Ana sayfa Bilim Gündemi Yaşam için gerekli öncü moleküller nelerdir? İlksel çorba kuramı ne söylemektedir?

Yaşam için gerekli öncü moleküller nelerdir? İlksel çorba kuramı ne söylemektedir?

1096
PAYLAŞ

Dünya üzerinde ilk canlı organizma birdenbire ortaya çıkmadı. Hücre oluşmadan önce birçok öncü adımın geçil mesi gerekti. Dünya’nın yaklaşık 4,5 milyar yıl önce oluştuğundan ve canlılığın da yaklaşık 3,5-3,8 milyar yıl önce ortaya çıkmış olması gerektiğinden bahsetmiştik. Görülüyor ki, Dünya oluştuktan sonra geçen 700 milyon-1 milyar yıl kadar süre, canlılığın oluşması için gerekli uygun koşulların meydana gelmesini sağladı.

Doğa bilimlerinde dünya üzerindeki yaşamın cansız maddelerden nasıl oluştuğunu anlamaya çalışan alana “kimyasal evrim” ya da “abiogenesis” adı verilir. Abiogenesisin evrim kuramı ile karıştırılmaması gerekir. Evrim kuramı temel anlamda canlıların zaman içinde nasıl değiştiğini ve çeşitlendiğini anlatırken, abiogenesis cansız maddelerden canlı organizmalara geçişin nasıl olduğunu açıklamaya çalışır.
Tüm canlı organizmalar hücrelerden oluşmuştur. Hücreler, cansız moleküllerden birdenbire oluşamayacak kadar karmaşık birimlerdir. Dünya üzerinde canlılık ortaya çıkarken de doğrudan hücre yapısı değil, bazı ara basamaklar oluşmuş olmalıdır. Örneğin hücre yapısının temel taşları olan proteinler ya da nükleik asitler de (DNA ve RNA) karmaşık yapıdadır ve hücre oluşmadan önce bu gibi karmaşık yapıların oluşmuş olması gerekir. Bilim insanları öne sürdükleri farklı hipotezlerle hücrenin oluşumuna kadar giden ara basamakları anlamaya ve bu basamaklarda etkili olan kilit molekülleri ortaya çıkarmaya çalışıyor. Öne sürülen hipotezlerin hiçbirine kesin olarak doğru diyemesek de, sürekli elde edilen yeni kanıtlar bazı hipotezleri diğerlerinden öne çıkarıyor. Bilim dünyasında kabul gören ve canlılığın nasıl ortaya çıktığını anlatan ara basamakları kısaca şöyle özetleyebiliriz:

Birinci adım: Öncelikle, yaşamın ortaya çıkabilmesi için gerekli çevresel ortam oluşmuş olmalıdır. Bu yüzden ilk adım olarak Dünya’nın ve atmosferin oluşması düşünülebilir. Bu aşama yaşamın oluşması için gerekli inorganik hammaddelerin ortaya çıktığı ve birbirleriyle etkileşime geçtiği aşamadır. Uygun çevre koşullarının oluşması bazı gezegenleri diğerlerinden farklı yapacaktır.

İkinci adım: İnorganik moleküllerin birbiriyle etkileşimleri sonucu organik moleküller oluşmaya başlamıştır. Bu reaksiyonlar için gerekli olan enerji de yıldırımlar, güneş ışığından gelen mor ötesi radyasyon ya da volkanlardan gelen ısı enerjisinden elde edilmiştir. Yaşamın oluşmasında rol oynamış organik moleküller iki farklı kaynağa sahip olabilir: Organik moleküller dünya üzerinde oluşmuş olabilir. Bunun için Dünya atmosferindeki enerji kaynaklarından yararlanılmış olabilir.

Organik moleküller Dünya’da oluşmak yerine uzaydan Dünya’ya gelmiş olabilir. Dünya’ya çarpan gökcisimleriyle (kondritler-taşsı meteoritler) taşınmış ya da Dünya’nın çekim kuvveti ile çekilmiş de olabilirler.

Üçüncü adım: Dünya’da oluşan ya da Dünya dışından gelen organik moleküller birikmiş, bir araya gelerek daha karmaşık yapılar oluşturmuştur. Bu aşamada polipeptid ve nükleik asit gibi hücre içerisinde bulunan karmaşık moleküller oluşmuştur. Bu moleküllerden bazıları ilkel canlılık özellikleri kazanmışlardır. Canlılığa giden yolda şimdilik bu aşamaya kadar gelelim. Bundan sonraki sorularda bu adımları daha detaylı şekilde ele alacağız. Şimdi kısaca canlılığın oluşumuyla ilgili fikirlerin nasıl geliştiğine bakalım. Bu süreçte birkaç önemli ismin öne çıktığını görüyoruz.

Canlılığın oluşumu fikirlerinin özet bir tarihçesi

MÖ 4. yüzyılda yaşamış Aristoteles’in zamanından 19. yüzyılın sonlarına kadar geçen 2000 yılı aşkın zaman boyunca, bilim insanları yaşamın nasıl ortaya çıktığı konusunda, “kendiliğinden üreme” (spontaneous generation) kuramını destekledi. Aristoteles’in daha önceki bilim insanlarının gözlem ve fikirlerinden yararlanarak oluşturduğu bu kurama göre, canlı organizmalar cansız organizmalardan kendiliğinden ve birdenbire ortaya çıkıyordu. Bu oluşum her zaman her yerde olmaktaydı. Örneğin, bir et parçasını birkaç gün beklettiğinizde üzerinde göreceğiniz kurtçuklar orada kendiliğinden meydana geliyordu. Bu kuramın sonunu getiren çalışmalar 17. yüzyıldan itibaren birikmeye başladı ve bu kurama en önemli darbeyi 1859’da Fransiz bilimci Lois Pasteur vurdu. Pasteur, kaynattığı et suyunu uzun ve kıvrımlı bir ağza sahip flask içerisine koydu. Kıvrım sayesinde dışarıdan içeriye hava giriyordu, ancak partiküller ve mikroorganizmalar giremiyordu. Et suyunda herhangi bir büyüme gerçekleşmedi. Ancak flask, mikroorganizmaların girebileceği şekilde yatırıldığında, et suyu içerisinde hızlı bir şekilde büyüme gözlemlendi. (Şekil 1)

En solda Aristoteles (MÖ 384-322), ortada Louis Pasteur (1822-1895) ve en sağda Pasteur’un deneyinde kullandığı flask tipi.

“Kendiliğinden türeme” kuramının yoğun olarak tartışıldığı 19. yüzyılda, Charles Darwin de bu konu üzerinde fikirlerini belirtmiştir. Kuşkusuz evrim denilince ilk akla gelen isim Charles Darwin’dir. Burada belirtilmesi gereken bir nokta var: Darwin’in evrim kuramı temel olarak yaşamın nasıl başladığı üzerine değil, nasıl çeşitlendiği üzerinedir. Darwin yaşamın ilk defa nasıl ortaya çıkmış olabileceği üzerine çok fazla fikir öne sürmemiştir. Ancak 1871’de İngiliz botanikçi Joseph Dalton Hooker’a yazdığı mektupta, yaşamın ortaya çıkışıyla ilgili şunları yazmıştır: “Sıcak su birikintilerinde amonyak, fosfor tuzları, ışık, ısı, elektrik vb. gibi gerekli bileşenler bulunduğunda protein yapısı oluşturulmuş ve bu pro teinler de daha karmaşık değişikliklerin yolunu açmış olabilirler. Günümüzde böyle bir oluşum mümkün olmayacaktır, çünkü cansız maddelerden oluşturulan yeni karmaşık molekül hızlıca tüketilecektir. Yeni bir canlının oluşumu, ortamda yaşayan organizmalar olmadığında mümkün olmuş olmalıdır.”

“İlksel çorba” kuramı (primordial soup)

Yaşamın nasıl ortaya çıkmış olabileceği konusu üzerine, Darwin ve Pasteur’un zamanından, Rus bilimci Alexander Oparin’in yeni fikirler öne sürdüğü 1924’e kadar önemli bir gelişme olmamıştır. Oparin’in günümüzde de geniş kabul gören fikirlerine göre: “Atmosferik oksijen yaşamın oluşması için gerekli organik moleküllerin oluşmasını engelleyecektir. Bu yüzden cansız maddelerden canlı organizmaların oluşması bir kere olmuştur, ancak günümüzde bu mümkün değildir. Şu anki atmosferdeki oksijen ve diğer canlı organizmalar, cansız moleküllerden oluşacak organik molekülleri tekrar parçalayacaktır. İlk dünya ortamı şimdikinden farklıydı. İlk dünyanın oksijensiz ortamında, güneş ışığından sağlanan enerji yoluyla organik moleküllerden oluşan bir ‘ilksel çorba’ meydana gelmiştir. Bu organik moleküller de zaman içerisinde daha karmaşık yapıdaki koaservat  damlacıkları oluşturacaklardır.

Bu damlalar birbirleriyle birleşerek büyüyecek ve bölünerek yeni damlacıklar oluşturacaklardır. Bu şekilde de yapının devamını korumayı amaçlayan ilkel metabolik bir yapı geliştireceklerdir. Yapıyı koruyamayan moleküller ise dağılacaktır.”

Oparin ile aynı yıllarda İngiliz bilimci J. B. S. Haldane de benzer fikirler öne sürmüştür. Haldane’e göre, Dünya’nın ilk zamanlarındaki okyanuslarda organik moleküllerin oluşabileceği yine ilksel bir çorba ortamı oluşmuş olabilir. Biopoiesis olarak adlandırılan bu fikre göre canlılar, kendini çoğaltabilen cansız maddelerden oluşmuştur. Oparin ve Haldane, birbirlerinden bağımsız olarak öne sürdükleri fikirleriyle, kendiliğinden türeme kuramının günümüz dünya koşullarında geçersiz olacağını öne sürmüşlerdir.

Günümüzde, yaşamın nasıl ortaya çıktığını anlatan kuramların hiçbirini kesin olarak doğru kabul edemeyiz. Ancak öne sürülen kuramlar arasında bilim insanları tarafından en çok kabul gören ve deneysel olarak desteklenenleri, Oparin-Haldane tarafından öne sürülen “ilksel çorba” kuramı temeli üzerine kurulmuştur.

İlk Dünya ortamı yaşam için zorlu koşullara sahipti. Koruyucu bir ozon tabakası yoktu ve atmosfer yapısı da farklıydı. Ancak UV ışını, yıldırımlar ve volkanik patlamalar kimyasal reaksiyonlar için gerekli enerjiyi sağlıyordu.

İndirgen atmosfer ve birikme

Bazı bilim insanları ilk Dünya atmosferinin kimyasal olarak indirgen (reducing) bir ortam olduğunu öne sürmektedir. Metan, amonyak, su, hidrojen sülfit, karbondioksit ya da karbonmonoksit ve fosfat bulunurken, moleküler oksijen ya da ozon bulunmaz ya da çok az miktardadır. Bu tür indirgen bir ortamda elektrik enerjisi yoluyla amino asit gibi bazı basit organik moleküllerin oluşması katalizlenebilir. Bu durumun olasılığını ilk olarak Miller-Urey deneyinde Stanley L. Miller ve Harold C. Urey 1953’de göstermişlerdir.

Böyle bir ortamda elektron ve hidrojenler inorganik materyali organik yapılara dönüştürmek için hazır bulunur. Güneş enerjisi ve yıldırımlar gerekli enerjiyi sağlayacaktır. (Şekil 2) Organik moleküller oluşmaya başladıktan sonra birikecektir, çünkü parçalanmaları için gerekli olan iki etmen ortamda yoktur. Birincisi oksidasyon yoluyla parçalanmaları için gerekli olan oksijen ve diğeri ise mikroorganizmalardır. Böylece organik moleküller birikmeye başlayacak, yoğunlaştıkça da birbirleriyle etkileşimleri artacaktır. Oluşan yeni moleküllerden bazıları diğerlerine göre daha dayanıklı olacak, daha çok yer tutarak daha fazla zaman var olacaklar ve yaşamsal reaksiyonlar gerçekleştirmeye başlayacaklardır. Sonuç olarak biriken bu moleküllerin en başarılı olanları kendini kopyalayıp çoğaltabilme yeteneği kazanarak yaşamın oluşmasına giden adımı atacaktır.

Kaynak: Deniz Şahin, 50 Soruda Yaşamın Tarihi, Bilim ve Gelecek Kitaplığı, Ekim 2011, 2.Baskı, s.125-131