En iyi tahminlere göre yaşam; bundan üç milyar yıl önce, o zamanlar iki milyar yaşında olan dünya canlıları barındıracak kadar soğuduğunda başladı. Son derece küçük ve oldukça basit deniz yaratıklarının iki milyar yıldan daha eski fosilleri var.
Bu fosilleşmiş yaratıkların ataları herhalde daha da küçüktü. En ilkel canlı biçimi, belki de bugün bolca bulunan basit tek hücreli canlılara hiç benzemeyen bir tek-hücreydi.
Öyleyse bizim yoğunlaşacağımız soru şu: bir hücre, yaşamaya ilk olarak nasıl başlamış olabilir, bu nasıl mümkün olabilir? Soru “hücre nasıl yaşamaya başladı?” değil; bu hiçbir zaman yanıtlanamayacak bir sorudur. Çünkü bu olaya tanıklık edecek kimse yoktu o zaman. Ama yaşamın nasıl oluşabileceğini sormak hakkımızdır. Akıllıca tahminler ve olasılıkları gösteren deneyler yapabiliriz.
Gerekli Maddeler
Jeologların, paleontologların, fizikçilerin, biyologların çalışmalarına dayanarak, dünyanın üç milyar yıl önce nasıl bir yer olabileceği konusunda oldukça iyi bir fikrimiz var. Bilim kurgu kitapları ve filmleri olayı çok canlı ve belki de doğru resimliyorlar; lav ve kayalardan oluşmuş, gri, tümüyle kısır, hiç yeşili olmayan manzaralar, patlayan yanardağlar, sivri dağ tepeleri, buharlaşan denizler, alçak bulutlar, arada çakan şimşeklerle gürültüyle parçalanan ve sürekli yağan yağmurlar.
Herhangi bir canlı tarafından görülmemiş ve duyulmamış olaylar. Kuşkusuz bu, sizin ve benim için çok sefil bir ortam olurdu. Ama yaşamın başlangıcı için iyi bir düzendi. Herşeyi harekete geçirmek için gerekenler şunlardı:
1. Ilık bir ortam.
2. Çok miktarda su.
3. Gerekli atomların kaynakları (karbon, hidrojen, oksijen, nitrojen ve fosfor).
4. Enerji kaynağı.
Su ve ısı, sorun değildi. Dünya soğurken, milyonlarca yıllık yağmur okyanusları doldurmuş hala sıcak olan dünya bu okyanusları ısıtmıştı. Şimşekler bol bol enerji sağlıyorlardı. Bulutlar aralandığı sıralarda da güneşten utraviyole ışınları geliyordu. (Bu ışınlar o zaman şimdi olduklarından çok daha güçlüydüler, çünkü atmosferimizi saran ozon tabakası henüz oluşmamış. Ozon, yeryüzünde bitki yaşamının sonucu olarak yavaş yavaş birikmiş bir oksijen tabakasıdır. Bu tabaka ultraviyole ışınlarını geçirmez.)
Bu koşullar; kuşkusuz başlangıçta, en basit birimlerin, bilgi zincirlerinin (DNA) ve hücre maddesi zincirlerinin (protein)oluşması için yeterince basitti. Ama zincirlerimiz olmadan önce halkalarımızın olması gerekir. Önce DNA nükleotidleri ve proteinlerin amino asitleri oluşmalıdır. Bildiğimiz gibi, bu halkalar ufak moleküllerdir. Bunlar, karbon, hidrojen, oksijen, nitrojen ve fosfor elemanlarının kimyasal olarak bağlanıp düzenlenmeleriyle oluşurlar.
Basit Moleküllerin Doğuşu
Öyleyse işte senaryomuz: Deniz suyunda erimiş karbon, hidrojen, oksijen, nitrojen ve fosfor içeren basit bileşikler, ultraviyole ışınları ve şimşeklerle sürekli bombardıman ediliyorlar. Bu arada bir kısmı kalıcı ve dengede olan, değişik kombinasyonlara da zorlanıyorlar.
İşlem yüz milyonlarca yıl boyunca sürerken, deniz, elemanlarının değişik kombinasyonları yönünden giderek zenginleşiyor. Yeni moleküller, bu arada nükleotidler ve amino asitler birikiyor. Sonunda, denizin son derece bol ve bütün yeni molekül
çeşitlerini içeren koyu bir çorbaya dönüştüğü bir zaman geliyor.
Zamanın Önemi
Sözkonusu süreçte zamanın önemini kavramak için biraz duralım. Zaman ne kadar uzun olursa birşeylerin olması da o kadar olasıdır. Kimyasal reaksiyonlar için de bu doğrudur. Zaman sınırlaması olmazsa, yeterince uzun süre beklenirse en olanaksız reaksiyonlar gerçekleşebilir. Eğer bu reaksiyonların ürettikleri bileşikler kalıcı (dengeli) iseler, deniz suyunun nispeten değişmez maddeleri haline geleceklerdir.
İçinde Canlı Olmadığı İçin Çorba Varlığını Sürdürebilir
Şimdi denizin çorba gibi olması düşüncesi size aşırı görünebilir. Bunun bugünkü deneyimlerimizle karşılaştırılabilecek hiçbir yanı yoktur. Böyle zengin bir oluşumun birikmesi, canlılar onu hemen yiyip bitireceği için bugün belki de, olanaksızdır.
Bakteriler ve diğer açgözlü yaratıklar şimdi çok kalabalıklar ve ne zaman iyi bir besin kaynağı belirse, hemen onu tüketiyorlar. Kaynak kuruyana kadar üreyip sayılarını arttırıyorlar. Görüyorsunuz ki eskiden yaşam olmadığı için okyanuslar çorba gibi olabilirdi.
Eski Olayların Laboratuvardaki Benzerleri
Aslında, anlattıklarımız hiçbir zaman kanıtlanamayacak bir hipotez. Yine de biz, laboratuvarda bunların olabileceğini gösterebiliriz. Eskiden olduğu öne sürülen koşulların laboratuvarda istenen tepkiyi sağlaması kuşkusuz olanaklıdır. Üç milyar yıl önce denizde bulunduğu düşünülen basit bileşikler bir cam kapta suda eritilebilirler. Kap, şimşeklerin enerji katkısını sağlamak üzere bir elektrik kaynağına bağlanır.
Sistemin bütün parçaları hiçbir canlı hücre olmadığından emin olabilmemiz için önceden strezile edilir. Sonra kaptakilerin bir süre pişmesi için elektrik verilmeye başlanabilir. Sonunda kap açılıp içindekiler incelenir.
Bu deneyin yapılmış olduğunu ve sonucun tümüyle inandırıcı olduğunu sevinerek söyleyebilirim. Hem nükleotidler hem amino asitler beş elemandan bu şekilde oluşturulabildiler. Yani yaşam zincirlerinin halkaları, deniz ve benzeri bir ortamda
şimşekleri enerji kaynağı olarak kullanılmasıyla üretildi.
Zincir Moleküllerin Doğuşu
Bundan sonraki adım, açıkça görülüyor ki halkaları, DNA gibi ve protein gibi zincirler oluşturmak için birleştirmektir. İlkel koşulların laboratuvarda yapılmış benzerlerinin, halkaların oluşumu aşamasını sağlamasına bakarak, çalışma ilerletilirse
halkaların zincir biçiminde eklenebileceğini de düşünmek akla yakındır.
Nitekim kısa zincirlerin oluştuğunu görüyoruz. Basit kimyalarıyla bugünün DNA’larına ve proteinlerine benziyorlar.
Yine de hatırlayalım, bu deneyler yalnızca ne olabileceğini gösterir, ne olduğunu değil.
Durum Thor Heyerdahl’in; Polinezya adaları halkının Güney Amerika’dan batıya yelken açarak, şimdiki yurtlarını buldukları savını kanıtlamaya çalışırken karşılaştığından farklı değil. Sal üzerinde aynı yolculuğa başarıyla yaparak, yalnızca Polinezyalıların gerçekten bu yolculuğu yaptığını kanıtlamış olmadı, benzer taşıt kullanan herhangi birinin de aynı işi yapabileceğini gösterdi.
Bir Hücreye Doğru
Bu noktadan sonra, hücreyi daha çok tanımak için beş önemli adıma daha göz atabiliriz.
1. Enzimlerin ortaya çıkması: Enzimler, hücre içindeki bütün kimyasal reaksoyunları hızlandıracak özel protein molekülleridir. Bugün canlı hücre; herbiri kendi özel işini yapan, besin maddelerini parçalayan, besinden enerji üreten, basit
moleküllerden zincir yapımını kolaylaştıran ve sayısız başka işler yapan binlerce enzim içerir. Olayların denizdeki başlangıç çağlarında yavaş gelişimleri, ancak enzimlerle hızlandırılabilirdi. İlk enzimler, raslantısal olarak birbirine eklenmiş kısa
amino asit zincirleri olsa gerek. Tekrar tekrar “deneme-yanılmayla” bu kombinasyonların bazıları; birtakım reaksiyonları hızlandırabilecek, yalnız kendilerine has bir yeteneği elde etmiş olmalılar.
2. DNA’nın çift kat oluşu: Okyanuslar boyunca DNA zincirinin rasgele eklenen nükleotidlerle yavaş yavaş uzamasını gözünüzün önüne getirmeye çalıştığınızda bazı anlamlı diziler oluşacaktır. Burada “anlamlı”, birkaç yeni ilkel proteini yapmak için gereken bilgiyi içermek olarak kullanılmıştır. Bunlardan bazıları, yararlı enzimler veya önemli strüktürlerin
parçaları olacaklardır. Bu narin DNA molekülleri ne kadar uzun olurlarsa, kopma tehlikesi de o kadar büyüktür. Bir korunma yolunun raslantı olarak belirmesi ve onları dengeye ulaştırması iyi olacaktır. Basit bir çift kat halinde birleşme bunu
sağladı. Birbirine sarılmış ipliklerin zarar görmesi, ayrı ayrı tek başlarına oldukları zamandan daha az olasıydı. Dahası, çift kat olmak, DNA’nın üremesi için gereklidir.
3. DNA’nın çoğalması: Bu, çift sarmal DNA zincirindeki her ipliğin, kendisinin tıpatıp bir kopyasını yapması, sonuçta ikinci bir çift sarmalın oluşması demektir. Son derece basit ve zarif olan bu işlem, bir halatın çözülüp ayrılışı gibi iki zincirin birbirinden ayrılmasıyla başlar. Yeni nükleotidler, eski zincirlerin herbiri boyunca düzenli bir şekilde sıralanırlar ve sonra
birbirine eklenirler. Nükleotidlerin her yeni zincirdeki dizilişleri, şaşmaz bir biçimde eski zincirdeki nükleotidlerin dizilişiyle belirlenir. Bunun nedeni; bağlanmak üzere gelen yeni nükleotidlerin, yalnızca eski zincir üzerinde kendilerine karşılık
gelen türden nükleotid ile ikili oluşturabilmelidir.
Bu iş bitince, herbiri, bir eski bir yeni zincirden oluşmuş çift katlı iki zincir ortaya çıkmış olur. Bir çift katlı zincir, diğer çift katlı zincirin her yönüyle aynıdır. (Hücre içinde bu iş tamamlandığında, hücre ikiye bölünmeye hazırdır. Bölünmeden sonra
iki yeni hücrenin herbirinde birbirinin eşi birer çift DNA zinciri olacaktır.)
DNA’nın iki katına çıkması, DNA molekülleriyle nükleotidlerin kendi başlarına yapabilecekleri bir iş değildir. Şimdi olduğu gibi sanırız yaşamın başlangıç aşamalarında da bütün diğer hücre reaksiyonlarında olduğu gibi enzimler gerekliydi.
4. Temel maddelerin paketlenmesi: Hücre genetiği içinde kritik bir olay, önemli moleküllerin çevrelerinin bir sargı veya zarfla çevrelenmesidir. Bu; hem DNA’nın, hem proteinlerin, hem de diğer önemli moleküllerin korunmasına yarar. Onları
birlikte daha etkin çalışabilsinler diye birbirlerine yaklaştırır. Proteinler ve yağlar “zar” denilen hücre sargısının en önemli elemanlarıdır. Yağlar, hücrenin çevresinden yalıtımım, yani su geçirmezlik niteliğini sağlarlar.
5. Hücrenin ikiye bölünmesi: Molekülleri bir “zarla” sararsak, hücreye çok benzer bir şey elde ederiz. Ama hücre bölünemiyorsa hiçbir işe yaramaz. Gerekli olanlar şunlardır: Yeni bir hücre yapabilmek için bölünebilen bilgi, önemli hücre işlevlerini yerine getirecek enzimler ve bunların hepsinin bir zar içinde toplanıp korunması. Bu paketin bölünmesi, çok karışık bir işlemde bütün bileşenlerin işbirliğini gerektirir ki, bunun nasıl gerçekleşebildiğini, bugün bile anlamış değiliz. Ama
bölünebilen hücreler bir kez ortaya çıkınca, günümüze kadar gelen yol açılmış oldu.
Hayat Yalnızca Bir Defa Ortaya Çıktı
Bu olağanüstü yaratılıştan tek bir olaymış gibi söz ediyorum. Belki de öyleydi. Böyle söylemek için iki neden var. Birincisi bugün her canlı yaratık (istisnasız hepsi) aynı yapı malzemelerini kullanıyorlar: Aynı dört nükleotidi, yirmi amino asidi
ve diğerlerini. Aynı genel makinelerle protein moleküllerini yapıyorlar (ribosomlar, transfer RNA, mesajcı RNA) ve yaşamın diğer işlerini yönlendiriyorlar. Hayatın bir defadan fazla başlangıcı olduğunu düşünsek, her başlangıcın değişik yapı malzemeleri, makineleri olacaktı. Bütün canlı yaratıkların aynı yapı malzemeleri ve makinelerini içermeleri gerçeği, tek bir başlangıç savını güçlendiriyor.
Tek başlangıca inanmanın ikinci nedeni de canlıların en erken biçimlerinin, içinde oluşturdukları çorbayı çabucak tüketecekleridir. Böylece, kendileri ve onlardan üreyenler, milyonlarca yılda elde edilmiş zengin çevreyi harcıyacaklardır. Ufacık hücre ve yavrularının, o koca okyanuslar dolusu iyi besini yok edivereceklerine inanmak biraz zor olabilir.
Ama hemen bunun olabileceğini gösteren bir örneğe bakabiliriz. Çok rastlanan E. koli bakterisi, kendisi için uygun besin olduğu zaman, her yirmi dakikada bir nüfusunu iki katına çıkarabilir. Bu demektir ki şu anda yalnızca bir tek hücreyle başlasak, yirmi dakika sonra iki, bir saat sonra sekiz hücremiz olur. iki saatte 64, üç saatte 512, dört saatte 4096, beş
saatte 32768 ve böylece sürüp gider. Hücre kütlesindeki artışın bir atomik zincir reaksiyonu olduğunu görebilirsiniz. Aslında, E. kolisi bolca besinle yirmidört saat üremeye devam etse, üreyen hücreler dünyanın yüzeyinde bir mil uzunluğunda
kabuk oluştururlar. Burada önemli olan nokta, basit bir hücrenin besin stoku bitene kadar veya atıkları kedisini zehirleyene kadar, yiyip bölünebilmesidir. Tüketilecek gıda kütlesinin sınırı yoktur. Böylece, oldukça kısa bir zamanda, ilkel bir hücre ve ondan üreyenler, okyanuslardaki bütün besini tüketebilir. Artık yeni canlıların ortaya çıkmasına olanak kalmaz.
Enerjinin İşe Katılması
Enerjinin, yaşamın başlaması için gerekli olduğunu belirtmiştik. Şimşeğin çakışı, bir ultraviyole patlaması, moleküllerin zincir moleküller oluşturmak üzere birbirine bağlanmasına neden olabilir. Bu zincirlenme ve yaşama işleminin temeli
ve varlığı için çok önemlidir ve her zaman da önemliydi.
Hayatın Kökleri
Mahlon B. Hoagland