Kısaca Yaşama Giden Yol

CANLILIK

Yaşam Nedir ? Canlılık ile Cansızlık arasındaki fark nedir? bu tür soruların bilimde çok sorulduğunu bilmeliyiz. Çünkü bu tanımları bizim koyduğumuz belli özelliklere göre yapıyoruz. Bir ateşin ağaçlarda yayılması (büyüme), kor fırlayıp başka bir yeri yakması (üreme) gibi cansız dediğimiz şeylerinde aynı canlılar gibi belli özellikleri olduğunu görebiliyoruz. Moleküler düzeyde canlılık ve cansızlık arasında bir fark yoktur. Canlılığı temel olarak 2 özelliğe göre ayırıyoruz: Organizasyon,iç aktivite. Canlıların kendilerini dış dünyadan izole eden bir vücut bütünlüğü olmalıdır. Aynı hücrelerine etrafını saran yağ tabakası gibi. Bu bütünlüğün içerisinde bir aktivite olmalı. Yani entropiye karşı gelmesi gerekmektedir aynı dışardan enerji alıp, besin almamız gibi. Bu metabolik bir faaliyet olmalı çünkü Bilgisayar gibi cansız nesnelerinde bir organizasyonu ve iç aktivitesi bulunmakta. Boşaltım, hareket,solunum gibi faaliyetler yaşamsal olayların bir tezahürüdür. Virüslerde aynı şekilde enfekte olmadan önce bir organizasyonu var fakat bir iç aktivitesi var. Fakat enfekte olduğu zamanda bir iç aktivitesi olup bir organizasyonu olmuyor. Tüm bunlara baktığımızda canlılığın üstün bir şey olmadığını sadece bizim belli tanımlamalarımızdan ibaret olduğunu bilmemiz gerekir.

CANSIZLIKTAN CANLILIĞA

Canlılığın ilk adımlarından birinin yağ moleküllerinde oluştuğu düşünülmektedir. Çünkü lipitler, günümüzdeki yaşayan tüm canlıların zar yapısını oluşturan, koruyucu ve canlılığın oluşmasına zemin hazırlayıcı moleküllerdir. Yağların oluşması için ön yapılar olan yağ asitleri ve gliserolün oluşması gerekir. Modern kimya bu yapıların deniz altlarında bulunan bacalarda oluşabileceğini göstermiştir. FischerTropsch tepkimesi olarak bilinen bir dizi tepkime ile demir sülfür ve bakır sülfür kimyasallarından yola çıkarak, metan, karbondioksit ve hidrojen gazlarının katılımıyla yağ asitleri oluşumunun birinci basamağı olan karboksilin oluşabilmesi sağlamaktadır. Hidrotermal bacalardaki yüksek sıcaklıkların etkisiyle karboksil, bacaların civarında yüksek oranda bulunan metan gazıyla tepkimeye girerek yağ asitlerini oluşturur. Öte yandan Cross Canizzaro tepkimesi olarak bilinen bir diğer süreçte, 30 santigrat derece sıcaklıkta, gliseraldehit ve formaldehit gibi okyanusta bolca bulunan kimyasallar, sodyum hidroksitin etkisi altında gliserol diye bilinen ve yağların yapısına doğrudan katılan çok önemli molekülleri oluşturabilmektedir. İşte bu iki tamamen doğal tepkime zinciri sonunda oluşan yağ asitleri ve gliseroller, bir araya gelerek yağ moleküllerini oluştururlar. Yağ oluşumu canlılığa gidişte çok önemli bir faktördür çünkü hidrofobik diyebileceğimiz bir yapıya sahiptir. Evinizde bir suya yağ dökerseniz top şeklinde oluşacaklarını göreceksinizdir. Bu yapınınca içinde kimyasallar dışarıdan izole bir şekilde tepkimeleri gerçekleşmektedir. Üstelik yapılan modern incelemeler, ribozimin varlığına ihtiyaç duymaksızın da öncelikle genetik materyalin temellerini oluşturan nükleotit isimli moleküllerin, sonrasında ise bunlar kullanılarak RNA'nın oluşabileceğini bizlere göstermektedir. 2007 yılında Dr. Raffaele Saladino ve ekibi tarafından yapılan araştırmada, 140 derece sıcaklıkta ( bacaların etrafındaki sıcaklıkla aynı), okyanus tabanında bolca bulunan borat moleküllerinin hızlandırıcı etkisi sayesinde sadece 48 saatte bütün nükleotitler üretilebilmiştir. Bu keşif o tarihten 10 sene önce keşfedilen bir diğer tepkimeyle birleştirilince daha büyük anlam kazanmakta. 1997 yılında keşfedilen Ferris-Orgel tepkimesi sayesinde sıvı formaldehit, sıvı formakalsiyum fosfat kullanılarak 24 saat gibi kısa bir bekleme süresi sonunda kısa bir RNA molekülü elde edebilmiştir. Yani sadece okyanus tabanlarında bulunan kimyasallarla oynayarak çeşitli denemeler yaparak, genetik materyalin yapıtaşlarını üretmek, sonrasında ise bunların doğal süreçlerin altında RNA'yı üretebildiklerini görmek işten bile değil. Yağ zırhı içinde sıkışan RNA'lar zaman içinde DNA'yı oluşturmuş ve böylece genetik aktarımı başlatmış olabilirler. Zira DNA yapısı gereği bir hücre içinde üretilecek kimyasalları belirleyen moleküldür ve DNA'nın oluşmasıyla birlikte eskiden daha kaotik olan kimyasal tepkimeler bir düzene girmeye başarmış ve DNA tarafından yönetilmeye başlanmıştır. Aynı zamanda, DNA'yı üretebilen koaservatlar diğerlerine göre avantajlı konuma geçmişler ve kısa sürede bu yapıdaki koaservatlardan çoğalan yeni yapılar, okyanus tabanlarının hakimi olmuşlardır.

Canlılık ile Cansızlık arasındaki farkın ne kadar önemsiz olduğunu bir kere daha söylemek isterim. 20 Mayıs 2010 tarihinde insan genom projesinde en önemli araştırmacılardan biri olan büyük genetik bilimci Craig Venter ve ekibi Science dergisinde "Kimyasal Olarak Sentezlenmiş Genom ile Yaratılan Bir Bakteri Hücresi" başlıklı bir makale yayımladılar. araştırmalarında öncelikle kendi elleriyle sentetik bir genom yarattılar. Bunu yapmak için tüm canlıların genetik kodunda ortak olarak bulunan Adenin,Timin,Guanin ve Sitozin isimli nükleotitleri bloklar halinde bir araya getirdiler. Sonrasında kendi genomu çıkarılmış bir bakteriye, bu yapay DNA dizilerini aktardılar. Normalde eğer ki genler ile organizma canlı ile cansız arasında madde üstü bir ilişki olsaydı bu yapının hayatta kalamaması beklenirdi. Ancak bakteri genomunun değiştiğini bile fark etmeden hayata döndürüldü. Venter ve ekibi genlere öylesine hakimlerdi ki sırf eğlence olsun diye kendi yarattıkları bakteri genomuna kendi e-posta adreslerini, alfabeyi, bazı sayıları ve materyalin sıradanlığını ve canlılığın somut yapısını ortaya koyan sayısız bilim insanı tarafından "Biyoloji tarihini değiştirecek buluş" olarak nitelendirilen bir araştırma oldu.

Bugüne kadar en yoğun eleştiri alan abiyogenez( cansızlıktan canlılığa başlaması) deneyi süphesiz Miller - Urey Deneyidir. İlk olarak 1953 yılında Stanley Miller ve Harold Urey tarafından yapılan bu deney bilim tarihinde canlılığın temel yapı taşlarının kendiliğinden oluşabileceğini gösteren ilk deney olmuştur. Deney, canlılığın cansızlıktan evriminin atmosferde olduğunu varsaymakta bu sebeple de ilkel atmosfer koşullarını taklit etmekteydi. Ancak 20. yy ortasında bilgilerimiz bu deneyin bazı hatalı tahimler üzerine kurulmasına neden olmuştur. Örneğin bugün biliyoruz ki canlılık atmosferde ya da doğrudan temas eden bir ortamda değil, okyanus tabanlarında başlamıştır. Benzer bir şekilde Miller ve Urey'in düştüğü diğer bir hata, o dönem atmosfer içinde karbondioksit, azot ve hidrojen sülfit gibbi gazların bulunmadığıydı. Halbuki bu gazların bulunduğunu bilmekteyiz. Miller ve Urey bu gazları eklemeden yaptıkları deneyde az önce de bahsettiğim gibi birçok temel yapıtaşını üretmeyi başarmışlardır. Ancak sonradan keşfedilen jeolojik veriler ışığında, Miller ve Urey'in göz ardı ettiği gazların da atmosferde bulunduğu anlaşılmıştır. Bu şekilde tekrarlanan deneyde aminoasitlerin birçoğu ya oluşmamış ya da çok yavaş oluşabilmiştir. Bunun sebebi Miller Urey'in deneye dahil etmediği bu gazların atmosfer yapısını değiştiriyor olmasıdır. Bu ve bunun gibi eleştiriler son 50 yıldır deneyi bombalamaya çalışan bilim karşıtları tarafından sıklıkla kullanılmaktadır. Halbuki akademik çalışmalar deneyin tekrarlarında bu sorunları çözmüştür. Örneğin 2008 yılında Stanley Miller ve 3 diğer bilim insanının yaptıkları bir diğer araştırmada bu gazların varlığında bile aminoasitlerin yüksek verimlilikte oluşabileceğini göstermiştir. Çünkü jeolojik çalışmalarda ilkel dünya koşullarında sadece bu saydığım gazların değil aynı zamanda demir gibi metallerin bol miktarda bulunduğu anlaşılmıştır.

Miller-Urey deneyine yapılan bir diğer eleştiri de, bu deneyde sadece sağ elli aminoasitlerin oluştuğu, ancak canlılığın yapısında baskın olarak sol elli aminoasitlerin bulunduğu dolayısıyla deneyin hatalı olduğudur. aminoasitler tıpkı ellerimizin parmak diziliminin birbirinin ayna görüntüsü olması gibi zıt görüntüde olan iki kopyası bulunur. Bu kopyalara izomer adı verilir ve sol elli ve sağ elli olarak isimlendirilir. Bu yapılan eleştirilierin temelsiz olduğunu, deneyin ilk yapılan tüplerin açılması sonucunda anlaşılmıştır. Miller Urey Deneyi'nde 55yıllık bir beklemenin sonunda sol elli ve sağ elli aminoasitler eşit miktarda oluşmuştur. Zaten bu süre zarfında NASA ve bazı diğer kurumlar tarafından yapılan analizlerde kuyrukluyıldızlar ve meteorlar gibi gök cisimlerinin dövdüğü bir ilkel dünyada yüksek sıcaklık ve basınç altında sağ elli aminoasitlerin sol elli aminoasitlere dönüşebileceğini gösterilmiştir. Benzer bir şekilde Shosuke Komo ve ekibi tarafından 2004 tılında yapılan bir diğer araştırmada ilk başta sağ elli aminoasitler oluşmuş olsa bile sol elli aminoasitlerin bu ilk aminoasitlerden evrimelşebileceği gösterilmiştir. Abiyogenez sadece Miller-Urey deneyi ıle sınırlı değildir. Bu deney kuramın ufak bir parçasıdır:

Oro'nun monomer oluşumu deneyleri, Manfred Eigen ve Peter Schuster'in moleküler kaos ve kendini kopyalayan hiperdöngü hipotezleri, Spiegelman'ın Canavar deneyleri , Geoffrey W. Hoffman'ın katalitik gürültü deneyleri, Günter Wachtershauser'ın demir sülfür dünyası teorisi, Armen Mulkidijanianın çinko dünya hipotezi, Zarchary Adam'ın radyoaktif sahil hipotezi, Karo Michaelian'ın mor ötesi ve sıcaklık kontrollü kopyalama modeli, Cnossen'in Arkean dönemdeki mor ötesi ışın yoğunluğu teorisi, Pierre Noyes'in beta ışıması homokiralite yaklaşımı, Robert Hazen'in monomerlerin makromoleküllere kristal yüzeyler üzerin- deki dönüşümüyle ilgili deneyleri, Martin William, Stan Palasek, Eugene Koonin, Tatiana Senkevich, Valerian Dolja, Mark Nussinov, Vladimir Otroshchenko, Salvatore Santoli, Alexander V. Vlassov, Sergei A. Kazakov, Brian H. Johnston, Laura F. Landweber gibi isimlerin yaptığı kendi kendine organizasyon deneyleri, Martin Hanczyc'in ön hücre deneyleri, Peter Mitchell'in 1978 Nobel Kimya Ödüllü proton motif kuvvetinin keşfi ve ilişkili yaşam baş- langıcı deneyleri, Alexei Sharov ve Audrey Bouvier gibi isimlerin koenzim dünya teorileri, Jack Szostak, Tracey Lincoln, Gerald Joyce gibi araştırmacıların RNA dünya teorileri, Anthonie Muller'in termosentez dünya modeli, Feng-Jie Sun ve Gustavo Caetano- Anolles'in tRNA temelli yaşam başlangıcı deneyleri, Fernando ve Rowe'nin otokatalitik ama enzimatik olmayan metabolizma yakla- şımı, Martin Brasier'in ponzataşı salları yaklaşımı, Stuart Kauffman'ın otokatalitik kimyasal ağ yaklaşımı, Graham Cairns- Smith'in kil hipotezi, Thomas Gold'un derin sıcak biyosfer modeli ve hatta burada detaylarına girerek konuyu dağıtmak istemediğim ancak yüzlerce bilim insanı tarafından geliştirilen, yaşamın uzayda bir başka gezegende başlayarak Dünya'ya kuyrukluyıldızlar ve meteorlarla taşınmış olabileceğini ileri süren Panspermia Teorisi, abiyogenezin farklı yaklaşımlarından sadece küçük bir kısmıdır.

Canlılığın cansızlıktan doğal yollarla başlayabileceğine işaret etmektedir. Bu da, yaşamın başlangıcının sır perdesini aralamak konusunda doğru bir yolda yürüdüğümüz fikrini vermektedir Bu araştırmalardan gördüğümüz üzere doğal yollarla oluş olan aminoasitler ve proteinler, yine doğal süreç içerisinde oluşmuş DNA ile kimyasal bir etkileşime girerek çok daha hızlı ve dengeli bir protein sentezi sürecini başlatmış olabilirler. Bu canlılığa giden sürecin giderek hızlanmasına neden olmuş.

Bırakın aminoasitlerin kendiliğinden proteinleri üretme yapılan son çalışmalarla aminoasitlerin "protein makinesi" adı verilen ve hücre içerisinde belirli işlevlerin yerine getirilme sağlayan karmaşık sistemleri bile kendiliğinden, hiçbir dış müdahale olmaksızın yapabildiği gösterilmiştir. Ekim 2013 yayımlanan bir makalede, 83 aminoasitten oluşan protein moleküllerinin her 1000 hücre benzeri yağ zırhından 5 tanesinin içerisinde kendiliğinden oluştuğu gösterilmiştir. Halbuki sıklıkla tekrar edilen abiyogenez karşıtı iddialara göre bırakın 1000 de 5 oluşum ihtimalini, güya evrendeki tüm parçacıklar ve bunla birbiriyle etkileşimi hesaba katılsa bile canlılık kendiliğinde başlayamazdı. Bilim camiasında zaten pek de ciddiye alınmayan bu şahsi kanaatlere karşın, yapılan deneyde protein makinele öylesine yüksek bir oranla elde edilmiştir ki, bu durum araştırmacıları bile şaşırtmıştır. Bu araştırmanın sonucunda, aminoasitlerin proteinleri kendiliğinden oluşturmasına yönelik matematiksel hesapların hiçbirinin gerçeği yansıtmadığı gösterilmiş henüz matematik/mühendislik modellemelerimizin doğada kendi kendine organizasyon ("self-organization") konusun birebir göstermeye yetmediği anlaşılmıştır. Bu da demek oluyor ki, naturalizm karşıtlarının lise seviyesindeki matematikle yaptıkları olasılık hesapları kullanılarak canlılığın başlangıcına yönelik çıkarımlar yapmamız mümkün değildir. Hatta dala karmaşık matematiksel modellerimiz bile henüz doğanın işleyiş

perde arkasını aydınlatmaya yetmiyor olabilir. Doğadaki süreçleri henüz tam olarak matematiksel biçimde ifade edemiyor olabiliriz. Bu konuda atak çıkarımlar yaparak bilimi küçük göstermek ve kendi şahsi fikirlerimizi kitlelere empoze etmeye çalışmaktansa, araştırmaların sonuçlarını bekleyip değerlendirmek en isabetli karar olacaktır. Muhtemelen doğadaki birçok karmaşık gözüken süreç, kendi kendine organizasyon adı verilen ve birçok enstitü ve araştırmacı tarafından detaylıca araştırılan bu mekanizma sayesinde basit adımlarla mümkün olabil mektedir. Abiyogenez, büyük oranda kendi kendine organizasyon konusuna dayanmaktadır ve araştırmacılar azimle bu konuyu aydınlatmaya çalışmaktadırlar. Bunu başardığımızda, birçok karmaşık sistemin nasıl kendiliğinden ama doğal bir süreç içerisinde, kademeli olarak var olabildiğini anlayabileceğiz.

Koaservatlann oluşumu sırasında, enerjinin de giderek verimli üretim ve tüketimi sayesinde bu ön hücreler her geçen nesilde daha başarılı bir hal alabilmişlerdir. Bu enerji verimliliğindeki artış, şekerin oluşumuyla hız kazanmıştır. Şekerler, günümüzde de enerji tüketim kaynaklarının ("besinlerin") başında gelmektedir. 1989 yılında Dr. Egon T. Degens'in yaptığı deneyler, şekerlerin de diğer tüm hayat molekülleri gibi doğal süreçlerle var olabileceğini bizlere göstermektedir. Formaldehit molekülü, okyanus tabanlarının da yapısına katılan kaolin isimli alüminyum silikat yapıdaki kilin hızlandırıcı etkisi altında 100 derece sıcaklıkta, ortama katılan ve okyanusun birincil kimyasallarından olan kalsiyum fosfat ile tepkimeye girmektedir. Bu tepkime sonucunda, 2 saat gibi kısa bir süre içerisinde 5 şekerli riboz yapısının oluşabildiği görülmektedir. Bu tepkimede ilk olarak ribozun oluşumu da ilginç bir diğer durumla benzerlik göstermektedir: Riboz, RNA'nın yapısına katılan şekerdir. Dolayısıyla bu daha basit şekerin erken oluşumu, RNA'nin oluşumuna hız kazandırmıştır. Deneyin sonucunda, 24 saat kadar sonra sadece şeker değil, nükleotitlerin ve yağların da oluşabildiği gös terilmiştir. Yani bir Hayat Molekülü tipini üretmek için yapılan neredeyse her deneyde, diğer moleküller de ister istemez oluşmaktadır. Bu durum, yaşamın temel moleküllerinin birbirleriyle ilişkisi konusunda bize önemli bilgiler vermektedir.