Oğuz Pancar

Doğanın elinde deneme yapmak için milyarlarca yıl vardı, çok farklı moleküllerin rastgele yan yana gelmesi ve kimyasal tepkimeye girmesi için yeterli bir süre.

Bugünkü konumuz en uzak atalarımız; yalnızca bizim değil, bitkiler ve diğer hayvanlar da içlerinde olmak üzere tüm canlıların. Bu olağanüstü canlının adı “siyanobakteri” (cyanobacteria); varlığıyla tüm gezegenin tarihine onun kadar etki etmiş başka hiçbir canlı yok yeryüzünde.

Önce kendisini kısaca tanıyalım. Renklerinden dolayı eskiden mavi-yeşil alg olarak adlandırılan siyanobakteri bundan yaklaşık 3.5 milyar yıl önce dünya sahnesine çıkar. Değişik bir varlıktır, kardeşi arke (archaea) gibi o da bir tek hücrelidir ve hücre duvarı içinde çeşitli organeller bulundursa da bir çekirdeği yoktur⁽¹⁾.

[Çok uzun zaman sonra bir siyanobakteri daha küçük bir bakteriyi içine alacak, uzun süreli bir ortakyaşam sonrasında içteki bakteri hücre çekirdeğine dönüşecek ve bugün bizim de içinde bulunduğumuz ökaryot, yani hücre çekirdekli canlılar topluluğunu oluşturacaktır.]

FOTOSENTEZ

Siyanobakterilerin dünyamızı değiştiren özellikleri fotosentez yapabilmeleridir. Diğer prokaryotlardan farklı olarak, siyanobakteriler klorofil-a pigmentine sahiptir ve bu pigment aracılığıyla güneş enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürebilir. Klorofil-a, bitkilerde de bulunan bir pigmenttir ve bu yüzden siyanobakteriler bitkilerin de eski atasıdır.

Fotosentez neden önemli diye sorabilirsiniz. Önemli çünkü canlı olmanın en temel gereği, çevredeki serbest enerjiyi alarak kendi iç düzeninde (metabolizma) kullanabilmektir, siyanobakteriler bunu başarabilen ilk canlılardandır.

[Canlılığın diğer bir temel gereği üreme yeteneğidir; siyanobakteriler çevresel koşullara bağlı olarak her 18-24’te bir ikiye bölünerek çoğalan canlılardır; yani bir anlamda siyanobakteri ölümsüzdür.]

Her canlı bir besin zincirinin parçasıdır ve en altta da bitkiler yer alır. Bitkileri yiyen hayvanları başka hayvanlar, onları zincirin daha üstündeki diğer hayvanlar tüketir ve tüm yaşam bu şekilde devam eder. Bu döngünün dışarıdan bir enerji akışı olmadan kendi başına sürmesi olanaklı değildir; bizim için bu enerji kaynağı Güneş’tir. Güneşten ulaşan fotonların taşıdığı enerji fotosentez yoluyla kimyasal enerjiye ve canlılardaki yapı taşlarına dönüşür.

BÜYÜK OKSİDASYON OLAYI

Bundan milyarlarca yıl önce siyanobakterilerin içinde yer aldığı bir besin zinciri yoktur, yani onları tüketerek yaşamanı sürdüren başka yaşam formları yoktur ortalıkta. Çoğaldıkça çoğalan ve fotosentezle dünya atmosferindeki karbondioksiti alarak oksijene dönüştüren siyanobakteriler sayesinde atmosferdeki oksijen oranı gitgide artar. Atmosferin büyük ölçüde karbondioksit, metan, amonyak ve azot gibi gazlardan oluştuğu bir dönemde, yaklaşık 2.4 milyar yıl önce gerçekleşen ve “Büyük Oksidasyon Olayı” olarak adlandırılan bu olay, yeryüzü tarihindeki en önemli dönüşüm süreçlerinden biridir ve oksijenli solunum yapan canlıların önünü açmıştır. Bu dönüşüm anaerobik (oksijensiz ortamda yaşayan) organizmaların sonunu getirse de diğer taraftan oksijenli solunum yapan organizmaların evrimini hızlandırmış ve daha karmaşık yaşam formlarının ortaya çıkmasına olanak sağlamıştır.

Oksijenin diğer gazlardan ne üstünlüğü var diye soracak olursanız canlı metabolizmalarında besinlerin enerjiye dönüşmesindeki eşsiz rolünden söz etmek gerekir. ATP (adenozin trifosfat), hücrelerde enerji transferini sağlayan ana moleküldür ve vücudun enerji gerektiren tüm işlevleri için gereklidir.

Besinlerden elde ettiğimiz karbonhidrat, yağ ve proteinler önce mitokondri adı verilen hücresel organellerde daha küçük moleküllere parçalanır. Örneğin, karbonhidratlar glikoz moleküllerine dönüşür. Glikoz, hücrelerde glikoliz adı verilen bir süreçle parçalanmaya başlar. Glikoliz, glikozu iki molekül pirüvata dönüştürür ve bu süreç, izleyen pek çok kimyasal tepkimeyle devam eder; sonunda başlangıçtaki glikoz, karbondioksit, su ve ATP moleküllerine dönüşür.

Yüksek bir elektronegatifliğe sahip yani başka moleküllerden elektron almaya yatkın olan oksijen, tüm bu süreci mümkün kılan elementtir. Elektron taşıma zinciri adı verilen bu süreç, evrim sürecinde belki başka gazlarla da olanaklı olabilirdi, ancak bunlara oranla oksijenin verimliliği olağanüstü yüksektir. Örneğin, bir glikoz molekülü oksijen kullanarak yaklaşık 36-38 ATP molekülü üretir. Buna karşın oksijensiz solunum (fermantasyon) sonucu yalnızca 2 ATP ortaya çıkar. Doğaldır ki evrim, aynı besinden diğerine göre 18-19 kat daha fazla enerji sağlayan elementi seçecektir.

Siyanobakterilerin ortaya çıktığı dönemde dünya, yaşamın gelişmesi için pek de elverişli koşullar sunmuyordu. Atmosferi oluşturan karbondioksit ve metan yüzünden ortaya çıkan sera etkisi nedeniyle yeryüzü aşırı sıcaktı. Hem okyanus tabanında hem de kara yüzeyindeki yaygın volkanik etkinlikler, yerkabuğunun derinliklerindeki mineral ve gazları sürekli gezegen yüzeyine taşımaktaydı. Okyanuslar anoksit yani oksijensiz bir bulamaç gibiydi.

Bu aşırı zorlu ortamda cansız moleküllerin bir araya gelerek canlılığı ortaya çıkarması pek çokları için kabullenmesi zor bir olgu olabilir. Ancak şunu unutmamak gerekir ki doğanın elinde deneme yapmak için milyarlarca yıl vardı, çok farklı moleküllerin rastgele yan yana gelmesi ve kimyasal tepkimeye girmesi için yeterli bir süre.

ABİYOGENEZ

Yine de bunun olabilirliğini sınamak isteyen iki bilim adamı, Stanley Lloyd Miller ve Harold Urey 1952’de Chicago Üniversite’sinde bir deney yürüttüler. Önce kapalı büyük bir fanus içine, o dönem dünya atmosferini oluşturduğu düşünülen gaz molekülleri dolduruldu, su, metan, amonyak ve hidrojen. Sonra, ilk atmosferde yaygın olduğu düşünülen şimşeklerin yerine geçmek üzere fanus içindeki gaz karışımına rastgele elektrik akımı verildi ve oluşan su buharı yeniden soğutularak fanus içine salındı.

Deney sonunda fanusta çeşitli amino asitlerin oluştuğu görüldü. Amino asitler, proteinlerin yapı taşıdır ve yaşam için büyük bir öneme sahiptir. Bu sonuç, basit moleküllerden daha karmaşık organik moleküllerin yeryüzünün erken dönemlerindeki koşullar altında bile oluşabileceğini göstererek “abiyogenez” yani cansız maddelerin bir araya gelerek canlılığı oluşturabileceği düşüncesine büyük destek sağladı.

Birkaç yıl sonra Sydney Fox’un aminoasitlerin proteine dönüşmesi üzerine yaptığı deneyler, volkanik aktivitenin bulunduğu bölgelerde yüksek sıcaklıklara maruz kalan amino asitlerin uzun zincirli polipeptitler ortaya çıkardığını ve bu sürecin sonunda Fox’un proteinoid adını verdiği basit protein benzeri moleküllerin oluştuğunu gösterdi. Hücre yapısına benzer şekilde mikroküreler oluşturan bu polimerler, yaşamın nasıl ortaya çıktığı konusunda bir ipucu veriyor.

Yaşamın rastgele ortaya çıktığına inanmakta zorluk çekenlerin durumu, 1 milyon kişinin katıldığı piyango çekilişinde numarasına ikramiye isabet eden ama olasılık milyonda bir olduğu için hala ikramiyenin kimseye çıkamayacağına inanan kişiye benziyor. Evet, rastgele elementlerden yaşamın ortaya çıkması olasılığı belki trilyonda birdir ama yüz milyar yıldızın bulunduğu galaksimiz Samanyolu gibi yüz milyarlarca galaksi bulunduğunu ve bunlarda belki trilyonlarca gezegen olabileceğini düşünürsek, belki de yaşam piyangosunda büyük ikramiye bize çıkmıştır. Kaldı ki dış uzaydan gezegenimize ulaşan kimi meteorlarda bakterilere rastlanması yaşamın bize özgü olmadığına işaret ediyor.

Yaşam inatçıdır. Moleküller arasındaki tepkimeleri olanaksız kılacak derecede soğuk ya da moleküllerin tepkimeye giremeyecek, girse bile hemen yeniden dağılacağı kadar sıcak olmayan, farklı molekülleri bir araya getirirken taşıdıklarıyla kolayca tepkimeye girmeyecek su gibi bir akışkanın olduğu her gezegende, yeteri kadar zaman verilirse, büyük olasılıkla yaşamın er ya da geç ortaya çıkacağını düşünüyorum. Elbette bunların çok büyük bölümü tek hücreli aşamasını geçemeyecektir ancak kalanlarda daha gelişmiş yaşam formlarının oluşması hiç uzak bir olasılık değil.

Kaotik sistemlerde düzenli yapıların oluşması konusuna ilgi duyanlar, Nobel ödüllü Ilya Prigogine ve Stuart Kauffman’ın yazılarına göz atabilirler.

Evrende yalnız değiliz.

1. Çekirdeksiz hücreli canlılara “prokaryot” adı verilir.