Canlılık Nasıl Oluştu? Cansız Maddeler Nasıl Canlı Oldu?
Bizden önce yalnızca karanlık, su ve Büyük Tanrı Bumba vardı. Bir gün, şiddetli bir mide sancısıyla kıvranan Bumba, Güneş’i kustu. Güneş, suyun bir kısmını buharlaştırınca kara göründü. Sancısı hala dinmemiş olan Bumba’nın midesinden sırasıyla Ay, yıldızlar, leopar, timsah, kaplumbağa ve en sonunda insanlar çıktı. Orta Afrika’da yaşayan Bushongo halkına ait bu yaratılış efsanesi, diğer birçokları […] Canlılık Nasıl Oluştu? Cansız Maddeler Nasıl Canlı Oldu? yazısı ilk önce Holosen üzerinde ortaya çıktı.

Bizden önce yalnızca karanlık, su ve Büyük Tanrı Bumba vardı. Bir gün, şiddetli bir mide sancısıyla kıvranan Bumba, Güneş’i kustu. Güneş, suyun bir kısmını buharlaştırınca kara göründü. Sancısı hala dinmemiş olan Bumba’nın midesinden sırasıyla Ay, yıldızlar, leopar, timsah, kaplumbağa ve en sonunda insanlar çıktı.
Orta Afrika’da yaşayan Bushongo halkına ait bu yaratılış efsanesi, diğer birçokları gibi, bugün hala kendi kendimize sorduğumuz sorulara yanıt arıyor. Neyse ki günümüzde artık bize doyurucu yanıtlar veren bir araca sahibiz: Bilim.
Bildiğimiz bütün toplumların, evrenin ve evrende yaşayan canlıların kökeniyle ilgili hikayeleri var. En eski yaratılış destanı, Tunç Çağı Babil’inden kalma 2700 yıllık kil tabletler üzerine kazınmış olan Enuma Eliş. Oysa yaratılış hikayeleri kuşkusuz bundan çok daha gerilere, en az 40 bin yıl öncesine gidiyor.
Evrenin ne zaman başladığını, bugünkü haline nasıl geldiğini ve Dünyamızın nasıl oluştuğunu konuştuk. Şimdi sıra canlılığa geldi.
Takdir edersiniz ki işimiz bu sefer biraz daha zor.
Canlılık ne zaman ortaya çıktı?
Şimdi biz yaratılış efsanelerini bir kenara bırakıp bilimin gözünden yaşamın nasıl ortaya çıktığına bakalım.
Dört milyar yıl geriye gidelim.
Dünya’nın yüzeyi soğumaya başlamış. Yeryüzü, göktaşları bombardımanı altında, volkanik patlamalarla yarılan, zehirli bir atmosferle çevrili korkunç bir yer. Ama bu düşmanca koşullara rağmen, olağanüstü bir şey oluyor. Kendi kendini kopyalayabilen bir veya bir dizi molekül ortaya çıkıyor. Bu olay, genç gezegenimizin o güne kadar tanık olduğu şaşırtıcı olaylar arasında en muhteşem olanı. Kopyalayıcıların ortaya çıkmasıyla, daha iyi kopyalanmayı sağlayan varyasyonlara sahip dölleri destekleyen doğal seçilim devreye giriyor. Kısa süre sonra ilk basit hücreler ortaya çıkıyor ve işte yaşam başladı bile…
Elbette bu iş bu kadar kolay değil!
Yaşamın ortaya çıkışı oldukça zorlu bir süreç. Bu yüzden evrende bulunan sonsuz sayıdaki gezegenlerin ancak çok küçük bir kısmında yaşam ortaya çıkmış olabilir. Çünkü yaşam için gerekli temel şartlar; yani sıvı su, güneş gibi enerji kaynağı ve karbon içeren organik kimyasallar her gezegende bulunmaz.
Öncelikle gezegenin bulunduğu yıldız sisteminin galaksi içerisindeki konumu oldukça önemli. Daha sonra gezegenin yıldız sistemi içerisindeki konumu da oldukça önemli. Ayrıca yıldızın boyutu, tipi, yaşı; gezegenin boyutu, tektonik hareketlere sahip olup olmadığı, atmosferinin bulunup bulunmaması gibi birçok faktör yaşamın yeşermesi için hayati öneme sahip.
İşte biz o kadar şanslıyız ki Dünyamız bütün bu şartları sağlamış.
Peki ne zaman sağlamış?
Güney Afrika ve Avustralya’da bulunan ve “stromatolit” adı verilen tarih öncesi fosil kayalardaki örnekler, yaşamın günümüzden 3.8 milyar yıl önce bile var olduğunu gösteriyor.
Bana sorarsanız asıl soru “Ne zaman?” dan ziyade “Nasıl?”. Yaşam nasıl başladı?
Canlılık nerede ortaya çıktı?
Yaşamın başlangıcıyla ilgili bütün kuramların üç konuya açıklık getirmesi gerek:
1-Yapıtaşları nasıl oldu da karmaşık molekülleri oluşturacak şekilde bir araya geldiler?
2-Bu moleküller nasıl oldu da hücre gibi kapalı bir ortamın içine yerleştiler?
3-Bu süreci yönlendiren enerji nereden geldi?
Bir kurama en fazla yaklaştığımız yer, bu üçünü deniz tabanında bir araya getiren, alkali hidrotermal bacalar.
Bugün Dünya’da var olan ve Dünya’nın erken dönemlerinde de yaygın olarak bulundukları kabul edilen alkali bacalar, deniz yatağında yer alırlar ve hafif ılık alkali sıvılar sızdıran yarıklar şeklindedirler.
Bu bacalar; deniz suyunun deniz yatağına sızarak, olivin adı verilen bir mineralle reaksiyona girmesi sonucunda oluşur. Bu reaksiyon suyu hidrojence zengin hale getirir ve sıvının yeniden okyanus tabanına dönmesini sağlayan bir ısı açığa çıkarır. Ilık sıvı soğuk okyanus suyuyla karşılaştığında mineraller çökelerek zaman içinde 60 metre yüksekliğe ulaşabilen, kolay kırılır yapıda, yaşamın oluşması için gereken tüm koşulları sağlayan sert bacalar oluştururlar.
Canlılık nasıl ortaya çıktı?
Peki yaşam nasıl oldu da kendiliğinden ortaya çıktı? Cansız maddeler nasıl canlı maddelere dönüştü?
Yaşamın ortaya çıkışı, akıl sır ermez bir gizemden çok, üç temel bileşene yani; kaya, deniz suyu ve karbondioksite sahip bir gezegen sisteminin neredeyse kaçınılmaz bir sonucu. Yeter ki yeterince zaman olsun. Dünya, yüz milyonlarca yıl boyunca her noktasında sonsuz sayıdaki ihtimalleri deneyen kocaman bir kaynayan çorbaydı ve bu çorbadan yaşamın filizlenmesi kaçınılmazdı. Bilim insanları buna “abiogenesis” dediler.
Dünya üzerinde ilk canlı organizma birdenbire ortaya çıkmadı tabii ki. Hücre oluşmadan önce birçok öncü adımın geçilmesi gerekti. Dünya’nın yaklaşık 4,5 milyar yıl önce oluştuğundan ve canlılığın da yaklaşık 3,8 milyar yıl önce ortaya çıkmış olması gerektiğinden bahsetmiştim. Görülüyor ki, Dünya oluştuktan sonra geçen 700 milyon yıl, canlılığın oluşması için gerekli uygun koşulların meydana gelmesini sağladı.
Bu koşullar meydana geldiğinde inorganik moleküller birbirleriyle etkileşime girdiler. Bu reaksiyonlar için gerekli olan enerji; yıldırımlar, güneş ışığından gelen mor ötesi radyasyon ve volkanlardan gelen ısı enerjisinden elde edildi. Böylece bu inorganik maddeler ilk organik moleküllere dönüştü.
Miller-Urey deneyi
İyi güzelde tüm bunları nereden biliyoruz? Kimse 3,8 milyar yıl öncesine gitmedi. Ama birileri 3,8 milyar yıl öncesini günümüze getirdi.
1952 yılında Şikago Üniversitesi’nden doktora öğrencisi Stanley Miller ve danışmanı Prof. Harold Urey dünyanın bu ilksel çorba halindeki şartlarını laboratuvar ortamında yeniden sağlayarak bir deney yaptı. Deneyin amacı inorganik moleküllerin nasıl organik moleküllere dönüştüğünü anlamaktı.
Bunun için ilk atmosferde olduğu düşünülen koşulların aynısını laboratuvar ortamında canlandırmayı hedeflediler. Mesela ilksel çorbada olduğu düşünülen metan, amonyak, oksijen, su ve hidrojen gazı gibi bileşenleri, steril bir ortamda, 0 ila 100 derece arası çevresel sıcaklık ile birlikte bir deney düzeneğine koydular. Sonra ilk atmosferdeki yüksek enerjili ortamı yansıtması için elektrik enerjisini kullandılar. Elektrik, ilksel çorbadaki güneş enerjisinin, yıldırımların ya da volkanların yerini doldurdu.
Böylece bu deney düzeneği ilk Dünya ortamındaki yağmurları canlandırdı. Bir hafta boyunca tekrarlayarak devam eden deneyin sonunda ise mucize karşılarındaydı. İnorganik maddeler organik maddelere dönüşmüştü.
Miller-Urey deneyi, benzer birçok deneyin yapılmasına yol açtı ve farklı bilim insanları da inorganik maddelerin organik maddelere dönüşebileceğini kanıtladı.
Fakat bütün bunlar henüz yolun başıydı. Oluşan bu organik moleküller birikti, bir araya geldi ve daha karmaşık yapıların önü açıldı. Bu aşamada polipeptid ve nükleik asit gibi hücre içerisinde bulunan karmaşık moleküller oluştu. Bu moleküllerden bir kısmı ilkel canlılık özellikleri kazandı. Oluşan yeni moleküllerden bazıları diğerlerine göre daha dayanıklıydı, daha çok yer tutarak daha fazla zaman var oldular ve yaşamsal reaksiyonlar gerçekleştirmeye başladılar. Sonuç olarak biriken bu moleküllerin en başarılı olanları kendini kopyalayıp çoğaltabilme yeteneği kazanarak yaşamın oluşmasına giden adımı attı.
Günümüzde canlılık neden yeniden meydana gelmiyor?
Hepsi tamam da, bu bilimsel çalışmalar insanın aklına hemen şöyle bir soru getiriyor. Günümüzde organik moleküller neden kendiliğinden tekrar meydana gelmiyor?
Gelmiyor çünkü günümüzdeki Dünya, ilksel Dünya’dan çok farklı. Artık Dünya’da yaşam adeta kaynıyor. Bugün cansız maddelerden yeni karmaşık moleküller oluşsaydı bile, organizmalar tarafından hızlıca tüketilirdi. Yeni bir canlının oluşumu, ortamda yaşayan organizmalar olmadığında mümkün olmuş olmalı.
Ayrıca atmosferik oksijen de organik moleküllerin sıfırdan oluşmasını engeller. Oysa 3.8 milyar yıl önce oksitlenmeye neden olacak kadar oksijen atmosferde yoktu. Bu yüzden cansız maddelerden canlı organizmaların oluşması bir kere oldu, ancak günümüzde bu mümkün değil.
RNA dünyası hipotezi
Peki karmaşık organik moleküller ortaya çıktı çıkmasına fakat RNA, DNA ve proteinler nasıl oluştu? Bunlar çok karmaşık yapılar.
RNA dünyası hipotezine göre, organik moleküllerden ilk hücrenin oluşmasına geçilirken en başta oluşan karmaşık molekül DNA ya da protein değil. Kendini kopyalayabilen ve katalitik yani enzim gibi çalışma özelliği olan RNA, diğer moleküllerden önce ortaya çıkmış olmalı. RNA’nın iki özelliği, onun DNA ve proteinden önce geldiği fikrini kuvvetlendiriyor. Birincisi aynı DNA’da olduğu gibi RNA da bilgi depolayabilir. Eğer RNA bir şekilde kendini kopyalayabilirse, depoladığı bilgiyi de sonraki nesillere aktarabilir. Burada da RNA’nın önemli ikinci özelliği belirleyici oluyor. Enzimlerde olduğu gibi bazı RNA molekülleri katalitik özellik gösterebilir.
Yani ilk dünya ortamında DNA ya da proteinler ortaya çıkmadan önce RNA vardı ve hem genetik bilginin saklanması hem de enzimatik aktivitelerin gerçekleşmesi görevini yerine getiriyordu. RNA’nın DNA’ya göre daha basit bir yapısı olması nedeniyle önce RNA ortaya çıkmış olmalı. Ancak daha dayanıklı yapısı sayesinde DNA sonraları baskın hale geçerek, genetik bilginin taşınması rolünü aldı. RNA’nın enzimatik özelliği var, ancak proteinlerle karşılaştırdığımızda düşük bir seviyede. Bu yüzden de proteinler geliştikçe katalizör görevini RNA’dan büyük oranda devraldılar.
Karmaşık yaşam nasıl evrimleşti?
Şimdi zorluk derecesini biraz daha arttıralım. Karmaşık yaşama doğru alayım sizi. Ökaryotlara doğru geçelim mesela. Bitkilere ve hayvanlara.
Dünya, ömrünün büyük bir kısmını üzerinde yaşam olan bir gezegen olarak geçirmiş olsa da, yaşam son derece ilkel düzeydeydi. Yeryüzünde yalnızca bakteriler ve görünüşte benzemekle beraber; aslında çok farklı olan kız kardeşleri, arkeler vardı. En karmaşık canlılar, stromatolit gibi mikropların kolonileri ve çok katmanlı mikroorganizma tabakaları olan “mikrobiyal matlardı”. Bitki yoktu; hayvan yoktu; yalnızca kaya, ırmak ve okyanustan oluşan çorak bir doğa hakimdi.
Zarif formların ortaya çıkışı, yaşamın kendisinin ortaya çıkışından bu yana Dünya’da yaşanan muhtemelen en önemli ve hiç kuşkusuz en beklenmedik olaydı.
İlk hücreler ortaya çıktıktan sonra karmaşık olanların evrimleşmesine kadar olağanüstü uzun, neredeyse gezegenin yaşam süresinin yarısı kadar bir ara oldu. Aslında 4 milyar yıllık evrim sürecinde basit hücrelerden kompleks yapılı hücrelerin sadece bir kez meydana gelmiş olması inanılmaz.
Ökaryotların Ortaya Çıkışı
Prokaryotlar, bir nevi kimyasal maddeler içeren minik torbacıklar. Karmaşık minik torbacıklar elbette ama organel adı verilen minyatür organcıkları, iç zarları, iskeletleri ve taşıma sistemleri olan ökaryot hücrelere kıyasla solda sıfır kalıyorlar. Tek hücreli amip için insan neyse, bir prokaryot için de ökaryot hücre aynı şey.
Mesela bakteriler, birbirinin eşi olan hücrelerden oluşan zincirler veya kolonilerden daha karmaşık bir yapı oluşturamazken, ökaryot hücreler, deniz yosunundan sekoyaya, karıncayiyenden zebraya kadar her şeyi oluşturmak için kümelenip işbirliği yaparlar. Bütün karmaşık yaşam formları, yani etrafımızda gördüğümüz hemen her canlı ve hatta daha da fazlası ökaryottur.
Bütün ökaryotlar aynı atadan türediler. Eğer bu bir defaya mahsus olay gerçekleşmemiş olsaydı, yaşam mikropların yolunda sıkışıp kalmış olacaktı. Bakteri ve arke hücreleri, daha karmaşık formlara evrilmek için gereken niteliklere sahip değiller.
Peki, öyleyse ne oldu?
Her şeyin akışını değiştiren olayın, yaklaşık 2 milyar yıl önce, basit bir hücrenin bir şekilde bir diğerinin içine girmesiyle başladığı düşünülüyor. Konakçı hücrenin kimliği kesin olarak belli değil, ama bir işgalci gibi içinde yaşayıp bölünmeye başlayan bir bakteriyi içine aldığını biliyoruz. Bu ikisi bir şekilde dostça birlikte yaşamanın yolunu buldular ve en sonunda “endosimbiyoz” olarak bilinen simbiyotik bir ilişki kurdular.
Sayısız nesiller boyu birlikte evrimleşmenin sonunda, endosimbiyontlar mitokondri adı verilen bir organele dönüştüler. Eski “bakteri benliğini” yitirerek organele indirgenen bu yapının temel bir işlevi vardı: hücreye enerji sağlamak. Bu, yaşamın mikrobiyal prangalardan kurtulup sonsuz çeşitlikteki zarif formlara dönüşebilmesine imkan sağlayan dönüm noktasıydı.
Enerji üreten mitokondri filolarıyla donanmış ilk ökaryotlar, büyüyüp daha büyük ve daha karmaşık genomlara sahip olma özgürlüğüne kavuştular. Çevre tarafından başlatılan kopyalama işlemi hücrede devam ettirildiğinde, evrim de devreye girdi ve her bir kopyalama sırasında meydana gelen hatalar, yani mutasyonlar, yeni nesillerin farklılaşmasına neden oldu.
Sonuç:
Bütün bunların tek bir şanslı olaya, basit bir hücrenin bir diğerini içine almasına dayandığını söylersek basit yaşam formlarının ortaya çıkması neredeyse kaçınılmazken, siz ve akrabalarınız da dahil olmak üzere karmaşık yaşam formlarının evrimleşmesi fevkalade beklenmedik bir durum. Dünya üzerindeki gerçek yaşam mucizesi işte bu!
Kaynaklar ve İleri Okuma:
Her Şeyin Kökeni – NEW SCIENTIST
50 Soruda Yaşamın Tarihi – DENİZ ŞAHİN
https://en.wikipedia.org/wiki/En%C5%ABma_Eli%C5%A1
https://solarsystem.nasa.gov/solar-system/beyond/overview/
https://en.wikipedia.org/wiki/Stromatolite
https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrothermal_vent
https://en.wikipedia.org/wiki/Abiogenesis
https://en.wikipedia.org/wiki/Miller%E2%80%93Urey_experiment
https://en.wikipedia.org/wiki/RNA_world
https://en.wikipedia.org/wiki/Prokaryote
https://en.wikipedia.org/wiki/Eukaryote
https://en.wikipedia.org/wiki/Symbiogenesis
Canlılık Nasıl Oluştu? Cansız Maddeler Nasıl Canlı Oldu? yazısı ilk önce Holosen üzerinde ortaya çıktı.