Yaşamın Termodinamik Çerçevesi

“Kimyayı alın, enerji ekleyin, hayat elde edin.” Bu cümle ilk duyulduğunda fazla basitleştirici görünebilir. Çünkü hayatı, birkaç kimyasal reaksiyonun yan ürünü gibi sunar. Oysa burada indirgeme değil, bir çerçeve vardır. Soru şu: Hayat doğa yasalarından bağımsız bir istisna mı, yoksa belirli koşullarda ortaya çıkan kaçınılmaz bir organizasyon biçimi mi?

Ben ikinci ihtimali daha tutarlı buluyorum. Modern fizik ve biyoloji bize şunu söyler: Hayat, denge halindeki bir sistemin ürünü değildir. Aksine, denge dışı koşullarda, sürekli enerji akışı altında bulunan kimyasal sistemlerin ortaya çıkardığı bir düzendir. Termodinamiğin klasik yorumunda entropi artışı düzensizlikle eşleştirilir. Fakat bu yorum eksiktir, açık sistemlerde enerji akışı varsa yerel düzen artışı mümkündür. Yani evrenin genel entropisi artarken, belirli bölgelerde karmaşıklık yoğunlaşabilir. Yaşam tam olarak böyle bir yoğunlaşmadır. Erken Dünya koşullarına baktığımızda tablo nettir, yoğun jeotermal aktivite, yıldırımlar, ultraviyole radyasyon, kimyasal açıdan zengin okyanuslar. Bu ortamda gerçekleşen reaksiyonlar rastgele değil, enerji gradyanları tarafından yönlendirilen süreçlerdir. 1953’te Stanley Miller ve Harold Urey tarafından yapılan Miller-Urey experiment, basit gaz karışımlarına enerji verildiğinde amino asitlerin oluşabildiğini gösterdi. Bu deney hayatı üretmedi lakin hayatın yapı taşlarının fiziksel süreçlerle ortaya çıkabileceğini kanıtladı.

Lakin asıl eşik burada değil. Amino asit üretmek hayat değildir. Hayatın kritik noktası, bilginin ortaya çıkmasıdır. Kendi kendini kopyalayabilen bir molekül ortaya çıktığında süreç nitelik değiştirir. RNA dünyası hipotezi tam olarak bu noktayı gösterir. Zira hem bilgi taşıyabilen hem de kimyasal reaksiyonları katalizleyebilen moleküller, böyle bir sistem oluştuğunda artık sıradan kimyadan söz etmeyiz, seçilim baskısı altında evrilen bir kimyadan söz edebiliriz. Burada önemli olan şey şu: Kimya, belirli bir karmaşıklık eşiğini geçtiğinde evrimsel bir dinamik kazanır. Doğal seçilim yalnızca biyolojik organizmalar için geçerli değildir ancak kopyalanabilen moleküller için de geçerlidir. Daha kararlı, daha hızlı çoğalan yapılar korunurken diğerleri elenir ve bu noktadan itibaren zaman devreye girer. Milyonlarca yıl boyunca süren mikro-denemeler, istatistiksel olarak nadir ama mümkün olan organizasyonları üretir.

Enerji meselesi ise merkezidir ve hayat kapalı bir sistem değildir. Sürekli enerji akışı gerektirir. Güneş ışığı, kimyasal enerji, redoks reaksiyonları gibi… Hücre içindeki düzen, ATP döngüsüyle sürdürülür. Enerji akışı kesildiğinde sistem dengeye gider. Termodinamik denge ise biyolojik anlamda ölüm demektir. Bu yüzden yaşamı “entropiye karşı yerel ve geçici bir direnç” olarak tanımlamak abartı değildir. Dolayısıyla “kimya + enerji = hayat” formülü tek başına yeterli değildir ama yönü doğrudur. Buna zaman ve seçilim mekanizmasını eklemek gerekir. Doğa, bilinçli bir tasarımcı gibi çalışmaz lakin fizik yasaları altında istatistiksel olarak karmaşıklık üretir ve hayat bu üretimin bir faz geçişidir. Nasıl ki belirli sıcaklıkta su buhara dönüşürse, belirli koşullarda kimyasal sistemler de yaşam dediğimiz organizasyon düzeyine ulaşabilir.

Burada metafizik bir kopuş ve ontolojik bir sıçrama yoktur. Hayat, maddenin yeni bir örgütlenme biçimidir. Fakat bu yeni biçim, sıradan değildir, çünkü bu örgütlenme zamanla sinir sistemlerini, bilinç süreçlerini ve öz farkındalığı üretmiştir. Yani başlangıçta yalnızca enerji dağılımı söz konusuyken, milyarlarca yıl sonra kendi kökenini sorgulayan bir zihin ortaya çıkmıştır. Bu noktada mesele biyolojiyi aşar zira hayatın ortaya çıkışı, evrenin kendini anlaması anlamına gelmez, fakat fizik yasalarının izin verdiği karmaşıklığın, öz refleksif sistemler üretebildiğini gösterir. İnsan zihni, karbon kimyasının ulaştığı uç bir organizasyon biçimidir. Ve bu organizasyon, hala enerji akışı sayesinde ayakta durur.

Sonuç olarak “kimyayı alın, enerji ekleyin, hayat elde edin” ifadesi bir slogan değil aksine bir perspektiftir. Hayat mucize değildir lakin sıradan da değildir. Doğa yasalarının belirli eşiklerde ürettiği yüksek derecede organize bir durumdur. Belki de en net ifade şu: Hayat, maddenin enerji altında karmaşıklık kazanması ve bu karmaşıklığın zaman içinde kendini sürdürebilir hale gelmesidir. Ve daha ileri gidecek olursak hayat, maddenin bir noktada kendi varlığını sorgulayabilecek düzeye ulaşmasıdır.