Yaşamın Dünya'da gelişmesi için üç anahtar faktör gerekliydi. Ancak, hangi faktör önce geldi? Son araştırmalar tartışmayı çözmeye yardımcı olabilir.
Düşünmek için bir an durun: bunu okuyan gözlerinizi, onu emen beyninizi ve vücudunuzun bu organları içerdiğini ve onlara güç verdiğini düşünün. Kendinize sorun: bu karmaşık, canlı biyokimyasal makine nasılortaya çıktı? Yüzyıllardır bilim insanlarını yönlendiren derin bir soru. Charles Darwin, her türün bir öncekinden nasıl ortaya çıktığını detaylandırarak, evrim teorisiyle buna kısmen cevap verdi.
Evrimi yeterince geriye doğru izlerseniz, hücrelerin ilk kez var oldukları bir zaman olmalı (4 milyar yılı aşkın bir süre önce meydana gelen yaşamın kökeni). Bugün araştırmacılar bunun tam olarak nasıl olduğuna dair bilmeceyi çözmeye çalışıyorlar, ancak çok uzun zaman önce olduğu için bu çok zor.
Dünyadaki modern yaşam formlarını karşılaştırmak, yaşamın nasıl ortaya çıktığına dair güçlü bir argüman sağlar. Biz insanlar, üç önemli yönden ağaçlara, böceklere, bakterilere ve diğer tüm yaşamlara ilk bakışta göründüğünden daha çok benziyoruz. İlk olarak, tüm türler genetik bilgiyi iletmek için benzer moleküller kullanır: ribonükleik asit (RNA) ve deoksiribonükleik asit (DNA). İkincisi, farklı türlerin hücreleri kabaca benzer görünüyor (tek hücreli organizmalar bile daha büyük organizmaların hücreleriyle aynı özellikleri paylaşıyor). Üçüncüsü, tüm hücrelerin biyokimyasal süreçleri için ihtiyaç duydukları enerjiyi metabolizma yoluyla alma biçimleri çok benzerdir. Bu argüman, yaşamın Dünya’da gelişmesi için üç temel faktörün gerekli olduğu fikrine yol açar: nükleik asitler (RNA ve/veya DNA); bir zar, bölmeler veya hücrenin içeriğini içermenin bir yolu; ve metabolizma.
Araştırmacılar sürekli olarak yaşamın nasıl ortaya çıkmış olabileceğine dair yeni fikirler sunarlar, ancak aralarındaki tartışmaların büyük bir nedeni, bu üç temel faktörden hangisinin önce ortaya çıktığı sorusu olmuştur. Ancak daha yakın zamanlarda, bu argümanı çözebilecek yeni bir fikir ortaya çıktı: ya üçü de aynı anda ortaya çıkarsa?
Erken Dünya Deneyleri
Organik moleküllerin, erken Dünya’da bulunabilecek türden koşullar altında üretilebileceğini bir süredir biliyorduk. Yaşamın nasıl ortaya çıktığını anlamanın en ünlü ilk adımı, Stanley Miller ve Harold Urey’in 1952 deneyidir (Miller, 1953). Elektrik kıvılcımlarının su, amonyak, metan ve hidrojen içeren şişelere ateşlenmesi, amino asitler de dahil olmak üzere bazı organik maddeler üretti. Ancak bu, nükleik asitler gibi diğer önemli biyolojik molekülleri ortaya çıkarmadığı için yaşamın ortaya çıkışının birçok yönünü açıklayamadı.
1980’lerin başında, Tom Cech ve Sidney Altman, ribozim adı verilen RNA’dan yapılmış enzimlerin Nobel ödüllük keşfini yaptılar. RNA, genetik bilgiyi kodlayabildiğinden ve ribozimler onu manipüle edebildiğinden, bilim adamları, diğer faktörler ortaya çıkmadan önce RNA’nın yaşamı kendi başına etkinleştirdiğini öne sürdüler. Bu fikir, “RNA-ilk” hipotezi olarak bilinir.
Şu an Cambridge’de, İngiltere’deki Medical Research Council (MRC) Moleküler Biyoloji Laboratuvarı’nda çalışan John Sutherland, görünüşe göre bir ‘RNA-ilk’ vakasını destekleyen kanıtlar bulanlar arasında. 2009’da ekibi, erken Dünya’da var olabilecek koşullar altında bir ribonükleotidin nasıl oluşabileceğini gösterdi (Powner et al., 2009).
Sutherland’ın ekibi daha sonra riboz şekerleri yapmanın daha iyi bir yolunu aradı. Sutherland, araştırmacıların formaldehitten yapılabileceğini gösterdiklerini, ancak bu yolun “gerçekten dağınık ve zor” olduğunu gözlemler. Ekibi sadece hidrojen siyanür, hidrojen sülfür ve ultraviyole ışığı kullanarak alternatif bir yol keşfetti. Riboz şekerlerini yapmanın yanı sıra, canlı hücrelerin fiziksel yapısını ve enzim mekanizmasını oluşturan proteinleri oluşturmak için bir araya gelebilecek amino asitlerin yapılmasına yardımcı olabilecek bazıları da dahil olmak üzere 50’den fazla farklı molekül ürettiler. Günümüz hücreleri ihtiyaç duydukları enerjiyi elde etmek için şekerleri metabolizma ile parçaladığından, şekerleri ve amino asitleri birlikte yapmak önemli bir ilerlemedir (Ritson & Sutherland, 2013).
2015 yılında MRC ekibi, aynı kimyasal sistemin, hücrelerin dış duvarlarını oluşturabilen ve şekillerini belirleyen yağ moleküllerine yol açtığını gösterdi (Patel et al., 2015). Ve sistemin de metabolizmanın kendisiyle benzerlikleri var. Sutherland, “Sistem, küçük molekülleri tüketiyor ve daha büyük moleküller yapıyor” diyor. “Bütün alt sistemlerin aynı anda ortaya çıkabileceğini ileri sürüyor.”
Bunu takiben, Sutherland ve meslektaşları 2019’da RNA ve DNA’nın aynı anda ortaya çıkmış olabileceğini öne süren bir çalışma yayınladılar ve böylece RNA-ilk hipotezine daha da meydan okudular (Xu et al., 2019).
Kökenin Yerleri
Fransa, Orléans’daki Moleküler Biyofizik Merkezi’nden Frances Westall, Sutherland gibi, yaşam için üç temel faktörün aynı anda şans eseri ortaya çıktığını düşünüyor. Onun görüşü, sorumlu reaksiyonların minerallerin yüzeylerinde meydana geleceğidir. Grubundaki kimyagerler, küçük bir mineral kesesinde bulunan metabolik makine ve RNA ile bir “proto-hücre” hakkında konuşuyorlar. Sonunda, yağlı lipid molekülleri, kesenin içinde bir dış duvar oluşturacak ve hücrelere bugün bildiğimiz formu verecekti. Westall, “Çevreye bağlı olarak, gözenekli mineral matrislerdeki lipid, protein ve RNA konsantrasyonları, zarlı bir hücre oluşturmak üzere bir araya gelir” diyor.
Westall ve diğerleri, sıcak alkali sıvı yayan derin deniz menfezlerindeki mineral gözenekleri inceleyerek yaşamın ortaya çıktığı yeri arıyorlar. Ekibi, Güney Afrika kayalarında olası örnekler buldu (Westall et al., 2018). Westall, “Menfezlerdeki 300°C’nin üzerinde sıcaklık proteinleri ve diğer temel molekülleri korumak için çok sıcak olsa da, dış kısımdaki deniz suyu 2°C’dir” diyor. Sıcaklık gradyanı, bileşiklerin hareket etmesine yardımcı olan bir su akışını yönlendirir ve ayrıca metabolizma için bir itici güç sağlamaya yardımcı olabilir. Westall’ın açıkladığı gibi, “Menfezlerin yapıları, prebiyotik reaksiyonlar için enerji sağlamak üzere oksitlenebilen indirgenmiş mineraller ve organikleri yoğunlaştırmak için yüzeyler ve ayrıca çeşitli yapısal kombinasyonlar ve oluşumlarla doludur.” Diğer araştırmacılar, bu tür ortamlarda, hücre zarları boyunca iyon akışını düzenleyen proteinler olan hücresel iyon pompalarının evrimleşmiş olabileceğini de öne sürdüler (Lane & Martin, 2012).
Ancak metabolizmayı çalıştıracak ve hücrelerin oluşmasını sağlayacak doğru kimyaya ve enerjiye sahip yerler arayışı, kıyılardaki volkanik alanlar, okyanusta yüzen pomzadan salları ve gayzerler gibi yerleri de içerir. Daha spekülatif bir fikir, bu listeye göktaşlarını ekliyor: 2014 yılında, yaklaşık 14.6 milyon yıl önce bir göktaşı çarpması sonucu oluşan, güney Almanya’daki 24 km genişliğindeki Ries kraterindeki biyolojik aktivite ile bağlantılı olan kayaların, mikroskobik tübül benzeri oluşumlar içerdiği bulundu (Sapers et al., 2014). Tüpler, volkanik camda bulunan fosil izlerine benziyor, bu da kayaların içinde dolaşan suyun mikropların onları kolonize etmesine izin vermiş olabileceğini düşündürüyor. Bu nedenle bazı araştırmacılar, göktaşı çarpmalarıyla milyarlarca yıl önce oluşan benzer tüplerin, en eski yaşam formları için uygun bir yaşam alanı sunabileceğini öne sürdüler.
Olağandışı Bilim
Westall, yaşamın başlangıcı için ihtiyaç duyulan farklı unsurları birleştirmeyi yemek tarifleri geliştirmeye benzetiyor. “Mükemmel pastayı elde etmek istiyorsanız, tam olarak doğru miktarda özel malzemeyi ve doğru pişirme sıcaklığını ve süresini kullanmalısınız” diyor. “Öte yandan, bir deneme isterseniz, malzemeleri, miktarları, sıcaklığı ve zamanı değiştirirsiniz ve ne olduğunu görürsünüz.”
Westall’a göre yaşam için üç kritik faktörün bir anda ortaya çıkması fikri daha çok ikinci yaklaşıma benzer bir şey gerektiriyor ve bu alışılmadık bir bilim türü. “Deneyleri, kontrol edilemeyen bir bağlamda tüm malzemeleri yapıştırdığınız gerçekçi bir senaryoda yapmaya çalışmak, sadece kendi kendine çalışır, kimyagerler için gerçekten korkutucu” diyor. “İlginç bir şey olursa, neyin ve neden olduğunu bulmak daha zordur. Ama şimdi gidilecek yol bu.”
References
Resources
Review
Hemen hemen tüm ders kitaplarında, hayatın kökenlerini ele alan bölümde, 1952’de Stanley Miller ve Harold Urey’in ünlü deneyi ile sınırlı referanslar verilmiştir. O zamandan beri, daha fazla deney yapıldı ve şurası kesin ki, yaşamın kökeni her zaman bilim camiasını ilgilendirecektir.
Yaşamın kökenine ilişkin çeşitli teorileri araştıran bu makale, çeşitli şekillerde kullanılabilir (ya temel araştırma soruları dururken, bilimin nasıl geliştiğinin bir örneği olarak ya da canlı maddeyle ilgili bilimsel teoriler için). Bu makale, zaman, mekan ve harika araştırma sorularının dünyasına bir yolculuk olacak.
Kavrama soruları şunları içerebilir:
- Yaşamın Dünya’da ne zaman ortaya çıktığı düşünülüyor?
- Canlılığın ortaya çıkmasına temel teşkil ettiği düşünülen üç faktör nelerdir?
Panagiotis K Stasinakis, biyoloji öğretmeni ve Ampelokipoi Doğa Bilimleri Laboratuvarı Merkezi (EKFE) başkanı, Yunanistan
License