Dünya’da Yaşam Nasıl Oluştu ve Gelişti? - Kozan Demircan
Nasıl İnsan Olunur: Ki...
Asteroitten Sarkan Uzay ...
Ses Hızında Giden Tram...
Dünya’da Yaşam Nasıl Oluştu ve Gelişti?
Kozan Demircan | 25/09/2016 | Bilim-Teknoloji | 1 Yorum
Yaşam asteroitlerle uzaydan mı geldi? İlkel dünyanın kimyasal göletlerinde mi ortaya çıktı? Yoksa yaşamın kökeni genetik kod DNA mı? Evrim yeni canlıların nasıl belirdiğini açıklıyor; ama yaşamın nasıl oluştuğunu söylemiyor. Biyokimyacı Nick Lane yaşamın kökenini termodinamik biyoenerjiye bağlıyor.
Geçmişimiz biyolojik kimliğimiz
Bugün aile fotoğraf albümünü açarsam Giresun merkez Gemilerçekeği’nde balıkçılık yapan büyükbabamı ve gençliğinde aktör olmaktan vazgeçen sanatçı babamın evlilik resmini inceleyebilirim.
Balkan Savaşı’nda Türkiye’ye gelen Arnavut anneannem ve dedemden yüzümün hatlarını nasıl aldığımı görebilir; hatta 1979’da yarı çıplak çocukluğumda eski Caddebostan plajında nasıl yüzdüğüme bakabilirim.
Çanakkale Savaşı izin verseydi ve atalarım fotoğraf çektirmiş olsalardı, büyük büyükbabam İbrahim Beyin sarayda bir sütannesine aşık olup Giresun’a nasıl getirdiğini gösteren resmi de görebilirdim. Peki ya zamanda 100 kuşak geri gitsek, 1000 kuşak, 300 bin kuşak?
Aile fotoğraf albümü kişisel tarihimiz. annem ve babam, evlilik yılında.
Zamanda 300 bin kuşak geri gidebilseydik insan türünün ataları olan ilk insansıların Doğu Afrika’nın Olduvai vadisindeki savanlarda, eski ormanın kurumasıyla yeni beliren yarı kurak otlaklarda ilk adımlarını attıklarını görürdük. Ancak Dünya’da yaşam dediğimiz şeyin kökeni çok eski, çok daha eski.
Dünya gezegeni 4 milyar 554 milyon yaşında ve yaşam da son bulgulara göre en az 4 milyar yıl önce ortaya çıktı (Popular Science Türkiye Ekim 2016 yazımda okuyabilirsiniz). Peki ama canlıdan cansız nasıl çıkar?
Anne-babamın evlilik fotoğrafı. Arkada büyükbabam.
Kök sorular, ilk cevaplar
Yaşam 4 milyar yıl önce cansız kayalarla kaplı olan Dünya gezegeninde inorganik kimyadan nasıl doğdu? Hangi kimyasal bileşenlerle ortaya çıkıp organik kimyaya dönüştü ve bugünkü kanlı canlı insanları yarattı?
Evrimden önce ne vardı? Evrimi biyoenerji ve termodinamik nasıl tetikledi? Neden seks yapıyoruz, eşeyli ürüyoruz ve genç doğup yaşlanıyoruz? Neden Benjamin Button gibi dünyaya yaşlı gelip zamanla gençleşmiyoruz? Dünya’da bu şekilde gençleşen canlılar var, biliyor musunuz?
Elinizdeki yazı dizisinde bütün bu soruları yanıtlamak için Dünya’nın bebekliğine, kıtaların yeni oluştuğu yıllara yolculuk ediyoruz.
Bu da benim bebekliğim ama yaşamın kökenini bulmak için geriye çok daha geriye gitmeliyiz.
En büyük zaman yolculuğu
Bazıları der ki olgunluk yolunda, yaşam patikasında seçtiğiniz hedef önemlidir. Bazıları da yol önemlidir der; çünkü zamanla yaptığımız seçimler yaşamımızı yönlendirir ve nasıl bir insan olacağımızı belirler. Özellikle Uzakdoğu felsefeleri böyle söylüyor.
Aslında nereden geldiğimiz de önemli; çünkü Trump Towers’ın tepesine çıkınca göreceğiniz 360 derece manzara Everest Dağı’nın doruğuna çıktığınız zaman göreceğiniz panoramadan çok farklı.
Nasıl ki okumuş cahil olma tehlikesinden kurtulmak için üniversiteye gitmek yetmiyor, bir de köklü aile terbiyesi almak gerekiyor; ünlü varoluşçu filozof Sartre’ın merak ettiği gibi, insanın ne olduğunu anlamak için de yaşamın çıktığı yıllara geri dönmek gerekiyor. Öyleyse dünyanın en büyük zaman yolculuğuna hoş geldiniz!
Hades Devri: Dünya ilk oluştuğunda yaşanmayacak denli sıcaktı ve lav denizleriyle kaplıydı.
Yaşam nereden geldi?
Deniz altında termodinamik süreçlerle başlayan ve evrimsel baskıyla gelişerek basit bakterilerden Apollo astronotlarını Ay’a taşıyan Satürn V roketine uzanan yaşam yolculuğu hiç de kolay olmadı. Evrimin önünü kesen sayısız çıkmaz sokak, türlerin soyunun tükenmesine yol açan birçok çevresel felaket vardı ve insan türü neredeyse günümüze gelmeyi başaramıyordu.
Ancak, canlıdan cansız nasıl çıkar sorusunu cevaplamak amacıyla biyolojiyi yerbilime bağlamamız ve Dünya’da yaşamın nasıl ortaya çıktığını anlamak için önce ilk jeolojik devirleri görmemiz gerekiyor.
Bunlardan biri 4 milyar yıl önce başlayan Arkeyan Devri (bir tür mikrop olan arkelerin çağı, kadim çağ). Diğeri ise hemen ardından gelen ve 2,5 milyar yıl önce başlayan proterozoik devir (hayvan öncesi canlılar, yani bakteriler dönemi).
Ancak hızla soğuyarak denizlerle kaplandı.
Eski Dünya nasıl bir yerdi?
Bebek gezegenlerde anlattığım gibi Güneş Sistemi’ndeki gezegenler asteroitlerin ve hatta cüce gezegenlerin 100-200 milyon yıllık kısa bir süreçte, aslında astronomik ölçülere göre oldukça kısa bir süre içinde birbiriyle çarpışmasıyla oluştu.
Bu nedenle Dünya’nın ilk başlarda aşırı sıcak ve yaşanmaz bir yer olduğunu tahmin edebilirsiniz. Her biri milyonlarca nükleer bomba gücünde olan göktaşı çarpışmaları gezegeni aşırı ısıtmış, asteroitlerle kuyrukluyıldızların getirdiği suyu neredeyse anında buharlaştırmış olmalı.
Bu sebeple yerkabuğunun ilk başlarda erimiş kayalardan oluşan dev bir lav denizi olduğunu varsayabiliriz; ama Dünyamız son verilere göre yüzde 1’ik hata payıyla 4,54 milyar yıl yaşında. Peki Dünya’nın yaşama elverişli olmayan ateşli başlangıcı yaşamın ortaya çıkışı konusunda bize ne ipucu veriyor?
Eski Yunan yeraltı tanrısı Hades.
Antik Yunan mitolojisinde Hades yeraltı tanrısıdır. Hephaistos ise yanardağların ateşlerinde demir döven üstün bir varlık. Bilim insanları bu ikisinden yola çıkarak yerkabuğunun yeni oluştuğu ve anakaraların henüz var olmadığı ilk jeolojik çağı Hades Devri olarak adlandırdılar.
Üstelik 3,9 milyar yıl öncesine dek Dünya’yı Star Wars filmlerindeki Mustafar gezegeni gibi erimiş lav denizleriyle kaplı yaşanmaz bir yer olarak hayal ettiler. Dünya’da yaşam nasıl ortaya çıktı sorusunun cevabı da buna göre şekillendi.
İlgili yazı: DNA Yeniden Yazılıyor >> İnsan DNA’sına Yeni Harfler Ekleniyor Eski Yunan ateş ve zanaatkarlar tanrı Hephaistos.
Ancak bugün size başka bir öykü anlatacağım; çünkü son 20 yılda elde ettiğimiz jeolojik bulgular ve yeni kaya örnekleri Dünya’nın ilk yıllarda yaşanmaz bir yer olduğu şeklindeki fikirlerimizi değiştirdi.
Evet, Dünya gezegenine ilk yıllarında Mars büyüklüğünde başka bir gezegen çarptı ve bunun sonucunda Dünya neredeyse ikinci kez oluşarak Ay ortaya çıktı; fakat yeni keşifler bunun yol açacağı ateşli Dünya’dan çok farklı bir tablo çiziyor.
Dünya daha geç dönem asteroit bombardımanı başlamadan önce, yani 4 milyar yıl önce yeterince soğumuş ve okyanuslarla kaplanmıştı. O yıllarda ılık sığ deniz tabanı yaşamı doğuran alkalin menfezlerin (özel tortul bacaların) ortaya çıkmasına uygundu. Ilık denizi aklınızda tutun, az sonra geleceğiz.
Hades Devri adını bu iki tanrının imajından alıyor.
Suyla karışarak kayaları (silikat) oluşturan silisyum elementinin bir türevi olan zirkon mineralleri Dünya’da 4,4 milyar yıl önce sıvı olmasını gerektiriyor.
Bu da inanması güç bir şekilde Dünya’nın 150 milyon yıl içinde uzaydaki gaz ve toz bulutundan ortaya çıkıp oluşumunu tamamlandığını ve uydumuz Ay’ı oluşturan gezegen çarpışmasının ardından hızla suyla dolduğunu gösteriyor.
Hayatın kozmik kökeni: Dünya’ya düşen kuyrukluyıldız veya yumurtayı dölleyen sperm. Benzetme müthiş.
Aynı zamanda atmosfer
Uzayda hava ve basınç olmadığı için su anında buharlaşır. Oda sıcaklığında bile! Bu durumda 4,4 milyar yıl önce yeryüzünde sadece okyanuslar yoktu. Aynı zamanda atmosfer de vardı. Erken dönem Dünya’nın soğuk bir gezegen olduğu teorisi böyle geliştirildi.
Şimdi diyeceksiniz ki asteroit çarpışmalarının devam ettiği ve gökten dev kayaların yağdığı bir dönemden söz ediyoruz. Nasıl olur da Dünya bu kadar hızlı soğur? Buna cevap verelim.
İlgili yazı: Hayatın fiziksel anlamına dair 3 bilimsel cevap
Onlar da merak ediyor olabilir mi?
Yeryüzünün en eski kayaları Grönland ve Avustralya’da yer alıyor. 2008 yılında Avustralya’da bulunan ve Hades Devri’nden kaldığı anlaşılan kayalara bakınca kıtaların kayması sürecinin 4 milyar yıl önce başladığını görüyoruz.
Kıtaların kayması eski suyun ve eski havanın dünyanın derinliklerine batmasını, kayaların arasına sıkışıp filtre edildikten sonra yanardağ püskürmeleriyle tekrar yukarı çıkmasını sağlıyor. Dolayısıyla Dünyamız yaklaşık 250 milyon yıllık bir süreçte suyunu ve atmosferini tümüyle yeniliyor.
Yeryüzünde yeraltı okyanusu bulundu yazısında anlattığım gibi, bu doğal klima Dünya’da yaşamın ortaya çıkması için gerekli kimyasalları yüzeye taşıyor ve çevre temizliği yapıyor. Ancak, yaşam açısından en ilginç noktayı gözden kaçırmayalım. Anakaraların kökeni.
İlk yıldızlardan, yıldız tozundan oluşan Dünya’ya ve DNA’ya yolculuk.
Granit kayalar su ister
Anakaraların, örneğin Asya ve Afrika’nın deniz seviyesinden neden yüksek olduğunu merak ettiniz mi? Bunun sebebi deniz seviyesini afaki olarak belirlememiz değil. Kıtalar granitten oluşuyor. Granit yerkabuğunun altındaki erimiş kayalardan meydana gelen magmanın suyla karışmasıyla ortaya çıkıyor.
Granit bu sebeple okyanus tabanını oluşturan bazalttan hafif oluyor ve yüksek yoğunluklu ağır bazalt kabuk magmaya biraz batarak deniz tabanını oluşturan çöküntüleri (havzaları) yaratırken, granitten oluşan kıtalar da magmanın üzerinde daha iyi yüzerek kara parçalarını meydana getiriyor.
Dünya’da bulduğumuz en eski kayalar 4 milyar yıl öncesine uzanıyor ve bu kayaların kıtalardan geldiğini biliyoruz. Sonuç olarak Dünya’nın 4 milyar 400 milyon yıl önce suyla dolmaya başladığını ve kıtaların oluşmaya başladığını söyleyebiliriz.
Bizzat jeolojik süreçler geç dönem Hades Devri’nde Dünya’nın sanılandan çok daha soğuk bir iklime sahip olduğunu; ama aynı zamanda yaşama izin verecek kadar sıcak olduğunu gösteriyor. Peki neden?
Hades Devri’nde Dünya hızla sularla kaplandı.
Küresel ısınma kadar küresel soğuma da var. Öyle ki 700 milyon yıl önce Dünya’nın tamamının 1-1,5 km kalınlığındaki buzlarla kaplı olduğunu biliyoruz. Hatta kartopu Dünya son 4 milyar yılda bir değil, iki kez ortaya çıktı.
Dolayısıyla yerbilim açısından bakarsak en şaşırtıcı olan şey, Dünya gibi 12 bin km çapındaki büyük bir kayalık gezegenin 150 milyon yıl içinde soğuyup suyla dolmasıdır. İşte bunu kıtaların kaymasına yol açan etkenlerle beliren yanardağlara ve volkanik püskürmelere borçluyuz:
Kıtaların kayması bugün California açıklarında deniz tabanının okyanusa batmasına yol açıyor. Magma ve manto tabakasına batan deniz tabanı, atmosferden suya geçen karbondioksit gazını da alıp dünyanın derinliklerine taşıyor.
İlgili yazı: İlk Temas >> Uzaylılar dünyayı ziyaret eder veya sinyal gönderirse nasıl anlaşacaksınız?
Dünya’daki tüm çekirdek zarlı hücrelerin (çok hücreli canlıların temeli olan ökaryotların) ve prokaryotların (arke ve bakterilerin) ortak atası LUCA neye benziyordu? Mikroskobik bir canlı türü olduğu kesin.
200 yıldır atmosfere baca dumanı salmamıza rağmen Dünya’nın daha yeni yeni ısınmaya başlamasını kıtaların kaymasına borçluyuz! Karbondioksit güçlü bir sera gazı ve okyanus tabanı Dünya’nın derinlerine dalarken karbondioksit gazına da beraberinde götürerek atmosferi soğutuyor.
Dünya işte bu nedenle daha 4,4 milyar yıl önce hızla soğudu. Genç Dünya’da kıtaların kayması atmosferden karbondioksiti temizleyerek gezegenin hızla yaşama uygun ılıman bir yere dönüşmesini sağladı.
Kıtaların kayması atmosferdeki fazla karbondioksiti Dünya’nın derinliklerine taşısa da bu süreç yeni oluşan sıcak gezegenimizi tümüyle soğutmaya yetmedi ve ılık sığ denizler kısmi soğuma sayesinde ortaya çıktı.
Ancak, Arkeyan Devri’nde Dünya’nın bir doğal park kadar sakin olduğunu sanıyorsanız yanılıyorsunuz; çünkü Hades devri biter bitmez amansız bir göktaşı bombardımanı başladı.
İlgili yazı: Ne Kadar Hızlı Düşünüyoruz?
Agar lehvasında normal bir bakteri kültürü.
Son teoriler yaşamın Dünya’da ortaya çıktığını gösteriyor; fakat yaşamın Dünya’da belirmesini uzayın koşullarına borçluyuz.
4 milyar yıl önce Güneş Sistemi’nin oluşmaya devam ediyordu. Gezegenlerin büyüme süreci tamamlanmamıştı ve Güneş Sistemi’nin en büyük iki gezegeni olan Jüpiter ile Satürn bugünkü yörüngelerine daha yeni yerleşiyordu.
İki dev gezegen birbirini iterek bugünkü yerine otururken Jüpiter de uzaydaki serseri asteroitleri son kez Güneş’e, yani iç gezegenlere doğru itti. Bu da geç dönem ağır bombardımanı başlattı.
İlgili yazı: Dünya’da hayat sıfırdan başlasa insanlar tekrar ortaya çıkar mıydı?
Bakteriler asla çok hücreli canlılara dönüşmedi. Neden?
3,9 milyar yıl önce Güneş Sistemi’ndeki son iri kaya parçaları Dünya’ya yağdı ve civar uzayı tehlikeli göktaşlarından temizledi. Nitekim bugün dinozorlar gibi büyük canlı türlerinin soyunu tüketebilecek tehlikeli asteroit çarpışmaları 100 milyon yılda bir yaşanıyor.
Geç dönem ağır bombardımanda ise bu büyüklükte yaklaşık 100 çarpışma yaşanmış olmalı. Yaşam dediğimiz şey de gökten tehlikeli kaya parçaları yağarken ve Dünya okyanuslarına su taşımaya devam ederken sığ deniz tabanlarında ortaya çıktı.
Yaşam suyun altında bombardımandan kısmen korundu. Kalın su tabakası Güneş’in zararlı morötesi (UV) ışınlarını da kesti. Böylece canlıların DNA’sı atmosferde oksijenin ve ozon tabakasının olmadığı ilk yıllarda radyasyondan korundu ve yaşam soyunu devam ettirerek bugünkü türleri ortaya çıkardı.
İlgili yazı: Evrende Hayat 9,7 Milyar Yıl Önce mi Ortaya Çıktı? Arkeler, bakterilerle birlikte LUCA’dan türedi.
Denizler yaşamın beşiği
Yukarıda sizler için heyecanlı bir tablo çizdim. Dünya’nın hızla soğuyarak yaşama elverişli hale gelmesine uygun şekilde kısa bir özet geçtim; ama bu tablonun doğru olduğunu nereden biliyoruz?
Sonuçta Hades Devri’nde yerkabuğu oluşumunu henüz tamamlamadığı ve Arkeyan Devri’nde de büyük göktaşı çarpışmaları yaşandığı için yeryüzünü oluşturan ilk kayalar çoktan yok oldu. Bunlar başkalaşım geçirerek yeni kayalara dönüştü ve eski canlılara dair izler silindi.
Silindi; ama tümüyle değil. Dünya’nın ilk mikropları yerkabuğunun kimyasal bileşimini değiştirdiler. Atmosfere oksijen saldıktan sonra bütün gezegenin paslanmasına yol açtılar. 4 milyar yıldan daha uzun bir süre önce Dünya atmosferine hakim olan gazlar da başkalaşım kayalarında farklı izler bıraktı.
Bu kayaların nasıl başkalaşım geçirdiği eski atmosfer, eski denizler ve eski canlılar konusunda bize önemli kanıtlar sunuyor. Şimdi bunları görelim.
İlgili yazı: Kepler teleskopunun bulduğu dış gezegende hayat var mı?
Genler bizi LUCA’ya götürmez; çünkü genlerden önce LUCA vardı. LUCA’nın genleri bugünkü DNA’ya çok genel izler dışında ulaşmadı. LUCA’nın ortaya çıkışı evrimden önce termodinamik yasaları ve enerji optimizasyonuna bağlıydı. Bununla birlikte tüm canlıların 25 ortak gen grubunu 4 milyar yıl öncesine kadar takip edebiliyoruz.
Miller ve Urey 1960’larda gerçekleştirdikleri deneylerde kimyasal çorba adını verdikleri özel bir sıvıya elektrik vererek yaşam yaratmak istediler.
Dünya’nın ilk yıllarında sığ göletlerin zengin organik bileşiklerle dolu olduğunu ve hem elektrik hem de morötesi ışınların sağladığı enerjinin bu bileşikleri ilk DNA’yı oluşturacak şekilde kimyasal reaksiyona girmeye zorladığını düşünüyorlardı.
Cansıza elektrik vererek canlı yaratma anlamında Frankenstein filmine benzeyen bu cesur deney başarılı olamadı. Miller ve Urey kimyasal çorbada sadece aminoasitlerin temeli olan bazı basit organik bileşikleri yaratmayı başardılar; ama genetik kodumuz DNA veya o yıllarda DNA’nın öncüsü olduğu düşünülen RNA molekülünü oluşturamadılar.
Hayat Dünya’da deniz tabanındaki alkalin menfezlerinde ortaya çıktı.
Tek ispat edebildikleri şey, yaşamın temeli olan organik bileşiklerin Güneş radyasyonuna maruz kalan havasız ve ölümcül uzayda bile ortaya çıkabileceğini göstermek oldu. Nitekim Rosetta ve Filai sondasının 67/P kuyrukluyıldızından aldığı örneklerde bu tür organik bileşikler bulduk.
Böylece Miller ve Urey ölümsüzleşerek şeref salonundaki yerini aldı ve yaşamı doğuran kimyasal çorba konsepti insan uygarlığının kolektif belleğine yerleşti. Öyleyse biz de bundan yola çıkalım ve ilkel Dünyasının kimyasına, atmosferinde ne tür gazlar olduğuna bakalım.
İlgili yazı: Satürn’ün Uydusunda Hayat Var mı? >> Cassını Enceladus gayzerlerinden su örneği aldı
İngiliz biyokimyacı Nick Lane, Dünya’da hayatın evrime bağlı olarak değil, termodinamik süreçlere bağlı olarak ve proton pompalaması denilen biyo enerji ile oluştuğunu ileri sürüyor.
Önceleri oksijen yoktu
4 milyar yıl önce Dünya atmosferi karbondioksit, amonyak ve hidrojenden oluşuyordu. Biyokimya ve astrobiyoloji okuyan arkadaşlarımın bu noktada “Hocam metan da var!” dediğini duyar gibi oluyorum, ama 4 milyar yıl öncesinden söz ediyoruz; yani metan üreten bir mikrop türü olan arkelerin ortaya çıkmasından önceki zamanlardan.
Kısacası metan, Satürn’ün uydusu Titan’ın tersine, Dünya’da atmosferinde doğal olarak serbest bulunan bir gaz değildir. Metanı mikroplar sentezledi.
İlgili yazı: Ruslar Teleskopla Uzaylı Sinyali Aldı mı?
Güneş Sistemi’nin gençliğinde gaz devleri mavi tırtıklı çizginin sağına yerleşerek; yani Güneş’ten uzaklaşarak gezegenleri güçlü yerçekimiyle düzenlediler. bugünkü yörüngelerine dizdiler. Son yerleşme sırasında geç dönem ağır bombardıman başladı ve 3 milyar 700 milyon yıl öncesine kadar Dünya’ya çok sayıda dev asteroit çarpıp karaları yaşanmaz hale getirdi. deniz dipleri ise korunaklıydı ve hayat burada yeşerdi.
Dünya atmosferi neden özeldi?
Nesi özeldi de yaşam Dünya’da ortaya çıktı? Bu soruyu yanıtlamadan önce iki konuya dikkat çekmek istiyorum: 1) Dünya’da yaşamın nasıl ortaya çıktığına dair son 12 yılda geliştirdiği yeni teorisiyle bu yazıya kaynak olan biyokimyacı Nick Lane Dünya atmosferinin sıradan olduğunu düşünüyor.
Yaşam Neden Var adlı kitabının incelemesini Popular Science Türkiye’de yazdığım Nick Lane’e göre, yaşam Dünya benzeri bütün gezegenlerde ortaya çıkması gereken; yani uzayda yaygın olması beklenen bir şey. Yazı dizimizin haftaya yayınlanacak ikinci bölümünde buna geri geleceğim; ama şimdi ikinci noktaya dikkat çekelim.
2) Dünya atmosferinin yaşamı doğuran en büyük özelliği kimyasal indirgeme denilen özel bir reaksiyona izin vermesiydi: İlkel atmosferde bulunan karbondioksit ve hidrojen gazları oksijen solunumunda redoks dediğimiz kimyasal indirgeme tepkimelerine izin veriyor.
İlgili yazı: En Yakın Yıldızda Dünya Benzeri Gezegen
Astrobiyoloji ile biyokimyanın evliliği
Nick Lane yaşamın Dünya gibi gezegenlerde kaçınılmaz olarak ortaya çıkacağını, dolayısıyla Dünya’da yaşamın nasıl ortaya çıktığını çözersek diğer gezegenlerde de istisnalar hariç nasıl belireceğini anlayacağımızı söylüyor.
Ben de bu argümandan yola çıkarak size heyecanlı bir senaryo anlatacağım: Yaşamın neden karbon, su, oksijen ve karbondioksit gibi elementlere dayalı olduğuna dair bir senaryo. Neden kanımızdaki alyuvarların demir atomları içeren hemoglobin molekülleriyle hücrelerimize oksijen taşıdığını anlatan senaryo.
Bu senaryo bir belgesel dizisi olsaydı ilk bölümü oksijenle başlardı. Hem de ilkel Dünya atmosferinde oksijen olmamasına rağmen. Neden mi? Çünkü çok hücreli yaşamı, dinozorları, memelilerle insanları metabolizmaya yüksek enerji sağlayan oksijene borçluyuz.
İlgili yazı: Kök Hücrelerle Kesin Körlük Tedavisi
LUCA tüm canlıların Havvası. Mitokondri DNA’mızda LUCA’dan izler taşıyor olmalıyız.
Oksijen elementi besinleri oksitlenme yoluyla yakmamızı, böylece vücuda enerji veren ATP moleküllerini üretmemizi, bunlarla proton pompalamamızı ve proton makineleri ile protein sentezleyerek bedenimizin yapıtaşı olan aminoasitleri üretmemizi sağlıyor.
Vücudumuzda üretilen aminoasitleri besinlerden gelen aminoasitlerle birleştirip kemik, kas, yağ ve karaciğer gibi organlarla dokuları oluşturuyoruz. Bu açıdan bakarsak oksitlenmenin bir kimyasal indirgeme reaksiyonu olduğunu söyleyebiliriz.
Neden Benjamin Button gibi yaşlı doğup gençleşmiyoruz? Bu tür denizanaları var; ama insan türü bu seçimi yapmadı. Neden Evrim yaşlanmayı kayırdı?
Star Wars Bölüm IV, Yeni Bir Umut filmini izlediyseniz Asilerin kötü İmparatorluğun isyankar gezegenleri yok etmekte kullandığı Ölüm Yıldızı adlı süper lazer uydusunu proton torpilleriyle yok ettiğini hatırlarsınız.
Ancak proton torpillerine özenmenize gerek yok. Siz de kendi vücudunuzda saniyede 1021 proton pompalıyorsunuz. Mikroskobik düzeyde işleyen proton akışıyla yaşıyorsunuz ve bu tümüyle elektrokimyasal bir süreç.
Bu iki çağ Dünya’nın en uzun jeolojik devirleri. Hades Devri ve hayvanlar çağı kısa kalıyor.
Çok hücreli yaşamın sebebi mitokondriler
Hatta insan vücudunun bilimkurgudaki en güçlü silahlardan daha güçlü olduğunu ve gram başına en yüksek enerjiyi üreten organizmalardan biri olduğumuzu söyleyerek böbürlenebilirsiniz. Hücrelerimizde bulunan ve mitokondri denilen organeller ihtiyacımız olan enerjiyi sağlıyor.
Mitokondrilerin süper hassa ve süper ince zarları var. Bu zarlar 1 metrede 30 milyon voltluk elektriğe eşdeğer enerji üretiyor! Evet; yaşam iş görebilmek, örneğin beslenmek, büyümek, yürümek ve üremek için termodinamik yasaları gereği çok büyük miktarda enerji gerektiriyor.
Atalarımız 6 milyon yıl önce ağaçtan indiler; ama LUCA 4 milyar yıl önce denizlerde yüzmeye başladı.
Nükleer füzyon gerçekleştirerek Dünyamıza yaklaşık 4,5 milyar yıldır ısı ve ışık sağlayan Güneş’in çekirdeğinde üretilen enerjiden daha büyük bir enerji kullanıyoruz. Evet, hiçbirimiz bir yıldız gibi yanıp parlamıyoruz; çünkü Güneş muazzam enerjisini dev kütlesine borçlu, ama insan vücudu daha verimli çalışıyor.
Güneş’in merkezinde Dünya’ya yaşam veren enerjiyi üretmek için 265 milyar bar basınç ve 15 milyon derece sıcaklık gerekiyor. Oysa insan vücudu Güneş kadar büyük bir kütleye sahip olsaydı, Güneş boyutlarında ölçeklenebilseydi Güneş’ten çok daha fazla enerji üretecekti!
Hayvan öncesi çağlarda Dünya. Ay 4 milyar yıl önce Dünya’ya çok daha yakındı ve okyanuslar kuyrukluyıldızların getirdiği suyla yeni doluyordu.
Yaşamın anlamı ne?
Daha doğrusu verdiğim bu bilgilerin Dünya’da yaşamın kökeniyle ne ilgisi var? Aslında bunun sebebi vücudumuzdaki bütün kimyasal tepkimelerin elektromanyetik kuvvete dayanıyor olması. Yerçekimi Güneş’in 150 milyon km ötedeki Dünyamızı kendine çekerek yörüngesinde tutmasını sağlıyor.
Ancak yerçekimi uzun mesafelerde galaksileri ve galaksi kümelerini bir arada tutacak kadar güçlü olsa da kısa mesafelerde manyetik alan yerçekiminden kat kat güçlü. Aslında şu anda koltukta oturuyor olmanızı da elektromanyetizmaya borçlusunuz.
Yerçekimi vücudunuzdaki atomları koltuğun atomlarının içinden geçip “dibe” çökerek bir kara delik olmaya zorluyor. Ancak koltuğun ve vücudunuzun nötr atomlarının çevresinde dönen elektronlar eş elektrik yüküne, eksi yüke sahip oldukları için birbirini itiyor.
Böylece atomlar birbirini itiyor ve derinizin altında dokunma hissi uyanıyor. Hücrelerimize proton pompalama yoluyla enerji sağlayan mitokondriler de elektromanyetik kuvvet kullanıyor. Elektronların yardımıyla proton pompalıyor.
Galaksilerden gezegenlere ve Dünya’ya uzanan yolculukta hayatın kökeni artık çözmeye başladığımız bir bilmece.
Volkanik deniz tabanı
Öyleyse artık konuyu bağlayabilir ve yaşamın Dünya’da nasıl ortaya çıktığını yanıtlamaya başlayabiliriz:
Öncelikle Dünya atmosferi canlıların ortaya çıkması için gereken inorganik ve organik moleküllerin kimyasal tepkimeye girerek birleşmesini kolaylaştıran gazlara sahipti. Bunlar hidrojen gibi aniden alev alan veya karbon gibi oksijenle tepkimeye girince hızla oksitlenen (yanan) atomlardı.
İndirgeme reaksiyonları ilk mitokondriler ortaya çıkmadan milyonlarca yıl önce, canlıların proton pompalayarak enerji üretmesini sağlıyordu. Bütün bunlar denizaltındaki volkanik etkinlikler ve bu sayede oluşan alkalin menfezleri sayesinde mümkün oldu.
Arkeler metanojen, bakteriler ise asetilojendir. Bugün siyanürlü sular nadir bulunan ve bizler için zehirli niş çevreler; ama eski Dünya’nın yaşam şartları daha çok sıcak ve zehirli sularda yaşayan mikroplara uygundu.
İlk deniz biyolojisi
Dünya’nın ilk 600 milyon yılında göktaşı ve morötesi ışın bombardımanından korunmak isteyen yaşamın deniz diplerinde yeşerdiğini söylemiştik. Artık bu ortamın su altındaki alkalin menfezleri olduğunu söyleyebiliriz.
Alkalin menfezleri iki şekilde işlediler: Katalizör ve akış reaktörü olarak; yani hem yaşamın temeli olan aminoasitleri inorganik süreçlerle üreten bir kimyasal deney kabı gibi çalıştılar hem de organik kimyasal reaksiyonları hızlandıran bir katalizör işlevi gördüler.
LUCA’nın nasıl bir canlı olduğunu bilmiyoruz; ama 4 milyar yıl önce ılık deniz diplerindeki alkalin menfezlerinde yaşamış olmalı.
Proton gücü adına!
Geçenlerde He-Man çizgi filmi 33 yaşına girdi. Dizinin açılış fragmanında He-Man sihirli kılıcını yukarı kaldırıp atmosferden elektrik çekerek “Güç bende artık!” diye bağırırdı.
4 milyar yıl önce ortaya çıkan ve bugünkü canlıların; hatta bugüne dek soyu tükenmiş canlıların büyük kısmının ortak atası olan LUCA (İngilizce son evrensel ortak artanın kısaltması) dile gelebilseydi eğer “Protonların gücü adına!” diye bağırabilirdi.
İlgili yazı: 8 Adımda Marslı Filmi Ne Kadar Gerçekçi? Evrenin en bol elementi
Hidrojen atomu evrenin en bol elementi olduğu için eski atmosfer yüksek oranda hidrojen içeriyordu. Elbette yaşamın vazgeçilmez bileşeni olan su moleküllerinin de hidrojen atomu içerdiğini unutmayalım.
Buna ek olarak Dünya’da en bol bulunan elementler arasında silisyum (silikat kayalar halinde bulunur), karbon, oksijen ve demir olduğunu da hatırlayalım. Deniz altındaki alkalin menfezler bu elementlerden ve bunlardan oluşan minerallerden bol miktarda içeriyordu.
Deniz tabanının altındaki magma tabakasından yükselen sıcak gazlar suyla karışarak bu bacaların içinden aktı ve aminoasitlerin temeli olan nükleotidleri (organik bileşikleri) sentezledi. Bunun için de elektronları proton pompalamakta kullanan bir katalizör gibi işledi.
İlgili yazı: Sulak Mars >> NASA açıkladı: Mars akarsularını neye borçluyuz?
Doğal deney kabı
Tuzlu deniz suyu (tuzun ham maddesi olan sodyumu akılda tutun) bacaların içindeki mikro gözeneklerken akarken süngerimsi kaya duvarları inorganik doğal yollarla proton pompaladılar ve nükleotid sentezi için gereken enerjiyi sağladılar.
Miller ve Urey kimyasal çorbaya elektrik vererek bu nükleotidleri aminoasitler halinde birleştiremedi; çünkü canlıdan cansız çıkarmak için katalizör kullanmak yeterli değildi. Organik bileşikleri küçük gözeneklerde toplayıp yoğunlaştıran doğal akış reaktörleri de gerekiyordu.
Alkalin menfezleri bu şekilde çalıştı ve bu bacaların süngersi yapısını oluşturan mikro gözeneklerin de inorganik hücre zarı olarak işlediğini söyleyebiliriz.
Ekstremofiller kükürtlü ve sülfürlü sıcak sularda, yani aşırı koşullarda yaşayabilir.
Bir hücrenin anatomisi
Bugün ister çekirdek zarı bulunmayan prokaryotlar olsun (arkeler ve bakteriler), ister insan hücreleri gibi çekirdek zarına sahip organizmalar olsun (ökaryotlar) bütün canlıların kendini doğal çevreden ayıran bir zarı var.
Biyolojide canlılığın tanımı buna dayanıyor: Kendinizi ortamdan ayıran bir zara sahip olacak ve kendini kopyalayarak çoğalma yeteneğine sahip olacaksınız.
Alkalin menfezlerin içinde sentezlenen ilk canlılardan biri olan LUCA’nın kendine ait bir zarı yoktu. LUCA; RNA ve DNA’yı, yani genetik kodunu koruyan bağımsız bir organik zara sahip değildi. Tersine, alkalin menfezlerin inorganik zarı olan ve demir elementi içeren gözeneklerinin iç duvarına yapışık olarak yaşıyordu.
İlgili yazı: Mars’ı da Kirlettik Hayırlı Olsun >> Curiosity aracının Mars’a mikrop taşıdığı ortaya çıktı
Hayata enerji veren proton pompası hücre zarından içeriye enerji akışı sağlıyor. Aynı süreçle DNA kodlayıp protein sentezliyor.
Geçirgen zara sahip olmak veya olmamak
İşte bütün mesele bu! LUCA (bugünkü tüm canlıların atası) kendine enerji sağlamak için elektronlar yoluyla doğal proton basamaklaması kullanıyordu. Proton pompalıyor ve protonları molekülleri iten bir makine gibi kullanarak protein sentezliyordu.
Ancak bu elektrokimyasal reaksiyonun gerçekleşmesi için alkalin menfez gözeneklerinden oluşan doğal inorganik zarın tümüyle geçirgen olması şarttı. “Hücrenin” içine proton akışını en üst düzeye çıkarmak için bu şarttı.
Bunun bedeli ise LUCA’nın yaşadığı alkalin menfezi asla terk edemeyecek olmasıydı. Nasıl ki derisi yanan bir insan yaşamta kalamaz, LUCA’nın da alkalin menfezlerin sunduğu inorganik deriye ihtiyacı vardı.
LUCA’nın en az birkaç 10 milyon yıl boyunca alkalin menfezlerde soyunu sürdürdüğü tahmin ediliyor. Öyle ki deniz altında bulunan milyonlarca alkalin menfezde her biri detaylarda farklı, ama temelde aynı olan; yani proton basamaklaması kullanan milyonlarca LUCA (son ortak ata) adayı gelişmiş olmalı.
İlgili yazı: Evrenin En Soğuk Yıldızı Kahverengi Cüce
Güç sizde değil. Hücrelerinizdeki mitokondrilerde.
Canlı üretme fabrikası
Oysa bir gün bizim atamız olan LUCA ile diğer birkaç LUCA adayı farklı bir şey yaptı ve alkalin menfezlerin içinde sodyum pompalamayı keşfetti. Bu keşif kuantum fiziğindeki Heisenberg’in belirsizlik ilkesinden kaynaklanan tesadüfi kimyasal süreçlerin sonucu olabilirdi.
Sonuçta dünya tarihini değiştirdi; çünkü 1) Sodyum pompalamak sadece proton pompalamaktan daha çok enerji üretiyordu ve bu da sodyum pompalayan ön canlıların sadece proton pompalayan rakiplerinden daha hızlı çoğalarak ekosisteme, Dünya’ya yayılması anlamına geliyordu.
2) Bu sayede evrim süreci (önce doğal seçilim, sonra sosyal seçilim) ilk kez termodinamik yasalarından, yani enerji optimizasyonundan türemiş oldu (gelecek bölümde detaylarına gireceğiz). 3) İlk kez canlıdan cansız çıktı ve yazı dizimizin ilk bölümünün sonuna yaklaşırken bu nokta çok önemli.
LUCA’nın alkalin menfezde yaşayan atalarının kendi bağımsız zarı olmadığı ve dolaysıyla kendini kopyalamadığı için virüsler gibi canlı ile cansız arasındaki bir konumda yer aldığını unutmayalım.
Yarı geçirgen zarlar
Alkalin menfezlerde sadece proton pompalayan bir canlıysanız evrim süreci tümüyle geçirgen sabit ve inorganik zarları teşvik eder; çünkü böylece daha fazla enerji üretebilirsiniz. Ancak, sodyum pompası kullanarak metabolizma için ek enerji üretmeye başladığınız anda inorganik hücre zarı yeterli olmaz.
Laptoplar ve akıllı telefonlarda pil ömrünü uzatmakla ilgili yazımda anlattığım gibi kontrolsüz güç, güç değildir. LUCA’nın enerji üretmesi yeterli değildi. Enerjiyi kontrol etmesi de gerekiyordu. Bunun için Hitler zamanında yaşanan Hinderburg zeplin faciasını hatırlayın.
Hinderburg zeplini son derece yanıcı, ama aynı zamanda havadan hafif olan hidrojen gazı kullanıyordu. Hidrojen aniden alev alınca yolcular yanarak yaşamını kaybettiler. LUCA’nın atası da proton pompalayarak enerji üretiyordu; ama kontrolsüz güç, güç değildi. LUCA’nın atası canlı ile cansız olmak arasında sıkışıp kalmıştı.
İlgili yazı: Bayramda Dronla Dürüm Teslimatı
Evrimin ortaya çıkışı
LUCA’nın atası ürettiği enerjiyi kendini geliştirmek ve evrim geçirerek metabolizmasını değiştirmek için kullanamıyordu. Dünya’da deniz altındaki alkalin menfezleri yok eden bir felaket yaşansa yaşam 4 milyar yıl önce yok olabilirdi!
Ön canlıların değişen şartlara uyum sağlayarak yaşamta kalma kapasitesi yoktu. Evrim henüz termodinamik süreçler üzerinde ek değişim katmanı olarak ortaya çıkmamıştı.
Proton pompalamaya ek olarak sodyum pompalamak LUCA’nın enerjisini artırdı. Ancak, aynı zamanda yarı geçirgen organik zarların gelişmesini teşvik ederek (ilk evrimsel süreç!) LUCA’nın ürettiği büyük miktarda enerjiyi kontrol etmesine de izin verdi.
İlgili yazı: Uzay Yolu 50 Yaşında Peki Atılgan Ne Zaman?
Canlılar bağımsızlığını ilan ediyor
Böylece Dünya’da ilk kez canlıdan cansız çıktı: Zamanla alkalin menfezlerdeki canlılardan biri evrim geçirerek yarı geçirgen organik zar geliştirdi ve sonunda kayalık gözeneklerden bağımsız ilk hücre zarı ortaya çıktı.
Yarı geçirgen ve az geçirgen zarlar mikropların termodinamik açıdan daha verimli olmasını sağladı. Mikroplar enerjinin daha büyük kısmını yararlı işe dönüştürebildiler ve kendi zarları sayesinde alkalin menfezlerden bağımsızlıklarını ilan ederek denizde yüzmeye başladılar.
4 milyar yıl önce bütün LUCA adayları bunu yapabiliyordu; ama prototip ilk canlılardan sadece biri evrim geçirip değişen çevre şartlarına uyum sağlayarak yaşamta kaldı. Denizaltındaki alkalin menfezlerden sadece biri Dünya’yı döllemeyi başardım. Hepimiz LUCA’nın soyundan geliyoruz.
İlgili yazı: SpaceX Roketi Facebook Uydusuyla Patladı
LUCA’nın tam olarak nasıl bir canlı olduğunu bilmiyoruz; ama yağlı bir zarı, DNA ile RNA’sı olduğunu, protein sentezlediğini ve hem proton hem sodyum pompası ile enerji ürettiğini biliyoruz.
LUCA, Dünya denizlerinde evrim geçirerek arkeleri ve bakterileri doğurdu ve yaşam 2 milyar yıl boyunca mikroskobik bakteri düzeyinde kaldı. Ancak, yaklaşık 2 milyar yıl önce bir arke kendine bugün hücrelerimize enerji sağlayan mitokondrilerin atası olan bakteriyi ortak edindi.
İlgili yazı: SpaceEngine Gerçek Uzay Simülasyon Oyunu
su hayatın kaynağı ve Dünya son 4,5 milyar yılda sahip olduğu suyun yüzde 25’ini kaybetti.
Çok hücreli yaşamın kökeni
İlkel bir mikrop türü olan bu arke, tüm mitokondrilerin anası olan bakteriyi yiyip yutmak yerine, kendi hücre zarının içinde yaşamasına izin verdi. Böylece genetik kod DNA’yı koruyan iç çekirdek zarına sahip ilk ökaryot hücreler ortaya çıktı ve bu da insanlara uzanan çok hücreli canlıların yolunu açtı.
Peki LUCA sodyum basamaklamayı nasıl icat etti? Neden bir arke, sadece bir arke türü Dünya tarihinde sadece bir kez bakteri edinerek çok hücreli canlıları yaratan ökaryotları doğurdu? Neden canlılar 2 milyar yıl boyunca mikrop düzeyinde takılı kaldıktan sonra arke-bakteri işbirliği ile çok hücreli yaşam ortaya çıktı?
Yazımızın ikinci bölümünde bütün bu soruları yanıtlayacak ve ardından eşeyli üreme, cinsiyet, seks ve yaşlanmanın neden icat edildiğine geçeceğiz. Sonra sıra insanların atalarına gelecek. Yeni bölümde görüşmek üzere şimdiden iyi haftalar.
3,7 milyar yıl öncesinden günümüze Dünya
Ay ve Dünya Nasıl Oluştu Dersiniz? Ay Nasıl Oluştu? >> 10 soruda Ayın karanlık yüzü ve uydumuz hakkında şaşırtıcı gerçekler Kozmik Kareler -2 >> 12 Adımda Evren Nasıl Oluştu Evren Boşluktan Nasıl Oluştu? >> Evrenin genişlemesi, sanal parçacıklar ve bilimle felsefenin sınırları -3 Mars Atmosferini Nasıl Kaybetti? >> Maven der ki atmosferi Güneş yok etti About The Author
Artun Yazıcı	04/01/2017
Cevapla	Son paragrafınızdan da anlaşıldığı üzere ikinci, üçüncü ve hatta belki de dördüncü devam yazıları işareti veren oldukça toparlayıcı, aydınlatıcı ve mükemmel bir makaleydi. Yeterli ilgi mi çekmedi acaba, yoksa ben mi göremedim?
Yine de teşekkürler…
Nasıl İnsan Olunur: Kibre Karşı Empati
Asteroitten Sarkan Uzay Gökdeleni Analemma
Ses Hızında Giden Tramvay Hyperloop