Canlılık Nasıl Başladı? Canlılığın Kökeni Üzerine Bilimsel Varsayımlar ve Spekülasyonlar...

Bugün bilmediğimiz ne varsa yarın biliyor olacağız. Biyologlardan oluşan devasa bir grup, canlı maddenin yapısı ve düzenini araştırırken, bir o kadar fizikçi ve kimyacı her gün, cansız varlıklara ait yeni özellikleri gözlerimizin önüne seriyor. Tıpkı bir tünelin iki ucundan kazan işçiler gibi, onlar da, aynı hedefe ulaşmak için çalışıyorlar. İş şimdiden oldukça yol katetmiş durumda ve çok yakında, canlıyla cansız arasında kalmış son duvarlar da, sabırlı araştırmalar ve bilimsel düşüncenin güçlü darbeleriyle ufalanıp, ortadan kalkacaktır. - Aleksandr Oparin (1924, Yaşamın Kökeni kitabından)^[1]

“Abiyogenez” üzerine yazmaya karar veren kişi oldukça zor bir işe kalkıştığını bilir. Çünkü, cansız maddelerden canlının oluşum sürecini tanımlayan kavram, bilimin en önemli ama aynı zamanda en karmaşık araştırma alanı olan “Yaşamın (canlılığın) Kökeni” konusunun merkezinde yer alır. Bundan dolayı, sözlü olsun yazılı olsun bütün kültür tarihi boyunca insanlık, bu sorunla ilgili sayısız çeşitlilikte bilgi ve düşünce ortaya koymuştur ve bu uğraş günümüzde de devam etmektedir.

Deneysel bilimin güçsüz olduğu antik dönemlerde, “Nereden geliyoruz?” sorusuna yanıt bulma ihtiyacını, kadim inançlar ve folklorik efsaneler karşılamıştı. Daha sonra tek tanrılı göksel dinlerin dogmaları ve felsefe devreye girdi. Binlerce yıllık bu entelektüel çabanın ortaya koyduğu devasa külliyat, insan bilincini derinden etkiledi ve bu etkinin hâlâ sürdüğü herkesin bildiği bir gerçek. Başka bir anlatımla, ele alınan konu, efsanelerin, mitolojinin, dogmaların, safsataların, önyargıların gerçek sanıldığı ve çağdaş bilimin henüz yeni araştırdığı bir alanda kalem oynatmaktır. Fakat öte yandan, bilimin açıklayamadığını hiçbir şeyin açıklayamayacağı gerçeği bizlere, yaşamın yani canlının kökeniyle ilgili bilimsel bulguları toplumla paylaşma yükümlülüğü veriyor.

Geçmişten Geleceğe, Yaşam Nedir?

Abiyogenez tanımındaki “cansızın yaşam bulup, canlıya dönüşmesi” ifadesi uzman olmayan okuyucuda kafa karışıklığı yaratabilir. Mucizevi bir anlam taşıyan bu ifadedeki canlı, cansız ve yaşam kavramlarını tanımlamak, bilimden gelen felsefecileri ve felsefe kökenli bilimcileri yüzyıllardır meşgul eden bir sorun.^[2]

İlk bakışta çok kolay gibi gözüken bu “tanımlama” işinin aslında sanılandan çok daha zor olduğu kısa sürede anlaşılır. Söz gelimi soruya büyük ölçeklerde bakıldığında yanıtlamasında pek bir güçlük olmaz. Bir çocuk dahi, sokakta gördüğü kedinin, havada uçan kuşun bir canlı olduğunu buna karşılık yolun kenarında duran çakıl taşının ya da elindeki kalemin cansız olduğunu kolaylıkla ayırt eder. Hatta oyuncak köpeklerle oynayan küçük çocukların gerçeğini gördüğünde korktuğuna şahit olunmuştur. Çocuğa göre, kendi ve çevresindekiler gibi hareket eden, tepki veren şeyler kolaylıkla canlı diye adlandırılabilir. Fakat balkondaki kaktüs bitkisinin ya da deniz kenarındaki kayaya tutunmuş kabuklu deniz hayvanlarının canlı olduğunu anlaması için birinin bunu ona anlatması gerekir. Daha küçük ölçekteki yani mikroskobik canlılara, onların yaşamlarına ve moleküllerine doğru inildiğinde, konunun uzmanı bilimciler için dahi, devasa bir bilinmezler dünyasına adım atılmış olunur. Kimya ve fiziğin biyoloji olmaya başladığı boyutlardır bunlar.^[3]

Dünyamızdaki “cansız” nesnelerin ve “canlı” türlerinin büyük çeşitlilik göstermesi kapsayıcı bir tanımlama yapılmasını güçleştiren bir başka etmendir. Söz gelimi, hücreyi, canlıların temel ve en basit yapıtaşı kabul etmek, virüs gibi hücresiz yapıları dışarda bırakır. Halbuki yeni bilimsel bulgular virüslerin biyolojik konumunu pekiştirmektedir.^[2] Bakteri sporları ve kimi bitki tohumları gibi uzun yıllar boyu bir taş parçası gibi işlevsiz bekleyebilen yapıları hangi sınıfa koymak gerekir? Katır gibi üreme yetisi olmayan bireyler tanıma nasıl katılabilir? Prion, ribozim, uydu RNA ve DNA’ları, transpozon, plazmid gibi ayırt edici biyokimyasal niteliklere sahip makro molekülleri, bir yağ molekülü ya da organik bir polimer ile eş tutmak uygun mudur?

Cansız denilen bir moleküler organizasyon ya da karışım hangi andan itibaren canlı diye nitelenebilecek bir yapı kazanır? Biyolojik bir yapıyı canlı diye tanımlamak için gereken en basit ya da temel özellikler nelerdir? Söz gelimi, yapıtaşlarından ilk kez oluşan bir RNA ya da protein molekülleri topluluğu, ortamdaki bileşikleri kullanarak kataliz yapmaya ve kendini çoğaltmaya başladığında, onları ilk canlı moleküller diye tanımlamak olası mıdır? Ya da doğal olarak oluşan demir sülfürü (FeS) katalizör olarak kullanan metabolik bir devir, ilk metabolizmaya örnek olarak kabul edilebilir mi?

Birkaç yıl önce yayımlanan araştırmalarda, insan dahil ölü beden dokularında yapılan moleküler analizler, yüzlerce genin, -ölümden birkaç gün sonra dahi-, anlatımının (transkripsiyon) devam ettiğini göstermiştir.^[4] Kalp durması ve beyin ölümü gerçekleşen bir canlının bedeni tıbben artık cansız kabul edilse de, fizyolojik anlamda dokularda birçok işlem sürmektedir.

Yapay zeka çalışmalarının amaçlarından biri bilindiği gibi canlı benzeri bir sistem yaratmaktır. Bu yüzyılın ikinci yarısında sentetik biyolojinin, yapay biyolojik sistemler yaratma yönünde büyük ilerleme kaydedeceği beklenmekte. Yani canlı yetilerine sahip robotların yaşamımızı paylaşacağı günler çok uzak değil.

Bu örnekleri uzatmak olası. Görüldüğü gibi, canlı ve cansız gibi iki soyut kavrama dayanan “Yaşam ve Yaşamın Kökeni” gibi olgular tanımlanması güç bir iş. Fizikçi ve kimyacıların “Madde” ve “Enerji” gibi birbirine dönüşebilen iki soyut kavram arasındaki karmaşık ilişkileri açıklamakta karşılaştıkları benzer sorunlar, biyolog ve jeokimyacıların karşısına da çıkmaktadır. Belki de gelecekte, büyük evrim biyoloğu Theodosius Dobzhansky’nin (1900-1975) “Bilim dünyası yaşam diye neyi kabul ederse, yaşam o olacaktır” dediği bir noktaya gelinecektir.

Sıkıcı bilimsel bulgulara geçmeden önce eski insanlar bu sorularla nasıl haşır neşir olmuş ona bir bakalım. Çünkü bu uzun öykü aynı zamanda, insan bilgisinin nasıl bir evrimden geçtiğini gösteren entelektüel bir serüvendir.

Bilim tarihi aslında bilimin ta kendisidir. - Wolfgang von Goethe (1749-1832)

Hayal Dünyamızın Büyük İcadı: Animizm

Animizm, yaşam nedir sorusuna evrensel bir anlam kazandıran en eski inanç sistemidir. Kökleri, yazılı kültürü olmayan (örneğin, Avustralya Aborijinleri gibi) en eski topluluklara hatta insanın ilk atalarına kadar uzanır.^[5] Gerçekte insanın içinde yaşadığı doğanın bir parçası olduğu gerçeğini inanca dönüştüren bir dünya görüşüdür animizm ve farklı çeşitleri vardır. Doğal nesnelere ve olaylara (ör., bitkiler, hayvanlar, kayalar, çağlayanlar, yıldırımlar) “yaşayan bir ruh” atfedilmesi bu inançla olur.^[6] Nesnelere yüklenen bu gücün en önemli özelliği, insan yaşamını etkileyebilmesidir. Sağlık, başarı, besin, korunma vb. için bu kutsal güçlerden yardım umulur. Böylece doğayla insanın gündelik yaşamı arasındaki karmaşık ilişkilere, kutsal ve gizemli bir nitelik kazandırılır.

Konumuz açısından önemli olan nokta, Animizm yoluyla canlı ve cansızlar arasında ilk soyut ama güçlü bağın kurulmuş olmasıdır. Bu yolla canlıyla cansız arasındaki ilişkiler belirgin ölçütlere bağlanır: Örneğin evren sayısız doğal nesneyle doludur ama onların içinde sadece bir bölümü ruha sahiptir ve özel konumdaki bu varlıkların, öteki bütün her şeyden ayrı bir yere konulmaları gerekir.

Ölüm denilen şey, ruhun bedeni (yani başta içine girdiği cansız nesneyi) terk edip geldiği yere yani dağ doruklarındaki, deniz diplerindeki, göklerdeki ya da yerin derinliklerindeki “ruhlar” alemine dönüşüdür. Bu nedenle animizmin en önemli çıkarımı, “ölümden sonra yaşam” düşüncesidir.^[5] Böylece her insan bedensel ölümün ötesine geçip, varoluşunu sürdürmektedir. Öbür dünya inancı oldukça eskidir örneğin, Neandertallere ait 95 bin yıllık mezarlar bu insanların ölülerini gömdüğünü göstermektedir.^[7] Ölümün her şeyin sonu olmadığını düşündükleri anlaşılıyor. Ölü gömme ayini ve bunun yapıldığı mekanın zaman içinde, din adamı ve tapınak ihtiyacını doğurduğu açıktır. Örneğin bir şaman rahibi, insanların dünyasıyla ruhlar alemi arasındaki bağlantıyı sağlayıp, sorunları çözen bir tür habercidir.

Animizmin Yazılı Kültüre Uzanan Etkisi

Görüldüğü gibi günümüz dinlerindeki tanrı, ruh, yaşam, ölüm, öbür dünya, ölümden sonra yaşam, kutsallık vb. olgular Animizm’den çıkacaktır ve zekice tasarlanmış bu antik inanç sistemi etkisini, son beş bin yıllık yazılı kültür içinde dahi güçlü bir şekilde sürdürecektir.

Bugün biraz okumuş dindar birisine yaşamın ne olduğu sorulsa, onun insanın topraktan yapılmış hamuruna tanrının verdiği bir nefes olduğunu söyleyecektir. Tanrıdan gelen kutsal nefes yani ruh, maddi ve cansız bedene hayatı veren gerçek güçtür. Söz gelimi antik Mısır kültüründe yaşamın kaynağı, tanrı şeklinde simgeleştirdikleri Güneş ve Nil Nehri’nin taşıdığı bereketli çamurdu. Nehirdeki timsahlar, yılan balıkları, kurbağalar, sıçanlar her türlü canlı, Güneşin yaşam veren sıcaklığını emen bu çamurdan doğuyordu.

Daha sonra antik Yunan kültürünün simgesi Aristoteles (M.Ö. 384-322), yaşamın kaynağını cansız maddeye bağlayan görüşü, sistemli bir öğreti haline getirir. Ona göre, belli tip hayvan (ör., böcekler, yumuşakçalar, solucanlar yani tüm omurgasızlar) ve bitkiler, -yani tohum, yumurta ve ebeveynden gelmeyenler-, çürüyen (organik) maddelerin içinde kendiliğinden oluşuyordu ve bu işleme “spontan jenerasyon” adını verecekti.^[8] Bu kuramdaki önemli nokta, yeni canlının kendine benzer bir başka canlıdan değil her seferinde cansız maddeden oluşmasıydı. Aristoteles bu olayın doğada kolaylıkla gözlenebileceği inancındaydı. Mesela mavi sinekler kokuşmuş artıklardan, sıçanlar çamurlu, çürümüş samandan, timsahlar nehir tabanında çürüyen kütüklerden, kurbağalar balçıktan hayat buluyordu. İşlem sırasında cansız madde kendi kendine hareketlenip, değişiyordu. Bu işin arkasındaki bilgi şuydu; doğadaki tüm nesnelerin ana yapıtaşları, su içeren toprak ve hava içeren suydu. Yaşamı doğuran, maddenin çürümesi değil, suyun içindeki havada bulunan “pneuma yani yaşam nefesi” (spiritus) idi. Yaşam nefesini taşıyan hava ise, bildiğimiz havadan farklı olarak, hava ve -yaşam sıcaklığını veren- ateşin bir karışımıydı. Aristoteles deney ve gözlem yapan bir doğabilimciydi fakat, çetrefil konuları kimi zaman karmaşık felsefi önermelerle allayıp, pullamayı da severdi.

Aristoteles’in doğa felsefesi, Romalılar ve Hristiyan düşünürler üzerinde derin etki yapar ve "19. yüzyılın ortasına kadar" yani neredeyse 2000 yıl boyunca, din adamları, entellektüeller ve doğa bilimcilerin büyük bölümünün dünya görüşünü belirleyecektir. Bu nedenle Darwin ve Pasteur’a kadar, yaşamın kökeni ve canlılık sorunu, dar bir bilimsel çevrenin tartışma konusu olarak kalır.^[9] Fakat yine de çağdaş bilimin temellerinin atıldığı 17. yüzyıldan 19. yüzyılın ortasına kadar bu alanda da çok önemli işler yapılır. Bunlar içinde en önemlisi, spontan jenerasyon gibi inançlara temel olmuş, iki bin yıllık bir kuramın yıkılmasıdır. Bu yapılmasaydı, çağdaş yaşam bilimlerinin önü açılmayacaktı.

Spontan Jenerasyonun Deneyle Çürütülmesi

Eskiden, yaşadıkları devrin ötesinde zeka ve bilgiye sahip bilimciler dahi kurtçuk ve sineklerin çürümüş etten, böceklerin sığır pisliğinden varolduğuna inanıyordu. Söz gelimi kan dolaşımı keşfeden İngiliz William Harvey (1578-1657), toksikolojinin kurucusu İsviçreli Paracelsus (1493-1541), karbon dioksidi havadan farklı ayrı bir gaz olarak tanımlayan Flaman (Belçikalı) doktor ve felsefeci Johan Baptista van Helmont (1580-1644) gibi büyük doğabilimciler, Aristoteles’ten kalma, organik maddelerdeki kokuşmayı, basit yapılı organizmaların yeniden hayat bulmasında ilk adım olarak görüyorlardı.

Hatta iyi bir deneyci olan van Helmont, farelerin buğdaydan spontan jenerasyonla oluştuğunu söyler. Yaptığı deneyde toprakla kirlenmiş ve terle ıslanmış bir fanilayı (insan teri yaşamın hammaddesini taşıyordu ona göre) ve buğdayları bir fıçıda karıştırıp 21 günlüğüne fermentasyona bırakır. Fanilada ve çürüyen buğdayda bulunan sıvıların buharlaşıp birbirine karışması sonucu fıçıdan canlı fare çıktığını görür. Bu farenin ana babanın çiftleşmesiyle doğan doğal farelerden bir farkı yoktu.^[9]

Francesco Redi

Animizmin dolaylı bir uzantısı olan spontan jenerasyon kuramının tahtı, Floransa’da saray doktoru olan büyük İtalyan doğabilimci, Francesco Redi’nin (1626-1697) 1668’de yayımladığı basit ama zekice tasarlanmış bir seri deneyle ilk kez sarsılır. Redi’nin deneyine kadar, sinek larvalarının kokmuş etten, kurtçukların ise çürüyen elmadan spontan jenerasyonla oluştuğuna inanılıyordu.

Redi içine et parçası koyduğu üç kavanozdan birinin ağzını açık bırakıp, geri kalan kavanozlardan birini, içine sadece hava girişine izin veren bir tülbentle (veya parşömenle) ve ötekini ise hava almayacak şekilde mantarla kapatır (Şekil 1). Birkaç gün sonra üstü açık ilk kavanoz dışındaki kavanozlarda sinek larvaları görmez. Fakat et kokusunu alan ama ona erişemeyen sinekler yumurtalarını tülbendin üzerine bırakırlar ama yeni çıkan larvalar beslenemedikleri için orada ölürler. Redi deneyin bir sonraki aşamasında iki kavanoza yine et parçaları koyar ve ilk kavanoza canlı sinek larvaları öteki kavanoza ise ölü, ergin sinek ve larvalar koyup ağızlarını kapatır. Ölü kurtçukların ve sineklerin konulduğu kavanozda yeni sinek larvalarının oluşmadığını görür. Bu deneyler, etin üzerindeki larvaların etin kendisi tarafından değil, dışardan gelen sineklerin ete bıraktığı yumurtalardan çıktığını açıkça gösterir. Aristoteles’in spontan jenerasyon tezi deneyle sınanıp, geçersiz hale gelmiştir.

Hatta yeri gelmişken yaptığı bir başka deneyden burada kısaca söz etmekte yarar var. Bir akrebi ikiye kesip bir parçasını, biraz su ve tatlı fesleğenle birlikte açık bir cam kaba koyar ve Güneş altında bırakır. On dört gün sonra, kaptaki çürüyen akrep parçasında siyah sinek yumurtalarını ve daha sonra bunlardan çıkan ergin sinekleri görür. Halbuki o devirde ölü akrepten yeni bir akrebin doğacağına inanılıyordu.

Fakat Redi’nin deneyinden birkaç yıl sonra yani 1675’te, Hollandalı Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723) mikroskobik canlıları keşfeder. Bir sonraki yüzyılın doğabilimcileri Fransız Comte de Buffon (1707-1788) ve İngiliz Katolik rahibi John Needham (1713-1781) bu kez, gözle görülür canlılar olmasa da, mikropların spontan jenerasyonla cansız maddelerden oluşabileceği tezini gündeme getirirler.

Needham tezini deneyle kanıtlamak için, et suyu ve çürümüş buğdayla hazırladığı besiyerlerini önce kısa bir süre için kaynatır ve soğumasını bekledikten sonra, kapların ağızlarını mantar tıpayla kapatır. Birkaç gün sonra kaplardaki sıvılarda mikropların ürediğini gören Needham, besiyerlerinde “kendiliğinden oluşuma yol açan bir yaşam gücünün” bulunduğu yargısına varır. Aslında bu hatalı sonuca neden olan iki deneysel sorun vardır: Bunlar, yetersiz kaynatmanın besiyerinde halihazırda bulunan mikroorganizmaların tümünü öldürmemesi ve soğumak için bir süreliğine açık havaya maruz bırakılan besiyerinde dışarıdan gelen mikropların da üremesidir.

Lazzaro Spallanzani

İtalyan Katolik rahibi ve doğabilimcisi Lazzaro Spallanzani (1729-1799) 1765’de yaptığı deneylerde besleyici sıvının, çağdaşı olan Needham’ın iddia ettiği gibi, “yaşam var eden bir güç” taşıyıp taşımadığını kontrol eder.

Spallanzani bu amaçla sıvı besiyeri içeren silindir boyunlu şişeleri bir saat boyunca kaynatır ve daha sonra şişelerin ağızlarını hemen hava geçirmiyecek şekilde alevle eritip kapatır. Yani Needham ve Redi’nin kullandığı gibi mantar kullanmaz. Kaynatılan ve havayla teması kesilen sıvılarda mikroorganizmaların üremediğini gözlemler. Buna karşılık, kısa süre kaynatılan ve üstü kapatılan ya da kaynatılıp üstü açık bırakılan et sularında yoğun bir mikrop üremesi olduğunu görür. Buradan çıkan iki sonuç vardır:

• a. Mikroorganizmalar besiyerindeki bir “güç” tarafından oluşturulmayıp, hava yoluyla sıvıya taşınmaktadır.
• b. Mikroplar ancak uzun süre kaynatılınca ölmektedir.

Spallanzani, besiyerlerini kaynatma süresini bir saate çıkararak ve havayla teması tamamıyla keserek Needham’ın “yaşam gücü” tezini geçersiz kılar.

Fakat Needam, uzun kaynatmanın ve havayla teması kesmenin, spontan jenerasyon için gerekli olan “vejetatif gücü” tahrip ettiğini söyleyerek Spallanzani’nin sonuçlarını reddeder. Spontan jenerasyon yanlılarına göre Spallanzani’nin deneyleri sadece, havasız ortamda bu işin olamayacağını kanıtlamıştı.

Anlaşılacağı gibi bütün varsayımlar, kimsenin gözünün yaşına bakmadan, -hem de bazıları Hristiyan din adamı bilimciler tarafından-, deneysel sınamadan geçirilmektedir.

Artık Sofraya Mikrobiyolojinin Babası Pasteur Oturur!

Fakat Redi ve Spallanzani’nin güçlü deneysel bulguları insanları ikna etmeye yetmez çünkü mikroplarla çalışmaya uygun deney düzenekleri henüz elde yoktur. Spontan jenerasyonun kesin infazı için bilimin 19. yüzyılın ikinci yarısını yani büyük Fransız bilimci Louis Pasteur’u (1822-1895) bekleyecektir.

Pasteur, Spallanzani’nin 1765’de yaptığı deneyleri 1861’de yani neredeyse 100 yıl sonra yeniden ele alır. Yaptığı ilk grup deneylerde, kaynatılmış olsa da hava ve tozla temas eden et suyunda mikroorganizmaların ürediğini ama tersi durumda yani havayla temas engellendiğinde üremenin olmadığını kesinlikle gösterdikten sonra, “kuğu boyunlu” cam şişelerle deneyini yineler (Şekil 2). Bu tip şişelerin ağzında dışa açılan uzun ve ince, “S” harfi biçiminde cam bir boru vardır. Kıvrık borunun işlevi, havanın şişe içine girişine izin verirken tozun girmesine engel olmaktır. Çünkü Pasteur bu tip bir boruda, havadaki toz ve üzerlerindeki mikroorganizmaların cam borunun nemli duvarlarına yapışıp kaldığını ve sıvıya erişemediğini biliyordu. Bazı deneylerde, kıvrık boru içine hava girişine izin verip, tozu tutan yani filtre işlevi gören pamuk topçukları da sıkıştırır. Bu koşullarda kaynatılan besiyerlerinde uzun yıllar boyu herhangi bir mikroorganizmanın üremediği görülür. Sonuç olarak, şişedeki besiyerini bozan şey, temiz hava değil, havada uçuşan toz zerreciklerinin üzerinde taşınan mikroorganizmalardı.

Yüzyıllar boyu süren tüm bu deney ve tartışmalardan sonra ortaya şu sonuç çıkmıştı; yüksek organizasyonlu canlılar gibi mikroorganizmalar da, bir başka mikroorganizmadan yani kendine benzer bir atadan ürüyordu, çürüyen organik maddelerdeki yaşam gücünden değil.

Fakat bu arada, Pasteur’ün deney sonuçlarının birçok bilimcide, yaşamın kökenini araştırmanın artık boşuna bir uğraş olduğu kanısı yarattığı da söylenmeli. Tüm canlılar başka bir canlıdan ürüyorsa, belki de yaşamın bir başlangıcı veya kökeni yoktu ve aynı “madde” gibi yaşam da, geçmişi ve geleceği olmayan sonsuz bir olguydu.

Abiyogenez Kavramının Doğuşu

Pasteur’ün deneyleri spontan jenerasyonu çürütmüştü ama bilimciler yaşamın cansız maddelerden kökenlendiği varsayımını hiçbir zaman terk etmezler.

Charles Darwin’in (1809-1882) yakın dostu, karşılaştırmalı anatomi uzmanı Thomas Huxley (1825-1895), artık geçerliliği kalmayan spontan jenerasyon yerine, 1870’de “Abiyogenez” kavramını önerir. Kendinden önce kullanıma girmiş “Biyogenez” ifadesini ise, hayatın bir başka hayattan oluşmasını tanımlamak için yani karşı anlamda kullanır. Gerçekte Huxley’in amacı, spontan jenerasyon tartışmalarıyla yüzyıllardır yıpranmış, canlının cansız maddeden kökenlenme olgusunu yeni bir kavramla tazelemektir. Böylece, canlıyı meydana getiren organik maddelerin daha basit yapıtaşlarından sentezi ve bunların hücresel bir bütünlük içinde (Huxley “protoplazma” diyordu) organize olmaları, çağdaş biyolojiye uygun bir ifadeyle tanımlanmış olacaktı.^[1] Bu yolla, spontan jenerasyon olgusunun köhnemiş yakıştırmalardan arındırılıp, “evrimsel” bir nitelik kazanmasının yolu da açılır.

Biyogenez ve Abiyogenez Kavramları Üzerine
  Biyoloji terminolojisinde, geleneksel olarak, biyogenez, yaşamın başka bir yaşamdan, abiyogenez ise, yaşamın cansız maddeden kökenlenmesini tanımlar. Kavramlardaki “genez (genesis)” eki, yaşamın kökeni anlamını vermektedir ifadelere. Gerçekte “genesis” sadece “köken” (yani herhangi bir şeyin kökeni) demektir. Bundan dolayı, söz gelimi “ketogenez” dendiğinde yaşamın ketonlardan kökenlenmesi kastedilmez. Biyokimya literatüründe “biyogenez” ifadesi isim olarak kullanıldığında, bir canlıda maddelerin sentezlenmesi yani “biyosentez” kavramına denk olarak ifadede yer alır fakat bu durumda yanında ona hep bir nesne eşlik eder yani “lipidlerin biyogenezi” gibi.
  Kimyasal evrimle ilgili Fransızca literatürde “biyogenez” ifadesi genellikle, yaşamın cansız maddeden kökenlenmesini tanımlamak için (la biogenèse) kullanılmaktadır. Abiyogenez ise çok ender olarak metinlerde yer alır. Çünkü abiyogenezin (abiyo-genez, abio-genesis) “tam olarak” anlamı, “yaşam olmayanın kökeni” ya da “cansızlığın veya cansızın kökeni” (non-life) demektir. Bu nedenle sıfat olarak “biyogenik” ve “abiyogenik” kavramları önerilse de, ikinci tanım için canlılığın kökeni üzerine çalışan araştırmacılar daha çok “prebiyotik” ve “abiyotik” ifadelerini yeğlemektedirler.
  Sonuç olarak, süreci doğru olarak ifade etmeyen ama tarihsel değeri olan “abiyogenez” yerine, canlılığın cansız maddelerden oluştuğunu tanımlamak için, Fransızlar gibi, “biyogenez” kavramını kullanılabilir.
  Kaynak: Kenyon, DH. (1975). On Terminology in Origin of Life Studies. Origins of Life. 6(3): 447-449.
  

Descartes’ın Biyolojiye Açtığı Yeni Pencere

René Descartes (1596-1650) canlılık ve yaşam olgusuna yeni bir boyut katan Fransız filozoftur. Ona göre, canlının bedeni bir makine, yaşam işlevleri ise birer mekanizmadır. Descartes bu açıklamayla gerçek doğada olan durumu ifade etmek ister. Çünkü doğada canlı, cansız diye bir ayrım yoktur ve oradaki bütün varlıklar hep iç içe ve sürekli birbirlerine dönüşmektedir. Descartes’in etkisi kendini 18. yüzyılda gösterir ve yaşayan varlıklara yeni bir ad daha verilir; bu kez sürüme giren “organizma” kavramıdır.^[6]

Büyük Alman filozofu Immanuel Kant’a (1724-1804) göre, yaşayan varlık “organize” olmuş bir varlıktır. Organize varlıkta, onu oluşturan bütün parçalar, yaşam işlevlerini yerine getirmek için birbirleriyle sıkı bir işbirliği içinde çalışırken, aynı zamanda, birbirlerinin üretimine yani var edilmesine de katılırlar. Organize varlık, söz edilen bu ikinci özelliğiyle makineden ayrılır. Çünkü bir makineyi oluşturan kısımlar çalışma sırasında birbirlerine mutlak olarak bağımlı iken birbirlerinin yaratımında görevleri yoktur. Başka bir anlatımla, bütünün parçaları birbirlerinin işlevsel ortağıdır ama varoluş nedeni değildir. Kant bu girişten sonra, “organize varlık” tanımlamasını daha da genişletir ve bu tip bir varlık, “kendi kendini organize edebilen (sürekliliğini, bakımını ve üremesini kendi başına sağlayabilen) bir varlıktır” sonucuna ulaşır. Yani bu varlık, kendine yetebilen, kendi başına yaşayabilendir. Kant’ın “canlı” ve “organizma” kavramlarını aynı eşitlik içine koyması, o günden bu güne, yaşam bilimlerinde çalışan bilimcileri derinden etkileyecektir.

Doğanın Diyalektiği

Friedrich Engels’in (1820-1895), Doğanın Diyalektiği kitabında yaptığı yaşam tanımı ilginç bir örnektir.^[10] Ona göre:

Canlı, proteik (albuminoïd) yapıların bir varoluş biçimidir. Bu yapının temel özelliği, çevresindeki doğal ortamla sürekli bir metabolik alış veriş içinde olması ve bunun durmasıyla, protein yıkımının başlayıp, canlılığın son bulmasıdır.

Engels’in, biyokimyasal ve fizyolojik açıdan hakkında çok az şey bilinen proteinleri, tanımın merkezine koyması dikkat çekiciydi.^[2] Gerçi Darwin geçmişte “Protein bileşiği” diye bir şeyden söz etmişti ama proteinlerin bu tartışmanın içine tekrar girmesi için bilim dünyasının 20. yüzyılı beklemesi gerekecekti. Engels bu tanımın bir benzerini 1877’de yani daha önce de yapmış ve şöyle demişti:

Canlı, protoplazmanın bir varoluş biçimidir ve bu, kendisini oluşturan kimyasal bileşenlerin sürekli yenilendiği bir yapıdır. Protoplazma burada, modern kimyada anlaşıldığı şekliyle ve yumurta akını oluşturan maddelere benzer bütün maddelerin oluşturduğu bir yapı olarak ele alınmaktadır yoksa -protein maddeleri- olarak tanımlanır.

Engels tanımını 1894’te günceller ve şöyle yazdı:^[9]

Canlı, proteik yapıların bir varolma biçimidir ve yapıyı oluşturan kimyasal bileşenlerin kendi kendilerini sürekli yeniledikleri bir yaşam biçimidir bu.

20. Yüzyıl Biliminin Canlı Kavramına Yaklaşımı

Şu ana kadar verilen tanım ve bilgilerin “birey düzeyinde” olduğu dikkati çekmiş olabilir. Yirminci yüzyıla gelindiğinde bilgi artışına koşut olarak daha kapsayıcı bilimsel tanımlar yapılmaya başlanır.

Oparin farkı!

Büyük Sovyet biyokimyacı Aleksandr Oparin (1894-1980), 1920’li yıllarda canlının kökeni konusunda, ilk kapsamlı bilimsel varsayımları ortaya koyan bilimcidir. Varsayımlarının bir parçası olarak bir canlılık tanımı da yapar ve olguyu altı temel ölçüte dayandırır:

1. Çevreyle madde alış verişi yapabilme yetisi
2. Gelişme yetisi
3. Kendi populasyonunu büyütme yetisi
4. Kendi kendine üreme yetisi
5. Hareket yetisi
6. Uyarılma yetisi

Bunlara ek olarak, bir zara sahip olma ve çevreyle karşılıklı bir bağımlılık içinde bulunma özelliklerini de önerir.

Oparinin açtığı patikadan sonra bilimciler daha kapsayıcı bir yaşam tanımı için çabalarını sürdürürler. Karmaşıklaşan bilimsel gereksinimlere uygun ve çoğunluğun onayını almış bir canlılık tanımıdır istenen. Özellikle 1980’li yıllardan sonra:

• a) NASA’nın (Amerikan Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi) uygulamaya koyduğu “eksobiyoloji” (astrobiyoloji) araştırma programları,
• b) Dünya genelinde yaygınlıkla yürütülen “yapay yaşam ve robotik” projeleri ve
• c) Canlılığın kökenine dönük doğrudan deneysel çalışmaların yarattığı, yaşam tanımı için güvenilir ölçütlerin bulunması ihtiyacı önemli bir itici güç olur.

Söz gelimi, Dünya dışı yaşamı araştıran eksobiyologlar, öteki gezegenlerde ne arayacaklarını, ne tür araştırmalar için ne tür araçlar tasarlamaları gerektiğini bilmek için bu ölçütlere gereksinim duyuyorlardı. Sadece Dünyamızdakine benzer yani su ve karbon kimyasına dayanan yaşam formlarını araştırmak için milyarlarca dolar değerinde araçlar hazırlayıp uzaya göndermek hayal kırıklığıyla sonuçlanabilirdi. Başka gezegenlerde belki de farklı elementlere (ör., silikon) ve sıvılara (ör., sıvı alkanlar) dayalı yaşam formları bulunabilirdi. Bu nedenle 1992’de NASA Eksobiyoloji Programı kendi canlılık tanımını yapar: “Canlı, Darwinci evrimleşme yetisine sahip, kendi kendini sürdürebilen kimyasal bir sistem”dir. Sözü edilen sistem açık bir sistemdir ve dışarıdan enerji ve hammadde almaktadır. NASA’nın bu tanımının ilk kez 1962’de, Norman Horowitz (1915-2005) ve Stanley Miller (1930-2007) tarafından dile getirildiğini anımsatmak gerekir. Tanım birçok bilimci tarafından benimsenir ve bu arada, “Canlı varlık” yanında daha kapsayıcı olan, “Canlı sistem” ve “Canlı birim” kavramları da önerilir. 

Bu arada İtalyan kimyacı Prof. Dr. Pier Luigi Luisi’nin (1938-) tanıma getirdiği bir eleştiriyi aktarmakta yarar var. Luisi, Darwinci evrimleşmeye göre, bireyler evrimleşmez, evrimleşen canlı topluluklarıdır bilgisinden yola çıkarak, populasyonla ilgili olmayan böyle bir tanıma Darwinci evrimleşme ölçütünün uygun düşmediği kanısındadır. Hatta bu görüşünü desteklemek için şöyle bir örnek de verir: Şayet bir NASA astronotu yaşam formları aradığı bir gezegende tek bir bitki veya hayvan türüyle karşılaşsa, ortada doğal seçilime göre evrimleşen bir populasyon görmediği için bunları canlı kabul etmeyecek midir? Gerçi doğal seçilime dayalı evrimleşme geçirmeyen yani çevresel değişmelere uyumsal bir yanıt veremeyen canlılığın dünyamızda varolma şansı olmadığı için bu olgunun her yaşam tanımında bir şekilde bulunması da gerekiyor.

Yaşamın Milyarlarca Yıllık Serüvenine Giriş

Yaşam bir mucize değildir. Dünyamızda onun oluştuğu koşulların yinelendiği herhangi bir gezegende ve zamanda meydana gelmesi beklenebilecek doğal bir olaydır. - Harold Urey (Time dergisi, 24 Kasım 1952)

Charles Darwin’den Yaşamın Kökeni Üzerine Mucizevi Öngörüler^[11]

…yaşamın sürekliliği gerçeği, bundan böyle, yaşam olgusunun bazı genel yasaların bir parçası veya sonucu olarak gösterilmesini mümkün kılacaktır. [Darwin’in George Wallich’e yazdığı 28 Mart 1882 tarihli mektuptan]^[12]

Mevcut bilgi, varsayım ve kuramlardan geleceğe dönük güçlü öngörülerde bulunma yetisi büyük bilim insanlarında yaygın olarak bulunan bu özelliktir. Fazla ilgilenmediği bir alanda bile Darwin’in bunu yapabilmiş olması onun yüksek bilimsel kapasitesinin bir başka göstergesidir.

Darwin, eserlerinde yaşamın başlangıcı üzerine pek görüş bildirmemişti. Bilgimizin azlığından dolayı bunun zaman kaybı olacağını düşünüyordu. Örneğin, 1861’de üçüncü baskısı yapılan Türlerin Kökeni’nde, bilimin şu ana kadar, yaşamın kökeni gibi üst düzey bir sorunu aydınlatamadığını yazmıştı. Yakın dostu, büyük İngiliz botanikçisi Joseph Dalton Hooker’a gönderdiği 29 Mart 1863 tarihli mektupta şöyle yazacaktı:

Şu anda, yaşamın ya da maddenin kökenini düşünmek sadece saçmalıktır.

Hatta ölümünden kısa bir süre önce İngiliz hekim ve zoolog George Charles Wallich’e gönderdiği 28 Mart 1882 tarihli mektupta şöyle diyordu:^[12]

Mevcut bilgimizi tümüyle aştığı için Yaşamın Kökeni sorununu bilerek incelemediğimi çok doğru bir şekilde ifade ettin.

Fakat Charles Darwin gibi doğa kurdunun bunu tümden atlaması olası değildi. Örneğin, 1920’li yıllarda Sovyet biyokimyacı Oparin ve İngiliz biyolog Haldane’nin bir varsayım olarak önerdikleri ve deneyinin ancak 1950’li yılların başında Stanley Miller ve Harold Urey tarafından yapılabildiği, basit bileşiklerden biyolojik makromoleküllerin yapıtaşlarının sentezlenebileceği ve biyolojik organizasyonun böyle başladığıyla ilgili tezin ana hatlarını, onlarca yıl önce, ilk o dile getirmişti. Bu mucize sözcükleri 1 Şubat 1871’de Hooker’a yazdığı mektuptan okuyalım:

...eğer (ve Of! bu ne büyük bir eğer’dir) içinde her türlü amonyak ve fosforik tuzların, ışığın, sıcaklığın, elektriğin ve benzerlerinin bulunduğu küçük ve ılık bir su birikintisinde, bir protein bileşiminin kimyasal olarak biçimlendiğini ve çok daha karmaşık değişikliklere uğramaya hazır olduğunu tasavvur edersek... günümüzde bu tip bileşik, canlıların henüz varolmadığı geçmişte mümkün olmayacak bir şekilde, hemen parçalanıp yok edilecek ya da emilecektir.

Darwin’in bu dikkat çekici varsayımında, canlının temel yapıtaşları arasına fosforu da katması ilginç bir durumdu; çünkü o günlerde bu elementin hücrenin enerji metabolizması ve kalıtsal maddenin yapısındaki büyük önemi henüz bilinmiyordu. Sadece İsviçreli Friedrich Miescher 1871’de, DNA’yı hücreden yalıtıp, kimyasal bileşimini aydınlattığı çalışmasını yayımlamıştı. Ama DNA’nın üç boyutlu yapısı ve kalıtımın temel molekülü olduğunu bir yana bırakın, daha hücrede ne işe yaradığı dahi bilinmiyordu. Bunun için 20. yüzyılın ortalarına kadar beklenmesi gerekecekti. Aynı şekilde 1929’da ATP’nin keşfine kadar, fosforun enerji metabolizmasının kilit elementi olduğu da anlaşılamayacaktı.

Kimyasal Evrim

Darwin ve Alfred Wallace (1823-1913) ikilisinin doğal seçilime dayalı evrim kuramı sayesinde, Dünyamızdaki görkemli canlı (tür) çeşitliğinin temel düzeneği anlaşılırken, doğa bilimciler, tüm canlıların ortak bir atadan evrimleştiği gerçeğiyle de tanışırlar. Kökünde bu ata hücrenin yer aldığı canlıların büyük soyağacı, bütün canlıların birbirleriyle uzak ya da yakın akraba olduğunu gösterir. Bu büyük bir bilimsel devrimdir. Fakat Darwin-Wallace kuramı biyolojik sistemlerle ilgili bir kuramdı fakat yaşamın kokeni sorunu kimyasal bir sorundu ve ancak kimya ve fizik kuramlarıyla çözülebilirdi.^[3] Kimyasal bir olguyu biyolojik yaklaşımla açıklamaya ve çözmeye çalışmak sorun yaratan bir yaklaşımdı. Bu nedenle ortak atamız olan hücrenin “kökeni” sorunu yavaş yavaş, biyolojik evrim kuramından bir oranda ayrılmaya başlar ve jeokimyacı, biyokimyacı ve astrokimyacıların birlikte çalıştığı ve “Kimyasal evrim” diye de tanımlanan yeni bir araştırma alanı olur. Bu biyolojik evrimden daha karmaşık bir sorundur çünkü tür çeşitliliğini yaratan doğal seçilime dayalı evrimleşme çevremizde her an gerçekleşirken, abiyogenez, en az 4.1 milyar yıl önce bir kez meydana gelmiş antik bir olaydı ve bunun doğadaki izleri büyük oranda silinmişti.

Yaşamın Kökenine Seyahat

Dünyamız en az 4.54 milyar yaşında bir gezegendir. Ondan kopan uydumuz Ay’ın aşağı yukarı 4.4 milyar yıl yaşında olması bununla uyumludur.^[13] Gezegenimizde saptanabilmiş en yaşlı kayaçların (Kuzeybatı Kanada’daki 3.96 milyar yıllık granit kayalar) Dünyamızın yaşından daha genç olması bilimcileri, Güneş Sistemimizin oluştuğu devirden kalma gök cisimlerine yöneltmiştir.

Dünyamızın oluşumu, Güneş Sistemimizin (yaklaşık 4.57 milyar yıl önce) oluşumundan göreceli olarak “kısa” süre sonra yani aşağı yukarı 30 milyon yıl sonra gerçekleşmiştir. O devirden kalma “artık malzemeyi” içeren asteroid ve kuyruklu yıldızlardan gezegenimize düşen meteoritlerin kimyasal analizleri, Dünyamızı meydana getiren ilk yapıtaşları ve onun oluşum koşullarına ilişkin bilgimizin temelini teşkil eder. Son yıllarda bunlara, uydumuz Ay, kuyruklu yıldızlar ve komşumuz Mars’a ait yüzey örneklerinin doğrudan incelenmesi ve atmosfer dışında yörüngeye oturtulan uyduların taşıdığı çok duyarlı spektral analiz cihazlarıyla birçok gök cisminden toplanan veriler de eklendi. Belki bunlardan daha da önemlisi, 20. yüzyılın ikinci yarısından itibaren araştırmacıların yaşamın kökenini aydınlatmaya dönük tasarladıkları mükemmel deneylerden elde edilen şaşırtıcı bilgilerdir.

Zamanın Acımasızlığına Direnen İnsan Merakı!

Dünyamızdaki hücresel yapıya sahip en eski canlı fosilleri yaklaşık 3.7 milyar yıllıktır ve Grönland adasındaki kayaçlarda saptanmıştır.^[14] Avustralya’dan elde edilen zirkon kristalleri içinde bulunan en eski biyogenik (yani biyolojik aktivite sonucu oluşmuş) kimyasal fosillerin, 4.1 milyar yıl önceye tarihlenmesi araştırmacılara, gezegenimizdeki yaşamın sanılandan daha eski bir zamanda ortaya çıktığını göstermiştir.^[15] Temple Universitesi’nden zoolog Prof. Stephen Hedges’in bu yeni bulguyla ilgili yorumu dikkat çekicidir:

Şayet yaşam Dünyamızda göreceli olarak bu kadar çabuk ortaya çıktıysa, evrenin yaygın bir özelliği olabilir.

İlk canlının oluştuğu devirdeki hava, su ve toprak koşulları ve daha birçok noktayla ilgili doğrudan somut bulguların çok az olması, konu üzerine bilimcilere sadece varsayımda bulunma şansı vermektedir. Geçen zamanın uzunluğu, o devre ait neredeyse bütün kanıtları silip, süpürmüştür. Bu nedenle, bundan sonra okunacaklar, gerçeğin bizzat kendisi olmasa da, onu öğrenme yolunda harcanan çok ciddi bilimsel çabaların bir öyküsüdür.

Elementlerden Makromoleküllere

En basit organizasyolu canlılar olan virüslerin yapısında, protein ve kalıtsal madde olarak nükleik asitler (DNA ya da RNA) bulunur. Bazı virüslerde konak hüreden aldığı lipid zar parçası da yer alır. Virüslerden bakterilere geçildiğinde bu moleküllere; karbonhidratlar, inorganik maddeler, vitaminler vb. birçok molekül eklenir. Proteinler, genetik olarak kodlanan 22 esas amino asidin oluşturduğu polimerlerdir. Bunlar yanında amino asit türevi olan birçok bileşik, proteinin işlevine katkıda bulunur. Nükleik asitler beş farklı bazın oluşturduğu polimerlerdir. Karbonhidratlar ve lipidler onlarca farklı yapı taşının meydana getirdiği makromoleküllerdir (Tablo 1). Canlılar dünyasındaki en basit yapılı hücrelerden biri olan, insan patojeni Mycoplasma pneumoniae bakterisi dahi tüm bu molekülleri içeren çok karmaşık bir mikroorganizmadır.

İlk hücrenin oluşumundan önce, tüm bu makromoleküller ve onların yapıtaşları nerede ve nasıl oluşmuştur sorusunun sorulması gerekir. Nerede sorusu bir kısmımıza şaşırtıcı gelebilir çünkü şu ana kadar her şeyin Dünyamızda oluştuğu söylendi. Halbuki canlılığın yapıtaşlarının kökeniyle ilgili bilimciler arasında geçerli iki temel varsayım vardır:

1. Panspermia: İlk yaşam formları uzaydan gezegenimize taşınmıştır ve abiyogenez mümkün değildir.
2. Abiyogenez: Yaşamın bütün aşamaları dünyamızda gerçekleşmiştir.

Panspermia

Yaşamın kökeniyle ilgilenen bazı bilimciler ilk hücresel yapıların ve/veya temel makromoleküllerinin Dünya dışından gezegenimize taşındığı görüşündedir. Buna göre, evrenin birçok yerinde varolan yaşam formları; uzay tozu, meteroid, asteroid, kuyruklu yıldızlar, planetoidler vb. gezici gök cisimleri tarafından Dünyamız dahil her yere dağıtılmıştır. Panspermia olarak adlandırılan bu varsayımın farklı türleri vardır. Söz gelimi, moleküler panspermia varsayımı, yaşam öncesine (prebiyotik dönem) ait organik yapıtaşlarının ilk önce uzayda sentezlenip, daha sonra Güneş sisteminin oluştuğu gaz ve toz bulutuna (nebula) karışarak gezegenlere ulaştığıyla ilgilidir. Anlaşılacağı gibi, Panspermia tezini savunanların ilk hücrenin nasıl oluştuğunu açıklama amaçları yoktur. Onlara göre, abiyogenez dünyamızda olamayacağına göre, başka gezegende bir şekilde evrimleşmiş basit canlı formu Dünyamıza aşılanmıştır.

Antik Yunan filozofu İyonya’lı Anaksagoras (M.Ö. 500-428) “Panspermia” ifadesini ilk kullanan kişidir. Yirminci yüzyılın başında İsveçli tanınmış bilimci Svante Arrhenius (1859-1927) panspermiayı ayrıntılı bir varsayım haline getirir. Ona göre yaşam, çok olumsuz ortam koşullarına dayanıklı sporlar kanalıyla gezegenler arasında taşınmıştır. Aynı yüzyılda İngiliz astronomlar Fred Hoyle (1915-2001) ve (Sri Lanka asıllı) Chandra Wickramasinghe (1939-), inaktif haldeki virüslerin, DNA ve RNA moleküllerinin, sporların vb. korumasız halde uzay koşullarında varolabileceklerini ve meteor gibi küçük boyutlu gök cisimleriyle uzaya yayılabileceklerini savunurlar. Hatta onlara göre, geçmişte gezegenimizde büyük salgınlara neden olan virüs ve bakteriler dahi uzaydan gezegenimize taşınmıştır. Bu astronomların varsayımları bilimsel kanıttan büyük oranda yoksun olduğu için bilimciler arasında pek destek bulmaz. Fakat, yıldızlararası uzaydaki toz bulutunda organik (karbon içeren) bileşiklerin bulunduğuyla ilgili tezleri, Wickramasinghe tarafından bilimsel olarak kanıtlanır.^[16]

Uzay Biyolojisi

Atmosfer dışına yerleşen Sovyet uydularda yapılan mikrobiyoloji deneylerinin tarihi 1960’lı yılların başına kadar gider. Uluslararası Uzay İstasyonu dışında, 2008-2015 yılları arasında yapılan deneylerde, çeşitli biyomakromoleküller, organizmalar (mikroskopik hayvancık Tardigrad; mantar olarak likenler; böcek olarak Carausius morosus), mikroplar (bakteri olarak Bacillus subtilis, mikroskopik mantar olarak Saccharomyces cerevisiae) ve sporları günler boyu uzay koşulları yani, ekstrem sıcaklıklar, uzaydaki vakum, yerçekimsiz ortam, kozmik ışınlar vb. etkisinde bırakılmıştır. Az sayıda organizmanın bu koşullar altında fizyolojik işlevlerini koruyabilmesi (ör., likenler Rhizocarpon geographicum ve Xanthoria elegans; siyanobakteri Synechococcus sp.), basit yapılı canlı formlarının gök taşları aracılığıyla gezegenler arasında iletilebilme olasılığını desteklemektedir.^[17] Bu koşullarda az sayıda tardigradın da hayatta kalması çok hücreli hayvanlara ilişkin dikkat çekici bir durumdur.^[18] Fakat tahmin edileceği gibi bu bulguları, Dünyamızdaki yaşamın bu yolla başladığının kanıtı diye kabul etmek şu an için olanaksızdır.

Kozmolojik Evrimin Bir Parçası Olarak Canlılık

Yaşadığımız evren, günümüzden yaklaşık 13.8 milyar yıl önce elementer parçacıklar ve elektromanyetik enerji halinde ve çok küçük bir hacimde toplanmış iken, meydana gelen “Büyük Patlama” sonucu genişleyerek bugünkü halini almıştır. Büyük patlamadan sonra oluşan çok yüksek sıcaklığın çok kısa bir süre sonra azalmaya başlaması ile elementer parçacıklar yani kuarklar birleşerek proton ve nötron gibi atom altı parçacıkları, onlarda başka bir atom altı parçacık olan elektronlarla birleşerek atomları meydana getirmişlerdir.

İlk önce bir proton ve elektrondan ibaret olan hidrojen (periyodik cetvelin ilk elementi) atomu meydana gelmiştir. Bundan sonra ekzotermik yani dışarıya enerji veren çekirdek reaksiyonları sonucu dört hidrojen atomunun birleşmesi ile helyum (periyodik cetvelin ikinci elementi) oluşur (Güneşimizin yaydığı enerjinin kaynağı bu reaksiyondur). Daha sonra yıldızların içinde meydana gelen nükleer füzyon reaksiyonlarıyla atom ağırlığı daha yüksek olan elementler sentezlenir (Nükleosentez işlemi). Söz gelimi, üç helyum atomunun birleşmesi (füzyon) sonucu karbonun (atom ağırlığı 12), bir karbonun bir protonla reaksiyona girmesi ile azotun, oksijenin, fosfor, kükürt ve diğer elementlerin oluştuğu belirlenmiştir (Şekil 3). Bunların hemen hemen tümü gezegenlerin ve canlıların yapısında bulunan elementlerdir (Tablo 2 ve 2a).

Karbon’un kaynağı

Söz gelimi Nature Astronomy dergisinde yayımlanan bir çalışma yaşamın temel elementi olan karbonun galaksimizdeki ana kaynağının, kütlesi Güneşimizden en az 1.5 kat büyük yıldızlar olduğunu göstermiştir. Bu tip yıldızlar, tüm yakıtlarını tüketip üzerlerine çökmeden, yani yaşamlarının sonu olan “beyaz cüce” aşamasına geçmeden önce; ana yakıtı hidrojenin bitmesi nedeniyle gravitasyonun gittikçe artan içe çökme baskısına karşı koyabilmek için bu kez elde bulunan helyumları daha ağır olan karbona çevirip buradan termonükleer enerji elde etmeye çalışır. Bu aşamadan sonra, gravitasyonun artan gücü yıldızın iç sıcaklığı daha da arttıracaktır. Helyum bitince bu kez de oksijen, fosfor, kükürt gibi daha ağır elementlerin oluşumu için karbonun füzyon reaksiyonları başlar ve bu işlem demir elementi sentezlenene kadar sürer (Tablo 2). İşlem oradan daha ileri gitmez çünkü bundan sonraki sentez işlemleri artık dışarıya enerji vermezler aksine dışardan enerji girdisine ihtiyaç duyarlar. Yıldızın emekliye çıkmadan önce yaptığı bu son hamleler sırasında sentezlenen karbon ve daha ağır metaller yıldızın dış kabuğunda birikirler. Gravitasyonun bu bölgede zayıflaması nedeniyle dış kabuk, bir zaman sonra artık yıldızın yapısında tutulamaz hale gelir. Kabuğu oluşturan materyaller etrafa saçılır ve küller kozmik rüzgarlarla galaksinin farklı bölgelerine iletilir. Kendi Güneş Sistemimizin 4.57 milyar yıl önce oluşurken yakaladığı bu küllerdeki karbon ve öteki ağır elementler, gezegenimizdeki yaşamın ham maddesi olacaktır. Ölmekte olan büyük yıldızların birer karbon üretim merkezine dönüşmesi, bu elementin tüm evrende hidrojen, helyum ve oksijen gibi baskın konumdaki elementlerden biri olmasını da beraberinde getirmektedir.

İlk sentezlenenler içinde helyum ve neon (periyodik cetvelin 10. elementi) gibi elementler olmasına karşın bunlar canlıların yapıtaşı olarak iş görmezler. Çünkü bunlar soy gazlar olarak adlandırılan elementlerdir. Bu tip elementler iyonik bileşik yapmak için çok fazla enerjiye gereksinim duydukları için başka bir atomla birleşme eğilimleri çok çok düşüktür. Canlı organizma bir kimyasal bileşikler karışımı olduğu için reaksiyona girmeyen elementlerin, canlılığın oluşumu açısından önemi yoktur. Yani canlılığın evrimi tamamı ile kimya ve fizik kanunlarına bağlı olarak ilerlemiştir. Bu nokta çok önemli, çünkü, evrene ilişkin bilimsel zorunlulukların bağlayıcı gücü, yaşamın kökeniyle ilgili birçok dogma ve safsatanın geçersizliğinin güçlü kanıtıdır. Dünyamızda şu ana kadar 90’dan fazla doğal olarak oluşan element saptanmıştır ve bunların sadece 35’e yakını kadarı hücre yapısı ve işlevlerine katılır. Şayet bu yaratılış öyküleri gerçek olsaydı, canlılığa katkıda bulunmayan; helyum (bu gaz tek başına, gözlenebilen evrenin kütlesinin % 24’ünü oluşturur), neon, argon, kripton, ksenon ve radon gibi asal gazlara hatta periyodik cetveldeki elementlerin büyük bölümüne ihtiyaç yoktu. Üstüne üstlük, radon gibi yüksek radyoaktiviteye sahip olanlar, her yıl on binlerce insanın akciğer kanserinden ölmesine neden olmaktadır.

Elementlerin oluşumu az önce söz edilen sırada meydana gelirken bir sonraki aşama olarak, atomlar birleşerek molekülleri ve bileşikleri meydana getirmişlerdir. Daha doğrusu atomlar, elektronik yapılarının izin verdiği oranda diğer bütün atomlar ile çeşitli tipte bileşikler oluşturmuşlardır. Bu molekül ve bileşikler canlıların yapısında bulunan organik maddelerin hammaddesi olan bileşiklerdir (Tablo 3).

Organik ve İnorganik Madde Galerisi Olarak Güneş Sistemimiz

Bu bileşikler aynı zamanda uzayda da yaygın olarak bulunan maddelerdir (Tablo 4). Her yıl uzaydan Dünyamıza aşağı yukarı 22 bin ton kozmik toz yağışı olduğu göz önüne alındığında, gezegenimizin biyokimyasal moleküllerin yapıtaşları açısından iyi beslendiği düşünülebilir.^[19]

Dünyamızın oluşum yıllarında organik maddelerin dış uzaydan esas giriş yolu asteroid ve kuyruklu yıldızlardan kaynaklanan meteor bombardımanlarıydı. Fakat bu maddelerin yeryüzüne erişene kadar geçtikleri çok olumsuz koşullarda nasıl sağlam kaldıkları yanıtlanması gereken önemli bir sorudur. Bu nedenle birçok uzman, Dünya dışından madde transferi konusundaki büyük sorunları aşmak için, başka bir yerde sentezi yapılabilen organik bir bileşik neden burada da sentezlenmiş olmasın diye düşünme eğilimindedir.

Murchison Meteoriti

Gezegenimize erişimlerinde engeller bulunsa da, Güneş sistemimizdeki gezici gök cisimlerinin farklı boyutlarda on binlerce organik ve inorganik bileşik içerdiği de önemli bir gerçektir. Söz gelimi, 1969’da Avustralya’nın Viktorya eyaletindeki Murchison köyüne düşen ve parçalanmadan önce 100 kg dolayında olduğu sanılan gök taşının (meteorit) taşıdığı organik madde çeşitliliği uzmanları dahi şaşırtacak nitelikteydi. Yeni yayımlanan bir derleme, canlının yapıtaşları olan karboksilik asitler, alkoller, amino asitler, aldehitler, ketonlar, aminler, purinler, pirimidinler, dikarboksilik asitler, üre ve daha nicelerinin gök taşında bulunduğunu gösterdi. Özellikle, saptanan 96 amino asidin 13’ü, canlıların yapısındakilerle aynıydı (ör., L-aspatik asit, L-alanin, l-glutamik asit). Bulunan maddelerin uzun listesi araştırmacılara Güneş sistemimiz içinde, karmaşık bileşikleri sentezleyebilecek yetide oldukça gelişmiş bir kimyasal sistemin varlığını göstermektedir.^{[20], [21]}

67P/Churyumov-Gerasimenko Kuyrukluyıldızı

Bu konuda son yıllarda yapılan en önemli keşif, 67P/Churyumov-Gerasimenko kuyrukluyıldızının baş (çekirdek) kısmını çevreleyen koma bölgesinde (Şekil 3a), Avrupa Uzay Ajansına ait Rosetta uzay aracındaki çok duyarlı spektral analiz cihazlarıyla yapılan incelemer sonucu en basit yapılı amino asit olan glisin’in saptanmasıdır.^[22] Bunu destekleyen önemli ek bilgiler aynı yerde glisinin sentezlenmesinde öncül olabilecek metilamin ve etilamin bileşiklerinin de bulunmasıdır. Kuyrukluyıldızda, fosfor ve başka bir takım bileşiklerin de (ör., H2S ve HCN) maddelerin de saptanması, Güneş sistemimizin oluşumundan arta kalan maddeleri içeren bu tip gezici gök cisimlerinin Dünyamızdaki yaşamın ortaya çıkışında rol oynadıkları yönündeki görüşü desteklemektedir.

Geçmiş araştırmalarda kuyrukluyıldızlarda ve yıldızlararası uzayda metilamin dahil yüzden fazla molekül keşfedilmesine karşın, çok aranan glisin amino asidinin varlığına ilişkin güvenilir veriler elde edilememişti. Glisin’in, sıvı fazda su bulunmayan bir ortamda, metilamin ve karbondioksitten fotokimyasal (ultraviyole ışın absorbsiyonu) yolla buz üzerinde sentezlenmiş olması yüksek olasılıktı.

Fosfor elementi de daha önce hiçbir kuyrukluyıldızda bulunmamıştı.

Önümüzdeki yıllarda Güneş sistemimizden canlılığa ilişkin çok daha şaşırtıcı haberler almaya hazır olunmalı.

Dünyanın Başlangıcı ve Abiyogenez

Son iki alt bölümde, canlılık meydana gelmeden önce evrende, galaksimizde ve Güneş Sistemimizde onun yapı taşlarının bilimsel yasaların belirlediği bir düzende nasıl oluştuğu kısaca anlatıldı. Konuya biraz daha ayrıntılı girildiğinde öncelikle söylenmesi gereken şey, Dünyamızdaki yaşamın başladığı tarihi kesin olarak saptamanın bugünkü olanaklarımızla mümkün olmadığıdır. Aynı şekilde, ilk hücredeki moleküler sistemlerin ve hücresel yapıların hangi aşamalardan geçerek oluştuğuyla ilgili elimizde tam bir açıklama da yoktur. Milyarlarca yıl önce gerçekte neler olduğuyla ilgili şu anda, bölük pörçük varsayımlar ve küçük bilgi kırıntılarıyla, yaşamın kökeni kuramındaki devasa gedikler doldurulmaya çalışılıyor. Günümüz mikroorganizmalarından edinilen bilgilerden geriye dönük çıkarımlar yapılmaya çalışılıyor. Bu nedenle bundan sonra okuyacaklarınız (daha önce de vurgulandığı gibi), büyük bir Lego’nun bulunabilmiş az sayıdaki parçasıdır.

Dünyamız, ilk oluşum zamanlarında, çeşitli boyutlardaki gök cisimlerinin yoğun bombardımanı altında olan bir ateş topuydu (Şekil 3b). Zaman içinde sıcaklığı düşerek dış yüzeyinde bir kabuk meydana geldi. Günümüzden yaklaşık 4.4 milyar yıl önce Mars büyüklüğünde bir gök cisminin çarpmasıyla uydumuz Ay’ı oluşturan malzeme yerküremizden koptuğu düşünülmekte.^[13] Bu devasa çarpışma, yaşamın oluşumu dahil olmak üzere yeryüzündeki her şeyi etkileyecekti.

Dünyamızdaki İlk Biyogenik Kimyasal ve Canlı Fosilleri

Stromatolitler: Atlas Okyanusu’ndaki Grönland adasının güneybatısında bulunan İsua Yeşiltaş Kuşağı, içerdiği milyarlarca yıllık volkanik ve tortul kayaçlarla jeokimyacıların gözde araştırma alanıdır. Kısa süre önce, bu kuşakta yer alan 3.7 milyar yıl yaşındaki metakarbonat kayalarda (silikat ve karbonat içeren bir tür tortul kayaç) tipik bir stromatolit tabakası bulundu.^[14] Bakteri benzeri tek hücreli canlıların varlığına ilişkin şu ana kadar Dünyamızda saptanmış en eski örnekti bu. Stromatolitler, fosilleşmiş mikrobiyal içerikli yığınlardır. Bu yapılarda, filamentli bakteri benzeri hücre kümeleri, karbonat granüllerine yapışarak onların çökelmesine neden olurlar ve yığılan tortul tabaka arasında mahsur kalan mikroorganizma topluluğu zamanla fosilleşir.

Günümüzde de stromatolit oluşumu devam etmektedir (Şekil 4). Karadaki stromatolitlere sıcak su kaynaklarında, denizlerdekilere ise genellikle sığ kıyılarında rastlanır. Günümüz stromatolitlerinin üst tabakalarında oksijenli fotosentez yapan siyanobakteriler yaşamaktadır. Onun altında anoksigenik yani oksijen üretmeden fotosentez yapan bakteriler, alt tabakalara giren ışık miktarı azaldıkça da bunlar yerlerini sülfat redükleyici bakterilere bırakır. Batı Avustralya’ nın 3.5 milyar yıllık Warravona kayalıklarında saptanan stromatolitlerin oksijensiz fotosentez yapan bakterilere ait olduğu yönünde bir varsayım vardır. Fakat fosil stromatolitlerin mikrobiyal içeriğiyle, günümüz stromatolitlerini oluşturanlar arasında bir benzerlik ve bağ olmadığını söylemekte yarar var. İlkindeki mikroorganizmaların niteliği hakkındaki bilgimiz, tahminden öteye geçmemektedir (Şekil 4a).

Yukarıda anlatılanlarla ilintili, yeni bir başka araştırmaya göre, Batı Avustralya’nın, Jack Hill yöresinden elde edilen zirkon kristalleri (zirkonyum elementinin yaptığı bileşik) içinde tutulmuş grafitte saptanan, biyogenik (yani biyolojik aktivite sonucu fikse edilen ¹²C izotopu açısından zengin) kimyasal fosillerin 4.1 milyar yıl önceye tarihlenmesi, canlılığın ortaya çıkışını daha öncelere çekmiştir.^[15]

Prebiyotik Dünyadaki Koşullar

Bu bilgilerden sonra, en azından 4.1-3.7 milyar yıl öncesindeki yeryüzü ve atmosfer koşulları hakkında bilinenleri ve tahminleri kısaca özetlemekte yarar var:^[23]

• a. Prebiyotik atmosfer şu andakinden çok farklıydı ve daha çok uçucu gazlardan oluşan yoğun bir sis tabakasına benziyordu. Yaşam açısından en önemli özelliği oksitleyici olmamasıydı yani ortamdaki oksijen miktarı yok denecek kadar düşüktü.
• b. Dünyamızdaki en eski kayaçlardan bir kısmının sediment kayaç olması sıvı halde suyun kanıtıdır. Bulgular bu fazdaki suyun yaklaşık 4.2 milyar yıl önce yeryüzünde bulunduğunu yani denizlerin erken bir dönemde oluştuğu göstermektedir. Hatta son bulgular suyun Ay’ın oluşumuna neden olan büyük çarpışmadan önce gezegenimizde okyanusların bulunabileceğini göstermektedir.^[24] Bu çarpışmanın aşağı yukarı 4.4 milyar yıl önce olduğu göz önüne alındığından, suyun 4.54 milyar yaşındaki Dünyamız’ın çok eski bir bileşeni olduğu anlaşılır.^[13] Suyun kaynağının, volkanik faaliyetler, uzay kaynaklı asteroid, meteroid ve/veya kuyruklu yıldız bombardımanı olduğu sanılmaktadır.
• c. Yaklaşık 4.57 milyar yıl yaşında olan Güneşimiz başlarda oldukça solgun bir yıldızdı. Bu nedenle Yer’in ilk zamanlarında günümüzdekinden yaklaşık %30 daha az ışık saçıyordu. Bu durum, yer kabuğunun ısısını kaybetmesinden sonra gezegenimizin dondurucu bir soğuk altında kalması demekti. Fakat Yer’in erken devirlerinde sıvı halde suyun bulunması araştırmacılara, prebiyotik (yaşam öncesi) Dünya’da sera etkisi gösteren bazı gazların varolduğunu düşündürmektedir. Az miktardaki amonyak bile mükemmel bir sera gazıdır fakat Güneş’ten gelen UV ışınları onu kolaylıkla bozduğu için onu da koruyacak başka bir etmen olması gerekiyordu. Söz gelimi, volkanik kökenli kükürt dioksitin (SO₂), UV ışınlarını filtre edici ince bir sis tabakası oluşturabileceği önerilmiştir. Ultraviyole ışınları RNA ve DNA moleküllerini de kolaylıkla bozabildiği için böyle bir koruyucu tabaka onlar için de gerekliydi.
• d. Prebiyotik Dünya atmosferinde bol miktarda, su (H₂O), karbondioksit (CO₂) ve azot (N₂) ve “az miktarda” karbon monoksit (CO) ve hidrojen (H₂) ve eser miktarda metan (CH4), oksijen (O₂) ve amonyak (NH₃) gazları bulunduğu sanılmaktadır. Bunlara ek olarak, hidrojen sülfür (H₂S), demir sülfür (FeS) ve hidrojen siyanür (HCN) ortamda bol bulunan bileşiklerdi. Prebiyotik atmosferi oluşturan gazların bir kısmı dünya merkezinden yeryüzüne çıkmışlardı.

Gerçi gök taşı bombardımanı ve volkanik faaliyet etkisindeki bir gezegende atmosferi oluşturan uçucu gazların bileşimini saptamak oldukça zordur. Söz gelimi, atmosferdeki karbon monoksit (CO) derişimini arttırabilecek, yıldırımların ve fotokimyasal işlemlerin göz önünde tutulması gerekir. Çünkü, “CO” türevleri yaşam için önemli bileşiklerdir. Bunlardan biri olan formamid (CH₃NO), pirimidin bazlarının sentezinde hammadde olarak iş görürken, bir başka türev olan karbonil sülfür (OCS), proteinleri oluşturan peptid bağlarının meydana gelmesinde iş gören yoğunlaştırıcı ajandır. Benzer durum hidrojen (H₂) için de geçerlidir. Bir süre öncesine kadar, prebiyotik atmosferdeki bu gazın önemli bölümünün atmosferden hızla kaçmış olduğu düşünülüyordu fakat son yıllarda, bu kaçışın sanıldığından çok daha yavaş olduğu anlaşılmıştır. Bu durum kesinleşirse, prebiyotik atmosferin, CO₂ yerine CO’in ağırlıkta bulunduğu bir ortam olması gündeme gelecektir.

Prebiyotik Dünya Koşullarındaki Enerji Kaynakları

Canlılıkla ilgili reaksiyonların büyük bir bölümü enerjiye gereksinim gösterir. Günümüzdekine benzer şekilde, prebiyotik ortamda da, çeşitli tipte enerji kaynakları bulunuyordu.^[25] Bunlar:

• Fotokimyasal enerji
• Güneşten gelen ultraviyole (UV) ışınları 
• Yıldırım enerjisi
• Isı enerjisi
• Volkanik aktivite sonucu oluşan jeotermal enerji
• Radyasyon enerjisi
• Meteor borbardımanının yarattığı şok dalgaların enerjisi

Basit Bileşiklerden Makromoleküllerin Yapıtaşlarına

Spontan jenerasyon gibi binlerce yıllık bir kuramın çürütülmesinin canlılığın kimyasal kökeni konusunda bilim dünyasında geçici bir boşluğa neden olmuştu. Fakat çağdaş bilimin önüne yeni bir yol açıldığını görenler de vardı. Charles Darwin’in düşüncelerini ve eserlerini Almanya’ya tanıtan kişilerden biri olan doğa bilimci Friedrich Rolle (1827-1887) 1863’te yayımladığı ve Darwin’in evrim kuramının doğaya uygulanmasıyla ilgili kitabında şöyle diyecekti:^[9]

Yaşamın ilk başta cansız maddeden meydana geldiği varsayımı … en azından, doğadaki varlıkların doğal yollardan oluştuğunu açıklama şansı vermekte ve böylece, bilimin esaslarıyla tamamen çelişen mucizelere bel bağlama ihtiyacını ortadan kaldırmaktadır.

Aynı eserinde şöyle de yazmıştı:

Bu varsayımla ilgili gerekçeler gerçektende öyle cazipti ki, yaşamın ortaya çıkışıyla ilgili bu olasılığın, er ya da geç, çok açık ve kapsamlı bir şekilde bilimsel olarak gösterileceğine şüphe yoktur, hatta tüm süreci deneysel olarak tekrarlamak mümkün olacaktır.

Aleksandr Oparin ve J.B.S. Haldane’ nin (1892-1964) prebiyotik ortama ilişkin hipotezlerinin Stanley Miller ve Harold Urey (1893-1981) tarafından deneysel olarak sınanması, daha sonra biyokimyacı Sidney Fox (1912-1998) ve arkadaşlarının araştırmaları, abiyogenez konusunda oldukça önemli adımlar atılmasını sağlayacaktı. Haldane, “Yarı canlı molekül” ve “Prebiyotik çorba” gibi iki ilginç kavramı evrimsel abiyogenez terminolojisine katan kişidir. Güneş’ten yayılan radyasyonun, ilk biyolojik makromoleküllerin sentezine enerji sağlamış olabileceği de onun önerisidir.^[1]

Oparin-Haldane hipotezine göre, abiyogenezin günümüz doğa koşullarında gerçekleşmesi olanaksızdır. Dünyamızın ilk oluşum yıllarındaki yeryüzü ve atmosfer koşulları şimdikinden oldukça farklıydı. Bu koşullar (prebiyotik ortam) doğru bir şekilde belirlendiğinde, yaşam için gerekli olan olaylar bu ortamda gerçekleşebileceğini düşünürler. Fakat teknik olanaksızlıklardan dolayı bu öneri bir varsayım olarak kalır. Bu araştırmacıların önerdikleri ortam koşulları daha sonra 1953 yılında Şikago Üniversitesi araştırmacılarından Miller ve Urey’in dünyaca ünlü deneylerinin temelini oluşturacaktır.^[26]

Miller ve Urey deneyi: Bu çok bilindik deneyin burada sadece ana hatlarından söz edilecektir. Deneyin orijinalinde enerji kaynağı olarak yıldırım enerjisini taklit eden elektrik enerjisi kullanılır. Fakat 100.000 volt değerindeki enerjiyi veren elektrotların elle tutulması hiçbir sakınca yaratmaz çünkü akımdaki şiddetin amper değeri sıfıra yakındır.

Miller-Urey’in deney düzeneği:

• a. Deney kapalı bir sistemdir ve vakum altında çalıştığı için ortamda oksijen yoktur.
• b. Deney düzeneğinin bir bölümünde bulunan su kaynatılarak buharın cam küreye gitmesi sağlanır.
• c. Deneyde prebiyotik atmosfer gazları olarak metan, amonyak, karbon monoksit ve hidrojen kullanılır. Yani düzenekte metanın ağırlıklı olduğu oldukça redükleyici bir ortam yaratılır.
• d. Deney yaklaşık bir hafta çalıştırıldığında çeşitli tipte ve miktarda organik maddenin biriktiği belirlenir (Tablo 5).

Miller ve Urey deneyi daha sonraki yıllarda birçok kereler ve çok değişik koşullarda yinelenir ve her deney sonunda çok çeşitli tipte organik ve inorganik yapıda basit bileşiğin oluştuğu saptanır. Bunlar içinde, çeşitli aldehitler (örneğin adenin ve urasil’in öncülü formaldehit de bunlar arasındadır), hidrojen siyanid, amino asitler (işlem sırasında canlının yapısında bulunmayan “D” amino asit izomerleri de sentezlenir), çeşitli nükleotidler (adenin bazı kolaylıkla oluşmaktadır), tioesterler, porfirinler ve yağ asitleri yer alır (Tablo 6). Glisin ve alanin gibi en basit yapılı amino asitlerin sentez edilmesi, buna karşılık lisin gibi sentezi zor olanların oluşan ürünler arasında yer almaması sürecin kimyasal kurallara uygun şekilde işlediğini gösterir. Fakat tüm bu maddelerin ancak ve ancak oksijen yokluğunda oluşabildiğini anımsatmak gerekir.

İzomer Sorunu

Bu arada bir noktayı biraz açmakta yarar var: Prebiyotik amino asit sentezleme deneylerinde D ve L izomerleri neredeyse eşit miktarda oluşur. İzomer, aynı kimyasal formüle sahip iki ya da daha fazla sayıda bileşikte, atomların farklı bir düzende organize olmasıdır. Şekerler (ör., DNA ve RNA’da D-şekerler tercih edilir), yağlar ve polisiklik moleküllerde de bu tip özellikler vardır. Buna homokiralite denir. Örnek vermek gerekirse, alanin amino asidinin D ve L izomerlerinin formülü, C3H7NO2’dir, yani aynıdır ama ikisinin özellikleri farklıdır. Bilindiği gibi organizmalar proteinlerinde, bazı kural dışı durumlar hariç, amino asitlerin sadece L izomerlerini kullanır. Sentetik yolla sentezlenen ve çorba şeklindeki bir amino asit karışımından sadece L izomerlerin seçilip, peptid zincirinin onlardan sentezlenmesi henüz iyi açıklanamamış bir işlemdir. Evrimsel güçlerin böyle seçici bir işlemi nasıl yaptığı yönünde ilk çözüm önerisi, amino asitleri adsorbe edebilen bazı mineral yüzeyleriyle yapılan araştırmalardan gelir. Bu tip, amino asitleri toplayıcı ve biriktirici yüzeylerin karışımdan sadece belli tip steroizomeri seçebildiği deneysel olarak gösterilmiştir.^[27]

Prebiyotik Senteze Yeni Bir Yaklaşım

Son yıllarda Cambridge Universitesi’nde araştırmalarını sürdüren kimyacı Prof. John Sutherland ve arkadaşları prebiyotik yapıtaşı sentezine getirdikleri yeni bir yaklaşımla bu alana taze kan verirler.^[28]

Miller-Urey deneyinden sonra geçen 65 yıl boyunca, prebiyotik dünya ve sentez konusunda baş döndürücü gelişmeler yaşanır. Enzimler gibi kataliz yapabilen RNA’nın (ribozim) keşfi bunlardan biridir. Birçok yararlı varsayım ortaya atılır ve tartışma yapılır: Söz gelimi, bir kısım araştırmacı, Darwinci evrimleşme olmadan canlılık gelişemeyeceğine göre, genetik bilgiyi saklayıp bunu kopyalayabilen moleküllere gereksinim vardır, bu nedenle, prebiyotik süreçte ilk RNA molekülü oluşmuştur tezini savunur. Çünkü RNA’ların, yapıtaşları olan bazları “eşleme özelliği” ona, kendini çoğaltma olanağı veriyordu ve bu yeti proteinlerde yoktu.

Buna karşı, genetik mekanizmayı ve metabolizmayı katalizör (enzim) olmadan düşünmek olanaksız bu yüzden proteinler ilk oluşan makromolekül olmalıdır diyen bilimciler de vardır.

Yapıtaşları ve enerjisiz canlılığın gelişemeyeceğini düşünenler, henüz enzim proteinlerinin ve genetik sistemin ortada bulunmadığı ve sadece “basit metabolik devirlerin ve inorganik katalizörlerin” iş gördüğü bir sürecin varlığını savunur. 

Membranların sağlayacağı koruma ve yalıtıma bütün biyolojik işlemlerin gereksinimi vardır bundan dolayı önce zarlara ihtiyaç olduğunu unutmayın diyenler de olur. Bu arada, RNA mı önce oluştu yoksa protein mi, metabolizma genetikten önce mi, sonra mı gelişti ya da ilk oluşan yapı membran vesikülleriydi tartışmalarının konuyu biraz tekdüzeliğe soktuğunu da söylemek de gerekir.

Joan Oró’nun İzinde

Sutherland ve arkadaşları büyük İspanyol biyokimyacı Joan Oró’nun (1923-2004) 1960’lı yıllarda yayımladığı deneysel sonuçlardan hareket ederek, nükleik asit, protein, karbonhidrat, lipid, koenzim gibi önemli biyolojik moleküllerin sentezi için ortak olabilecek birkaç bileşikle başlayan ve ortak arametabolitlerin yapılabileceği ortak bir sentez yolu bulmayı denerler. Eskiden bu temel moleküllerlerle ilgili olasılıklar ayrı ayrı ele alınıp, her biri için özel bir prebiyotik sentez yolu aranmıştı.

Oró, yüksek derişimde hidrojen siyanid (HCN) ve amonyağı (NH₃) basitçe karıştırarak, adenin bazını elde etmişti. Daha sonra Ferris ve Orgel 1966’da, deneyi biraz değiştirerek bu kez sadece beş hidrojen siyanid molekülü kullanarak, fotokimyasal yolla aynı bileşiği sentezleyebilecekti. Bu mucize reaksiyon; DNA, RNA, protein, kofaktörler NAD+ ve FAD ve enerji molekülü ATP gibi yaşamın temel moleküllerinin ortak yapıtaşı olan “adenini” verebiliyordu.

Sutherland’ın ekibi, aynı yolu izleyerek hidrojen siyanid, fosfat, formaldehit, amonyak, demir, bakır, glikolaldehit, hidroksialdehit, glikonitril, siyanamid, gliseraldehit, siyanoasetilen, asetaldehit vb. nice basit organik ve inorganik bileşiği ve metali kullanarak bunların birbirleriyle girebileceği bütün olası reaksiyonları farklı koşullarda ve yollarla (fotokimya, asit-baz katalizi, protonasyon-deprotonasyon, hidrasyon-dehidrasyon) deneyip, ürünlerini saptarlar. Görülür ki, inorganik siyanid (CN-), hidrojen siyanid (HCN), hidrojen sülfür (H₂S), amonyak (NH₃) vb. substratlarla başlayan, siyanoasetilen (C3HN), aminonitril vb. devam eden sentetik reaksiyon kombinasyonlarıyla RNA, protein ve lipitlerin yapıtaşlarını verebilecek ortak ara metabolitler elde edilebilmektedir.

Ockham’ın usturası

“Belirlenen bu ortak kimyasal yolla”, 12 amino asit (alanin, treonin, serin, glisin, valin, lösin, aspartik asit, asparagin, glutamik asit, glutamin, arjinin ve prolin), iki ribonükletid (adenin ve sitozin) ve lipidlerin hidrofilik bakiyesi (gliserol fosfatlar), tamamen sentetik kimya reaksiyonlarıyla sentezlenir. Örneğin, daha önce RNA molekülünün temel yapıtaşı olan ribonükleotidin, nükleobaz, şeker (riboz) ve fosfat kısımları ayrı ayrı oluşturulup daha sonra bir araya getirilmeye çalışılıyor ve hep başarısız olunuyordu. Sutherland ekibi, eski alışkanlığı bırakarak, ribonüklotid için gereken tüm bileşenleri en başta bir araya koyduklarında, fosfatın etkili bir katalizör gibi çalışarak ribonükleotid sentezine yol açan reaksiyon zincirini başlattığını bulur.

Günümüzdeki bir hücre, yukarıda söz edilen maddelerin biyosentezi için katalizör olarak enzim proteinlerini ve farklı “biyosentetik yollar” kullanmaktadır. Fakat bunların prebiyotik dünyada gerçekleşme olanağı yoktu. Bu nedenle, Sutherland ve ekibinin bulduğu sentetik kimya reaksiyonları, prebiyotik sentez için bilimcilerin önüne yeni bir kapı açacaktı.

Yapıtaşlarının polimerizasyonu

Prebiyotik ortamda ilk yapıtaşları (monomer) oluştuktan sonra bunların boncuk kolyedeki gibi birbirine bağlanması yani polimerizasyonu ile protein, nükleik asit gibi makromoleküllerin oluşması gereklidir (Tablo 1). Bu aşama, prebiyotik evrimin en zor ve en az bilinenen süreçlerinden biri olarak kabul edilir.

Sorunla ilgili temel güçlük şudur: Günümüz hücrelerinde polimerler önceden aktive edilmiş yapıtaşlarıyla yani monomerlerden sentezlenir. Söz gelimi, DNA ve RNA sentezinde iş gören enzimler aktivasyon için nükleosit trifosfatları (ör., ATP) yani kimyasal enerjiyi kullanırlar. Aynı şekilde protein sentezinde kullanılacak amino asitler ribozomlara ATP’den gelen enerji ile aktive edilmiş olarak iletilirler. Polimerizasyon sulu ortamda gerçekleştiği için aktive edilmiş yapıtaşları kullanılmazsa işlem enerjiye ihtiyaç duyar bir hale gelir. Prebiyotik monomerler polimerleri oluştururken nasıl aktive oldukları yanıt bekleyen bir sorudur.

Aynı şekilde polimerizasyon bir dehidrasyon yani, yapıtaşları arasında kurulan her bağdan bir molekül suyun çıktığı bir işlemdir. Nükleik asitlerdeki ester bağları, polisakkaritlerdeki glikosid bağları ve proteinlerdeki peptid bağları böyle oluşur.

Polimerizasyon İçin Gerekli Koşullar

Hal böyle olunca prebiyotik ortamda bu işlemlerin daha basit basit bir yolu olmalıydı? Örneğin bol miktarda yapıtaşının, suyun az bulunduğu, sıcaklığın 55-85C arasında olduğu, küçük bir alanda hapsedilmesi olasıydı.^[25] Prebiyotik ortamda bunun sağlandığı yerler olabilir miydi?

Yapıtaşlarının küçük bir bölmede yoğun olarak hapsolması, hem reaksiyon hızını arttıracak hem de su miktarının azalmasını sağlayacaktır. Örneğin iki bardaktan birine bir çay kaşığı şeker, ötekine beş çorba kaşığı şeker koyun ve bardakları suyla doldurun. İkinci bardaktaki su miktarı daha az olacaktır şeker yoğunluğunun yüksekliğinden dolayı. Ayrıca söz konusu ortamda çeşitli tipte yoğunlaştırıcı ajanlar da bulunuyordu. Örneğin siyanamid (H₂N---C=N) ve polifosfat gibi yoğunlaştırıcıların polimerizasyon işlemini oldukça kolaylaştırdığı deneysel olarak gösterilmiştir. Bunun dışında, Güneş ve volkanik faaliyetler sonucu, küçük su havuzlarındaki suyun buharlaşması ile bu işleme uygun ortamlar yaratılmış olabilir. Yapıtaşlarının çok sulandırılmış bir ortamda bulunması gerçek bir sorundur çünkü bu bileşiklerin reaksiyona girebilmesi için birbirleriyle karşılaşması gereklidir. Örneğin farklı amino asitler içeren 1 gramlık karışımın bir kaşık suya konulduğunda yapıtaşlarının birbiriyle karşılaşma ve protein sentezlenme olasılığı, bir litre suda bulunmalarından çok daha yüksektir.

Prebiyotik ortamdaki termal aktivasyon enerjisinin yüksek olması beklenen bir durumdur ve koşullar monomerlerin aktivasyonuna büyük katkı verecektir.

Dehidratif Polimerizasyonun Katalizi

Ortamda bir katalizörün olması reaksiyonu hızlandıracaktır. Günümüzde bu işi proteinden yapılı enzimler yapmaktadır fakat prebiyotik ortamda enzim yoktu. Onlar yerine, mineral yüzeyler, metal iyonları ve/veya küçük polimerler basit katalizörler olarak çalışmış olabilir.

Araştırmalar kil, pirit (FeS₂) ve bazalt türü camsı yapıların dehidratif polimerizasyon için yüzey görevi üstlenebileceklerini ortaya koymuştur.^[27] Bu maddeler dünyamızın ilk yıllarında da, bugünkü gibi, ortamda bol miktarda bulunuyordu. Laboratuvar deneylerinde makromoleküllerin yapıtaşlarının bu maddelerin yüzeyinde adsorbe edildiğini ve bazı polimerlerin, -kaynama noktasındaki sıcaklıklarda-, sentezlendiği gösterilmiştir.

Hatta prebiyotik ortamın sanıldığından daha soğuk olduğunu savunan bir grup, ilk oluşan canlı sistemin ya da hücrenin “soğuk sever” bir mikroorganizma olması gerektiği görüşündedir. Prebiyotik sentezin soğukta olma olasılığını araştıran bu gruplar, buz yüzeyinin de makromolekül polimerizasyonunda iş görebildiğini saptamıştır. Soğuk ortam sıvı suyu buza döndüreceği için, sıvıdaki su miktarı azalacak, sıvıda bulunan bileşiklerin yoğunluğu ise artacaktır ve bu sayede yapıtaşları arasında reaksiyon olasılığı yükselecektir. Eksi sıcaklıklarda yapılan deneyler olumlu sonuçlar vermiştir.

Günümüzde söz konusu işlemlerin olması oldukça zordur çünkü prebiyotik dünyada bulunmayan birçok olumsuzluk şu anda dünyamızda mevcuttur. Söz gelimi, kuvvetli bir oksitleyici olan oksijen miktarı o zamanlar yok denecek kadar düşüktü. Ayrıca organik maddeleri besin olarak süratle parçalayan mikroorganizmaların bulunmaması da çok önemli bir etmendi.

İlk Düşük Organizasyonlu Canlılar ve Sahip Oldukları Özellikler

İlk hücre hangi özelliklere sahip olabilir?

Araştırmacılar canlıların evriminde, şu anda benzeri dünyada bulunmayan ve tüm hücre tiplerinin (Bakteri, Arke ve Ökaryot) ortak atası olan bir hücrenin varlığını öngörmektedir.^[29] Bu hücrenin sahip olduğu birçok özelliğin günümüz hücrelerinde de gözlenebilmesi beklenmektedir. Fakat bu ortak ata hücrenin, ilk evrimleşen hücre olup olmadığı hakkında bir bilgimiz yoktur. Belki, evrimin ürettiği birçok hücre taslağından hayatta kalıp yoluna devam edebilen sadece oydu.

İlk hücrenin, oksijensiz, sıcak ve organik madde açısında fakir bir ortamda bulunduğu varsayımı, bu hücrenin günümüzdeki;

• a. Anaerobik (oksijensiz yaşayabilen)
• b. Hipertermofilik (deniz tabanında, kükürtçe zengin, çok sıcak volkanik gaz ve sıvı çıkışının olduğu siyah bacalarda ya da karadaki sıcak su kaynaklarında yaşayabilen mikroorganizmalar) ve/veya mezofilik (bizler gibi ılımlı sıcaklıklarda yaşayan mikroorganizmalar) (gerçi yüksek sıcaklık, prebiyotik madde sentezi için daha uygundur)
• c. Kemoototrof (H₂S, So, Fe²⁺, H₂, NH₃ gibi inorganik enerji kaynaklarını ve CO₂’yi kullanan) ve elektron vericisi ve alıcısı olarak organik maddeleri kullanan fermentatif prokaryotlara (heterotrof) benzeyebileceğini düşündürmektedir (Şekil 4a).^[30]

Günümüzde, prokaryotları oluşturan arkeler ve bakteriler içinde; kaynar sularda, buzun içinde, çok tuzlu ve asit ortamlarda, çok az miktarda besinle yaşayan, oksijensiz koşulda, yüksek basınç ve radyasyon altında yaşayan birçok tür bulunmaktadır. Ekstrem yaşam koşullarında varolabilen bu mikroorganizmaların bir bölümü (örneğin asetogenik ve metanogenik prokaryotlar), canlıların büyük yaşam ağacının köküne yakın kısımlarında yer almaktadır (Şekil 5). Bu tip mikroplar, dünyamızdaki en eski türleri temsil ettiği için, ortak atamızın ve ondan ilk evrimleşen canlıların bunlara benzeme olasılığı yüksektir. Daha da önemlisi, Mars gezegeni, Satürn ve Jupiter’in uyduları olan Enseladus ve Europa’da yapılacak yaşamın ipuçlarını arama seferlerinde bu özelliklerin bazısına sahip mikrobiyal kalıntılara ya da yaşayan örneklere rastlanabilir. Özellikle soğuk ve tuz sever mikroplar bulunması beklenecek adaylar arasındadır.

Yeni Başlayan Bir Öykünün Son Sözü

En az 4 milyar yıl önce Yerküremizde başlayan, görkemli yaşam yolculuğunun gizemli izleri bu mikroorganizmaların moleküllerinde gizlidir. Evrenimizin neredeyse 14 milyar yıllık devasa tarihinde meydana gelen göz kamaştırıcı birçok serüvenden belki de en sıradanı canlılığın kökeni öyküsüdür ama bu küçük ve basit gezegende yaşayan bizler için yanıt bekleyen en büyük soru olarak önümüzde durmaya devam edecektir.

***

Bu yazı vesilesiyle, evrim kuramıyla tanışmamı ve onun çağdaş bilimin temeli olduğunu kavramamı sağlayan saygın bilimcilerimize, öğretmenlerime olan borcumu burada belirtmek isterim: Tuncay Altuğ, Güven Arsebük, Metin Bara, Işık Bökesoy, Ali Demirsoy, Dinçer Gülen, Aykut Kence, Yener Okatan, Yaman Örs, Celal Şengör, Atıf Şengün. Bu yazının ana iskeletinin kurulmasında özellikle Prof. Dr. Yener Okatan’ın görüşlerinden yararlanılmıştır.

Not: Bu yazı, Bilim ve Ütopya dergisinin Ocak 2018 tarihli sayısında (s.25-39) yayımlanmış makalenin gözden geçirilmiş ve güncellenmiş sürümüdür.