Star Trek'in İzinden: Silikon Bazlı Yaşam Formları Gerçek Olabilir mi?

star trek serisindeki kaya yiyen horta gibi, marvel'in cama ve kuma dönüşebilen sandman'i gibi silikon temelli yaşamın bilim kurguda örnekleri var. bilimde ise yer yer, eğer insan, bilimsel açıdan yaşamı, silikon ve karbon arasında bağ kurmaya ikna edebilirse doğa da bunu yapabilir düşüncesi var. ancak tüm yazıyı okumaya gerek kalmadan bunun kısa cevabı silikon bazlı yaşam muhtemelen bilim kurgu alanlarıyla sınırlı. ama yine de olur mu ki acaba? örnekleri var mı? olsa nasıl olurdu gibi sorulara cevap arayan deneyler ve görüşler de var.

silikonla başlayalım. yer kabuğunun kütlesinin neredeyse %30'unu oluşturur ve yer kabuğundaki karbondan yaklaşık 150 kat daha fazla miktarda bulunur. mesela güneş sistemi iç ve dış olarak ikiye ayrılır. dış güneş sistemi, asteroid kuşağından sonra jüpiter ile başlar neptün'e kadar gider. bunlara gaz ve buz devleri deriz. iç güneş sistemi ise merkür, venüs, dünya ve mars'tır. bunlara da silika tabanlı, diğer adıyla kayalık gezegenler deriz. dünya da silika temelli bir gezegendir. bildiğiniz kum ve taştan bahsediyoruz.

dünya'daki yaşamın silikonu kimyasal olarak manipüle etme yeteneğine sahip olduğu biliniyor. örneğin, fitolit adı verilen mikroskobik silikondioksit parçacıkları çimenlerde ve diğer bitkilerde bulunabilir. diatom olarak bilinen fotosentetik alglerin yapıtaşlarında da silikondioksit vardır. bununla birlikte, dünya'da silikon ve karbonun bir araya gelerek moleküller halinde birleştiği bilinen doğal bir yaşam örneği yoktur. karbon ve silikonun beraber olduğu bir yaşam, bir nevi oksijen soluyup kum sıçmaya benzeyebilir.

karbonla devam edelim. hayatı mümkün kılan, diğer elementlerle dört atomik bağ kurma yeteneğidir. örneğin biz insanlar veya yediğimiz bir meyve tamamen karbondan ibaret değildir. başka unsurları da barındırıyoruz. oksijen, hidrojen, nitrojen, kalsiyum ve fosfor gibi bir sürü element içeriyoruz. aslında bu altı element vücudumuzun %99'unu oluşturur. oksijen, ağırlığa göre barındırdığımız en yaygın elementtir, yaklaşık üçte ikimiz oksijenden oluşur. bunun nedeni kanın çok fazla su içermesi ve oksijenin suyun ağır bir bileşeni olmasıdır. karbon ikinci en yaygın olanıdır ve yaşamın kimyasına hakim olan da karbondur. bu nitelik, karbonu, proteinler ve dna gibi bildiğimiz yaşamın temelini oluşturan uzun molekül zincirlerini oluşturmaya çok uygun hale getirir.

silikon şunu diyebilir: neden başka bir element değil de ben? çünkü o karbona çok benzer. silisyum periyodik tabloda karbonun altındadır ve aynı karbon gibi dört bağ yapabilir. bu özellikleriyle evet biraz karbona benzer. böylece prensipte benzer yapılar oluşturulabileceği de düşünülebilir. ama diğer özellikleri hiç benzer değildir. bir karbon atomunun dört değerlik elektronu vardır, bu da dört tekli bağ (metan), iki çift bağ (karbondioksit) ve bir üçlü bağ (asetilen) oluşturmasına izin verir. karbondioksit ve metan karbon bazlı yaşamın izlerinin kanıtıdır ve bilim insanları tarafından dünya dışı yaşam arayışlarında da bu bileşikler kanıt olarak görülebilir. bununla birlikte, karbonun baskınlığı, bu karmaşık bağları oluşturma yeteneğinin bir sonucu değil, onları oluşturma kolaylığı ve esnekliğinin bir sonucudur. aslında, periyodik tabloda karbonun kapladığı sütunda bulunan tüm elementler aynı karbon gibi dört bağ kurabilir, ancak oluşturdukları bağların kararlılığı karbon ile kıyaslanamaz. silikon, karbonla karşılaştırıldığında daha az türde atomla kimyasal bağlar oluşturabiliyor. bu da genellikle etkileşime girebileceği atomlarla daha az karmaşık türde moleküler yapılar oluşturabileceği anlamına geliyor. yani bize çok bir çeşitlilik sunmuyor.

yaşam, bir tür enerji kaynağı veya kaynakları tarafından yönlendirilir ve enerji kaynağında/kaynaklarında mevcut enerjiyi serbest bırakmak ve kullanmak için bir aracıya/faktörlere ve süreç(ler)e ihtiyaç duyar. yaşamın devam edebilmesi için, etken(ler)in evrensel olarak ve sürekli olarak, miktar olarak mevcut olması ve azalan değil, yenilenen bir kaynak olması gerekir. oksijen, hücresel solunum sırasında glikoz (karbon bazlı bir enerji kaynağı olarak) parçalanarak co2 ve h2o üretilir ve enerji açığa çıkar. atp ve o2/co2/çeşitli döngüler vb. hakkında daha fazla bilgi verilebilir, ancak asıl mesele bu değil aslında.

önemli olan şu ki, bildiğimiz yaşamda, karbon oksijenle reaksiyona girdiğinde gazlar (örneğin co2) ve su oluşturabilir; bunların her ikisi de karbon bazlı bir organizmanın metabolizması sürecinde kolayca elimine edilir. silikon bunu yapamaz. karbon tüm komşularıyla dört atomik bağ kurduğunda bağlar aynı kuvvette olma eğilimindedir. silikonda ilk bağ diğerlerinden çok daha güçlüdür, bu da ilk bağın diğerlerinden çok daha kararlı olduğu anlamına gelir. çünkü ilk bağ, her bir atomdaki elektronların mecazi bir el sıkışmayla doğrudan diğer atoma ulaşmasıyla oluşuyor. diğer bağlar daha uzaktaki elektronlardan oluşur ve etkili bir şekilde iyi bir kavrama sağlayamazlar. yani karbonun kurduğu 4 bağ da kararlıyken silikonda sadece ilk bağ kararlıdır.

başka bir şey de karbon, organik moleküllerde yaygın olan diğer kimyasallarla bağlandığında bağların benzer güçte olmasıdır. karbon-karbon, karbon-oksijen, karbon-hidrojen ve karbon-nitrojen oldukça benzerdir. bu bağlar solumak, dışkılamak gibi yaşam döngümüzü oluşturan bağlardır. bu, enerji açısından bakıldığında atomları değiştirmenin oldukça kolay olduğu anlamına gelir. ancak silikon-oksijen bağı, silikon-hidrojenden, silikon-karbondan, hatta garip bir şekilde silikon-silisyumdan çok daha güçlüdür. bu, silikonun oksijenle etkileşime girdiğinde onları ayırmanın çok zor olduğu anlamına gelir. birbirlerine kenetlenirler. bu, karbona nazaran silikonun kimyasal etkileşimlerinin kolaylığını ve çok yönlülüğünü baltalar. yaşamın temelinin silikon değil de karbon olmasının nedeni budur.

silikon-oksijen bağını biraz daha irdeleyelim ve bizlerin yaşamasını mümkün kılan karbon-oksijen bağıyla karşılaştıralım. nefes aldığınızda oksijen çekeriz, nefes verdiğimizde ise çektiğimiz o oksijen vücudumuzdaki karbonla bağ oluşturur (karbon-oksijen) ve karbondioksit olarak dışarı atılır. buna karşılık gelen silikon molekülü sio2 veya silikondioksittir. bu kimyasal bileşik için daha yaygın kullanılan kelime "kum"dur. yani silikon temelli bir yaşam eğer oksijen kullanıyorsa atığı karbondioksit değil kum olacaktır. böylece, enerji döngüsünün bir parçası olarak oksijeni kullanan silikon bazlı bir canlı, kumu soluyacaktır. çünkü silikon oksijenle reaksiyona girdiğinde, stabil bir kafes oluşturur, kenetlenir ve bu kafesin "organizma"dan kolayca elimine edilmesi mümkün değildir. dolayısıyla silikon bazlı bir yaşam formu elde edilemeyecektir. çünkü kendi metabolizmasından kaynaklanan atık ürünlerden kurtulamaz. dolayısıyla bu, ciddi şekilde kendi kendini sınırlayan bir yaşam formu olacaktır.

bu yeni bir farkındalık değil. silikon bazlı yaşam fikri en çok star trek serisinde araştırılmıştı, ancak bundan önce bile bilim kurgu yazarı stanley weinbaum 1934'te bir hikayede böyle bir yaşam formunu ele aldı. bir pulp-fiction dergisinde wonder stories of an expedition to mars adlı bir hikaye yazmıştır. hikayedeki astronot, tek kolu ve tuğlaları çıkaran ağzı olan gri bir yaşam formuyla karşılaşır. tuğlaların yaratığın solunumunun ürünü olduğunu fark eder. yani, karbon ve silikon kimyasının basit bir şekilde anlaşılması, silikon bazlı yaşamın mümkün olduğunu öne sürse de biraz daha derine inerseniz, silikon bazlı yaşamın pek de olası olmadığı görülüyor.

ancak pratik açıdan bakıldığında, silikon bazlı bir yaşam formu teoride var olsa bile, bu daha da problemlidir. silikon, bildiğimiz şekliyle yaşamın var olduğu ortamlardaki orta dereceli sıcaklıklarda etkisizdir; bu da silikon bazlı yaşamın- eğer var olabiliyorsa- belki de yalnızca çok yüksek sıcaklıklarda var olabileceği fikrine yol açar; bu potansiyel teorik "organizmalara" "lavoloblar" ve "magmoblar" adı verilmiştir. ne yazık ki gerçek şu ki, bu kadar yüksek sıcaklıklarda, silikonla etkileşime girmesi gereken diğer bileşiklerin kimyası da standart sıcaklık ve basınçlarda karbon bazlı organizmalar için gelişen kimyadan çok farklı olacaktır- tabii eğer gerçekten mümkünse- yani böyle bir teorik yaşam formu, eğer var olsaydı, karşılaşabileceğimiz bir şey olmazdı, çünkü onun yüksek sıcaklığı ve yeni kimya ortamında var olamazdık (ve olmayacağız).

yine de dünya dışı yaşam, dünya'daki yaşamdan tamamen farklı bir kimyasal temele sahip olabilir. örneğin, biyolojik moleküllerin içinde çalıştığı çözücü olarak su kullanmak yerine, belki de uzaylılar amonyak veya metana bağımlı olabilirler. ki bunlar kuiper kuşağındaki buz gezegenlerin yapıtaşı elementleridir.

kimya alanında hem silikon hem de karbondan oluşan yapay olarak sentezlenmiş moleküller var. bu organo-silikon bileşikleri sızdırmazlık malzemeleri, kalafatlar, yapıştırıcılar, boyalar, herbisitler, fungisitler ve bilgisayar ve televizyon ekranları dahil olmak üzere geniş bir ürün yelpazesinde bulunur. biyolojiyi, karbon ve silikonu kimyasal olarak birbirine bağlayacak şekilde evrimleştirmenin küçük adımları atılmıyor değil. 1990'ların başında bazı bilim adamları yönlendirilmiş evrim' olarak bilinen bir strateji aracılığıyla, mikropları doğada daha önce görülmemiş moleküller yaratmaya yönlendirdiler. nasıl ki çiftçiler, ürünlerini ortaya çıkarmak istedikleri özelliklere göre yetiştirerek mahsuller üzerinde aşılama ve hormonlama gibi değişiklikler yaptılarsa, bu bilim adamları da hedefledikleri molekülleri yaratmak için bazı mikropları ürettiler ve biz bu üretilen mikropları hayatımızın her yerinde kullanıyoruz. deterjan gibi ev eşyaları, ilaç, yakıt ve diğer endüstriyel ürünleri yapmak için çevre dostu yollar geliştirmek için bu yönlendirilmiş evrim stratejileri kullanılıyor. geleneksel kimyasal üretim süreçleri toksik kimyasallar gerektirebilir; aksine, yönlendirilmiş evrimsel stratejiler, moleküller oluşturmak için canlı organizmaları kullanır ve genellikle hayata zararlı olduğu kanıtlanan kimyadan kaçınır. ancak organo-silikon bileşikleri üretebilecek enzimler yaratmak ise bambaşka bir seviye ve bunla ilgili yapılmış deneyler var.

ilk olarak, prensipte silikonu kimyasal olarak manipüle edebileceğini düşündükleri enzimlerle başladılar. daha sonra, bu proteinlerin dna'larını az çok, rastgele şekillerde mutasyona uğrattılar ve elde edilen enzimleri istenen özellik açısından test ettiler. en iyi performansı gösteren enzimler yeniden mutasyona uğratıldı ve istenilen sonuçlara ulaşılana kadar işlem tekrarlandı. "hem proteinleri" olarak bilinen, hepsinin kalbinde demir bulunan ve çok çeşitli reaksiyonları katalize edebilen enzimlerle işe başladılar. en yaygın olarak tanınan hem proteini kanın oksijeni taşımasına yardımcı olan kırmızı pigment olan hemoglobindir.

çeşitli hem proteinleri test edildikten sonra, izlanda'daki kaplıcalardan gelen bir bakteri olan "rhodothermus marinus"ta bulunan bir protein üzerine yoğunlaştılar. "sitokrom c" olarak bilinen söz konusu "hem proteini" normalde elektronları mikroptaki diğer proteinlere taşıyor ancak bunun aynı zamanda düşük seviyelerde organo-silikon bileşikleri de üretebildiğini keşfettiler. sitokrom c'nin yapısı analiz edildikten sonra yalnızca birkaç mutasyonun enzimin katalitik aktivitesini büyük ölçüde artırabileceğini düşündüler. aslında, bu proteini, şu anda mevcut olan en iyi sentetik tekniklerden 15 kat daha verimli bir şekilde karbon-silisyum bağları oluşturabilen bir katalizöre dönüştürmek için yalnızca üç tur mutasyon yeterliydi. mutant enzimin 19'u bilim için yeni olan en az 20 farklı organo-silikon bileşiği üretebileceğini gördüler. organosilan adı verilen üretilen bu silikon katkılı hidrokarbon bileşikleri şimdilik muhtemelen ne bakterilere ne de endüstriye faydalı değil. insanların bu yeni bileşikler için hangi uygulamalar bulabilecekleri de bilinmiyor. star trek'in horta'sı ve marvel'in sandman'i gibi silikon bazlı yaşam üretmek için daha büyük adımlar lazım ama bu araştırmacılar bir şeyleri başlattı. mutant enzimin bir test tüpünde kendi kendine organo-silikon bileşikleri üretebildiğini göstermenin yanı sıra, mutant enzimi kendi içinde üretecek şekilde genetik olarak tasarlanmış e. coli bakterisinin de organo-silikon bileşikleri oluşturabildiğini gösterdiler. ancak bunlar karbonhidratın içindeki karbona ihtiyaç duyuyorlar! yani hibritler ve çoook deneyseller. bir şeyleri ispatlamıyor, sadece bir yerlerdeki mikropların bu molekülleri yaratma yeteneğini doğal olarak geliştirmiş olabileceği ihtimalini artırıyor.

bazı gökbilimciler, meteorları, kuyruklu yıldızları ve diğer gezegenleri inceleyerek silikon dioksitleri ve silikatları tespit ettiler evet; ancak daha iyi potansiyel biyokimyasal öncüler olan silikon veya silanlara dair hiçbir kanıt yok. yani şu anda bizim tecrübelerimizin ve hayal gücümüzün ötesinde, silikon bazlı yeni bir yaşam formunun varlığına dair bir delil de mevcut değil.

ancak, aynı zamanda gezegen atmosferleri üzerinde yapılan araştırmalarda, dünyada gözlemlediğimiz gibi canlı organizmalar tarafından sürekli olarak yenilenen oksijen ve metan için dediğimiz "kimyasal denge dışı" gazlara ilişkin herhangi bir kanıt bulunamadı. dolayısıyla bu "kimyasal denge dışı" eksiklik, dışarıda (ister karbon ister silikon bazlı olsun) henüz keşfedilmiş bir yaşam formunun bulunmadığını gösteriyor. yani silikon bazlı yaşamın örnekleri bulamadık derken daha karbon bazlı yaşamın örneklerini de bulamamışken, karbon bazlı yaşamı yaygın kabul etmemiz ve silikon bazlı yaşam olamaz dememiz bir hata olabilir mi? yani, en azından şimdilik cevap hayır; her ne kadar silikon bazen biyolojik olarak karbon bazlı yaşam- silikon bazlı yaşam için bir tür yapısal destek olarak kullanılabilse de bildiğimiz kadarıyla silikonun kimyasal ve fiziksel özelliklerinden dolayı silikon bazlı yaşam mevcut değildir. yine de bilim kurgusu harika.