribozim, RNA ve DNA'nın Evrimi

Abiyogenez - 7: Büyük Hayat Moleküllerinin Oluşumu ve Canlılığın Cansız Temeli

Öğrenmeye Devam Edin!
Evrim Ağacı %100 okur destekli bir bilim platformudur. Maddi destekte bulunarak Türkiye'de modern bilimin gelişmesine güç katmak ister misiniz?
Destek Ol
Gizle
Türkiye'deki bilimseverlerin buluşma noktasına hoşgeldiniz!

Göster

Şifremi unuttum Üyelik Aktivasyonu

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close
“Bilimi, haklı olduğunuzu ispatlamak için kullanmamalısınız. Bilimi, haklı tarafta olmak için kullanmalısınız.”
Randall Munroe
Geri Bildirim Gönder