- Konbuyu başlatan
- #1
F
faust
Ziyaretçi
Canlıların Cansızlardan Oluşması
Canlıların karmaşık yapıları ve cansızlardan kolayca gözlenebilir farklılıkları, cansız maddenin canlı madde oluşturabilmesi gerçeğini anlamakta zorluk yaratır. Örneğin canlılar karmaşık yapıdaki organik moleküllerden cansızlar ise inorganik moleküllerden oluşurlar. Ancak bu sadece bir genellemedir. Çünkü canlıların yapısında önemli miktarlarda inorganik madde ve cansızların yapısında da önemli miktarda organik madde bulunur. İşin gerçeği bu oranlar çoğu zaman o kadar değişkendir ki, yukarıdaki genellemeyi yapmak bile kimi zaman zordur. Örneğin bir insanın vücudunun %80’den fazlasını, su ve mineraller halindeki inorganik maddeler oluşturur. Dahası organik ve inorganik maddeler şeklinde sınıflandırılan her iki grup madde de aslında periyodik tabloda gösterilen az sayıda elementten oluşur.
Yapıtaşları Her Yerde!
Canlıların yapısındaki maddelerin çok farklı olduğunun ve bu maddelerin cansız süreçler tarafından üretilemeyeceğinin düşünüldüğü dönemlerin üzerinden çok uzun yıllar geçti.
Ülkemiz gibi bilim ve teknolojide geri kalmış ülkelerde, anlaşılmaz bir şekilde “başarısız bir canlı üretme çabası” olarak lanse edilen ünlü Miller-Urey deneyi, “tam bir başarıya ulaşarak” insanlığa canlıların yapısını oluşturan moleküllerin cansız süreçler sonucunda da üretilebildiği gerçeğini gösterdi (şekil.1 / ref.7). Fakat çok daha şaşırtıcı olan gerçek, uzay çağının başlamasıyla ortaya çıktı. Yine bizim gibi modern bilim ortamının uzağında kalan ülkelerde bilinmese de uzaydaki pek çok gezegenin ve uydularının yüzeyinde ve hatta son derece küçük meteorit ve kuyruklu yıldızlarda bile önemli miktarlarda organik bileşik bulunmaktadır (Şekil.2 / ref.1). Dahası uzaydaki pek çok bulutsunun içeriğinde de toplam kütlesi inanılmaz miktarlara ulaşacak şekilde organik bileşik bulunduğu tespit edilmiştir. Bu organik bileşikler içerisinde yeryüzünde yaşamı oluşturan bileşiklerin hemen her türü bulunurken dünyada çok az veya hiç bulunmayan reaktif organik bileşikler de tespit edilmektedir. Bu reaktif organik bileşikler, daha karmaşık yapılı diğer moleküllerin abiyotik (cansız) süreçlerce oluşmasında son derece önemli bir rol oynarlar.
Bu çalışmalar son zamanlarda çok daha yüksek bir düzeye ulaşmıştır. Öyle ki uzayın yaşamla ilgili koşulların olamayacağı konusunda hemen herkesin hem fikir olduğu bölgelerinde bile yaşamın temel molekülleri ve bildiğimiz yaşam için gerekli olan bileşiklerin bulunduğu ortamlar gözlüyoruz. Sadece Mars gibi bir zamanlar ciddi miktarda su bulundurmuş olan (şekil.3a ve b / ref.3, 4, 9) gezegenlerden bahsetmekten öte şu anda bu özellikleri bulunduran yerler var! Örneğin Satürn’ün uydusu Enceladus -200 °C’lik yüzey sıcaklığıyla sıvı suyun varlığı için pek de ciddi bir aday değildi ancak Cassini uzay aracından alınan görüntüler daha başka bir hikâye anlatıyor. Uydunun güney kutbundaki gayzerlerden içinde organik maddeler bulunan su fışkırıyor ve uzaya yayılıyor (şekil.4a ve b / ref.12, 13). Bir diğer örnek de yine Satürn’ün uydusu olan Titan’dan. Merkür gezegeninden bile büyük olan bu uyduda bulunan organik maddelerin toplam miktarı dünyanın tüm petrol rezervlerinden fazladır (şekil.5a ve b). Dünyadaki petrolün kaynağının canlılar olduğunu biliyoruz ancak Titan’da en azından bildiğimiz anlamda yaşam yok. Tüm bunlardan açıkça ortaya çıkan sonuç canlıların yapısını oluşturan bileşiklerin zannedildiği gibi özel olmayıp hem cansız süreçlerle üretilebildikleri hem de evrende tahminlerimizin çok ötesinde bir bollukta olduklarıdır.
Günümüzde bu tür bileşikleri büyük miktarlarda üreten temel sürecin uzaydaki silikat tanecikleri üzerindeki soğuk ham maddenin (CO2, H2O, NH3, CH4, CO, N2 gibi) kozmik ışınların etkisiyle organik bileşiklere dönüşmesi olduğu bilinmektedir. Ayrıca güneş sisteminin oluşumu sırasında içerdiği ham maddeyi incelemek için bazı meteoritlerin üzerine yüksek hızlarla çarptırılan uzay araçlarının çıkardıkları maddelerin incelenmesi gibi inanılmaz deneyler de yapılmıştır (şekil.6). Bu sayede uzayın soğuğunda oluştukları günden beri adeta derin dondurucuda korunmuş durumdaki ilkin maddenin özellikleri ortaya çıkarılmıştır. Sonuç olarak bugün ulaştığımız bu noktadaki bilgilerimiz gayet sağlamdır.
Canlı Hücrenin Yapısı ve Yapıtaşlarından Oluşması
Bir sonraki soru bu bileşiklerden yaşamın ortaya çıkmasının mümkün olup olmadığıdır. Bunun için ilk olarak canlı bir hücrenin ne olduğunun bilinmesi gerekir. Canlı bir hücre çevresinden kısmen yalıtılmış, yarı kapalı bir sistemdir. Bu nedenle hücre zarı yaşam için olmazsa olmazdır. Bir diğer olmazsa olmaz olgu metabolizmadır. Canlıların vücudundaki kimyasal reaksiyonlar yaşamla ilgili tüm süreçler için gerekli kimyasal değişimlerin gerçekleşmesini içerir ve biyolojik katalizörler olan enzimler tarafından gerçekleştirilir. Pek çok atomdan oluşmuş olan enzim molekülü etkileyeceği molekül veya moleküller ile geçici bağlar kurar ve kimyasal reaksiyonun gerçekleşmesinden sonra oluşan moleküller serbest kalır. Tüm bu kimyasal süreçler metabolizma diye anılır. Son olarak canlıların içerdikleri kalıtsal bilgiyi taşıyan moleküllerden söz etmek gerekir. Bunlar polimer (zincir) yapılı devasa moleküllerdir. DNA ve RNA isimli bu moleküller uzun zincir gibi yapılarıyla canlıların içerdikleri bilgiyi zincirlerinin halkalarındaki farklılıklar ile depolar. Tüm bu yapıları oluşturan kimyasal yapıtaşları yukarıda anlatıldığı şekilde doğada hazırdır. Ancak ilk yaşayan hücre tüm bu yapıtaşlarından nasıl organize olmuştur?
Bu sorunun çözümünde zannedildiği gibi olanaksızın nasıl olduğunu anlama çabası yoktur. Tüm bu olanaksızlık hikâyelerine karşın gerçekte bilimin karşılaştığı asıl sıkıntı olabilecek pek çok mekanizmadan hangisinin ilk canlı hücrenin kökenini oluşturduğunu anlayabilmektir. Mevcut gözlem ve deneylerden elde edilen bilgiler ışığında hücre zarı, metabolizma ve DNA ile RNA’nın kökenine ilişkin bilgilerimiz şöyledir.
Hücre Zarı:
Hücre zarı fosfolipit adı verilen moleküllerden oluşur. Bu moleküller amfipatiktirler. Yani bir uçları suda çözünebilir, diğer uçları ise yağda çözünebilir özelliktedir. Bu nedenle bu tür yağ molekülleri sulu ortamda çalkalandıklarında yağ uçları birbirlerine bakan, su sever uçları ise içerideki ve dışarıdaki sulu ortama bakan küreler oluşturacak şekilde organize olurlar (şekil.7). Bunlara lipozom (şekil.8) denir ve tüm canlı hücrelerde bulunan hücre zarları bu temel yapının içerisine proteinlerin gömülmesi ile oluşmuşlardır (şekil.9). Aslında lipozomlar hücre zarları ile aynı olan yapıları nedeniyle ilaç ve kozmetik sektöründe kullanım alanı bile bulmuşlardır. Suda çözünmediği için ciltten doğruca alınamayacak pek çok malzeme lipozomların içerisinde hücre zarları ile etkileşime girecek şekilde hazırlanarak vücuda verilmektedir.
Enzimler ve Metabolizma:
Yapılan çalışmalar göstermiştir ki canlıların kullandıkları ortak ve canlılık için temel bazı kataliz reaksiyonları ilginç bir şekilde cansız doğada gerçekleşebilmektedir. Örneğin canlılık için son derece önemli olan pek çok kimyasal reaksiyonda kullanılan enzimlerin merkezinde demir kükürt (Fe-S) çekirdeği denilen bir yapı bulunur (Şekil.10). Bu yapı doğada basit pirit kristalleri halinde vardır. Ortam pH’sı uygun olduğunda (örneğin okyanus tabanı gibi yerlerde) pirit kristalleri üzerinde asetil grubu sentezi reaksiyonları gerçekleşmektedir (şekil.11). Bu Fe-S çekirdekleri pek çok farklı enzimin reaksiyon merkezinde bulunmaktadır. Görünen odur ki canlılar çevrelerinde bulunan maddelerden oluşurken tam da evrimsel değişimin mantığından beklendiği gibi sadece var olanın daha iyi modifikasyonları üzerinden gelişmişlerdir. Zira protein kısımları bu Fe-S çekirdeklerine daha yüksek bir özgüllük ve hız katacak şekilde işlev kazandırırken temel reaksiyon katalizörü olan Fe-S çekirdeği doğada zaten bulunmaktadır. Dahası bu reaksiyon merkezleri ufak moleküler modifikasyonlarla pek çok farklı enzimde kullanılmaktadır.
Aslında aynı olgu aktif merkezlerinde nikel ve magnezyum içeren enzimler için de geçerlidir. Hatta “hem” grubu gibi karmaşık gruplar içeren pek çok enzim ve hemoglobin gibi işlevsel protein için de aynı durum söz konusudur. Durumu netleştirecek son bilgi “hem” grubu gibi karmaşık yapılı bileşiklerin uzayda tespit edilmiş olduğunu belirtmekle verilebilir. Bu tür bileşik ve bunlardan evrimleşen enzimlerin kendiliğinden var olamayacağı iddiasının kaynağı ise belirsizdir.
DNA ve RNA:
Polimer yani zincir yapılı bileşikler daha küçük yapı taşlarının birleşmesiyle oluşurlar. Ancak bu birleştirme işlemi yüksek sıcaklıkta yapılırsa oluşan polimerler zarar görür ve işlevsiz kalır. Ayrıca böyle bir durumda düzensiz yapılı polimerler oluşur. Bu nedenlerle organik polimerlerin kökeni hakkındaki tartışmaların tarihi son derece uzundur. Fakat bu konu da artık büyük ölçüde çözüme kavuşturulmuş durumdadır. İlk olarak Louis Pasteur tarafından gözlenen optik izomeri olgusu çözümde anahtar bir rol oynamaktadır. Pasteur mikroskop altında incelediği pek çok organik ve inorganik bileşiğin kristallerinin sağa ve sola simetrik olmak üzere iki farklı yönelimi olduğunu fark etti (sekil.12). Canlıların yapısını oluşturan organik moleküller birbirleri ile yüzeyleri aracılığıyla etkileşim kurdukları için bu tür şekli özelliklerinin birbirlerine uygun olması gerekir.
Ancak bundan fazlası da var. İlginç şekilde canlıların bünyesindeki organik bileşikler sınıfları hemen her zaman belirli bir optik yönelime sahiptir. Öyle ki proteinlerdeki amino asitler hep “L” izomeri, glikoz ise hep “D” izomeri halinde bulunur. Yeni yeni anlaşılmaktadır ki, biyolojik polimerler büyük olasılıkla inorganik kristallerin yüzeyinde polimerleşmişlerdir. Böylece üzerinde polimerleştiği kristal sağa simetrikse sağa, üzerinde polimerleştiği kristal sola simetrikse sola simetrik olmaktadırlar (sekil.13). Çok çok daha ilginç bir veri ise DNA ve RNA’nın yapısını oluşturan azotlu organik bazların, doğada yaygın olarak bulunan grafit kristallerinin üzerinde kendiliğinden DNA’daki gibi karşılıklı bir konum alarak hidrojen bağları kurduklarının gözlenmiş olmasıdır (şekil.14). Kristal ve inorganik polimerlerin yüzeyinde polimerleşme olgusu mevcut biyolojik makromoleküllerden çok daha fazla çeşitte polimer üretebilecek potansiyele sahiptir. Bu nedenle artık sorun mevcut moleküllerin hangi özellikleri nedeniyle doğal seçilim tarafından seçildiklerini ortaya koyabilmek ve polimerleşme olayının gerçekleşebileceği yollardan hangisi aracılığı ile olduğunu ortaya çıkarabilmektir.
Tüm Bu Bilgilerin Işığında Yer Yüzünde Yaşamın Kökeni
Organik bileşiklerin, hücre zarının, metabolizmanın ve kalıtsal bilgi taşıyıcısı moleküllerin kökeni hakkındaki bilgilerimiz yeterli olsa da tüm bu bileşenlerin hangi koşullarda yan yana gelmiş olduklarının da ortaya konulması gerekmektedir. Bu konuda da ciddi bilgi birikimi bulunmaktadır. Okyanus tabanları organik üretimin çok düşük olması nedeniyle biyolojik açıdan çöl olarak kabul edilen bölgelerdir. Bu tür bölgelerde gözlenen çok zengin yaşam ortamlarını araştıran biyolog ve jeologlar çok ilginç bazı gözlemlerde bulunmuşlardır.
Okyanus tabanındaki volkanik bölgelerden çıkan indirgen özellikteki, sıcak ve asitli su akımları çevresinde çok geniş ve zengin yaşam alanları bulunmaktadır (şekil.15). Buradaki koşullar bildiğimiz canlıların hemen tamamı için son derece öldürücüdür. Buralarda yaşan organizmalar pek çok zehirli bileşiği oksitleyerek yaşamlarını sürdürecekleri enerjiyi elde ederler. Onları tüketen diğer canlıların da bölgede bulunmaları ile bu volkanik bacaların etrafı bir vahaya dönüşür. Bu tür volkanik bacalar büyük ihtimalle dünyadaki ilk yaşayan hücrenin oluştuğu yerlerdir. Enerji kaynağından ham maddeye, sıcak suyun soğuk suyla karıştığı yerde oluşan gözenekli inorganik kristaller içeren bacalarıyla yaşamı oluşturabilecek hemen tüm bileşenler bir aradadır (şekil.16).
Sonuç
Birbirinden bağımsız kaynaklardan gelip aynı noktayı işaret eden kanıtlar tüm bilimsel çalışmalarda son derece önemlidir. Yaşamın cansızlardan ortaya çıkışı ile ilgili konular söz konusu olduğunda bu durumun en zengin örnekleri görülür. Örneğin okyanus tabanı termal baca ekosistemlerinin temel bileşeni olan arkebakterilerin genetik yapılarının incelenmesi bu canlıların yaşam ağacının en eski dallarından biri olduğunu ve biz ökaryotların en uzak akrabaları olduklarını ortaya koymuştur (şekil.17). Sözün özü, o kadar çok olası yol ve o kadar yüksek meydana gelme ihtimalleri vardır ki araştırılan asıl sorun yaşamın ortaya çıkışı değil hangi yolla ortaya çıktığıdır.
Bu konudaki araştırmalar elbette ki devam edecektir ancak burada asıl önemli olan konu bu araştırmaların bize neler getireceğini öngörebilmektir. Canlılığın ne olduğunu ve nasıl ortaya çıktığını araştırmak önümüzdeki çağı şekillendirecek önemli bir bilimsel araştırma alanıdır. Bu alanın devamı olacak şekilde yapay yaşam çalışmalarının artık kurgu olmaktan çıkıp uygulamaya geçtiği ve bilim toplumlarında geniş kitlelerin bu konuda takınılması gereken tavırlarla ilgili kural belirlemeye çalıştığı günümüzde kişisel inanış ve düşüncelerden menkul biçimde türemiş olan bilim düşmanı görüşlerin amacı sorgulanmalıdır. Bu görüşleri ortaya koyanlar çoğunlukla iyi yaşam koşullarına sahipken yine çoğunlukla gelişmiş(!) ülkelerden destek almaktadırlar. Bu ahlaksızca tuzağın ağına yakalanmış insanlarımıza bilimsel gerçekleri aktarmak tüm bilim dünyasının öncelikli görevlerindendir.
Kaynaklar:
REFERANSLAR:
1.
2.
3.
4.
5. Benner, S. A., and Sismour, A. M., "Synthetic Biology". Nature Rev. Genet. 6, 533-543 (July 2005)
6. Holmes, E. C., "On being the right size". Nature Genet. 37(9), 923-924 (September 2005)
7. Miller, S.L. Science 117, 528 (1953).
8. Heckl, Wolfgang M. "Molecular Self-Assembly and the Origin of Life"
9.
10. Koonin, E. V. and Martin, W. "On the origin of genomes and cells within inorganic compartments". Trends Genet. 21(12), 647-654 (December 2005)
11. Miller, G. "Organic 'Cells' Form in Space". Science 2 February 2001
12.
13.
14. Martin, W. and Russell, M. J., "On the origins of cells: a hypothesis for the evolutionary transitions from abiotic geochemistry to chemoautotrophih prokaryotes and from prokaryotes to nucleated cells". Phil. Trans. R. Soc. Lond. B (2002)
15. Deamer, D.W. "The first living systems: a bioenergetic perspective". Microbiol. Mol. Biol. Rev. 1997 61: 239-261
Canlıların karmaşık yapıları ve cansızlardan kolayca gözlenebilir farklılıkları, cansız maddenin canlı madde oluşturabilmesi gerçeğini anlamakta zorluk yaratır. Örneğin canlılar karmaşık yapıdaki organik moleküllerden cansızlar ise inorganik moleküllerden oluşurlar. Ancak bu sadece bir genellemedir. Çünkü canlıların yapısında önemli miktarlarda inorganik madde ve cansızların yapısında da önemli miktarda organik madde bulunur. İşin gerçeği bu oranlar çoğu zaman o kadar değişkendir ki, yukarıdaki genellemeyi yapmak bile kimi zaman zordur. Örneğin bir insanın vücudunun %80’den fazlasını, su ve mineraller halindeki inorganik maddeler oluşturur. Dahası organik ve inorganik maddeler şeklinde sınıflandırılan her iki grup madde de aslında periyodik tabloda gösterilen az sayıda elementten oluşur.
Yapıtaşları Her Yerde!
Canlıların yapısındaki maddelerin çok farklı olduğunun ve bu maddelerin cansız süreçler tarafından üretilemeyeceğinin düşünüldüğü dönemlerin üzerinden çok uzun yıllar geçti.
Ülkemiz gibi bilim ve teknolojide geri kalmış ülkelerde, anlaşılmaz bir şekilde “başarısız bir canlı üretme çabası” olarak lanse edilen ünlü Miller-Urey deneyi, “tam bir başarıya ulaşarak” insanlığa canlıların yapısını oluşturan moleküllerin cansız süreçler sonucunda da üretilebildiği gerçeğini gösterdi (şekil.1 / ref.7). Fakat çok daha şaşırtıcı olan gerçek, uzay çağının başlamasıyla ortaya çıktı. Yine bizim gibi modern bilim ortamının uzağında kalan ülkelerde bilinmese de uzaydaki pek çok gezegenin ve uydularının yüzeyinde ve hatta son derece küçük meteorit ve kuyruklu yıldızlarda bile önemli miktarlarda organik bileşik bulunmaktadır (Şekil.2 / ref.1). Dahası uzaydaki pek çok bulutsunun içeriğinde de toplam kütlesi inanılmaz miktarlara ulaşacak şekilde organik bileşik bulunduğu tespit edilmiştir. Bu organik bileşikler içerisinde yeryüzünde yaşamı oluşturan bileşiklerin hemen her türü bulunurken dünyada çok az veya hiç bulunmayan reaktif organik bileşikler de tespit edilmektedir. Bu reaktif organik bileşikler, daha karmaşık yapılı diğer moleküllerin abiyotik (cansız) süreçlerce oluşmasında son derece önemli bir rol oynarlar.
Bu çalışmalar son zamanlarda çok daha yüksek bir düzeye ulaşmıştır. Öyle ki uzayın yaşamla ilgili koşulların olamayacağı konusunda hemen herkesin hem fikir olduğu bölgelerinde bile yaşamın temel molekülleri ve bildiğimiz yaşam için gerekli olan bileşiklerin bulunduğu ortamlar gözlüyoruz. Sadece Mars gibi bir zamanlar ciddi miktarda su bulundurmuş olan (şekil.3a ve b / ref.3, 4, 9) gezegenlerden bahsetmekten öte şu anda bu özellikleri bulunduran yerler var! Örneğin Satürn’ün uydusu Enceladus -200 °C’lik yüzey sıcaklığıyla sıvı suyun varlığı için pek de ciddi bir aday değildi ancak Cassini uzay aracından alınan görüntüler daha başka bir hikâye anlatıyor. Uydunun güney kutbundaki gayzerlerden içinde organik maddeler bulunan su fışkırıyor ve uzaya yayılıyor (şekil.4a ve b / ref.12, 13). Bir diğer örnek de yine Satürn’ün uydusu olan Titan’dan. Merkür gezegeninden bile büyük olan bu uyduda bulunan organik maddelerin toplam miktarı dünyanın tüm petrol rezervlerinden fazladır (şekil.5a ve b). Dünyadaki petrolün kaynağının canlılar olduğunu biliyoruz ancak Titan’da en azından bildiğimiz anlamda yaşam yok. Tüm bunlardan açıkça ortaya çıkan sonuç canlıların yapısını oluşturan bileşiklerin zannedildiği gibi özel olmayıp hem cansız süreçlerle üretilebildikleri hem de evrende tahminlerimizin çok ötesinde bir bollukta olduklarıdır.
Günümüzde bu tür bileşikleri büyük miktarlarda üreten temel sürecin uzaydaki silikat tanecikleri üzerindeki soğuk ham maddenin (CO2, H2O, NH3, CH4, CO, N2 gibi) kozmik ışınların etkisiyle organik bileşiklere dönüşmesi olduğu bilinmektedir. Ayrıca güneş sisteminin oluşumu sırasında içerdiği ham maddeyi incelemek için bazı meteoritlerin üzerine yüksek hızlarla çarptırılan uzay araçlarının çıkardıkları maddelerin incelenmesi gibi inanılmaz deneyler de yapılmıştır (şekil.6). Bu sayede uzayın soğuğunda oluştukları günden beri adeta derin dondurucuda korunmuş durumdaki ilkin maddenin özellikleri ortaya çıkarılmıştır. Sonuç olarak bugün ulaştığımız bu noktadaki bilgilerimiz gayet sağlamdır.
Canlı Hücrenin Yapısı ve Yapıtaşlarından Oluşması
Bir sonraki soru bu bileşiklerden yaşamın ortaya çıkmasının mümkün olup olmadığıdır. Bunun için ilk olarak canlı bir hücrenin ne olduğunun bilinmesi gerekir. Canlı bir hücre çevresinden kısmen yalıtılmış, yarı kapalı bir sistemdir. Bu nedenle hücre zarı yaşam için olmazsa olmazdır. Bir diğer olmazsa olmaz olgu metabolizmadır. Canlıların vücudundaki kimyasal reaksiyonlar yaşamla ilgili tüm süreçler için gerekli kimyasal değişimlerin gerçekleşmesini içerir ve biyolojik katalizörler olan enzimler tarafından gerçekleştirilir. Pek çok atomdan oluşmuş olan enzim molekülü etkileyeceği molekül veya moleküller ile geçici bağlar kurar ve kimyasal reaksiyonun gerçekleşmesinden sonra oluşan moleküller serbest kalır. Tüm bu kimyasal süreçler metabolizma diye anılır. Son olarak canlıların içerdikleri kalıtsal bilgiyi taşıyan moleküllerden söz etmek gerekir. Bunlar polimer (zincir) yapılı devasa moleküllerdir. DNA ve RNA isimli bu moleküller uzun zincir gibi yapılarıyla canlıların içerdikleri bilgiyi zincirlerinin halkalarındaki farklılıklar ile depolar. Tüm bu yapıları oluşturan kimyasal yapıtaşları yukarıda anlatıldığı şekilde doğada hazırdır. Ancak ilk yaşayan hücre tüm bu yapıtaşlarından nasıl organize olmuştur?
Bu sorunun çözümünde zannedildiği gibi olanaksızın nasıl olduğunu anlama çabası yoktur. Tüm bu olanaksızlık hikâyelerine karşın gerçekte bilimin karşılaştığı asıl sıkıntı olabilecek pek çok mekanizmadan hangisinin ilk canlı hücrenin kökenini oluşturduğunu anlayabilmektir. Mevcut gözlem ve deneylerden elde edilen bilgiler ışığında hücre zarı, metabolizma ve DNA ile RNA’nın kökenine ilişkin bilgilerimiz şöyledir.
Hücre Zarı:
Hücre zarı fosfolipit adı verilen moleküllerden oluşur. Bu moleküller amfipatiktirler. Yani bir uçları suda çözünebilir, diğer uçları ise yağda çözünebilir özelliktedir. Bu nedenle bu tür yağ molekülleri sulu ortamda çalkalandıklarında yağ uçları birbirlerine bakan, su sever uçları ise içerideki ve dışarıdaki sulu ortama bakan küreler oluşturacak şekilde organize olurlar (şekil.7). Bunlara lipozom (şekil.8) denir ve tüm canlı hücrelerde bulunan hücre zarları bu temel yapının içerisine proteinlerin gömülmesi ile oluşmuşlardır (şekil.9). Aslında lipozomlar hücre zarları ile aynı olan yapıları nedeniyle ilaç ve kozmetik sektöründe kullanım alanı bile bulmuşlardır. Suda çözünmediği için ciltten doğruca alınamayacak pek çok malzeme lipozomların içerisinde hücre zarları ile etkileşime girecek şekilde hazırlanarak vücuda verilmektedir.
Enzimler ve Metabolizma:
Yapılan çalışmalar göstermiştir ki canlıların kullandıkları ortak ve canlılık için temel bazı kataliz reaksiyonları ilginç bir şekilde cansız doğada gerçekleşebilmektedir. Örneğin canlılık için son derece önemli olan pek çok kimyasal reaksiyonda kullanılan enzimlerin merkezinde demir kükürt (Fe-S) çekirdeği denilen bir yapı bulunur (Şekil.10). Bu yapı doğada basit pirit kristalleri halinde vardır. Ortam pH’sı uygun olduğunda (örneğin okyanus tabanı gibi yerlerde) pirit kristalleri üzerinde asetil grubu sentezi reaksiyonları gerçekleşmektedir (şekil.11). Bu Fe-S çekirdekleri pek çok farklı enzimin reaksiyon merkezinde bulunmaktadır. Görünen odur ki canlılar çevrelerinde bulunan maddelerden oluşurken tam da evrimsel değişimin mantığından beklendiği gibi sadece var olanın daha iyi modifikasyonları üzerinden gelişmişlerdir. Zira protein kısımları bu Fe-S çekirdeklerine daha yüksek bir özgüllük ve hız katacak şekilde işlev kazandırırken temel reaksiyon katalizörü olan Fe-S çekirdeği doğada zaten bulunmaktadır. Dahası bu reaksiyon merkezleri ufak moleküler modifikasyonlarla pek çok farklı enzimde kullanılmaktadır.
Aslında aynı olgu aktif merkezlerinde nikel ve magnezyum içeren enzimler için de geçerlidir. Hatta “hem” grubu gibi karmaşık gruplar içeren pek çok enzim ve hemoglobin gibi işlevsel protein için de aynı durum söz konusudur. Durumu netleştirecek son bilgi “hem” grubu gibi karmaşık yapılı bileşiklerin uzayda tespit edilmiş olduğunu belirtmekle verilebilir. Bu tür bileşik ve bunlardan evrimleşen enzimlerin kendiliğinden var olamayacağı iddiasının kaynağı ise belirsizdir.
DNA ve RNA:
Polimer yani zincir yapılı bileşikler daha küçük yapı taşlarının birleşmesiyle oluşurlar. Ancak bu birleştirme işlemi yüksek sıcaklıkta yapılırsa oluşan polimerler zarar görür ve işlevsiz kalır. Ayrıca böyle bir durumda düzensiz yapılı polimerler oluşur. Bu nedenlerle organik polimerlerin kökeni hakkındaki tartışmaların tarihi son derece uzundur. Fakat bu konu da artık büyük ölçüde çözüme kavuşturulmuş durumdadır. İlk olarak Louis Pasteur tarafından gözlenen optik izomeri olgusu çözümde anahtar bir rol oynamaktadır. Pasteur mikroskop altında incelediği pek çok organik ve inorganik bileşiğin kristallerinin sağa ve sola simetrik olmak üzere iki farklı yönelimi olduğunu fark etti (sekil.12). Canlıların yapısını oluşturan organik moleküller birbirleri ile yüzeyleri aracılığıyla etkileşim kurdukları için bu tür şekli özelliklerinin birbirlerine uygun olması gerekir.
Ancak bundan fazlası da var. İlginç şekilde canlıların bünyesindeki organik bileşikler sınıfları hemen her zaman belirli bir optik yönelime sahiptir. Öyle ki proteinlerdeki amino asitler hep “L” izomeri, glikoz ise hep “D” izomeri halinde bulunur. Yeni yeni anlaşılmaktadır ki, biyolojik polimerler büyük olasılıkla inorganik kristallerin yüzeyinde polimerleşmişlerdir. Böylece üzerinde polimerleştiği kristal sağa simetrikse sağa, üzerinde polimerleştiği kristal sola simetrikse sola simetrik olmaktadırlar (sekil.13). Çok çok daha ilginç bir veri ise DNA ve RNA’nın yapısını oluşturan azotlu organik bazların, doğada yaygın olarak bulunan grafit kristallerinin üzerinde kendiliğinden DNA’daki gibi karşılıklı bir konum alarak hidrojen bağları kurduklarının gözlenmiş olmasıdır (şekil.14). Kristal ve inorganik polimerlerin yüzeyinde polimerleşme olgusu mevcut biyolojik makromoleküllerden çok daha fazla çeşitte polimer üretebilecek potansiyele sahiptir. Bu nedenle artık sorun mevcut moleküllerin hangi özellikleri nedeniyle doğal seçilim tarafından seçildiklerini ortaya koyabilmek ve polimerleşme olayının gerçekleşebileceği yollardan hangisi aracılığı ile olduğunu ortaya çıkarabilmektir.
Tüm Bu Bilgilerin Işığında Yer Yüzünde Yaşamın Kökeni
Organik bileşiklerin, hücre zarının, metabolizmanın ve kalıtsal bilgi taşıyıcısı moleküllerin kökeni hakkındaki bilgilerimiz yeterli olsa da tüm bu bileşenlerin hangi koşullarda yan yana gelmiş olduklarının da ortaya konulması gerekmektedir. Bu konuda da ciddi bilgi birikimi bulunmaktadır. Okyanus tabanları organik üretimin çok düşük olması nedeniyle biyolojik açıdan çöl olarak kabul edilen bölgelerdir. Bu tür bölgelerde gözlenen çok zengin yaşam ortamlarını araştıran biyolog ve jeologlar çok ilginç bazı gözlemlerde bulunmuşlardır.
Okyanus tabanındaki volkanik bölgelerden çıkan indirgen özellikteki, sıcak ve asitli su akımları çevresinde çok geniş ve zengin yaşam alanları bulunmaktadır (şekil.15). Buradaki koşullar bildiğimiz canlıların hemen tamamı için son derece öldürücüdür. Buralarda yaşan organizmalar pek çok zehirli bileşiği oksitleyerek yaşamlarını sürdürecekleri enerjiyi elde ederler. Onları tüketen diğer canlıların da bölgede bulunmaları ile bu volkanik bacaların etrafı bir vahaya dönüşür. Bu tür volkanik bacalar büyük ihtimalle dünyadaki ilk yaşayan hücrenin oluştuğu yerlerdir. Enerji kaynağından ham maddeye, sıcak suyun soğuk suyla karıştığı yerde oluşan gözenekli inorganik kristaller içeren bacalarıyla yaşamı oluşturabilecek hemen tüm bileşenler bir aradadır (şekil.16).
Sonuç
Birbirinden bağımsız kaynaklardan gelip aynı noktayı işaret eden kanıtlar tüm bilimsel çalışmalarda son derece önemlidir. Yaşamın cansızlardan ortaya çıkışı ile ilgili konular söz konusu olduğunda bu durumun en zengin örnekleri görülür. Örneğin okyanus tabanı termal baca ekosistemlerinin temel bileşeni olan arkebakterilerin genetik yapılarının incelenmesi bu canlıların yaşam ağacının en eski dallarından biri olduğunu ve biz ökaryotların en uzak akrabaları olduklarını ortaya koymuştur (şekil.17). Sözün özü, o kadar çok olası yol ve o kadar yüksek meydana gelme ihtimalleri vardır ki araştırılan asıl sorun yaşamın ortaya çıkışı değil hangi yolla ortaya çıktığıdır.
Bu konudaki araştırmalar elbette ki devam edecektir ancak burada asıl önemli olan konu bu araştırmaların bize neler getireceğini öngörebilmektir. Canlılığın ne olduğunu ve nasıl ortaya çıktığını araştırmak önümüzdeki çağı şekillendirecek önemli bir bilimsel araştırma alanıdır. Bu alanın devamı olacak şekilde yapay yaşam çalışmalarının artık kurgu olmaktan çıkıp uygulamaya geçtiği ve bilim toplumlarında geniş kitlelerin bu konuda takınılması gereken tavırlarla ilgili kural belirlemeye çalıştığı günümüzde kişisel inanış ve düşüncelerden menkul biçimde türemiş olan bilim düşmanı görüşlerin amacı sorgulanmalıdır. Bu görüşleri ortaya koyanlar çoğunlukla iyi yaşam koşullarına sahipken yine çoğunlukla gelişmiş(!) ülkelerden destek almaktadırlar. Bu ahlaksızca tuzağın ağına yakalanmış insanlarımıza bilimsel gerçekleri aktarmak tüm bilim dünyasının öncelikli görevlerindendir.
Kaynaklar:
REFERANSLAR:
1.
Ziyaretçiler için gizlenmiş link,görmek için
Giriş yap veya üye ol.
2.
Ziyaretçiler için gizlenmiş link,görmek için
Giriş yap veya üye ol.
3.
Ziyaretçiler için gizlenmiş link,görmek için
Giriş yap veya üye ol.
4.
Ziyaretçiler için gizlenmiş link,görmek için
Giriş yap veya üye ol.
5. Benner, S. A., and Sismour, A. M., "Synthetic Biology". Nature Rev. Genet. 6, 533-543 (July 2005)
6. Holmes, E. C., "On being the right size". Nature Genet. 37(9), 923-924 (September 2005)
7. Miller, S.L. Science 117, 528 (1953).
8. Heckl, Wolfgang M. "Molecular Self-Assembly and the Origin of Life"
9.
Ziyaretçiler için gizlenmiş link,görmek için
Giriş yap veya üye ol.
10. Koonin, E. V. and Martin, W. "On the origin of genomes and cells within inorganic compartments". Trends Genet. 21(12), 647-654 (December 2005)
11. Miller, G. "Organic 'Cells' Form in Space". Science 2 February 2001
12.
Ziyaretçiler için gizlenmiş link,görmek için
Giriş yap veya üye ol.
13.
Ziyaretçiler için gizlenmiş link,görmek için
Giriş yap veya üye ol.
14. Martin, W. and Russell, M. J., "On the origins of cells: a hypothesis for the evolutionary transitions from abiotic geochemistry to chemoautotrophih prokaryotes and from prokaryotes to nucleated cells". Phil. Trans. R. Soc. Lond. B (2002)
15. Deamer, D.W. "The first living systems: a bioenergetic perspective". Microbiol. Mol. Biol. Rev. 1997 61: 239-261
