Dünya’da Yaşam Birden Fazla Kez Belirmiş Olabilir mi?

Dünya’nın 4,5 milyar yıllık geçmişi süresince, yaşamın sadece bir kez belirdiğini düşünüyoruz. Gezegenimizde şu anda varolan tüm canlılar aynı kimyayı paylaşıyor ve “Son Evrensel Ortak Ata..
Görsel Telif:

Dünya’nın 4,5 milyar yıllık geçmişi süresince, yaşamın sadece bir kez belirdiğini düşünüyoruz. Gezegenimizde şu anda varolan tüm canlılar aynı kimyayı paylaşıyor ve “Son Evrensel Ortak Ata“ya (İng. Last Universal Common Ancestor – LUCA) dek canlılığın izi sürülebiliyor. Dolayısıyla yaşamın çok zor ortaya çıkabilen, bir araya gelmeleri olanaksıza yakın olan bir dizi koşulun aynı anda oluşmasıyla doğabilecek bir şey olduğu fikrine kapılıyoruz.

Acaba gerçekten öyle mi? Yaşamın ilk anlarını yeniden gerçekleştirmeyi amaçlayan biyologlar tarafından yapılan basit deneyler, bu varsayıma meydan okuyor. Görünüşe bakılırsa yaşam, bir temel kimya meselesi. Sihir gerektirmiyor, bileşenleri ender rastlanır türde değil ve ortaya çıkışı hiç de beklenmedik bir sürpriz değil.

Tabi bu durum, söz konusu ilginç olasılığa işaret ediyor. Canlılık, kimyasal olarak kutsanmış ilkel bir havuzda, sadece bir kereliğine değil de, birden fazla kez başlamış olabilir. Çok sayıda farklı biçimde oluşup, yüzbinlerce yıl boyunca varolduktan sonra, Dünya’daki ilk kitlesel yok oluş sonrasında bugün bildiğimiz yaşam kalmış olabilir. Yani gezegenin gençlik günlerinde, bildiğimiz anlamda yaşamdan apayrı çeşitte yaşamlar da varolmuş olabilir. Kısacası canlılığın ortaya çıkışı, 4 milyar yıl önce sadece bir seferliğine olmuş bir mucize değil de, çok kez gerçekleşmiş olan, olağan bir olaydır belki de.

Sözünü ettiğimiz olasılığın bitki ve hayvanlardan, hatta mikroplardan çok daha önce oluşunu ele aldığımızı unutmayalım. En başa gidiyoruz; “yaşam” tanımına uyan şeylerin moleküler makinelerden biraz daha fazlası olduğu zamana. O zamanlar bile, yani bedenlerden, organlardan, hücrelerden değil de, en temel tepkimelerden söz ederken bile, her şey korkunç karmaşık görünüyor. Her şey bir yana, yaşamın bir tür koda gereksinimi var. Kullanışlı moleküler makineler yapmak için böyle bir kod kullanması gerek. Ayrıca kodun kendini kopyalayabilmesi de lâzım.

Özel Koşullar Gerekmiyor

Yaşamın başlangıcı için gereken bileşenlerin nasıl ortaya çıktığını açıklamak için, insanlar seneler boyu her türlü dış kuvvete başvurdu. 1950’lerde yapılan ünlü Urey-Miller deneylerinde, tetikleyici olarak suya düşen yıldırımı taklit eden bir elektrik akımı kullanıldı. Meteoritler ve kuyruklu yıldızlar ile taşınıma başvuran başka kuramlar da vardı. Yakın zamanda, kimyacıların yaşamın kökenine duydukları ilgi, probleme daha metodik bir yaklaşıma dönüştü. En baştan itibaren, olay evrelere ayrıldı ve yapılan keşiflerin oldukça farklı bir başlangıca işaret ettiği görüldü.

Birleşik Krallık’ta bulunan MRC Laboratuvarı’ndan Philipp Holliger için canlı ile cansız arasındaki fark genetik kod. “Biyolojinin belleği var; kimyanın ise yok. Bence, yaşamın orijini aslında enformasyonun orijini,” diyor Holliger. Çok sayıda biyolog, yaşamın başlangıcı konusunda “RNA dünyası” hipotezine katılıyor. Bu hipoteze göre, DNA’dan önce enformasyon RNA’da gömülüydü. Hem DNA, hem de RNA molekülleri yinelenen birimlerin (ya da harflerin) uzun zincirlerinden oluşur. O nedenle, olayların bu versiyonunda yaşamın inşasında ilk adım, RNA’nın yapıtaşlarının yapımı olmalıdır.

Mayıs 2016’da, Münih’teki Ludwig Maximilian Üniversitesi’nden biyomoleküler kimyacı Thomas Carell, Dünya’da bolca bulunan maddelerden, bu birimlerin bazılarını yapmak için çok kolay bir yol keşfettiklerini duyurdu. “Fazla bir şey gerekmiyor. Sadece hidrojen siyanid, amonyak ve formik asit alın, işte o kadar,” diyor Carell.

Carell’in yapıtaşları, bugün hücrelerde bulunanların öncüleriydi; yani neredeyse tamamlanmış ama tam bitmemiş şeylerdi. Öyleyken bile, tepkimelere bakılırsa bir RNA dünyası yapmak nispeten kolaydı. “Çalışmamızın güzel yanı bu. Hakikaten de özel koşullara gerek yok. Bu tepkimeler herhangi bir yerde gerçekleşebilir; küçük bir havuzda, denizin dibinde, her yerde,” diye ekliyor Carell.

Böylece kodun harfleri elimizde demektir; her ne kadar serbestçe uçuşurlarken pek işe yaramasalar da. Ama ikinci evre kolay olmalı. 20 yıl kadar önce İngiliz kimyacı Leslie Orgel, eğer sadece RNA’nın yapıtaşlarını elde edebilirseniz, bunların kendiliğinden zincirler biçiminde sıralandığını göstermişti. Tek gereksinimi balçıktı (İng. clay). Çünkü bazı balçıklardaki kristaller, doğal bir elektrik yükü taşıyordu. Görünüşe göre bu elektrik, RNA harflerini içeri çekiyor ve onların sıralanarak birbirlerine tutunmasına neden oluyordu.

Kodlardan Makinelere

Yaşama varmak için önümüzde hâlâ biraz yol var. Kodun işe yararlılığı, ancak protein gibi şeylerin yapılması için şablon görevi görüyorsa vardır. Proteinler, tüm canlıların inşaat malzemeleri ve makineleridir. Bedenlerimizde, bu olay “gen ifadesi” (gen ekspresyonu) olarak bilinir ve sofistike moleküler makinelerle altından kalkılan inanılmaz karmaşık bir süreçtir. Bunların ilkel çamurdan (İng. mud) öylece belirmiş olması pek olası değildir. En ilkel yaşam formlarında tüm bunlar nasıl halledilebilirdi? Colorado Üniversitesi Boulder Yerleşkesi’nden Michael Yarus yanıtı bulduğunu düşünüyor. ” Arazide deney üstüne deney yaparak yıllar geçirdik. Donmuş hâlde yaptık, kuru hâlde yaptık, çözeltilerin içinde yaptık. Akla gelebilecek her şekilde yaptık,” diyor.

En sonunda Yarus ve ekibi, çok iptidai bir gen ifadesine benzediğini söyledikleri şaşırtıcı ölçüde basit bir tepkime buldu. Suyun içindeki RNA ipliklerini, serbestçe dolaşan RNA harfleri ile karıştıran ekip, harflerin kendiliğinden yeni moleküller oluşturacak şekilde hizalandıklarını keşfetti. Orijinal RNA ipliği bir şablon görevi görmüşe benziyordu. İlginç bir biçimde yeni moleküller, bedenlerimizdeki en basit kimyasal makineler olan koenzimlerin bazılarına benziyorlardı.

Bugün koenzimler kendi başlarına pek az şey yapıyor. Görevleri çoğunlukla daha büyük başka enzimlerin işlerini yapmalarına yardım etmek. Ama belki de yaşamın erken evrelerinden kalan yadigârlardır. Çoğunun bileşenleri, RNA ile DNA’nınkilerin aynısı. “Onların moleküler fosiller olabileceğini öne sürmek oldukça mantıklı,” diyor Holliger. Yarus, ekibinin nikotinamid adenin dinükleotid (İng. nicotinamide adenine dinucleotide – NAD) adlı koenzimi üretebildiğini belirtiyor. Bugün bu koenzim, tüm canlı hücreler tarafından şekerden enerji üretmek için kullanılıyor.

Tıpkı Carell’in RNA bileşenleri gibi, bu tür tepkimeler de nispeten kolaylıkla gerçekleşebiliyor. “Sihire gerek yok; hatta alışılmadık bir kimyaya da gerek yok. Neredeyse her kimya laboratuvarında bulunabilen birkaç şey alıyorsunuz ve doğrudan gen ifadesine başlıyorsunuz,” diyor Yarus. Yaptıkları deneylerin, yaşamın başlangıcındaki olaya kadar neler olduğunun izlenebilmesini sağladığını belirtiyor.

Yaşamın tam olarak nasıl başladığını anlamadaki güçlük şu ki, gerçek yanıtı bulduğumuzdan emin olmak yerine, ancak bilgiye dayalı tahminler yapabiliriz. Harvard Tıp Okulu’ndan evrimsel kimyacı Jack Szostak, NAD gibi koenzimlerin, RNA şablonları olmadan suda kendiliğinden oluşabileceklerinden kuşkulanıyor. Eğer bu doğruysa, Yarus’un gen ifadesinin öncülerini yeniden ürettiğine ilişkin iddiasının zayıfladığı anlamına gelir.

Szostak’ın ayrıca Carell’in tepkimelerine ilişkin de çekinceleri var; bunların erken Dünya’da işe yaramayabileceğini söylüyor. “Bu bir adım, nihai yanıt değil,” diye ekliyor. Bununla birlikte Szostak’ın kendisinin de yapboza ekleyeceği bir parça var.

Herhangi bir kişiye yaşamın temel özelliklerinin ne olduğunu sorduğunuzda, eninde-sonunda çoğu “üreme” der. Canlılar kendilerini kopyalar; cansızlar kopyalamaz. Üreme olmadan, yaşam bir çıkmaz sokak olurdu.

Bugün, DNA replikasyonu ile görevlendirilmiş özel enzimlere sahibiz. Fakat yakın zamanda, Szostak’ın ekibi RNA’nın enzim yardımı olmadan kendini gayet güzel kopyalayabileceğini gösterdi. Tıpkı Yarus’un yaptığı gibi, bir RNA şablonu ile serbest yüzen yapıtaşlarını bir araya getirdiler. Szostak buna ek olarak, şablonun bölümlerine uyan RNA parçaları da koydu. İşte tüm farkı yaratan buydu. Parçalar bir replikasyon süreci başlatıyor gibi görünüyordu ve kısa süre sonra ekip, şablonun makul benzerlikte kopyalarını elde etti.

“Bu tepkimeler oldukça kolay oluyor,” diyor Szostak. Daha önce RNA’yı enzimler olmadan kopyalayabilen araştırmacılar olmuştu; fakat bu çalışmada tepkimeler çok hızlı gerçekleşti. Szostak, teşvik eden küçük RNA parçalarının çok kısa olduğunu, dolayısıyla 4 milyar yıl önce kendiliğinden oluşmuş olabileceğini belirtiyor.

Szostak’ın ekibi, bu tepkimelerin veya benzerlerinin, replikasyonun ilkel bir hali olabileceğini düşünüyor; her ne kadar her seferinde kusursuz kopyalar üretemeseler de. Nihayetinde, yeni şablonlar evrilmiş olmalı ve hücre duvarının örülmesi gibi gerçekten işe yarar şeylerin kodları ortaya çıkmış olmalı. Bu noktada, iyi kopyalama önem kazanır. “Kopyalamaya değer bir şey ortaya çıktığı anda, replikasyon mekanizmasının evrimi için güçlü bir seçimsel baskı olur,” diyor Szostak.

Çok Sayıda Başlangıç

Tüm bunlar düşünüldüğünde, ilkel bir RNA dünyası inşa etmenin, özel ve evrende bir kezliğine olan bir olay olmayabileceğini düşünmek durumunda kalıyoruz. Bu da ilginç bir olasılığı gündeme getiriyor: Yaşamın erken evreleri sadece bir sefer değil, tekrar tekrar gerçekleşmiş olabilir. “Eğer yaşama götüren basamakların hepsi kolaysa, o zaman yaşam erken Dünya’nın çok sayıda farklı yerinde, farklı zamanlarda başlamış olabilir,” diyor Szostak.

Bu doğruysa, yaşamın ilk döneminde bir sürü farklı çeşitte canlı moleküler makineler ilksel çorbada belirmiş ve bazıları diğerlerinden daha başarılı olmuş olabilir. Bir süreliğine bunlar birlikte yaşamış, fakat nihayetinde sadece en başarılı olan kalmıştır. Bu başarının nedeni, diğerlerinden daha iyi olması veya koşulların ona uygun olması ya da sırf şans eseri olabilir. Bu olay, milyarlarca yıl önce gerçekleşen Dünya’daki ilk kitlesel yok oluş demektir.

Böyle bir döneme ve sona erişine ilişkin elimizde çok az kalıntı var. Son Evrensel Ortak Ata’mızın nihai kazanan olduğunu biliyoruz. O, ileride yaşayacak tüm canlıların oluşmasını sağladı. “SEOA sıradışı ölçüde başarılı bir organizma olmalı, çünkü eğer ağaçta başka dallar var idiyse, modern biyolojiye hiçbir torun bırakamadılar,” diyor Holliger.

Maryland Üniversitesi Baltimore County Yerleşkesi’nden evrimsel biyolog Stephen Freeland, geçtiğimiz 20 yılın en önemli ilerlemelerinden birinin, SEOA’nın oldukça gelişmiş bir organizma olduğunun farkına varılması olduğunu söylüyor. SEOA büyük olasılıkla halihazırda RNA yerine DNA kullanıyordu ve bu DNA, karmaşık proteinlerin inşası için bir mikro ortam yaratan bir zarın içine paketlenmişti. Holliger, bu gibi yeniliklerin, tüm diğer alternatif yaşam formları yok olduktan sonra SEOA’nın hayatta kalmış olması anlamına gelebileceğini tahmin ediyor.

Tabi her şey çoktan geride kaldığından, yaşamın nasıl başladığı hakkında fikir edinmek için tek umut test tüpleri. “Bu sistemleri yetiştirip, nelerin oluşup işleyebildiğini denemekten başka yol yok,” diyor Szostak. Kim bilir, belki de bu denemeler sırasında bütünüyle yeni yaşam türlerinin oluşmasına yol açarız.


Beklenmedik Bir Yıldırım

1950’lerde iki kimyacı – Stanley Miller ve Harold Urey – yaşamın temel yapıtaşlarından bazılarının basit malzemelerden yapılabileceğini ilk kez gösterdi. Kritik adım elektrikti. Su ile erken Dünya’da mevcut olduğunu düşündükleri gazları karıştırdılar ve simüle edilmiş yıldırım ile uyardılar. Bu işlem, tüm modern proteinlerin yapıtaşı olan amino asitleri üretti.

Yaşamın başlaması için proteine gereksinim yok, ancak belli bir aşamada kesinlikle gerekli duruma geliyorlar. Şu anda varolan tüm canlılar, 20 tane civarındaki amino asiti kullanarak protein yapıyor. Amino asitlerin kolaylıkla oluşuyor olmasının gerekliliği açıklık kazanıyor. Astrobiyologların bakmaya karar verdiği her uzay bölgesinde amino asit bulunabiliyor. “Yaklaşık yarısı, bize evren tarafından zaten hazır verilmiş,” diyor Stephen Freeland. Bir kısmı ise meteoritlerde ve Rosetta probu sayesinde 67P/Churyumov-Gerasimenko kuyruklu yıldızında bulundu.

Deneyler yine de amino asitlerin oluşumu için bir enerji girdisine gerek olduğuna işaret ediyor; ister bir meteorit çarpışmasının şok dalgaları olsun, ister Dünya’nın derinliklerinden hidrotermal bacalarla iletilen ısı olsun. Dolayısıyla, genetik kodun yapılandırılması bir anda olabilir denemese de, proteinlerin yapılandırılması hakkında bu söylenebilir.

Dünyanın Neresinde?

Yaşamın yapıtaşlarının bir araya gelerek, RNA zincirleri oluşturması için balçığın yardımcı olabileceğini biliyoruz. Ne yazık ki, bu pek işe yarar bir ipucu değil; çünkü balçık her yerde var. Ama yaşamın daha başka gereksinimleri de var ve hepsinin bir araya gelebileceği sınırlı sayıda yer bulunuyor.

Şimdiye dek, Michael Yarus’un yaptığı deneyler yaşamın, arada sırada katılan farklı kimyasal elementler ile yeni tepkimelerin beslendiği sularda başlamış olabileceğine işaret ediyor. Toronto Üniversitesi’nden Barbara Sherwood Lollar, dünyanın en eski kayalarından bazılarının derinliklerine sıkışmış olan, yalıtılmış durumdaki antik su cepleri üzerinde çalışıyor. Lollar, kayaların üzerinde açılıp kapanan çatlakların, bu koşulları sağlayabileceğini düşünüyor.

Böyle kaya çatlakları, hem tepkimelerin gerçekleşeceği yerler sağlayabilir, hem de gelişim aşamasındaki yaşamı UV ışınlarından ya da bir zamanlar dünya yüzeyini oldukça yaşanmaz bir yer yapan göktaşı bombardımanlarından koruyabilir. (Bkz. Yeraltında İki Milyar Yıllık Su Bulundu)

Peki yaşamın içinde piştiği kazanın kalıntılarını bulma şansımız var mı? Lollar’ın kayalarının çoğu birkaç milyon yıllık; yani ilk canlılar için fazla genç. 4 milyar yaşında olup da, hala gezegende varolan kaya miktarı çok az. Fakat eğer bu az miktardaki yaşlı kayalar, yaşamın başlangıcına ilişkin bir şeylere ev sahipliği yapıyorlarsa, bu bizim için büyük şans olur.

 


Kaynak: New Scientist, “Life may have emerged not once, but many times on Earth
<https://www.newscientist.com/article/mg23130870-200-life-evolves-so-easily-that-it-started-not-once-but-many-times />


Bu içerik BilimFili.com yazarı tarafından oluşturulmuştur. BilimFili.com`un belirtmiş olduğu “Kullanım İzinleri”ne bağlı kalmak kaydıyla kullanabilirsiniz.

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak istersen
Patreon üzerinden
aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsin.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv