Kozmik Işınlar ve Radyasyon: Radyoaktif Işımanın Evrimsel Süreçte Rolü Nedir?

Radyasyon, enerjinin boşlukta ve madde içindeki yayılımıdır. Bir yıllık sürede maruz kaldığımız radyasyon, “doğal radyasyon” olarak adlandırılır. Yeryüzündeki tüm yaşam sürekli bir doğal radyasyon etkisi altında evrimleşmiştir. Tıbbi incelemeler ve tüketici ürünleri (sigara, madencilik, hava yolculukları) ile aldığımız yıllık etkin radyasyon dozu, yıllık maruz kaldığımız doğal radyasyon miktarına eşittir (3,1 mSv/yıl).

• Doğal radyasyonun %73’üne radon aracılığı ile maruz kalırız. Radon, topraktan ve betondan salınan, evlere ve binalara giren bir gazdır. Alfa parçacıkları serbestleştirerek polonyum 218 ve kurşun 214’e bozunur.
• Doğal radyasyonun %7’si karasal radyasyondur. Topraktaki radyoaktif nüklidlerden gelen ışımadır.
• Doğal radyasyonun %9’unu oluşturan iç radyonüklidler ise beslenme ile edinilir.
• Kalan %11’lik kısım ise uzay kaynaklı radyasyondur. Güneşten, diğer yıldızlardan ve galaksilerden (milyonlarca ışık yılı uzakta olsalar bile) kozmik ışınlar taşıyıcılığı ile sürekli olarak radyasyon yayılır.

Kozmik ışınlar dünyayı ışık hızında hareket eden parçacık ve dalga yağmuru olarak düşünülebilir. Bu yüksek enerjili parçacıklar sayesinde de kozmik ışınlar, atomlardan elektronları uzaklaştırarak iyonizasyona neden olur.

İyonize radyasyon, biyolojik yapılara doğrudan etkisi olan bir enerjidir. Süpernovalar, Dünya’nın maruz kaldığı kozmik ışın yoğunluğunu arttırır ve aksi takdirde olana nazaran 6 kat daha fazla iyonize radyasyon yükü oluşur. Süpernovalar yoğun miktarda gama ışınları ve X ışınları yayar. Bu, birkaç günden birkaç haftaya kadar devam edebilir ve bu ışımaların çoğu gözle görünür seviyededir.

Atmosferimiz, oluşumundan bu yana bizi (ve atalarımızı) kozmik radyasyonun çoğundan korumasına rağmen, ufak ve adeta "kaygan" olan parçacıklar ozon tabakasının filtrasyonundan kaçabilir. Bu ufak ve kaygan parçacıklardan biri müon adı verilen parçacıklardır. Müonlar, negatif yüklü ve elektrondan 207 kat daha ağır bir parçacıktır. Süpernovalarda 20 kat daha fazla müon saçılımı olur.

Günümüzde, Ay ve Dünya üzerinden alınan kaya örnekleri üzerinde yapılan çalışmalarda, süpernovalardan yayılan parçacıkların mikroskobik etkileri incelenebilmektedir. Süpernova sonrası Dünya’nın maruz kaldığı radyasyondaki bu ani yükseliş genetik mutasyonlara ve evrime etki etmekle beraber, atmosferdeki ani sıcaklık değişimleri sonucu Buzul Çağı’nın başlamasında dahi önemli bir etken olduğu düşünülmektedir.

İyonizasyonun normal seviyesini yüksek düzeyde terk ettiği bir atmosferde nitrojen oksit artışına bağlı olarak ozon tabakası hasar görür. Yaşam formları, ozon tabakasındaki hasara bağlı daha yüksek dozda maruz kaldıkları radyasyon miktarını tolere edebilmek için bazı adaptasyonlar geçirmiştir. Daha doğrusu, bu yönde evrimleşebilecek çeşitliliğe sahip olan bireyler seçilmiş ve türler, bu radyasyona direnç gösterebilecek biçimde nesiller boyunca değişmişlerdir. Bu evrimsel adaptasyonlar arasında şunlar bulunmaktadır:

• pigmentlerin sentezi (ve buna bağlı olarak değişen deri/kürk rengi),
• radyasyonun absorbe edilmesi mekanizmasının gelişmesi (mikosporin benzeri aminoasitler, karotenoidler)
• antioksidanların sentezi ve gen-tamir mekanizmaları gibi metabolik değişimler
• göç gibi bazı davranışsal aktiviteler

Radyasyonun evrimdeki en büyük aracı mutasyonlardır. Herediter (kalıtsal) karakterdeki mutasyonlar, sonraki nesillere aktarılabilirdir. Kısa sürede gerçekleşen uzay kaynaklı radyasyon miktarındaki artışa göre orta seviyede mutasyon yükü, mikroevrime ve türlerdeki çeşitliliğin artışına daha fazla katkıda bulunur. Bunların uzun vadeli seçilimi ve birikimi, nihayetinde yepyeni türlerin ortaya çıkmasını sağlar (buna makroevrim diyoruz). Uzay kaynaklı radyasyon yaşam formlarını bireysel değil genel anlamda olumlu etkilemiştir. En azından Prekambriyen dönemden beri bu böyledir.

Karada yaşama geçişte, yaşam formlarına güneş kaynaklı ultraviyole radyasyonun olumlu katkısı oldukça büyüktür. D vitamini sentezi için gerekli olan güneş kaynaklı radyasyon sayesinde daha güçlü bir iskelet yapısına sahip olmuşlardır. Ancak radyasyon kaynaklı mutasyonlar çoğu zaman ani etkili oldukları için zararlıdırlar ve bunun bedelini ödeyen toplum değil, bireydir.

Radyasyonun evrime en büyük indirekt etkisi de bu mantık çerçevesinde yorumlanır: Zararlı mutasyonlar, faydalı mutasyonlardan daha fazladır. Ancak zararlı mutasyonlar hızla elenirken, faydalı olan mutasyonlar sürekli seçilir. Bu da, evrimsel sürecin faydalı mutasyonlardan yana bir önyargısı olması anlamına gelir. Örneğin “avcı” konumundaki bir canlının zararlı mutasyonlardan etkilenmesi, “avı” açısından olumlu bir gelişmedir. Bu zararlı mutasyon dolayısıyla o avcı muhtemelen kısa sürede elenecektir (çünkü avlanamayacaktır); öte yandan, ava daha verimli bir şekilde ulaşabilmeyi sağlayan tüm mutasyonlar birikimli olarak seçilecektir. Bu da evrimsel değişimin, daha optimum (uyumlu) avcıların ortaya çıkmasını sağlamasının ardında yatan nedendir.

Radyasyon, evrim için en önemli kriter değildir; ancak kritik bir faktördür. DNA replikasyonu ve tamir mekanizmaları normal şartlarda da kusursuz değildir ve mutasyonlar dış bir etkene yani radyasyona ve kimyasallara (katalizörlere) ihtiyaç duymaksızın kendiliğinden de gerçekleşebilir.

Kendi başına tek sebep ya da tek yol olmasa da radyasyon mutasyon yükünü arttırır. Ne derece arttırdığı ise maruz kalınan doza bağlıdır. Bu nedenle süpernova gibi radyasyon miktarındaki ani iniş çıkışlar eğer uzun zaman dilimlerine yayılacak olursa, daha radikal değişimleri tetikleyebilir ve sadece bireyi değil, tüm popülasyonu ve dolayısıyla türü etkileyen değişimler görülür.