Cansızlıktan Canlılığa Yapısal Hiyerarşi: Moleküller, Canlılık İçinde Nasıl Bir Hiyerarşiye Sahiptir?

Bu yazımızdan itibaren, bu dizinin başından beri verdiğimiz giriş bilgilerinin üzerine, artık "Hayat Molekülleri" veya "Yaşam Molekülleri" dediğimiz kimyasal bileşiklerin ne olduğundan ve canlılık için neden önemli olduğundan bahsetmek istiyoruz. Sistematik bir biçimde bu molekülleri, işlevlerini, yapılarını, oluşumlarını analiz edecek ve sonrasında daha derin konulara doğru ilerleyeceğiz. Ancak bir insanın canlılığın ne olduğunu ve cansızlıktan nasıl evrimleştiğini anlayabilmesi için, canlılığın temelini oluşturan ve önceki yazılarımızda bahsettiğimiz aktivite ve organizasyon özelliklerini kazanmalarını sağlayan molekülleri tanıması gerekmektedir. Bu yüzden, bu yazılarımız daha da önem arz etmektedir.

Bilindiği gibi Evren dahilindeki her madde atomlardan (ve atom altı parçacıklardan) oluşmaktadır. Beyninizden karaciğerinize, arabanızdan klavyenize, Mars'tan Andromeda Galaksisi'ne, bir mol hidrojen molekülünden bir saç tanesine kadar her şey, atomlar yığınıdır. Sizi "canlı" yapan da atomlardır, bir taş parçasını "cansız" yapan da... Hatta çoğu zaman bu ikisindeki moleküller aynı ya da benzer bile olabilir! Örneğin bir okyanusun neredeyse tamamı sudan oluşur; insan vücudunun ise %60 kadarı, okyanuslardakiyle aynı hidrojen ve oksijen atomlarını taşıyacak biçimde, yine sudan oluşur (hatta akciğerlerimizde bu oran %83 düzeylerine kadar çıkar!).^[1] İki varlık grubu arasındaki tek fark, bu dizide ele aldığımız kimyasal evrimdir. Canlıları oluşturacak olan kimyasallar belli bir yönde evrimleşmişken, cansızları oluşturacak daha geniş bir grup farklı bir evrimsel süreç izlemiştir.

Atomlardan Canlılığa Kimyasal Hiyerarşi...

Canlılığa baktığımızda, kalıbın tam anlamıyla bir "molekül yığını" olduğumuzu görürüz. Her ne kadar baş döndürücü bir koordinasyona sahip olsak da, bunların ana sebebi moleküler düzeydeki organizasyonun evrimsel süreçte sürekli olarak ayıklanmış olmasıdır. Dolayısıyla canlılığı anlamak, moleküler düzeydeki hiyerarşiden geçer. Bu hiyerarşi, atomlarla başlar.

Atomlar ve Moleküller

Atom, bir maddeyi meydana getiren nano-boyuttaki temel parçacıkların adıdır. Temel olarak, periyodik cetvelde element olarak gösterilen bağımsız madde parçacıklarının her birinin tekil hali olarak düşünülebilir. Her bir elementten Evren'de bildiğimiz hiçbir sayıyla kıyaslayamayacağımız fazlalıkta atom bulunmaktadır. Sadece Dünya'da 1.33 ila 9.01 x 10⁵⁰ adet (500 katrilyon kere katrilyon kere katrilyon kere katrilyon adet) atom bulunduğu düşünülmektedir! Bu, ortalama olarak 5 sayısının yanına tam 50 tane sıfır konulması demektir!

Basitçe şöyle düşünelim: İnsan vücudunda 10 trilyon civarında hücre bulunur. Her bir hücrenin içerisinde yüzbinlerce organel ve yapı bulunur. Her bir organel ve yapı, milyarlarca kimyasalın birleşiminden oluşur. Ve her bir kimyasal çoğunlukla milyarlarca, trilyonlarca atomdan oluşur. Dünya'da 7 milyara yakın insan bulunur. Ve insanlar, sadece Dünya üzerinde bilinen biyokütlenin çok çok küçük bir kısmına sahiptirler. Örneğin sadece ekili bitkilerin biyokütlesi, insanlardan 20 kat fazladır. Sadece evcil hayvanların biyokütlesi insanların 7 katıdır. Sayıları birbiriyle çarpıp toplayınca elde edebileceğiniz değerlerin devasalığını düşünmeyi size bırakıyoruz. Basit bir kıyaslama olması açısından, tek bir insanın vücudunda ortalama 7 x 10²⁷ adet atom bulunmaktadır. Bir diğer deyişle her birimizin vücudunda 7 milyar kere milyar kere milyar sayıda atom bulunur!

Evren'de bulunan atom sayısı, her zaman fizikçileri cezbetmiştir. Yapılan hesaplamalar, sadece gözlenebilen Evren içerisindeki atom sayısının 4 x 10⁷⁹ ila 4 x 10⁸¹ arasında olduğunu düşündürmektedir. Fiziksel olarak yapılan hesaplamaların gösterdiği üzere, bütün Evren'in büyüklüğünün, gözlenebilir Evren'in büyüklüğünden 10²³ katından daha fazla olduğunun hesaplandığını belirtmek isteriz (bununla ilgili farklı tahminleri buradan okuyabilirsiniz). Kısaca söylemek istediğimiz, Evren içerisinde o kadar fazla sayıda atom vardır ki, günümüzde bildiğimiz fizik yasaları etkisi altında, çevremizde gördüğümüz yapıların doğal süreçlerle evrimleşebilmiş olması son derece anlaşılırdır - Evren'deki galaksilerin, yıldızların, gezegenlerin ve Dünya-benzeri ötegezegenlerin sayısından söz etmiyoruz bile!

Tüm bunları anlatma sebebimiz, Evren içerisindeki, hatta sadece Dünya içerisindeki atomların inanılmaz sayısıdır. Bu sayıdaki atomun sürekli etkileştikleri düşünüldüğünde, birçok bileşiğin yeteri kadar zaman verildiğinde kendiliğinden ve envai çeşitte oluşabileceğini düşünmek son derece kolay ve mantıklıdır. Bu, günümüzde de durmaksızın yaşanmaktadır: Dünya üzerinde halihazırda var olan kimyasal maddeler, birbirleriyle durmaksızın etkileşime geçerek daha büyük moleküller oluştururlar, daha iri olanlar parçalanarak daha ufak moleküllere dönüşürler ve bu süreçler sonucunda inorganik ve organik kimya yoluna devam eder. Yani atomların daha büyük moleküllere dönüşmesi için ortalıkta canlılığın olmasına gerek yoktur - yıldızların çekirdeğinden intergalaktik boşluğa ve asteroidlere kadar her yerde kimyasal süreçler devam etmektedir.

Her bir atomun, kendine has fiziksel ve kimyasal özellikleri vardır. Kimyada, birden fazla atomun/elemenbtin bir araya gelerek oluşturdukları daha büyük parçalara molekül denmektedir. Eğer bu atomlar aynı elemente aitse (örneğin iki oksijen atomundan meydana gelen O₂ gazı), buna homonükleer molekül denir. Eğer molekülü oluşturan atomlar birden fazla elemente aitse (örneğin 2 hidrojen ve 1 oksijen atomundan meydana gelen H₂O, yani su), buna heteronükleer molekül denir. Birden fazla molekülün bir araya gelmesiyle oluşan yapılaraysa bileşik denir. Molekül ve bileşikler, çeşitli kimyasal bağlar ile bir arada kalırlar.

Şimdi bu moleküllerin yapısal hiyerarşisine bir bakış atalım.

Moleküler Hiyerarşi

Peki bu moleküller, canlılık içinde nasıl bir hiyerarşiye sahiptir? Öncelikle, yıldızların merkezlerinde elementler oluşur. Bu elementler, yıldızların ölümüyle birlikte evrene saçılırlar. Daha sonra, başka çekim kaynaklarının etkisi altında dönmeye başlarlar. Bir süre sonra, kütleçekim sebebiyle bir araya gelerek gezegenleri ve diğer gök cisimlerini oluştururlar. Bu süreçte de, gezegenler üzerindeki diğer kimyasallar birikir. 

Bu kimyasallar da elementlerden ibarettir. Gezegenin yapısına katılmayacak olan elementler, kendi aralarında tepkimelere girerek molekülleri oluştururlar. Bu, moleküler hiyerarşinin ilk basamağı olarak düşünülebilir. Genelde karbondioksit, su, azot gibi moleküler ağırlığı 18-44 atomik kütle birimi (akb) civarında olan moleküller, canlılığın temel yapıtaşlarını oluştururlar.

Daha sonra bu moleküller bir araya gelerek ara moleküller olarak bilinen ve ağırlığı 50-250 akb arasında değişen yapıları oluştururlar. Örnekler arasında riboz, karbamil fosfat, alfa-keto asitler, fosfopiruvatlar, malatlar, asetat ve malonat gibi sayısız kimyasal bulunmaktadır. Bunlar, en temel yapıtaşlarından biraz daha karmaşıktırlar.

Sonrasında bu ara moleküller bir araya gelerek canlılığın yapıtaşı olarak bilinen molekülleri oluştururlar. Bunların ağırlığı 100-350 akb arasında değişir. Örnekler arasında tekli nükleotitler, aminoasitler, basit şekerler, yağ asitleri ve gliserol bulunur.

Yapıtaşları bir araya gelerek makromolekülleri, ya da bizim Evrim Ağacı dahilinde kullandığımız ismiyle hayat moleküllerini oluştururlar. Ağırlıkları 1.000-1.000.000.000 akb arasında değişen bu kimyasallar arasında da yaygın olarak bilinen nükleik asitler, proteinler, polisakkaritler (çoklu şekerler) ve lipitler bulunur. 

Bu makromoleküller farklı kombinasyonlarla bir araya gelerek molekül-üstü bileşikleri oluştururlar. Bunların atomik kütle birimleri 1.000.000 ile 1.000.000.000 arasındadır. Enzim kompleksleri, ribozomlar, kontraktil sistemler buna örnek verilebilir.

Bu molekül-üstü birleşkeler bir araya gelerek, atomik ağırlıkları artık mikrogramlar düzeyinde olabilen çekirdek, mitokondri, kloroplast gibi organelleri oluştururlar. 

Son olarak, organeller bir araya gelerek hücre yapısını oluştururlar. 

Bu genel çerçeveye baktığımızda, aslında canlılığın anlaşılmayacak hiçbir tarafı bulunmamaktadır. Canlılık, moleküllerin hiyerarşik bir düzeninden ibarettir.

Yapısal Hiyerarşi, Ontolojik Bir Hiyerarşiyi Gerektirir mi?

Konumuz dahilinde, tüm bu atom ve molekül açıklamalarını yapmamızın bir diğer sebebi, daha önce de net bir şekilde açıkladığımız üzere, "canlılığın" "cansızlıktan" başlamasının son derece anlaşılır ve mantıklı olduğunu görebilmenizdir. Atomların farklı kombinasyonları ve göreceli olarak sabit çevre koşulları etkisi altında, farklı bölgelerde, farklı kimyasal evrim süreçlerinin olması sonucu, farklı yapılar (canlılar ve cansızlar) pek tabii oluşabilecektir. Karbon örneğini düşünün: Belli kimyasal yapıdaki karbon yığınları (kömür gibi), yüksek basınç altında Dünya'nın en sert malzemesi olan ve kömürden tamamen farklı özelliklere sahip olan elmasa dönüşür. Bu, büyük bir yetenektir! Bunu hangi canlı, varlığını koruyarak yapabilir? Hiçbiri. Peki neden canlılık bu kadar göz önünde, ön plandayken, karbon elementi bu özelliğinden ötürü el üstünde tutulmamaktadır? Canlılığın yapabildiklerinin mi, yoksa karbon atomlarının (veya elmasın) yapabildiklerinin mi daha "önemli" ve "etkileyici" olduğuna objektif olarak nasıl karar vereceğiz?

Veremeyiz. Çünkü bu tür bir önem sırası yoktur! Canlılığı cansızlıktan üstün görme veya bir önem/öncelik sırasına sokma çabası, insanlar tarafından belirlenir ve doğa açısından tamamen geçersizdir. Kategorizasyonu insanlar yaptığı için, kendilerini ve kendilerine benzer olan varlık gruplarını el üstünde tutarlar, diğerlerini ise göz ardı ederler veya yererler. Bu sebeple, çok eksi yıllarda yapılan "canlılık sınıflandırmaları" hep cansızları canlıların alt basamaklarına itmiştir. Günümüzde bile halk arasında cansızları daha düşük olarak görmeye, bir hiyerarşi yaratmaya eğilim vardır. Halbuki doğada böyle bir ontolojik hiyerarşi yoktur; yapısal hiyerarşi, ontolojik bir hiyerarşiye işaret etmez!

Sonuç

Burada anlaşılması gereken en kritik nokta şudur: Söz konusu yapısal hiyerarşide moleküller, her bir araya geldiklerinde, bu sırayla giderek canlılığı oluşturmazlar. Bu hiyerarşik sistem içerisinde, özellikle alt basamaklarda, canlılığa gitmeyen ve cansızlıkla sonuçlanan milyarlarca farklı tepkime bulunmaktadır. Bu sebeple her kimyasal yığını canlılığa evrimleşemez. Hele ki ortada halihazırda başka kimyasallarla beslenen bir canlılık varken, ikinci bir canlılığın yenmeden oluşabilmesi imkansıza yakındır. Bu yüzden canlılık Dünya'da oluştuysa 1 defa oluşmuş olmalıdır. Birden fazla oluştuysa da, ilk karmaşık yapılara ulaşan veya daha düzenli yapıda olan canlılık, sonradan oluşan yapıları tamamen yok etmiş olmalıdır. Tüm canlıların ortak bir ataya sahip olması da bunu göstermektedir.

Hiyerarşide daha üst basamaklara gidildiğinde, canlılığın oluşacağı bileşimlerin oluşma ihtimali çok daha yüksektir; örneğin, organel düzeyinde oluşum meydana gelirken, canlılığın oluşmamasını beklemek güçtür. Ancak daha altlara inildiğinde, örneğin protein düzeyinde bakıldığında, proteinlerin bulunduğu her sistemde canlılığı ummak doğru olmayacaktır. Yine de, bu yapıların varlığı, canlılığın evrimleşebileceği bir ortam anlamına gelir. Bu yüzden, en alt basamakta bulunan su ve karbon temelli diğer kimyasalların varlığı, dış gezegenlerde canlılığın olduğunu ummak için güçlü bir sebeptir.