Yaşamın Başlaması İçin Gereken En Basit Moleküller Nasıl Ortaya Çıktı?
ön not: bu yazıyı 2017'de yazmam gereği (son 3 yılda ne olup bitti bilmiyorum ama) 2017'ye kadar günceldir.
bölüm 1 - cansızdan canlı oluşur mu?
taş hayatımızın önemli bir parçası. bunların dünya'da olanlarının en eskileri 4 milyar yaşındadır. en eski yaşam kalıntısı ise 3.8 milyar yıl önceye aittir. hatta, kanada'daki son çalışmalarda 4.29-3.77 milyar yıl öncesine ait olabilecek mikrofosiller bulunmuştur. lakin kullanılan tarihlendirme yöntemi samaryum-neodimiyum yöntemidir. bu veriler de taşın kendisinden ziyade taşı oluşturacak magmanın tarihini veriyor olabilir, zira en eski taşların da 4 milyar yaşında olduğunu düşünürsek bu çalışma sadece yaşamı daha geçmişe götürmez, aynı zamanda taşları da daha geçmişe götürür. ayrıca mikrofosillerin o taşta bulunması da eski olduklarını göstermez. yine de, 3.8 milyar yıl önceden daha eski dönemlere dayanan muhtemel yaşam işaretlerinin olduğunu reddedemeyiz.
mesela, 2015 yılında elizabeth bell ve ekibi, 4.1 milyar yıl yaşındaki bir zirkon taşında, muhtemel bir yaşam izi olarak değerlendirilebilecek kadar tuhaf oranda izotop'a sahip grafit karbonu bulmuştur. daha sonralardan bu ekip benzer başka birkaç veriye daha ulaşmıştır. ama bu tarz oranların oluşması için illa yaşama gerek yok tabi, çeşitli kimyasal tepkimelerin bir sonucu olabilir. çalışmalar süredursun, ben garanti bir şekilde yaklaşıp yaşamın ortaya en az 3.8 milyar yıl önce çıktığını söyleyeceğim, ama yavaş yavaş...
1765 yılı diye bir yıl vardır. "dedenizin dedesinin" kalıbını birkaç düzine kere kullandıktan sonraki dedenizin yaşadığı yıldır. o dedenizin adı lazzaro spallanzani'ydi. 1729'da doğmuş, 1800'e kadar yaşayamamış, 1799'da ölmüştür.
lazzaro. bu adam, aristoteles'e şirk koşmasıyla bilinir. henüz medeniyetin ancak adını bulabildiğimiz yıllarda, önüne et almış aristoteles diyordu ki, 'bakın bu et çürüyor, üstünde de böcükler beliriyor, öyleyse yaşam yaşamsızlıktan çıkabilir!'. lazzaro da, kendisinden birkaç yüz dede öncesinde yaşamış aristoteles'i ciddiye almış ve bir parça et suyunu alıp kaynatmış. kaynatarak içindeki tüm böcükleri bakterileri öldürmüş. böcükist veganistler de bu adamı et suyunun içine atıp aynı muameleyi uygulamamış, çünkü o zamanlar veganistler tek tükmüş, neyse ki.
lazzaro içindeki her şeyi öldürdüğü et suyunu alıp hava sızdırmaz bir kabın içine koyar. gösterir ki 'aha, hiç de böcük bakteri cücük doğmuyor buradan, haydi bakalım, haydi, hodri meydan, devenin çişi kutsaldır'. demek ki cansızdan canlı çıkmazmış mahmut. mahmut, bari ben yazarken taş çalma mahmut, azıcık dürüst, evinin efendisi, fırınının pidesi ol. bakteriyopeksinin dölü mahmut (bu mahmut tamamen gerçek bir olaydan esinlenilmiştir).
aristotelesçiler bu işe sinirlenmiş iyice. fen lisesindeki arkadaşları demiş sen nasıl şirk koşarsın seni lanet platoncu seni! 'ne biliyorsun, belki de lanet bir tür yaşam gücü vardır, bu lanet yaşam gücü lanet cansızları lanet canlı yapmaktan sorumlu, görevli, lanet bir canlılık amiridir, senin bu deneyin ise lanet olası o yaşam gücünü dışarıda tutmuş olabilir, neyi kanıtladın böyle seni lanet olası çıtçıt!'
yaşam gücü zımbırtısı, zımbırtıdır. bilimin de zımbırtıları göt etmek gibi bir huyu vardır. bu şans 1862 yılında louis pasteur’e (1822-1895) denk düşmüştür. hem de, eyfel'in oralardaki pasteur kurumu'na gidip raporlarını görebileceğiniz bir deneyle göt eder. et suyunu uzun, kuğu boynu gibi bir deney tüpünde kaynatmış. böcüklerin ortaya çıkmasını sağlayacak canlılar (sporlar vs.) falan da bu kuğu boyunlu bükümden geçerken takılıp kalacakmış, ama yaşam gücü diye bir şey varsa içeri girebilecekmiş, plan bu.
deney sonucunu paylaşmaya gerek yok. sonuç olarak cima olmadan çocuk olmazmış. cansızdan canlı da olmazmış. şöyle tarihe de yazılırmış bu canlıdan cansızın olmadığı kanun: “omne vivum ex vivo” (lat. her yaşam, yaşamdan gelir). bu an, bir bebenin leylekten gelmediğini öğrenmesi neyse, insanlık için de oydu.
bölüm 2 - e bu canlı nasıl oluştu?
tarihin başında kozmologlar vardı, sonra jeologlar geldi, şimdi de biyologlardayız. lazzaro ve aristoteles gibi bilimsiz bilim yapmaya çalışan dostlarımızdan sonra 1900'lere geldiğimizde asıl biyologlarla karşılaşırız. hani büyük abd laboratuvarlarındaki yuvarlak çelik kapılardan ceketlerini giyip çıkan, gözlüklü, bulgurlu'ya gelin gidermiş gibi saçları dikik abilerimiz var ya, onlar işte. tam olarak onlar değil de işte hayallerde kuyrukluyıldız, gerçeklerde asteroid. bu biyologlar darwin’in evrim teorisiyle yeni soru işaretlerine yönelmiş, ‘acaba canlılar cansızdan evrim geçirerek ortaya çıkmış olabilir mi’ diye duvarları karalamışlardı. cevaplamak için odaklanılması gereken soru da belliydi: ‘yaşamı ortaya çıkarmak için gereken en basit moleküller nasıl ortaya çıkmıştır?’
konuyu ilerletmek için her canlının sahip olduğu basit molekülleri işlemek lazım. zamanında dinlemediğimiz derslerden birine dönüyoruz şimdi: her canlının sahip olduğu moleküller amino asit’ler, karbonhidrat’lar, lipit’ler ve nükleik asit’lerdir. amino asit, mahallesindeki öteki amino asit arkadaşlarını çağırıp çete kurar, birleşip kurdukları çeteye protein denir. bir çete kurmanın bin yolu vardır, çeteyi kuranlara göre değişir bu işler. amino asitler kurunca nasıl protein oluyorsa, lipitler kurunca da yağ ve hormonlar oluşur. nükleik asitler kurunca dna oluşur. karbonhidratlar kurunca da şeker ve nişasta!
amino asit'ler -> protein.
lipit'ler -> yağ ve hormonlar.
nükleik asit'ler -> dna.
karbonhidrat'lar -> şeker ve nişasta.
bu çeteleri atmosfere koyarsanız oksijen gelir bunları döver, yok eder, kovar. o yüzden oksijenli bir ortamda yaşam ortaya çıkamaz, zira canlılığı sağlayacak en basit moleküller bunlardır ve bunlar olmadan yaşam olmaz. dolayısıyla ilk yaşam, oksijensiz bir ortamda çıkmış olmalıdır. bunu yazın kenara. 1920'lerde aleksandr oparin adında rus bir rus ve j.b.s. haldane adında ingiliz bir ingilizin de dediği buydu zaten, bu moleküller oksijensiz bir ortamda ortaya çıkmış olmalıydılar. darwin’e göre bu yaşam sıcak bir gölcükte ortaya çıkmış olabilirdi, oparin ise eski denizin birçok kimyasal tepkimeye ev sahipliği yapacak kimyasallarla dolu olduğunu düşünüp denizde ortaya çıkmış olabileceğini söyler.
belli olduğu gibi, yaşamın hikayesi, tekkeyi bekleyen çorbayı içer hikayesidir. zordur, engellerle doludur, bir alcatraz, bir fort knox hikayesi. 1952 yılındayız, karşımızda stanley miller, elinde bir tüp var, miller tüpçü müydü, yoksa biracı mı? soruyoruz, “senin elindeki tüpte ne var?” diyor, “benim elimdeki tüpte metan, amonyak, hidrojen var”. diyoruz “neden?” diyor ki “eskiden atmosfer bunlardan oluşuyordu, bak şimdi izle”.
su ekliyor tüpe, çünkü suda kimyasal reaksiyonlar daha kolay gerçekleşir. katı olsa, atomlar böyle safları sıklaştırmıştır, kolay mı reaksiyon? gaz olsa, saf maf yok, herkes birbirinden uzak, nasıl reaksiyon olsun? ne yakın olmalı ne uzak! bunu sağlayandır işte haşikio! sonra eski dünya’nın atmosferini taklit etmek için enerji ekliyor stanley, elektrik atıyor içine, ısı atıyor içine, tutam tutam, bohça bohça! sonra uyuyor, kalkıyor, uyuyor, kalkıyor, annesinin elini öpüyor, hayır duasını alıyor, sonra uyuyor, kalkıyor, babasından harçlığını alıyor, aklı tüpte, tüpe geliyor bakıyor ki ne görsün, böyle koyu kırmızı bir şey çıkmış tüpte. içine bakıyor, amino asit, nükleotid, fosfolipit, nasıl seviniyor! diyor yüce tanrım, işte firenkeştayn’ın dölleri, sonunda yarattım! böylece bu deneyin adı miller-urey deneyi olur, böyle kalır.
demek ki neymiş, cansızdan canlı olabiliyormuş, göte geldik. tamam canlı demesek de, canlılığın ilk adımlarıydı bunlar.
bölüm 3 - canlılık için gerekli ortam
1950'ler ve 1960'lar, güzel yıllardı. sydney fox tarafından 'kimyasal evrim'in nasıl gerçekleştiği teorize edilmişti çünkü. fox’un teorize ettiği kimyasal evrim, nasıl bir evrimdir? fox’un teorisi ve deneyi bize özetle şöyle bir senaryo sunar: dünya’nın bir zamanında, belirli kimyasal tepkimelerin oluşabileceği, miller-urey deneyindeki gibi bir ortam oluşur ve amino asit’ler meydana gelir. amino asit’ler sıcak bir ortama konduğunda, uzun zincirler oluşturmaya başlarlar, fox buna ‘proteinsi’ manasında “proteinoid” der.
amino asitlerin oluşturduğu protein’ler, canlılığın en önemli bileşiklerinden biridir. her tarafımız proteinlerden oluşur. sonra, fox gösterir ki, proteinoidler, tuz çözeltisine ya da suya konulduğunda bükülüp yarıgeçirgen zarlara sahip bir küre haline gelir, bir bakıma hücre olurlar, o yüzden bunlara proto-hücre diyebiliriz. moleküller, bu proto-hücrelerin zarları aracılığıyla dışarıdaki kimyasalları sindirerek metabolizmalarını okşar. sonra bir bakarsınız bölünür. bölünüyor, adapte oluyor, metabolizmaları var, al sana canlı. fox yaşamın böyle ortaya çıktığını düşünüyordu, fakat o da hatalıydı efenim. inanırsak o da bizi göte getirecek, inanmayalım, asla, olmaz.
şimdi, canlıların evrimleşip günümüzdeki hallere gelebilmesi için, canlılığın çıktığı ilk zamanlarda iki şartın karşılanması gerekiyordu:
a) dna ya da rna gibi, genetik moleküller. bunlar, bir canlının kendisini kopyalaması için gerekli verileri taşır.
b) hücre. bu da genetik molekülleri içerisine alıp korur, çeşitli gerekli kimyasal tepkimelerin oluşabileceği bir ortam yaratır vs.
yani ilk canlılar olarak varsaydığımız proto-hücreler, muhtemelen ilk başta bu iki şeye sahiptiler: hücre ve genetik molekül. peki ilk canlıları oluşturacak ilk kimyasal tepkimeler dünya'nın neresinde gerçekleşmişti? darwin, sınırlı bilgisiyle bir tür sıcak göl hayal etmişti lakin canlıların ortaya çıktığı dönemlerde dünya'nın yüzeyi canlılar için fazla tehlikeliydi, muhtemelen de canlıları öldürecek ultraviyole ışınlarıyla doluydu.
yaşam, oparin’in dediği gibi denizin diplerinde ortaya çıkmış olmalıydı, okyanus-ortası sırtlar dediğimiz yerlerde. bunların ne olduğuna başka bir entaride değineceğim fakat kısaca şöyle tanımlayayım: tüm okyanusların ortasından giden, birbirlerine bağlı bir yanardağ sırası vardır, bunlar 'okyanus-ortası sırtlar' olarak bilinir, ya da ingilizcesiyle 'mid-ocean ridge'. işte canlılığın burada ortaya çıktığı düşünülür çünkü tahmin ediliyor ki oralarda canlıların ortaya çıkması için yeterli enerji ve kimyasal bulunuyordu, canlılığa zarar verecek ultraviyole ışınlar da yoktu.
bir de şu var: o dönemlerde güneş, bugündeki parlaklığının ancak %70'ine sahipti ve bu da bir yaşamın ortaya çıkması için yeterli enerjiyi vermiyordu, yani dünya 'buz' halde olması gerekirdi. buna karşın, jeolojik veriler bize dünyanın su dolu sıcak bir yer olduğuna işaret ediyor. işte buna, faint young sun paradox denir. yakın zamanda, kepler teleskobu'nun verilerini inceleyen vladimir airapetian ve ekibi, bu sırrı güneş fırtınalarına dayandırmıştır.
kepler'in güneşin genç haline benzer yıldızları gözlemlemesi, yeni doğan yıldızların aşırı faal olduğunu, yani sürekli bir patlama gerçekleştiğini fark ettirmiştir. bizim güneşimizin süperpatlamaları 100 yılda bir olurken, küçük yıldızlarda günde 10 kere bile olabiliyordu. dolayısıyla, airapetian ve ekibi, genç güneşin patlamalarının dünyayı ısıtabilecek güçte olabileceğini söyler.
yani, bu dönemlerde, güneş bugün olduğundan daha soğuk olmasına karşın, aynı zamanda daha faaldi. dünya'nın zayıf manyetosfer'i, güneş patlamalarından ortaya çıkan parçacıkların atmosferden içeri sızmasına izin vermiş, bu da sera gazı olan nitröz oksit'in ortaya çıkmasına katkı sağlamıştır. artan sera gazı, dünya'yı yaşamın ortaya çıkabileceği kadar ısıtmış, ve ilk canlılar da böyle ortaya çıkmıştır. yani çıkmış olabilir.
veronica vaida ve rebecca rapf, bu araştırmayı biraz daha ileri götürür. o dönemde oksijenin olmaması, dünyadaki radyoaktif ultraviyole ışınlarının daha fazla olmasına sebep olmuş olabilir. bu ışın belki bazı biyomoleküller için yok edici olabilir, ama ondan gelen enerji ilk yaşam için yardımcı olmuş olabilir. bu molekülü yok etseniz bile, çok reaktif küçük parçalara bölünür ve dolayısıyla ek reaksiyonlar geçirebilir kolaylıkla. böylece de, birleşerek yeni ve daha büyük bir yüksek enerjili moleküllere biçimlenebilirler.
bölüm 4 - dna oluşumu
neyse, ilk hücre’lerin nasıl ortaya çıktığını anlatamadığımız gibi daha moleküllerin akuamarini dna'nın nasıl oluştuğuna da değinmedik. çünkü periyodik ve teheyyüçten kaçınarak sakince işlediğimiz yazımızın dönemi henüz buralara gelmemişti, tarihsel takılıyorduk. lafı sündürüyorum ki biraz nefes alalım.
dna, ya da diğer deyişle deoksiribonükleik asit (ki bunu bir daha yazmakla uğraşmayacağım), evrimin ve dolayısıyla da canlıların en önemli parçasıdır. her canlıda bulunmaz (örn. arke’ler), fakat bulunursa iyi olur çünkü dna, evrimi hızlandırır, canlının kendisini kopyalamasını, yani üremesini daha hatasız kılar. ilk canlılardaki rna da dna gibi genetik veri taşır ve kalıtıma yardımcı olur fakat dna kadar mükemmel değildir, kalıtımsal bilgiyi dna kadar iyi taşıyamaz.
dna, iki zincirden (iki bipolimer) oluşan nükleotid'den (=fosfat+nükleobaz+deoksiriboz, yani şeker) meydana gelir. bu zincirler/bipolimerler birbirlerine bağlıdır, zira hepimiz görmüşüzdür sarmal dna görsellerini, ikili kardeş kardeş takılırlar; bunun nedeni o sarmalların ortasındaki basamak gibi formlardır, bunlar iki zincirin birbirine bağlılığını sağlar. o görülen her basamak da 'iki nükleobaz'dan (direkt 'baz' da denir) oluşur.
dört tip nükleobaz vardır, ortaokul ya da liseye bir daha geri dönelim:
a) timin (rna'da bu yok, yerine 'urasil' var)
b) sitozin
c) adenin
d) guanin
bir basamak iki nükleobaz'dan oluşur diyoruz fakat, nükleobaz'ların hepsi rastgele birbirine bağlanamaz. belirli tipler belirli tiplere bağlanabilir. o kural da gayet basit: adenin'ler timin'lerle, sitozin'ler de guanin'lerle eşleşir.
bu nükleobaz'ları dijital veri diliyle de gösterebiliriz. dijital veri dilinde, en küçük veri birimi 'bit'tir. şöyle söyleyeyim: 1 megabayt 8.388.608 bit'ten oluşur. yani kabaca 8 milyon bit. elimizdeki 2 gb flash disk de, 17.179.869.184 bit içeriyor demek. bit'in açılımı binary digit'tir, türkçesiyle 'ikili sayı'. ikili sayı denmesinin nedeni bit'in sadece iki sayıyla ifade edilebilmesindendir: 1 ya da 0. bir bit, ya 0'dır ya da 1. ama dna ikili sayı sistemiyle çalışmaz, dna dörtlü sayı sistemiyle çalışır: 0-1-2-3. yani şöyle:
0) timin
1) sitozin
2) adenin
3) guanin
bunu ikili sayı sistemiyle de gösterebiliriz zira ikili sayı sistemi en temel veri sistemidir ve her otu boku gösterebilir:
00) timin
01) sitozin
10) adenin
11) guanin
"niye uzatıyorsun sayın koduğum?" haklısın ama dna'nın dijital veri diline düşümü de ilgi çekici bence. iki cümleyle değindik işte. velhasıl kelam, organizmalar bu sayılar/nükleobazlar'la çalışır, yani dna'daki veriye sahip kısımlar basamaklardır. bu arada, yaşamın ilk ortaya çıktığı zamanda ne vardı, dna mı vardı, rna mı vardı, hücre mi vardı, protein mi vardı? buna sonra değineceğim, şimdilik özetle şunu söyleyeyim: muhtemelen ilk başta rna vardı. rna hem protein gibi, hem de dna gibi hareket edebiliyor, hücreye de pek ihtiyaç duymuyor.
peki sonrası nedir, yani hücre donanım, hücre çekirdeğinin içerisindeki dna da hücreye emir veren yazılım, ama gerisi? yani 'emir' kısmı? bu noktada, başka moleküllerden de bahsetmek gerekir. dna'nın kendisi hücre çekirdeğinden çıkamadığı için, kendisini kopyalayıp bir mrna üretir, yani 'ulak rna' (messenger rna). mrna, dna'nın verisini, fırına benzetebileceğimiz ribozoma (protein+rrna) getirir. sonracığıma iş 'taşıyıcı rna' diyebileceğimiz trna'ya düşer.
taşıyıcı diyoruz, çünkü trna'lar, organizmayı oluşturmak için gerekli olan amino asitleri taşırlar. mrna, dna'dan ribozoma getirdiği kodu trna'ya verir, trna da 'hımm, demek dna benden bunu bunu istiyor' deyip 20 tip amino asitten dna'nın istediğini seçer ve ribozoma bırakır. ama bir trna, bir seferde dna'nın sadece üç nükleobazını okuyabilir, geri kalanını tek tek başka trna'lar okur ve böylece bir sürü amino asit toplanıp bir amino asit zinciri oluşturur. bu amino asit zincirine de protein diyoruz. proteinler de, organizmanın her tarafını oluşturan, bir tür 'canlılık atomu'dur. ayağımız, bacağımız, bir organizmanın her noktası proteinlerin işidir.
şimdi ilk başta dna mı, rna mı, protein mi hücre mi vardı sorumuza geri gelelim.
anlaşıldığı üzere, proteinler bilgi saklamak hariç organizmaların her otunu bokunu hallediyordu. hatta, enzim görevi görüp birçok kimyasal tepkimeye bile sebep olabiliyordu. dolayısıyla, proteinler olmadan dna olmazdı, ve dna olmadan da proteinler. çünkü anlattığım kadarıyla, proteinin ortaya çıkması için gerekli tarifi veren molekül dna’dır, ama dna’nın ortaya çıkması için de bir tür kimyasal tepkime sağlayacak bir enzim gerekiyordu. hücre de ilk başta çıkmış olabilir fakat içerisinde taşıyacağı rna falan nereden gelmiş? şöyle söyleyeyim: ilk, rna ve hücre kendiliğinden, ayrı ayrı ortaya çıkmıştır.
1960'larda rna'nın tıpkı protein gibi şekle şemale katlanabileceği ve onun gibi enzim görevi görebileceği keşfedilmiştir. ayrıca, rna'lar dna'lar gibi veri de taşıyabiliyordu. tamam belki ne katlanmaya protein kadar elverişliydi ne de veri taşıyabilmeye dna kadar, ama her ikisini birden yapabilmek de bir özellikti ve bu özellik birçok soruya cevap olacaktı. ne zaman? 1982 yılında. enzim görevi görebileceği keşfedilmişti belki ama, henüz bunu kanıtlayabilecek bir veri yoktu ortada. thomas cech kollarını sıvayıp araştırır soruşturur ve yedi cinsiyetli tetrahymena thermophila adlı bir hayvanın içerisinde enzim görevi gören rna keşfeder!
yarı-protein, yarı-dna gibi duran bir rna manzarası böylelikle ortalığı kasıp kavurmaya başlar. bu rna'ların ne dna'ya, ne de proteine ihtiyacı vardı, muhtemelen kendi başlarına üreyip kendi başlarına kimyasal tepkimelere sebep oluyorlardı. dolayısıyla, canlılığın ilk adımı rna'ydı. proteinleri rna'ların ürettiğini de söylemiştik, dna'nın koduna lüzum yok, rna'nın kendi kodu var. neymiş, dna olmadan da protein oluyormuş.
peki, rna'lar nükleotidlerden oluşuyorsa, ve nükleotidler de şeker, baz ve fosfattan oluşuyorsa, rna ilk başta nasıl oluştu? yani şeker, baz ve fosfat nasıl bir araya geldi? bu birleşmenin gerçekleşmesi için bir tür enzim gerekir.
1996'da, leslie orgel bize şöyle bir şey gösterir: aktif nükleotidler (aktif derken, fazladan fosfata sahip anlamında), volkanik kil'e konduğunda, 55 nükleotidli rna molekülleri oluşur. dünya'da o dönemlerde de volkanik kil epey boldu malum ki. nükleotidler aktif olmasa, fosfatları kıvamında olsa, kimyasal tepkimenin gerçekleşeceği enerji oluşamazdı, ama aktif olunca enzim gücünü sağlayacak yeterli enerji de oluşmuştu.
peki nükleotid'leri ne oluşturdu ulan? dünya'nın bu dönemlerindeki ortamda, nükleotidleri oluşturacak şeker, baz ve fosfatlar da kendi kendilerine oluşabilmişlerdir. ama şeker, baz ve fosfatın birleşip bir nükleotid oluşturması için gerekli ortam yoktu, ve kuşkusuz enzim gerekiyordu.
2009'da, john sutherland farklı bir yaklaşımla gelir ve sorunumuzu çözer. der ki, 'ya siz diyorsunuz baz, fosfat ve şeker birleşiyor falan diye ama, ya öyle değilse? yani, ya parçalar hiç fosfat, şeker falan olmadan, direkt nükleotid'e birleştiyse?' sadece demez, bu düşünceyle gidip deneye girişir ve bize gerçekten de böyle olabileceğini gösterir. bu şekilde rna'daki dört farklı nükleotid'in ikisinin nasıl oluşmuş olabileceğini gösterir, diğer ikisi teoride kalır (onların da bu şekilde oluşabileceğini kanıtladıysa haberim yok) fakat muhtemelen onlar da bu şekilde oluşmuştu.
rna'yı anlattık, protein'leri anlattık, ne kaldı elimizde? hücreler!
bölüm 5 - hücrenin oluşumu ve netice
biraz uzun sürecek bu da. hücrelerin içerisinde bir molekül vardır, atp. atp hücrenin bataryasıdır, enerji sağlar. açılımı da şöyle: adenozin trifosfat. yani, bir adenozin ve üç fosfattan oluşan bir moleküldür atp. hücre, herhangi bir işlem için enerjiye ihtiyaç duyduğunda, atp fosfatlarından birini bırakır, ve bu bırakma sonucunda ihtiyaç duyulan enerji sağlanmış olur. atp de bir fosfatını kaybettiği için adp olur, yani adenozin difosfat. adp'nin enerji sağlayabilmesi için tekrar atp olması gerekir, bunu da şarj diyebileceğimiz mitokondriye giderek yapar. mitokondri işin başka bir aşaması, ilk hücrelerde mitokondri yoktu.
geleneksel görüşe göre, hücreler atp'yi yiyeceklerden sağlar. lakin 1961 yılında, peter mitchell "kemiosmoz" adında farklı bir teori sunar: atp, yiyeceklerden değil, elektrikle sağlanır. yiyeceklerden sağlanan enerji, hücre zarı boyunca proton pompalamak için kullanılır. protonlar bir tarafta toplanınca, zarın öbür tarafında elektrokimyasal düşüm oluşur. protonlar bu düşümle tekrar karşıya akar ve bu hareketle de atp moleküllerini oluşturacak enerji ortaya çıkar. bu sisteme de 'proton düşümü' denir. cepte bu.
okyanus-ortası sırtların oralarda, alkalin volkan ağızları vardır. deborah kelley ve ekibinin 2000 yılında varlığını kanıtladığı bu ağızlar böyle bir tür delikli, kabarcıklı kayaçlardan meydana gelmişti fakat ne zaman ve nasıl? su, deniz dibinin altına sızıp, orada bulunan olivin gibi minerallerle tepkimeye girdiğinde oluşmuştu (buna 'serpantinleşme' derler)! tepkime sonucunda yılantaşı denen bir mineralin ortaya çıkmasının yanında bir sürü hidrojen, sülfit, alkaik sıvı ve ısı salınır, çevredeki taşlar çatlar ve genişler, çatlayıp genişleyince içeri daha fazla su girer, böylece de tepkime artar da artar.
o zamanlar, deniz ve okyanus suları şimdiki gibi hafiften alkalik değildi, aksine karbondioksitle dolu olduğu için asidikti. ortalıkta serbest oksijen de yoktu. oksijen olmayınca, demir kolayca çözünüyor ve sulara karışıyordu. deniz suyunun dönüştüğü sıcak alkalik sıvı, aşağıdan yukarı, yani volkanik ağızlara yükselirken tekrar asidik, demirli deniz suyuyla karşılaşır. bu noktada, deniz suyu ve alkalik sıvı tepkimeye girer ve karbonatlı kayaçlar oluşur, bunların üzerinde bahsini ettiğim kabarcıklar vardı ve bu kabarcıklar demir-sülfür'den oluşuyordu. demir-sülfür büyük bir katalizördür, yani kimyasal tepkimeler için muazzam bir ortam sağlar. bu yüzden, kabarcıkların içerisindeki hidrojen, denizdeki karbondioksit ile tepkimeye girerek metan, format, asetat gibi basit organik moleküllerin ortaya çıkmasına sebep olur.
okyanusun asidik olması demek, içeriğindeki proton'ların daha yoğun olması demektir. aynı şekilde, alkalik sıvının alkalik olması demek de, proton'larının daha aralıklı olması demektir. bu farklılık, okyanus ve volkanik ağız arasında tıpkı hücre içerisindeki sistem gibi bir tür 'proton düşümü'ne sebep olur. proton düşümü, hücrelerdeki enerjiyi sağlayan atp gibi görev gören pirofosfat ve asetil fosfat'ın ortaya çıkmasına sebep olur.
pirofosfat ve asetil fosfat sayesinde de, proteinlerin atomu diyebileceğimiz amino asitler ve rna ile dna'nın atomu diyebileceğimiz nükleotidler ortaya çıkar. yağ molekülleri demir-sülfür köpüğünü kaplayıp hücrelere benzer kabarcıklar oluşturur. bunlar o ünlü 'proto-hücreler'dir. sonra bazı proto-hücreler dna ve rna gibi molekülleri içerisine alır. canlılık için aradığımız iki şart karşılanmış olur:
1) genetik molekül.
2) hücre.
ardından pirofosfataz denen bir enzim ortaya çıkar, bu enzim pirofosfatın üretimini hızlandırır. böylece, proto-hücreler ağız ve deniz suyu arasındaki proton düşümünden daha fazla enerji çıkarmaya başlar.
bazı proto-hücreler, asetil fosfat ve pirofosfat'ın yanında atp de kullanmaya başlar. şimdilerde tüm canlılarda bulabileceğiniz atp sentaz enzimi de ortaya çıkınca, proton düşümünün enerjisini kullanan hücre atp üretimini had safhaya ulaştırır. proto-hücreler ana ağızdan uzaklaşmaya başlar, dolayısıyla proton düşümünün enerjisini de daha az kullanmaya başlar, ama bu sırada zarında proton pompalayarak kendi proton düşümünü yaratır. bu sayede, proto-hücreler atp üretebilecekleri kadar enerji biriktirme kabiliyeti kazanır. kendi proton düşümünü yaratınca da volkanik ağızlara atar çekip oradan ayrılırlar, onlara ihtiyaç duymazlar. biri göçmen bakterilerin atası olurken, öteki göçmen arkelerin atası olur. acaba? yani ata meselesi gerçekten öyle mi?
bonus bölüm - luca/last universal common ancestor
temmuz 2016'da, ki ben şu an bunu 2017'de yazıyorum, yani daha geçen günlerde, bir araştırma yayınlandı. tonlarca prokaryotu (yani bakteri ve arke’ler) inceleyen araştırmacıların niyeti, tüm bu prokaryotların dedesinin dedesinin dedesini bulmaktı. bu dedesinin dedesinin dedesine luca (last universal common ancestor: son evrensel ortak ata) adını verdiler. daha önceden, yaşamın bakteri ve arke olan iki ayrı atadan geldiği tahmin ediliyordu. araştırmacıların bakteri ve arkelerde buldukları 355 ortak protein sayesinde, bakteri ve arkenin de büyük ihtimalle bir atasının olduğu keşfedilmiştir: luca. luca biraz hipotetiktir, yani bulunan ortak proteinlerle gen yapısı hesaplanmıştır. direkt gözlemlenmemiş olsa da, luca'nın günümüzdeki tüm canlıların atası olduğu düşünülüyor. luca gibi başka canlıların da ortaya çıktığını tahmin edebiliyoruz, sonuçta o ortamda luca çıkabildiyse, ortam başka canlıların ortaya çıkması için de uygundur; fakat soyu günümüze gelmiş tek 'ilk' canlı belli ki luca'dır.
luca nasıl bir şeydi peki? öncelikle, luca'nın hücreli bir canlı olduğunu söyleyebiliriz. araştırmacılara göre, daha önce bahsini ettiğim atp görevi gören polifosfatları depolayan, asidokalkizom adında bir organel sadece birkaç canlıda değil, her canlıda olabilir. prokaryot'larda bulunulmadığı düşünülüyordu fakat polifosfatlar, bir organelin varlığına işaret eder gibi, bu hücrelerin belirli bir bölgesinde toplu halde bulunmaktadırlar. peki organel nedir? organel, hücre içerisinde bulunan, çeşitli işlemleri yerine getirmekle sorumlu, zara sahip yapılardır. mesela bahsini ettiğim 'mitokondri', bir organeldir. dna organel midir? değildir, çünkü hem hücre içerisinde belirli bir görevi yok, hem de zarı yok. ribozom? ribozomun hücrede spesifik bir görevi vardır, fakat zarı yoktur, öyleyse o da organel değildir. kimileri, görevi olduğu için ribozomu organel olarak değerlendirir fakat zarı yoktur ulan.
arkeler ve bakterilerde organel bulunmadığı düşünülürdü fakat belli oluyor ki asidokalkizom bu ikili de dahil her canlıda bulunan evrensel bir ortak-organeldir. dolayısıyla, luca'nın da organele sahip kompleks bir canlı olduğu düşünülmeye başlanmıştır. hatta, kimilerine göre; luca, arke ve bakteriden de daha kompleks olabilir. arke ve bakteri, o kadar ekstrem koşullar altında yaşamak zorunda kalmıştır ki, luca'nın daha basit haline evrilmiştir.
şimdilik bu kadar, sağlıcakla efenim...
Şempanzelerin İnsana Geçiş Dönemindeki İlk Canlı Türlerinden: Australopithecus
