Hayatın Başlangıcı üzerine…

İtiraflar Darwinci cepheden ardı ardında geliyor. New York Üniversitesinin ünlü bilim insanı Robert Shapiro dünyaca saygın bir hakemli dergide bugünkü paradigmayı temellerinden sarsabilecek bir yazı kaleme almış. Prof. Shapiro Yaklaşık 125 bilimsel yayının sahibidir. Bu yayınlarının çoğunda, çevrenin kalıtımsal aktarımdaki rolü ve çevresel kimyasalların kalıtımsal materyalimiz üzerinde mutasyona ve kansere yol açan etkilerine odaklanmıştır.

Prof. Robert Shapiro DNA kimyası üzerine olan uzmanlığı ile bilim dünyasında saygın bir yer edinmiştir. Amerikanın en önde gelen bilimin insanlarından biri olarak Scientific American dergisinin Haziran sayısında çok önemli bir makalesi yayımlandı.

( Bizde bu önemli makalenin çevirisini, aşağıda sizlere zaman gecirmeksizin ulaştırıyoruz.)

Yorum

Profesör makalesi ‘’Hayat için daha basit bir başlangıç’’ ta ilk önce Neo-Darwinci kuramın hayatın başlangıcı için kabul etmek istediği, hatta şerhen kabul ettiği cansız maddeden canlı yapılara geçiş için gerekli olan koşulların bilimsel olarak ne kadar imkânsız olduğunu ortaya koymakta.Verdiği örneklerle ilk RNA savının bilimselliğinin ne kadar kuşkulu olduğunu bizlere göstermekte. Kendiside bir Neo-Darwinci olan Profesör Shapiro, son 20 yıldaki moleküler biyolojideki keşifler ile Oparin’den Miller uzanan materyalist Darwinci yaklaşımın artık tamamen içinden çıkılamaz imkansızlıklarla yüzleşmek zorunda kaldığını belirtiyor. Moleküler yapıların bugün doğada gözlemlediğimi görevleri ve oluşturulma süreçlerinin ilkel dünya koşullarında ortada maddesel hiçbir sebep yokken aniden ortaya çıkmasının, matematik biliminin olasılık hesaplarının sınırlarını bile aştığını açık yüreklilikle kabul ediyor. Bunu yaparken biyolojimin en temel argümanlarını, okuyucunun kavramasına yönelik olarak, harika analojilerle ortaya koyuyor. Hayatın başlangıcı için Neo-Darwinci tezin artık kendisine yeni bir açıklama bulmasının zamanını geldiğini söyleyerek, kendisi gibi düşünen bir grup adına hayatın başlangıcı için ve var olan paradigmayı değiştirmek adına farklı bir teori ortaya koyuyor.

Neo-Darwinci tezin açmazlarını aktarırken gösterdiği başarılı anlatımı, maalesef kendi teorisini ortaya koyarken göremiyoruz. Neo- Darwinizmin açık eleştirisini, olasılıkların imkansızlığına dayandırırken, kendi önerdiği fikride ne yazık ki aynı olasılıklara ve tahminlere açıklamaya çalışıyor. Bir başka değişle,kendi önermesininde çeşitli imkansızlıklar içerdiğini bilmesine rağmen gazinoda sürekli şanssın ondan yana olmasını diliyor.

Bu üslup daha çok Richard Dawkins’in kullanmasına alışık olduğumuz edebi aktarım türü; olmuş olmalı, farz edelim ki, neden olmasın, olmalı, olabilir gibi tahmini önermelerde bulunmak bilimsel bir makalenin zorunluluğu mudur? Bunların kullanılması olasılıkların son derece düşük olduğunun kabulü şeklinde sayın Shapiro’nun şu ankli durumu açıklarken kullandığı argümana ters düşmek demek olmuyor mu ?

Paradigmayı değiştirmek diyerek teorisini bugünkü Darwinizmin İlk RNA konseptini açıktan kabulüne gerçek bir alternatifi olarak sunup, daha sonra da teorisini gene Darwinizmle ilişkilendirmeye (çevrenin dikte etmesi) çabalaması son derece manidar. Buradan şunu anlıyoruz ki, hakemli bir dergide Darwinizminden başka bir teori ile evrim süreçlerini açıklamaya çalışan bir yazı çıkması, tıpkı Darwinci mekanizmalarla hayatın ve onun evrimini açıklanması kadar imkansız. (Stephen C. Meyer’ın makalesinin kaza ile yayınladığını ve editörlerin işinden olduğunu bir kenara koyarsak.)

Makaleyi okuyan herkes için ufuk açıcı olmasını temenni ediyorum. İlginiz için teşekkürler…

HAYAT İÇİN DAHA BASİT BİR BAŞLANGIÇ

RNA gibi kendi kendini kopyalayabilen büyük bir molekülün aniden ortaya çıkması inanılmazlığın bile ötesindedir. Küçük moleküllerin enerji sağlayan ağları, hayatın başlangıcı için daha iyi bir çözüm sunmaktadır.

Metin

Olağandışı keşifler olağandışı iddialara esin olur. Bu sebeple, James Watson, Francis Crick ile birlikte DNA’nın yapısının ortaya çıkardıktan hemen sonra şu açıklamayı yapışlardı;

‘‘Duyduk duymadık demeyin, biz hayatın gizemini keşfettik’’

Onların bulduğu bu yapı-zarif çift sarmal- nerdeyse böylesine bir büyük önermeye layıktı. Sarmalın bölümleri, bilgi depolanmasına dört kimyasal temel içeren bir dille izin veriyordu. Bu dört kimyasal, 26 harfin İngiliz dilinde oynadığı rolün nerdeyse aynısını hücre içinde gerçekleştirmekteydi.

Bundan başka bilgi, bu iki uzun zincirde, her biri diğer eşinin içeriğini açıkça belirleyerek depolanmıştı. Bu düzenleme üreme için bir mekanizma önermekteydi. DNA iki sarmalında birbiriyle işbirliği içersindeydi. Yeni DNA yapım üniteleri olan temel yapıları taşıyan nükleotid adı verilen yapılar, ayrılmış iplikçikler olarak uzanmış ve bağlantılandırılmıştı. Şu anda iki sarmalın her biri birbiri yerine geçebilecek şekilde ve her ikisi de orijinalinin tıpatıp kopyası olarak var olmuştu.

Watson-Crick yapısı, bugün canlı hücrelerin işlevi ile ilgili gerçekleşen keşifler çığını tetikleyen şeydi. Bu kavrayışlar, hayatın başlangıcı ile ilgili olan varsayımları canlandırmıştı. Nobel ödüllü H.J Miller bir makalesinde şunu yazmaktaydı;

‘‘Gen materyali yaşayan yapı olarak ilk hayatın bugünkü temsilcisidir.’’

Carl Sagan bunu ilkel bir serbest canlının, organik sulu çözeltide üremesi olarak hayal etmiştir.(Bu cümledeki organik kelimesi ile bitişik karbon atomları ve bunların hayat içersindeki varlıkları ve bunların hayat içersinde başlangıçta hiçbir rol oynamadıkları kastedilmektedir.)Hayat için birçok farklı tanımlamalar ileri sürüle gelmiştir. Muller’in Söylemleri NASA açıklaması denen tanımlamayla uyum içersindedir;

‘‘Hayat Darwin’in evrimini zorlayan, kendi kendine yeterli kimyasal bir sistemdir.’’

Richard Dawkins, Bencil gen adlı kitabında bu en önceki yaşam şeklinin imgesini şu şekilde detaylandırmıştır;

‘‘Bir noktada, özellikle olağanüstü bir molekül, kaza eseri oluşmuştur. Biz buna kopyalayıcı (replicator) adını veriyoruz. Bu beklide çevredeki en karmaşık ya da büyük molekül değildi, fakat kendisinin kopyalarını oluşturabilecek kadar olağan üstü bir özelliğe sahipti.’’

Dawkins 30 yıl önce bu satırları yazdığında, DNA bu rol için en olası adaydı. Daha sonra, araştırmacılar kopyacı olabilecek diğer olası molekülleri incelediler, fakat ben ve diğerleri hayatın başlangıcı için önerilen ilk kopyacı modelin temel olarak artık geçersiz kılındığını düşünüyoruz. Biz bu fikir yerine, daha ikna edici olduğuna inandığımız diğer bir fikri tercih ediyoruz.

RNA DÜNYAYI YÖNETTİĞİNDE

İlk DNA teorisi ile ilgili sorunlar kısa zamanda ortaya çıktı. DNA kopyalaması DNA’nın yapısından kimyasal olarak çok farklı diğer bir büyük molekül ailesinin üyeleri olan belirli proteinler olmadan gerçekleştirilemez.Her iki yapıda bağlantılı alt birimlerden birleşerek uzun bir zincir oluşturuyor olsada, DNA nükleotidlerden, proteinler ise amino asitlerden meydana gelmiştir.Proteinler yaşayan hücrenin her işe yarayan elemanlarıdır.Proteinlerin en ünlü alt birimi olan enzimler, hızlandırıcı gibi davranarak kimyasal süreçleri hızlandırırlar. Bu gerçekleşmediği takdirde bu süreçler, hayatın kullanması için çok yavaş kalır ve işe yaramazlardı. Bugün hücreler tarafından kullanılan proteinler DNA’nın içinde kodlanmış talimatlara göre inşa edilir.

Yukarıdaki hikâye akla eski bir gizemi getirmekte: İlk önce kim geldi, tavuk mu yoksa yumurta mı? DNA protein oluşturmak için bir tarife sahiptir. Aynı zamanda bu bilgi gene proteinlerin yardımı olmaksızın kopyalanamaz ya da düzeltilemez. Öyleyse, hangi büyük molekül önce var olmuştur? Proteinler (tavuk) ya da DNA (yumurta) ?

Dikkatler yeni şampiyonumuz RNA’ya doğru kaydığında olası bir çözüm görülmüştü. Bu çok yönlü molekül sınıfı, DNA gibi nükleotid inşa ünitelerinin birleşmesinden meydana gelmiştir fakat hücrelerimizde birçok görev yerine getirmekteydi. Belirli RNA’lar bu bilgiyi DNA’dan ribozomlara (ki bunlar RNA’nın diğer türlerinden meydana gelen yapılardır.) taşır ve proteinleri inşa ederler. Birçok görevi dikkate alındığında, RNA, DNA’ya benzeyen çift sarmal bir yapı meydana getirebilir ya da bir proteine çok benzer şekilde tekli iplikçiği çiftleyebilir.

1980’lerin başında, bilim insanları ribozomları keşfettiler, bunlar RNA’dan meydana gelen enzim benzeri maddelerdir. Tavuk ve yumurta gizemine basit bir çözüm şimdi yerine oturmuştu: hayat kendini kopyalayabilen ilk RNA molekülü ile başlamıştı.1986’daki çığır açan makalesinde Nobel ödüllü Walter Gilber, Nature dergisinde şunu yazmıştı;

‘‘Birileri bir RNA dünyası tasarlayabilir, sadece kendilerinin sentezini katalize etmeye hizmet eden RNA moleküllerinden oluşmuş bir dünya… O halde evrimin ilk adımı nükleotid çorbadan kendilerini birleştirecek zorunlu eylemleri katalize edebilen RNA moleküllerince atılmıştır.’’

Bu önermede, ilk kendini çoğaltma yetisine sahip canız maddeden ortaya çıkan RNA, bugünkü RNA tarafından yürütülmeyen diğer birçok işlevi yerine getiriyor olmalıydı. Belli sayıda ek kanıtla RNA’nın hayatın evriminde proteinler ve DNA’dan önce ortaya çıktığı fikrini desteklenmektedir. Örneğin, birçok küçük yardımcı etmen adı verilen molekül, enzim kataliz tepkimelerinde rol oynamaktadır. Bu yardımcı etmenler sıklıkla hiçbir belirli görevi olmayan bitişik bir RNA molekülü taşır. Bu tip yapılar ‘‘moleküler fosiller’’ olarak adlandırılırlar, bunlar RNA’nın tek başına ortada DNA ya da proteinler olmadığında, RNA’nın biyokimyasal dünyayı yönettiği zamandan kalan kalıntılardır.

Bu kanıt ve diğerleri, bununla birlikte sadece RNA’nın DNA ve proteinlerden önce yer aldığını destekler. Bu kanıtlar, hayatın başlangıcında, RNA dünyasından önce hangi evrelerin var olduğu ve bunların diğer canlı varlıkları üstün olarak yönettiklerine dair herhangi bir bilgi sağlamaz. Genelde, karıştırılarak, araştırmacılar ‘‘RNA dünyası’’ terimini her iki görüşü kapsayacak şekilde kullanmaktadırlar. Ben makalemde ‘‘ ilk RNA’’ terimini hayatın başlangıcı kapsamında rol oynamasını, RNA’nın yalnızca DNA ve proteinlerden önce ortaya çıktığı iddiasından ayırmak için kullanacağım.

ÇORBA KASESİ BOŞ

İlk RNA hipotezi olağanüstü meydan okuyan bir soruyla yüzleşmektedir: Kendini çoğaltan ilk RNA nasıl odluda ortaya çıktı? Devasa engeller maalesef Gilbert’in cansız nükleotid çorbasından oluşan RNA resmini görmemizi engeller.

RNA inşa üniteleri olan nükleotidler organik moleküller kadar karmaşık yapılardır. Her biri, bir, şeker, bir fosfat ve dörtte bir oranında nitrojen içeren daha alt birimler içerir. Böylece, her DNA nükleotidi 9 ya da 10 karbon atomu, birçok nitrojen ve oksijen atomu ve fosfat grubu içerir. Hepside kesin 3 boyutlu bir modelleme ile birbirlerine bağlıdır. Bu bağlantıları gerçekleştirmek için birçok alternatif yol mevcuttur. Standart olanların yerine bu bağlantıları gerçekleştirebilecek binlerce nükleotid vardır. Hatta bunların sayısı yüz binlerden milyonlara varan rasgele yapıları, nükleotid olmayan ama benzer büyüklükte ve kararsız organik moleküllerce sayı olarak gölgede bırakılır.

Uygun nükleotidleri yinede belirli bir form oluştura bileceği fikri, 1953 yılında Stanley L.Miller tarafından yayınlanan o meşhur deneyden kaynaklanmaktadır. Kendisi basit gazlardan oluşmuş karışıma küçük bir elektrik akımı uygulayarak bunun ilkel dünya atmosferini temsil ettiğini düşünmüş ve bazı amino asitlerin oluştuğunu gözlemlemiştir. Amino asitler 1969 yılında Avusturya’ya düşen Murchison meteoridinde de gözlemlenmiştir. Doğa gerçektende bu özel inşa malzemelerinin sağlanmasında açıkça görüldüğü üzere çok cömert davranmaktadır. Bunların sonucundan yola çıkarak, bazı yazarlar tüm hayat için gerekli inşa malzemelerinin de kolaylıkla Miller tipi deneylerle ya da meteoritler de bulunabileceğini düşünmüşlerdir, Fakat gerçek hiçte öyle değildir.

Miller Deneyi gibi ortamlarda üretilen amino asitler, nükleotidlerden çok daha az karmaşıklık içeren yapılardır.Amino asitlerin tanımlama özellikleri, bir amino gruptan (nitrojen ve iki hidrojen) ve bir karbon silik asit (bir karbon ve iki hidrojen) grubundan oluşmalarıdır. Her iki grupta aynı karbona bağlanmıştır. 20 amino asit türünün en basitleri iki karbon içeren doğal proteinleri inşada kullanılır.Bu 20 grubun 17’si 6 yada daha az karbon atomu içerir. Miller deneyinde ortaya çıkan amino asitler ise iki yada üç karbon atomuna sahiptirler.

Buna karşılık, nükleotidlerin herhangi bir türünün Miller tipi deneylerin bir ürünü ya da meteorit çalışmalarında bulunan bir madde olduğunu rapor edilmiş değildir. Açıkça görülen, canlı olmayan doğanın, moleküllerin oluşumunda daha çok karbon atomlu molekül yerine daha az sayıda karbon atomu kullanmaya ya da oluşturmaya eğilimli olduğu ve bizim hayatımızı için gerekli nükleotidleri yaratma konusunda herhangi bir tarafgirlik göstermediğidir.

İlk RNA fikrini, bu gibi başka birçok ölümcül hatalardan kurtarmak için, bu tasarımın savunması prebiyotik sentez adı verilen disiplinin oluşturulması ile mümkün olmuştur. Bunu savunanlar, RNA ve parçalarının, kendileri tarafından laboratuar ortamında gerçekleştirilmiş biz dizi kontrollü tepkimelerle, başlangıç malzemelerini ve durumlarını oluşturacak ilgili koşulları gerçekleştirebileceğini göstermeye çabalamışlardır.Bu konuyla ilgili bilgi www.sciam.com//ontheweb adresinde bulunabilir.Burada prebiyotik sentez araştırmalarının eksiklikleri ile alakalı detaylı bilgi bulabilirsiniz.

Problem şu analojiyi akla getirmektedir: 18 delikli bir sahada golf oynayan bir golf oyuncusu düşleyin, daha sonra farz edelim ki top oyuncu olmadan kendi kendine bu sahada oyuna devam etsin. İşte bu çalışmada böyle bir olasılığı göstermektedir. Prebiyotik sentezin, nükleotidleri oluşturması için doğal güçlerden meydana gelen (depremler, rüzgârlar, kasırgalar, seller vs gibi) bir birleşimin golf sahasındaki topun gerçekleştirdiği sonucu yeterince zaman verilirse gerçekleştirebileceğini kabul etmek zorundadırlar. RNA’nın kendi kendine oluşumunu engelleyecek herhangi bir doğa yasası bulunmamaktadır, fakat bunun gerçekleşmesi için gerekli şans gerçektende devasadır.

Bazı kimyacılar RNA’ya benzeyen daha basit kopyalayıcı bir molekülün RNA öncesi devirdeki hayatı yönlendirdiğini düşünmektedirler. Muhtemelen bu ilk teorik kopyalayıcı, DNA’nın katalitik yeteneklerine sahip olmalıdır. Çünkü bu ilkel kopyalayıcının ve katalizörün modern biyolojide izine rastlanmamıştır. RNA var olur olmaz, onun bu yeteneklerini ve görevlerini tamamıyla üstlenmiş olması gerekmektedir.

Hatta eğer doğa uygun inşa malzemelerini içeren ilkel bir çorba oluşturmuş olsa bile, ister nükleotidler ister daha basit temsilcileri olsun, bunların kopyalayıcı içinde kendi kendilerinle birleşmesi olasılığını, çorbanın oluşması için gerekli olasılığı sayısal bakımdan gölgede bırakmaktadır.

Hadi farz edelim ki, inşa malzemeleri çorbası bir şekilde onları zincirler haline getirerek uygun koşullar altında bir araya getirsin, bunlarla birlikte yeni oluşan zincirin çoğaltıcı görevini yok edecek olan oldukça kalabalık sayıda hatalı birimlerde bu inşa malzemelerine eşlik edeceklerdir. Bunu sonucunda, kusurlu birimin en basit türünde bağlantıyı gerçekleştirmek için en azından gerekli olan iki kol yerine sadece bir kol olacaktır.

Bu duruma aldırış etmeyen doğal süreçler, teorik olarak birimleri çoğaltıcı ve katalitik işlevleri desteleyecek şekilde, daha uzun bir geometrik temel yapıda değil de bağlantı uçları kapanmış, devasa çeşitlilikte zincirleri rasgele süreçlerle birleştirir. Bu en son sürecin oluşma olasılığı o kadar küçüktür ki, bunu bilinen evrenin herhangi bir yerinde gerçekleşmesi istisnai bir şans olarak görülmelidir.

KÜÇÜK MOLEKÜLERLE HAYAT

Bir diğer Nobel ödüllü bilim insanı Christian de Duve aklın sınırlarını zorlayacak kadar büyük olan ve bilimsel araştırmanın sahasının dışında kabul edilebilecek kadar olağanüstü mucizeler olarak adlandırılan olasılıklar için bir reddiye talep etmektedir. DNA, RNA, proteinler ve diğer karmaşık büyük moleküllerin hayatın başlangıcı için birer iştirakçi olarak kabulü bir kenara konmak zorundadır. Cansız doğa bunu yerine bizlere üzerinde çalıştığımız karmaşık küçük moleküllerin çeşitliliğini sağlar.

Neyse ki, on yıllardır bu malzemelerin üzerinde çalışma yapan alternatif teoriler vardır. Bu teoriler hayatın tanımında genetik yerine termodinamiği kullanır. Carl Sagan tarafından Encyclopedia Britannica’da madde olarak yazılan metne göre:

‘‘Düzenli olarak, bir enerji akımı tarafından döngü sağlanan belirli döngüler vasıtasıyla da düzenini arttıran (entropiyi azaltan) sınırlandırılmış bölge canlı olarak kabul edilir.’’.

Bu küçük molekül yaklaşımı Rus kimyacı Alexander Oparin’e kadar uzanmaktadır. Bu tip hayatın başlangıcı önermeleri, kendilerine özgü ayrıntılarıyla diğerlerinden ayrılır; şimdi burada bunlardan 5 adedini (kendi fikirlerimden bazılarını da ekleyerek)listelemekteyim.

1.Cansızlığı canlılıktan ayıran bir sınır gereklidir.

Hayat sahip olduğu büyük miktarda organizasyon ile ayırt edilmektedir, fakat termodinamiğin ikinci yasası evrende düzensizliğin ya da entropisinin artan bir yönde ilerlediğini belirtir. Bununla birlikte bir kaçamak noktası, entropinin belirili bir alanda yükselmesine izin verir, böylece bunu dışındaki bölgede entropi olması gerekenden daha büyük miktarda yükselmektedir.

Canlı hücreler büyüyüp, çoğaldıklarında, kimyasal enerji ya da radyasyonu çevirerek ısı elde ederler. Bu salınan ısı çevredeki entropiyi artırır, böylece hücre içi sistemde hayat paketçikleri dünyası bu şekilde ayırarak bunların kendilerini sürdürmelerine olanak sağlar.

Bugünkü çift katmanlı gelişmiş hücre zarı, lipitler olarak sınıflandırılan kimyasallardan meydana gelerek, canlı hücreyi çevresinden ayırmaktadır. Hayat başladığında, bazı doğal özellikler aynı amaç için hizmet etmiş olabilirler. Bu fikri desteklemek için, Kaliforniya Üniversitesinden David W. Deamer’ın meteoritlerde zar benzeri yapılar gözlemlemesi örnek gösterilebilir. Diğer önermeler canlılık tarafından bugün kullanılmayan kayaç yüzeyleri (elektrostatik etkileşimleri seçilmiş molekülerin çevre olan ilişkisini keser), küçük pondlar ve aerosoller gibi kullanılmayan sınırları önermektedir.

2. Organizasyon sürecini sürdürecek bir enerji kaynağına ihtiyaç vardır.

Bizler karbonhidrat ve yağ tüketiriz, bunları oksijenle birleştirerek yakarız ve böylece kendimizi hayatta tutabiliriz. Mikro organizmalar bizlerden çok daha farklıdırlar. Besin ya da oksijen yerine mineralleri kullanabilirler. Her iki durumda da gerçekleşen dönüşümlere redoks tepkimeleri demekteyiz. Bu tepkimeler elektron zengini (ya da zayıfı) bir maddeden elektron fakiri (ya da oksitlenmiş) maddeye elektron taşınmasını gerektirir. Bitkiler, güneş enerjisini direk olarak yakalarlar ve bunu hayatın işlevleri için uygun hale sokarlar. Enerjinin diğer türleri özel durumlarda hücreler tarafından kullanılır. Diğerleri türevlerde, örneğin radyoaktivite ve ani sıcaklık farkları gibi, evrenin herhangi bir yerindeki hayat tarafından kullanılabilir.

3.Birleştirici bir mekanizma enerji salınımı ile organizmanın hayatta kalması ve üremesini sağlayan süreci birbirine bağlamak zorundadır.

Enerji salınımı, illa yararlı sonuçlanacak diye bir zorunluluk yoktur. Kimyasal enerji, otomobil silindirleri içinde benzin yandığında açığa çıkar, fakat bu enerji tekerlekleri döndürmek için kullanılmazsa araba hareket edemeyecektir. Bunun için mekanik bir bağlantı ya da birleştirme gereklidir. Her gün her birimiz hücrelerimizde ATP adı verilen nükleotidden enerji çıkarımı yapmaktayız. Bu tepkime ile salınan enerji biyokimyasal yapımızdaki süreçlerin devamı için gerekli olan ve olmadığında bu süreçlerin çok yavaş ya da hiç olmaması anlamına gelen enerji salınımlarıdır. Ortak bir ara süreç paylaşıldığında bağlantı sağlanır. Küçük molekül yaklaşımının bir önermesi de, bu bağlantılı tepkimelerin ve ilkel katalizörlerin doğada bulunan hayatı oluşturmaya yetecek kapasitede olduğudur.

4.Kimyasal bir ağ, evrime ve adaptasyona izin verecek şekilde oluşturulmalıdır.
İşte şimdi sadede geldik. Düşünün ki, mesela bir mineralin enerji olarak uygun bir redoks tepkimesi olan A’dan B’ye belirli bir sınır içinde organik kimyasal bir güç sağlamaktadır. Ben buna tepkime sağlayan anahtar dönüşüm adını veriyorum. Çünkü bu yapı tıpkı hareketlilik sürecini sağlayan bir motor işlevini görmektedir. Eğer B kolaylıkla tekrar A’ya dönüşüyorsa ya da bu tepkimenin gerçekleştiği sınırdan kaçabiliyorsa, organizasyonu arttıran bir patika üzerinde olduğumuzu söyleyemeyiz. Buna karşılık, B’den C’ye ondan da D’ye ve sonra yine A’ya (B’nin dönüştürdüğü gibi) dönüştürüyorsa, bu devinim ya da süreç A’nın sağlanmasını ikmal edebildiğinden ötürü mineral tepkime ile oluşan yararlı enerji salınımının devamına izin vererek, işlemeye devam edebilecektir. Bu arada mesela D ve diğer bir kimyasal olan E gibi moleküllerin hareketi ile dönüşen ve ABCD devinimi dışında kalan farklı dallanma tepkimeleri oluşacaktır. Çünkü döngü yürütülmüş, E’den D’ye tepkimede, yönlendiren tepkimeye eşlik eden ve enerji salınımı döngü içine malzeme taşıyarak maksimize ettiğinden kayrılmıştır.

Döngü değişen çevre şartlarına uyum sağlayabilmiştir. Çocukken, bir yangın musluğundan damlayan suyun yokuş aşağı bir patikadan nasıl olup ta en yakın lağıma aktığını görünce hayretler içersinde kalmıştım. Eğer damlayan suyun, yapraklar ya da herhangi bir engel yolunu kaparsa, engelin çevresinden başka bir yol buluncaya kadar birikir. Buna benzer şekilde B’den A’ya giden patikadaki bir basamak çevresel koşullar ya da asit oranındaki bir değişiklikle engellenirse, malzeme diğer bir yol buluncaya kadar korunur. Bu çeşit dâhili değişiklikler orijinal döngüyü bir ağa çevirir. Kimyasal peyzajın bu deneme ve yanılma keşfi, bizlerin dikkatini döngünün önemli basamakları olan, ağın enerji kaynağı kullanımının yetkinliğini artırarak yönlendiren, bileşkelere yöneltir.

5. Ağ büyümeli ve çoğalabilmelidir.

Hayatta kalmak ve büyümek için, ağ kaybettiğinden daha hızlı olarak madde kazanmalıdır. Belirli sınır içersinden dış dünyaya çıkan ağ maddelerinin difüzyonu entropi tarafından bir yere kadar kayrılır ve oluşur. Bazı yan tepkimeler, artık madde ya da uçucu gaz üretebilir. Bunlar çözeltinin dışına atılır. Eğer tüm bu süreçler birlikte ağın madde kazanım oranını geçerlerse ağ işlevini yitirir. Dış yakıtın bitmesi de aynı sonucu doğuracaktır. Bizler ancak ilkel dünyada buna benzer birçok farklı yönlendiren tepkimeler ve dış enerji kaynaklarını dahil ederek, sözünü ettiğimiz başlangıç süreçlerini hayal edebiliriz. Sonunda gerçekten sıkı bir tanesi, yukarıdaki süreçler sonucu kök salıp hayatta kalmayı becermiş olmalı.

En sonunda da bir üreme sistemi gelişmiş olmalıdır. Eğer bizim ağımızı lipit zar ev sahipliği yapıyorsa fiziksel güçler yeterince el verdiğinde onu dış dünyadan ayırmış olabilir. Mekanizma her ne olursa olsun, ayrılmış sınırlı bölgelere yayılmış bir sistemin parçaları, genel yok edici bir felaket tarafından tamamıyla yok olmaktan kendini korur. Bir kere bağımsız bölümler oluşturulduğunda, bunlar değişik şekillerde evrilir ve ham madde için birbirleri ile kimyasal bir mücadeleye girerler, cansız maddeden çıkan hayat için gerekli olan geçiş, elde edilebilir enerji kaynağının hayat için işleyişi ve bu hayatın Darwinci evrim tarafından çevreye uyum sağlamasıyla elde edilir.

PARADİGMAYI DEĞİŞTİRMEK

Tip 1 sistemler genelde önce metabolizma başlığı altında tanımlanırlar. Bu onların kalıtsal bir mekanizmaya sahip olmadığını ima eder. Diğer bir değişle, bunların kalıtımlarının bilgisini saklamalarına izin veren hiçbir açık yapı ya da moleküle sahip olmadıkları, böylece kalıtsal bilgiyi çoğaltıp torunlarına aktaramayacakları anlamına gelir. Yinede bir küçük maddeler topluluğu tıpkı alış veriş maddelerini açıklayan bir liste gibi bilgiyi muhafaza ederler. Örneğin, karım bana ondaki bilgi ve içerikle eve döndüğüm bir süpermarket listesi verir. Weizmann Bilim Enstitüsü’nden Doran Lancet, küçük moleküllerde bu şekilde depolanan kalıtsallığa DNA ya da RNA yerine ‘‘ düzenlenmiş genom’’ adını vermektedir.

Küçük moleküller yaklaşımı, doğada birçok şeyi gerektirmektedir; sınırlandırılmış bir bölge, dış bir enerji kaynağı, bu edinimin devamını sağlayacak yönlendiren bir tepkime, tepkime içeren bir kimyasal ağ ve basit bir üreme mekanizması. Bu gereklilikler genel olarak doğada bulunur. Bununla birlikte, çoğaltıcı olan bir molekül oluşturmak için gerekli çok adımlı incelikli bir patikadan (İlk RNA önermesi) daha olası bir teorik yapı içermektedir.

Uzun yıllar boyunca birçok teorik çalışma önce metabolizma vardı teorisini ilerletmek için ortaya kondu, fakat oldukça az sayıda deneysel çalışma bunları desteklemek için gerçekleştirildi. Yapılan bu çalışmalarda yayımlanan deney sonuçları, genellikle bireysel basamakların önerilen döngüsünün inandırıcılığını arttırmaya çalışan çabalardı. Belki de bu konuda en büyük miktarda veri Münih Teknik Üniversitesinden Günter Wächterschäuser ve çalışma arkadaşlarından gelmiştir. Çalışmalarında, metal sülfit katalizörlerinin içinde amino asitlerin birleşme ve ayrışmalarını içeren döngü bölümlerini göstermişlerdir.Bu geçiş için gerekli olan yönlendirici enerji gücü, karbonmonoksidin oksidasyonla karbondioksite dönüşünden sağlanmaktadır.

Araştırmacılar hala, tam bir döngüsel sürecin işleyişini ya da kendi kendine yetebilirliği ile evrimsel ilerlemesini gösterememişlerdir. ‘‘ Dumanlı tabanca deneyi’’ bu üç özelliğin hepsinin de küçük molekül yaklaşımının geçerliliği açısından gerekli olduğunu göstermektedir. Öncelikli başlangıç görevi aday yönlendirici tepkimelerinin tanımlanmasıdır. Kendini dış bir enerji kaynağı sayesinde çoğaltan küçük molekül geçişleri (A’dan B’ye) bir defa ikna edici bir şekilde tanımlanırsa, sistemin geri kalanını açıkça belirtmeye gerek kalmaz. Seçilmiş bileşenler (enerji kaynağı dahil) ve artı küçük moleküllerin bir karışımı normal olarak doğal süreçlerce oluşturulur ve uygun bir ortamda birleştirilebilir.( İlkel dünyada da çok olmaları muhtemeldir.)

Eğer evirilen bir ağ oluşturulsa, bizde ağ içinde katılımcıların yoğunluğunun artmasını ve zaman içersinde değişmesini umut edebiliriz. Anahtar tepkimelerin oranını yükselten yeni katalizörler görülebilirken yarasız maddelerin miktarı da azalabilir. Tepikleyici, bir girdi cihazına (ham madde ve enerji sağlanmasını yerine getiren) ve de bir çıktı (çöp ürünleri sınır dışına atımını sağlayan) ihtiyaç duyabilir.

Bu tip deneylerde, başarısızlıklar kolaylıkla tanımlanabilecektir. Enerji diğer kimyasalların yoğunluğunda herhangi bir belirli değişiklik oluşturmadan yok edilebilir, ya da kimyasallar atık maddeye dönüşerek cihazın tıkanarak çalışmasına engel olabilir. Tek bir başarı belki de hayat yolundaki başlangıç basamaklarını gösterebilir. Bu basamaklar ilkel dünyada var olan molekülleri çoğaltmak zorunda değildir. Daha önemli olan, burada genel prensibi ortaya koyarak ileriki araştırmalar için kullanılabilir kılmaktır. Hayat için birçok olası yol mevcuttur, bunların arasındaki tercih yerel çevre tarafından dikte edilir.

Hayatı başlatan başlangıç basamaklarını anlamak, bugün organizmaların protein temelli DNA, RNA gibi yapıların belirli olaylarını açığa çıkarmak demek değildir. Biliyoruz ki evrim, geleceği ön görmez, biz nükleotidlerin metabolizmada ilk görülerek başka amaçlara hizmet ettiğini varsayabiliriz. Belki de kimyasal enerjinin depolanması için bir çeşit kap ya da katalizör gibi görevleri olabilir.(ATP nükleotidi bugün bu görevi üstlenmektedir.) Bazı rastlantısal olaylar ya da durumlar nükleotidlerin RNA oluşturacak şekilde birleşmesine yol açmış olabilir. Modern RNA’nın en belirgin görevi amino asitler arasındaki bağları ve protein sentezini oluşturmaya yardım eden yapısal bir öğe olmasıdır. İlk RNA’da belki aynı görevi üstlenmişti, fakat bunun herhangi bir belirli amino asidi seçmek için yapmamıştı. Evrimde birçok ileri basamağın hayat içersinde bugün tanık olduğumuz protein sentezlemesi ve üreme mekanizmalarını açıklamak için icat edilmesi gereklidir.

Eğer genel küçük molekül paradigması doğrulanırsa, evrende hayatın yeri hakkındaki beklentilerimiz değişecektir. RNA senaryosu gibi oluşma olasılığı oldukça düşük olan bir yaklaşım bizim evrende yalnız olduğumuzu ima eder. Biyokimyacı Jacques Monod’un söylediği gibi;

‘‘Evren hiç de hayat dolu, içinde insan olan bir biyosfere gebe olabilecek kadar elverişli bir yer değildir. Sayımız Monte Carlo oyununda belirlenmiştir.’’

Küçük moleküle alternatifi, biyolog Stuart Kauffman’ın görüşleriyle uyum içersindedir; Eğer tüm bu söylenenler doğruysa yani hayat evrende sandığımızdan çok daha olası ise, artık evrende evimizde hissedemeyeceğiz demektir, evreni çok daha muhtemel ortaklarımızla paylaşıyor olacağız.

Orijinal makale

Çeviri- Mustafa Ajlan ABUDAK

~ yazan: Mustafa Ajlan ABUDAK Ağustos 1, 2007.