Herkesin Bilmesi Gereken Temel Evrimsel Konular

dderya · 4 Mys 2014

1) Uyarana Tepki Gösterme: Bu, belki de canlılık tanımları içinde kullanılan en anlamsız maddedir. Zira Evren'deki bildiğimiz fizik kurallarına tabi olan her varlık, uyarana tepki göstermektedir. Buna basitçe "etki-tepki ilkesi" diyoruz ve 17. Yüzyıl'da Sir Isaac Newton tarafından keşfedilen bir gerçek bu. Şimdi itirazlar olacaktır, "Bir topun yerden sekmesindeki topun tepkisiyle, bir insanın ani bir harekete tepki göstermesi bir mi?" diye. Evet, birdir. Sadece insanın durumunda arada birkaç fazladan aracı bulunur (o da sadece bazı durumlarda). Şöyle ki:
İnsanın yüzüne hızla elinizi savurursanız birey, hemen hemen aynı anda geriye çekilecek ve gözlerini yumacaktır. Uyarana tepki göstermenin en tipik örneklerinden biri budur. Bunu büyük ölçekte incelediğimizde, gerçekten de bir topun sekmesinden oldukça farklı olduğunu sanarız. Sanki bir "bilinç", özellikle o etkiden kaçıyormuş gibi hissederiz. Halbuki olan şey son derece "cansız" bir olaydır. Etki (örneğin savrulan el) yüze doğru yaklaşırken, ele çarpan "cansız" ışık fotonları göze ışık hızında ulaşır ve kırılarak ışığa duyarlı hücreler üzerine düşerler. Bu fotonların her birinin farklı açılarda, farklı hücrelere çarpması, bu hücrelerde farklı değişimlere sebep olur. Bu değişimler, bazı kimyasalların ışığın etkisi sebebiyle değişen yapıları aracılığıyla çeşitli tepkimelerin başlamasından ibarettir (tıpkı çakmağın düğmesine bastığınızda alevin çıkması gibi, basmazsanız çıkmaz). Ancak bu kimyasalların değişimi aynı zamanda bu hücrelere bağlı olan sinir hücreleri üzerinde aksiyon potansiyeli denen elektrokimyasal (ve tamamen "cansız") atımlar (pulslar) oluşturur. Bu elektrokimyasal atımlar, son derece yüksek hızda beyne iletilir. Bu iletimin tamamı kablolardan iletilen elektriğin hareketinden çok farklı değildir. Tek fark, kablodaki elektrik elektronların fiziksel hareketiyle sağlanırken, hücrelerimizde iyonların (yüklü moleküllerin) hareketiyle sağlanır. Gelen bu farklı atımlar, ışığın düşüş şekline, açısına, miktarına, vb. fiziksel özelliklerine göre farklı "atım kodları" oluşturur. Bu adeta Mors alfabesinde olduğu gibi, farklı uzunluk, frekans, şiddet, vb. özellikteki sinyallerden ibarettir. Bu farklı atımlar, beyinde bulunan sinir hücrelerinde farklı biyokimyasal tepkilerin oluşmasına sebep olurlar. Bu tepkimeler de son derece "cansız" olan kimyasal değişimlerdir (örneğin nükleofilik kimyasalların uyarılmasıyla sinirlerdeki P-X bağları kırılır). En basit anlatımıyla, elektrokimyasal atımların farklı şiddet-frekans değerlerinin, farklı kimyasal tepkimelerin gerçekleşebilmesini sağladığını söyleyebiliriz. Bunların her biri sonucu üretilen kimyasal ürünler, yapılan "etki"ye karşı "tepki" oluşturmamızı sağlar. Bu tepki, basitçe yeni bir elektrokimyasal atımın üretilmesidir (az önce bahsettiğimiz tepkimeler sonucunda). Bu atım, aynı hızla kaslara gider ve bu kaslarda belli biyokimyasal değişimler gerçekleşir (bazı iyonlar hücre içine girer, bazıları dışarı çıkar, yeni bağlar kurulur, bazı tepkimeler dengesiz hale gelir ve belli yönde değişimler olur, vs.). Bu sebeple göz kapaklarımız kapanır, vücudumuz geri çekilir (örneğin bel altımız sabit kalacak şekilde bel üstümüz geriye kayar). İşte tüm etki-tepki olayı, içerisinde cansız tepkimelerden başka en ufak bir şey görülmeyen ve kimyasal tepkimelerle açıklanamayan hiçbir noktası bulunmayan bir süreçtir. Burada meydana gelen her bir tepkime birkaç nanosaniye-mikrosaniye arasında gerçekleştiği için (toplam tepki süresi 100-300 milisaniye kadardır), sanki birey aynı anda geri çekiliyormuş gibi görünür; halbuki arada bir zaman farkı vardır.

Şimdi topa bakalım: Bir topun yere düşüp sekmesi olayı, çoğunuzun umursamadığı kadar basit bir olay değildir. Daha doğru bir ifadeyle, yukarıda anlattığımızdan daha az karmaşık bir olay değildir. Bizim basit düşünüyor olma sebebimizse, öğrenim hayatımız boyunca gördüğümüz -modern bilime kıyasla- ufuk daraltıcı Klasik Fizik açısından düşünmemizdir. Bu açıdan bakacak olursak top, yere düştüğünde "çarpar" ve belli bir kuvvetin etkisi altında geri seker. Halbuki iş bundan ibaret değildir. Kuantum Mekaniği sayesinde her şeyi atom yığını olduğunu ve cisimlerin davranışlarının asıl sebebinin atomik ilişkiler olduğunu biliyoruz. Dolayısıyla top, belli tip atomları bir arada bulunduran bir yığın olarak görülmelidir. Yer de, benzer şekilde çok çeşitli atomları bulunduran dev bir yığındır. Bu iki atom yığını karşılaşmadan önce ve karşılaşma gerçekleşene kadar atomlar birbirlerine doğru hareket etmeye meyillidirler (Newton'un yerçekimi kuramına göre kütleçekim kuvvetinden ötürü, görecelik kuramına göre uzay zamanın bükülmesinden ötürü, kuantum mekaniğine göre karanlık madde ve enerjiden ötürü). Bu yüzden top, yere doğru hareket eder. İlk olarak topun yere en yakın noktasındaki atomlar, sonrasında ise belli bir katman kalınlığındaki atomlar yerdeki atomlarla iç içe geçmeye başlarlar. Bu katman kalınlığındaki hacimde atomlar birbiri içerisine girerler ve topun bir kısmı ile yerin bir kısmı "bir" olurlar. Bu birlik sırasında, atomun içerisinde, çekirdek etrafında dolanan elektronlar birbirlerine çok yaklaştıklarında, aralarında güçlü bir itme kuvveti oluşur ve elektronlar birbirlerini giderek artan bir şiddetle iterler. İşte bir noktada, atomlar arası çekim kuvveti, elektronların birbirini itme kuvvetine yenik düşer ve top geriye doğru fırlar. Bu süreçte atomlar giderek birbirlerinden uzaklaşırlar ve aralarındaki etkileşimler karmaşık bir biçimde değişir. En nihayetinde, topun üzerindeki son atom da yerden ayrılır ve top tekrar havaya fırlamış olur. Yani bir topun sekmesi olayı da, öyle doğrudan "çarptı sekti" denecek kadar basit bir olay değildir. Tıpkı savrulan elden vücudu kaçırma gibi.

Görüldüğü gibi, atomik düzeyde bir insanın bir etkiye verdiği tepki ile, bir topun yerden sekmesi, temel olarak birbiriyle aynıdır. İkisi de oldukça karmaşık olaylar sonucu oluşsa da, basit ilkelerle açıklanabilirler. İkisinde de doğaüstü bir açıklamaya ("ruh" ya da "can" gibi) ihtiyacımız yoktur.

Yukarıdaki detaylı anlatımımız anlaşıldıysa, diğer hepsinin mekanik temellerini anlamak göreceli olarak kolay olacaktır. Bu sebeple, teknik detayları üzerinde düşünmeyi size bırakarak, olabildiğince kısa bir biçimde geçmeye çalışacağız.

dderya · 4 Mys 2014

2) Üreme:
Üreme (bu durumda eşeyli üremeyi ele alalım; ancak eşeysiz üreme de benzer ve daha basittir), bilindiği üzere genetik materyalin aktarıldığı üreme hücrelerinin (sperm ve yumurta gibi) birleşmesi sonucu gerçekleşen olayın adıdır. Bu olay sonucunda, bu olaya katılan iki bireyin özelliklerinin harmanlandığı bir ürün ortaya çıkar. Peki canlılığın süregelmesinde kilit rol oynayan bu olay, yukarıda yaptığımız gibi kimyasal tepkime zincirleriyle, dolayısıyla tamamen mekanik basamaklarla açıklanamaz mı? Elbette açıklanabilir.

"Hücre" dediğimiz yapı, içerisinde sayısız kimyasal tepkimenin döndüğü bir fabrika gibidir. Bu tepkimeler sonucunda birçok ürün ve değişim meydana gelir. Ve hücre, canlılığın temel yapı birimi olarak görülmektedir. Ancak nasıl ki, içerisinde ne kadar karmaşık işler dönüyor olursa olsun bir fabrikaya "canlı" demiyorsak (sırf karmaşıklığından ötürü), hücreye de herhangi bir maddeden üstünmüş ya da farklıymış gibi yaklaşmak çok modern bir davranış olmayacaktır. Çünkü hücreyi hücre yapan bütün tepkimeler, tıpkı bir demirin yanması gibi "cansız" tepkimelerdir. Tek bir tepkime dahi yoktur ki, demirin yanmasından farklı bir şekilde gerçekleşsin (biraz daha karmaşık olabilir, biraz daha az karmaşık olabilir, ancak temelde tamamen farklı olamaz). Eğer öyleyse, hücrenin "canlılığı" nerede başlar, "cansızlığı" nerede biter? Eğer ki şekerin oksijenle birleşmesi tamamen "cansız" bir kimyasal tepkimeyse, hücreye, yani bu tepkime ve benzererinin bütününden oluşan yapıya neden "canlı" deriz? Buna mantıklı ve genel geçer bir cevap vermek imkansızdır. Çünkü canlıları "canlı" yapan unsurlarla ilgili ön kabullerimiz (yukarıda saydığımız maddeler) keyfi ve geçersizdir.

Bir hücrenin bölünme/üreme işlemi de tamamen biyokimya kontrollü bir olaydır. Hücreler, tiplerine göre üç farklı bölünme türüyle çoğalabilirler: amitoz, mitoz veya mayoz. Bu üç bölünme arasındaki tek fark, içeriğindeki faz sayılarıdır. Evrimsel süreç ile öngörebileceğimiz gibi, çoğunlukla (ama her zaman değil!) basitten karmaşığa evrimleşmiş olan mekanizma ve yapılar, üreme olayında da görülmektedir. Önce en basit bölünme tipi olan ve oldukça rastlantısal oluşan amitoz oluşmuş, sonrasında ise sırasıyla, giderek kontrollü ve karmaşık bir hale gelen mitoz ve mayoz evrimleşmiştir. Dediğimiz gibi en karmaşık üreme biçimi olan mayozu bile ele alacak olsak, gördüğümüz olaylar son derece mekanik ve sıradandır: belirli kimyasalların salgılanması ve üreme hücrelerine ulaşması sonucu, hücreler içerisindeki genetik materyal çözülür ve bir dizi kimyasal tepkime sonucunda hücre 4 yeni hücreye ayrılır. Bu süreçte kromozomlar eşlenir, kopyalanır ve dağıtılır. Tüm bu olaylar sırasında her zaman hatalar ve eksikler de olur (hiçbir sistem kusursuz değildir!). Üremeye odaklanacak olursak, eşeyli üreme sonucu üretilen üreme hücresi, örneğin sperm, tamamen kimya kontrollü bir şekilde, yumurtanın salgıladığı kimyasallara doğru fiziksel kuvvetlerin etkisiyle "çekilir" ve yine tamamen kimyasal tepkimelerle, spermin akrozomu eriyerek içerisindeki genleri yumurta içerisine aktarır, yani "kaynaşma" gerçekleşir. Bunun sonucunda yine detaylıca bilinen kimyasal tepkimeler sonucu zigot oluşmuş olur ve arka arkaya gelen mitozlarla yavru oluşmaya başlar.

Bu süreç içerisinde de, bilimsel sınırlar dahilinde açıklanması mümkün olmayan hiçbir nokta bulunmamaktadır.

3) Büyüme ve Gelişme: İşte bu kısım da, zigotun oluşumundan sonraki basamaktır. Zigot oluştuktan, birey ölene kadar sürekli olarak mitoz geçirerek hücre sayısı artar. Ortalama 10 trilyon hücreye sahip olana dek bu bölünmeler sürer. Esasında burada olan hücresel bir değişimden çok, hücre yığınlarında meydana gelen değişimdir. Burada dikkat çekebilecek bir nokta, hücrelerin nasıl birbirleriyle iletişim kurarak ortaklaşa çalıştıkları ve ne zaman, nerede olmaları gerektiğini nasıl biliyor olduklarıdır. Bu, konu hakkında bilgisiz bir insana büyüleyici gelse de, hücreler arası kurulan yağ zırhı köprüleri ve kanalcıkları, buralardan aktarılan kimyasallar, vb. düşünüldüğünde, çok da abartılı bir durum olmadığı görülecektir. Hücreler arası iletişim (ve çoğunlukla oluşabilen iletişimsizlik sorunları), günümüzde detaylıca bilinmektedir. Örneğin bir hücrenin kulak hücresi olacağına karar veren bir dizi genin varlığı tespit edilmiştir. Bu genlerin ne zaman aktive olacağının da hiçbir gizemli yanı yoktur: ilkin yapıdaki embriyonun ana rahmindeki konumuna bağlı olarak farklı hücreler, farklı fiziksel değişimler geçirmek durumunda kalırlar. Çünkü hücre içerisinde biriken kimyasalların derişim farkları, hücreleri farklı tiplerde değişimler geçirmeye zorlar. Bir noktadan sonra, farklı bölgelerde yerel olarak farklılaşan hücre grupları arasındaki etkileşimler de, bir sonraki basamakta ne gibi değişimler olacağını belirler. Genler, sırasıyla ve etraflarındaki fiziksel/kimyasal uyaranlar etkisi altında okunmayı sürdürdükçe, hücreler farklılaşır, değişir. Bunun sonucunda dışarıdan gözleyen biri, organizmanın büyüdüğünü ve geliştiğini görecektir. Elbette tüm bu konular ayrı ayrı ders kitaplarına girebilecek kadar geniş olduğundan, burada yüzeysel bir yaklaşım sunabiliyoruz. Dediğimiz gibi, detayları ve incelikleri konusunda düşünmeyi biraz da size bırakıyoruz. Fakat biliniz ki, gelişim biyolojisi dahilinde gelişimin tüm basamakları sadece fizik ve kimya yasalarıyla kolaylıkla açıklanabilmektedir (meraklılar ders kitaplarına başvurabilirler).

4) İç Dengeyi Koruma (Homeostasis): Canlıların varlıklarını sürdürebilmelerinin tek yolu, kimyasalları kullanarak ürettikleri enerjiyi harcayarak kendilerini düzensizliğe iten tüm faktörlere karşı gelmektir. Bunu bilim insanları iç dengenin korunması olarak tanımlamaktadırlar. Örneğin bir kaya, bizim kategorizasyonumuz dahilinde cansızdır. Bunu gösteren en temel özelliklerden bir tanesi kayanın fiziksel bütünlüğünü bozmak için sarf edeceğiniz çabaya (enerjiye) karşı koyabilecek bir kimyasal-fiziksel mekanizmasının bulunmayışıdır. İşte canlılığı modern kategorizasyon dahilinde ayırt etmemizi sağlayan bu en temel unsur bile, tamamiyle mekanik bir biçimde izah edilebilir. Örneğin yukarıda izah ettiğimiz yüz kaçırma refleksi, bu dengenin sürdürülebilmesi için önlem amaçlı geliştirilmiş bir tepkimeler bütününün sonucudur. İç denge, illa önlem içerikli olmak zorunda değildir. Örneğin vücudunuza gereğinden fazla asidik besinler/içecekler aldığınızda, vücut çevresine uygun olacak biçimde evrimleştiği dengeyi korumak adına alkalin yapılı kimyasallar salgılayarak asidi dengelerler (bunların salgısını tetikleyen asidin vücuda girişi sonucu hücrelerde meydana gelen kimyasal değişimlerdir). Dolayısıyla her canlı varlık, "elinden geldiğince" (yani genleri ve biyokimyasal yapısı izin verdikçe) iç dengesini ve yapısını korumaya çalışır. Bunu, enerji sarf ederek yapmak zorundadır (bkz: termodinamik yasaları ve evrim). Eğer başarılı olamazsa (enerjisi yetmezse), iç dengesi veya genel yapısı bozularak "ölür". İşte canlılık ile cansızlık arası geçiş böyle tanımlanmaktadır. Görülebileceği gibi tüm bu basamaklar tamamen mekaniktir.

5) Belli Bir Organizasyona Sahip Olma: Modern canlılık tanımının iki ayağından biri az önce izah ettiğimiz iç denge ise, ikincisi bu maddedir. Her canlı yapı iç denge sonucu korunan bir yapıya sahiptir. Modern canlılık tanımı dahilinde -az sonra anlatacağımız gibi- her canlı, varlığını koruduğu sürece organizasyonunu da korumak zorundadır. Aksi takdirde cansız konuma geçecektir. Organizasyona sahip olma durumu da, zaten adından da anlaşılabileceği gibi tamamen fiziksel bir konudur. Çünkü bir canlının dış yapısını, şeklini, büyüklüğünü, vücut ölçülerini belirleyen fizik yasalarıdır. Dünya'nın yerçekim ivmesi, üzerindeki birçok canlının şekilsel niteliklerini sınırlandırmaktadır. Örneğin Mars'a giden bir birey, orada yaşadıktan sonra Dünya'ya dönecek olursa buraya adapte olması neredeyse imkansızdır. Çünkü kütleçekim ivmesi Mars'ta, Dünya'dakinin 3'te 1'i kadardır. Bu da, tüm kemik yapısının fiziksel etkiler altında değişmesini gerektirir. Ancak kemiklerimiz bu kadar kolay değişemeyeceğinden ötürü, belli bir süre sonunda Mars'ta eriyerek küçülseler de, Dünya'ya dönünce tekrar sertleşerek eski hallerine dönemezler ve birey iskelet ve kas sorunları çeker. Araştırmacılar, Dünya'nın yerçekim ivmesi herhangi bir şekilde farklı olacak olsaydı, üzerindeki tüm canlıların fiziksel özelliklerinin de farklı olacağını izah etmektedirler. Çünkü organizasyonumuz, vücudumuzun dış yüzeyi ile iç hacmi arasındaki dengeyi de belirlemektedir. Bu denge, ancak belli sınırlara kadar korunabilmektedir. Bu sınırları belirleyen fiziki dış koşullardır

dderya · 4 Mys 2014

6) Metabolik Faaliyetler Gerçekleştirme: Metabolizmanın mekanikliğini anlamanın en basit yolu, solunum gibi bir faaliyeti düşünmektir. Daha önce de değindiğimiz gibi, solunum bir yanma tepkimesidir. Yani oksijen, tıpkı demirin paslanması sırasında gözlemlediğimiz gibi bir tepkime sonucu, glikozu yakar (elbette, buradaki yanmaktan kasıt alev almak demek değildir). Bu yanma sonucunda oluşan kimyasallar, vücut içerisinde bulunan diğer kimyasal yolaklara katılarak, glikozun içerisindeki enerji açığa çıkarılmış olur. Böylece, yukarıda izah ettiğimiz gibi, üretilen enerji çeşitli işlerde harcanarak yapı sürdürülebilir. Diğer tüm metabolik faaliyetler de, tamamen kimyasal ve fiziksel etkilerle açıklanabilir. Örneğin "acıkma" refleksinin nasıl oluştuğunu düşünerek pratik yapabiliriz (ipuçları: midenin belli bir düzeyde boşalması, kandaki kimyasal oranlarında değişmeler, beyindeki bölgelerin uyarımı)

7) Adapte Olabilmek: Bunu canlılık kriterleri arasına eklemek bile ciddi bir tartışma konusudur. Çünkü adapte olmak bir özelliğin değil, bir sürecin adıdır. Bir yapının niteliksel ve niceliksel özelliklerine bakarak adapte olup olamayacağını anlayamayız. Zira, adaptasyon bir bireyin özelliği değil, bir popülasyonun özelliğidir. Bu sebeple adaptasyon yetisini bir canlılık unsuru olarak saymak doğru değildir. Zaten modern bilim dahilinde adaptasyon (ve evrim), canlılığın sonucunda var olabilen bir yasa olarak görülmektedir. Biyotanın (canlılığın) olmadığı bir yerde, biyolojik evrimden bahsedilemez. Adaptasyonu bir canlılık belirtisi olarak görmek, konu içerisinde bir paradoks yaratmaktadır. Bu yüzden günümüzde bu madde canlılık nitelikleri arasında kabul görmez. Ne var ki, göreceği varsayılsa bile, bu durum da tamamen fiziksel ve kimyasal süreçlerin etkisiyle izah edilebilir. Zira adaptasyonu mümkün kılan, yapıların iç denge ve organizasyonlarını korumak adına birbirleriyle mücadele etmek durumunda kalması (çünkü kaynaklar sınırlıdır, çevre acımasızdır) ve bu mücadelede her bir bireyin diğeriyle eşit özelliklere sahip olmamasıdır (bkz: genetik). Bunun sonucunda oluşabilecek tüm durumlar, basit fizik ve kimya yasalarıyla incelenebilmektedir.

Tüm bunlardan ve çok daha fazlasından görülebileceği gibi, canlılığı "canlı" yaptığını iddia ettiğimiz unsurların hiçbiri, cansızlıktan bağımsız olarak düşünülemez. Peki, eğer özelliklerin kendilerinin canlılık ile alakası yoksa, nasıl bunlara sahip olan varlıklar, diğer varlıklardan farklı olabilmektedirler?

Modern Canlı-Cansız Tanımı: Kimyasal Evrim

İşte bu noktada, bir gerçeği görmemiz şarttır. Etrafımızdaki bazı varlıklar, diğerlerine göre oldukça aktiftirler ve bütünlüklerini diğerlerine göre çok daha başarılı olarak koruyabilirler. Dolayısıyla etrafını inceleyen insanlar da, çoğunlukla kolay ve alışageldiğimiz bir biçimde canlılar ile cansızları birbirinden ayırabilirler. Peki böylesi niteliksel farklılıkların varlığı, canlı-cansız ayrımı yapabilmemiz için yeterli midir?

Hayır! Modern tanımlamada bile canlı ile cansızın özünde birbiriyle tamamen aynı olduğu gerçeği yatmaktadır ve bilim insanlarının büyük bir kısmı bu gerçeği kabul ederler. Dolayısıyla hangi tanım yapılırsa yapılsın, bu gerçek akıldan çıkarılmamalıdır: Canlı ve cansızlar arasında, hiçbir fark bulunmaz.

Peki, en azından anlaşma kolaylığı sağlamak ve varlıkları kategorize edebilmemiz açısından modern canlılık tanımı nasıl yapılmaktadır?

Bunun için aslında yapmamız gereken oldukça basittir: en başından beri insanların yaptığı gibi, etrafımıza bakmak gerekir. Ancak onların muğlak biçimde tanımladığının aksine, daha kapsayıcı ve net bir tanım yapmak yerinde olacaktır. Etrafımıza baktığımızda, bazı varlıkların bütünlüklerini aktif olarak koruyabildiklerini ve belirli, daha doğrusu düzenli bir organizasyonları olduğunu ve daha da önemlisi, bazı varlıklarda bu ikisinin aynı anda bulunduğunu görürüz. Bunun haricinde tanıma katmaya çalışacağımız her nitelik, gereğinden fazla istisna yaratarak tanımın kapsayıcılığını bozacaktır.

Şimdi, bu tanımı yapabilmemizi sağlayan şu 2 ana özelliğe daha yakından bakalım:

1) Organizasyon: Bu kavrama birçok farklı açıdan yaklaşmak mümkündür. Ancak bu noktada bizim ilgilendiğimiz organizasyon tipi, bütünlüğünü belli bir düzeye kadar koruyabilen ve dış etkilere karşı belli bir düzeye kadar dağılmayan bir yapının bulunmasıdır. Evren'deki her varlık, gerekli şiddetteki etkinin altında atomlarına ve hatta daha fazlasına ayrılacaktır (örnekler: bir bölgeye atılan atom bombası, insana hızla çarpan bir araba, kayaya indirilen bir balyoz darbesi, vs.). Ki zaten bu gerçek de bize her varlığın özünde aynı olduğunu ve canlı ile cansız ayrımının doğada bulunmadığını bir diğer açıdan göstermektedir.

2) Aktivite: Bahsedilen, belli bir düzeye kadar dengeli olan organizasyon içerisinde, temel olarak iki biyolojik amaca hizmet edecek çeşitli aktivitelerin düzenli olarak sürdürülmesi demektir. Bu iki temel biyolojik amacı (başka yazılarımızda daha detaylı anlatacağımız gibi) şöyle tanımlayabiliriz:hayatta kalmak (veya varlığını sürdürmek) ve üremek (veya çoğalmak). Bu aktiviteler, tamamen biyokimya temelli ve teknik olarak "cansız" olmakla birlikte, bizlerin yapacağı "canlı" tanımının belirlenebilmesi için, organizasyon ile birlikte olmazsa olmazdır.

Canlılığı tanımlamamızı sağlayan aktivitenin en önemli bileşeni, genetik materyaldir. Çünküorganizasyonun sürdürülebilir olmasını sağlayacak olan aktivite, genetik kod tarafından düzenlenir. Şimdiye kadar genetik koda sahip olmadan tanımladığımız canlılığın iki niteliğini bir arada bulundurabilen hiçbir varlığa rastlanmamıştır.

Dolayısıyla, burada anlaşılması gereken en önemli nokta, yukarıdaki iki olgunun mutlaka bir arada bulunması gerektiğidir. Eğer bu olguların ikisi de bir arada bulunmuyorsa, o varlığı, bizim "canlı" diyeceğimiz kategoriye koymak doğru olmayacaktır.

Biraz analiz yaparak örnekler üzerinden gidelim:

dderya · 4 Mys 2014

Kaya: Dev bir kaya parçası düşünün. Bu kaya parçasının belirli bir organizasyonu bulunmaktadır (dış şekli ve yapısı). Bu organizasyon, belli bir düzeydeki kuvvetlerin etkisinin bulunduğu durumlar haricinde oldukça sabit ve değişmezdir. Yani kolay kolay kırılmaz, dağılmaz, parçalanmaz. Bu özelliği ile kaya, canlılığın "organizasyon" kriterini sağlamaktadır. Ancak bu organizasyonu dahilinde hiçbir aktivite bulunmaz. Varlığını aktif olarak sürdürmesine olanak sağlayacak hiçbir olay bünyesinde gerçekleşmez. Bu açıdan kaya, net bir şekilde, modern canlılık tanımına göre "cansız" bir varlıktır.

Sinek: Öte yandan ufacık bir sinek, belli bir organizasyona sahiptir ve belli bir düzeye kadar kuvvetlere dayanabilmektedir. Bu açıdan, organizasyonu kolay kolay bozulmaz ve aradığımız kriteri sağlar. Aynı zamanda, organizasyonu dahilinde sürekli olarak hayatta kalma ve üremeye yönelik bir aktivite gerçekleşmektedir. Bu aktivite gerek beyninden kaynaklı olsun, gerek kas hücrelerinden kaynaklı olsun, bir şekilde, tamamen cansız tepkimelerle yürütülmesine rağmen, en nihayetinde hayatta kalma ve üremeye yöneliktir. Dolayısıyla sinek, iki kriterimize de uyarak canlı bir varlık olduğunu göstermektedir.

Sünger: Hayvanlar Alemi içerisinde bir şube olarak karşımıza çıkan bu canlı grubu, canlılığın oldukça muğlak bir tanım olduğunu göstermek için faydalıdır. Süngerler, esasında gelişmiş bir hücre kolonisidir. Dışarıdan bakıldığında cansız gibi gözükseler de, esasında hücrelerden oluşan ve belli bir şekle sahip olan yapılardır (yani bir organizasyona sahiptirler). Her ne kadar bu şekil asimetrik olsa da, bu canlılar dışarıdan bir etki olmadığı sürece bu şekillerini korurlar. Aynı zamanda, bu canlılar içerisinde bir aktivite de bulunmaktadır. Yani bu canlılar organizasyonlarını koruyabilmek ve varlıklarını sürdürmek için aktif olarak enerji sarf ederler. Ne var ki, organizasyonlarını bozmak son derece kolaydır. Eğer ki süngerleri bir rendeden geçirecek olursanız, milyonlarca hücreye ve hücre kümesine ayrılacaktırlar. İşte burada ilginç bir durum karşımıza çıkar: canlılık, adeta "el değiştirir". Artık sünger eski bütünlüğünü yitirmiştir, dolayısıyla canlı değildir. Ancak zaten artık ilgilenebileceğimiz bir yapı da kalmamıştır ortada. Elimizde kalan hücreler ve hücre yığınları ise organizmalarını ve aktivitelerini sürdürebilirler, dolayısıyla halen canlıdırlar. Üstelik bu parçalar bir araya gelerek yeni bir sünger yapısı oluşturabilirler. Bu bize yaşam ve ölümle ilgili çok ilginç fikirler verebilir. Her ne kadar süngerlerde organizasyonun bozulması tolere edilebiliyor olsa da, daha karmaşık canlılarda bu mümkün olamamaktadır. Ancak canlılığın yapının durumuna göre belirlendiğine dair güzel bir örnek olarak bunu da sunmak istedik.

Virüs: Virüsler, çok uzun süreden beridir canlı mı yoksa cansız mı olduğu tartışılmakta olan; ancak çok büyük oranda bilim insanı tarafından "cansız" olduğu kabul edilen yapılardır. Bizim yaptığımız tanım dahilinde, zaten canlı olamayacağı kolaylıkla anlaşılabilmektedir. Çünkü virüslerin, belli bir konak hücre haricinde varlıklarını sürdürürken belli bir organizasyonları daima bulunur. Bir kılıf içerisinde, geçici olarak işe yaramayan bir genetik madde, sürekli olarak bir oraya bir buraya savrulur. Genellikle kristalize (ve net bir şekilde cansız) olarak bulunan bu yapı içerisinde herhangi bir aktivite olmadığı için virüsler konak dışarısındayken cansızdır (virüsler bir konak olmadan herhangi bir faaliyet gerçekleştiremezler).Peki ya konak içerisindeyken? Bu defa da, virüsün kılıfı, hücrenin dış çeperine yapışır ve genetik madde hücrenin içerisine akar. Bu genetik madde (virüsü temsil etmektedir), her ne kadar artık aktiviteye sahiptirse de, bu defa da kendisine ait bir organizasyonu bulunmamaktadır. Üstelik aktivitesi de oldukça sınırlıdır. Genetik materyal organizasyonunu korumak amacıyla enerji harcayamaz, dolayısıyla organizasyonu aktif olarak koruyamaz. Dolayısıyla virüs, hücre içerisinde de cansızdır. İşte buradan da anlaşılabileceği gibi virüsler, "canlı olmaya çok yakın olmalarına rağmen henüz olamamış, cansız" varlıklardır.

Tabii, tüm bu kategorizasyonu yaparken tekrar tekrar uyarmakta fayda görüyoruz: Doğada, aslında bu ayrım yoktur! Bu tanımlamayı insan türü olarak biz, birbirimizle iletişim kurabilmek ve doğadaki varlıkları kategorize edebilmek için var etmekteyiz. Dolayısıyla özünde bakıldığında bir virüs de, bir insan da cansızdır! Eğer ki bir gün bir kömür parçası, kategorizasyon yapabilecek düzeye ulaşacak olsaydı (bu, hipotetik bir açıklamadır), emin olun ki kategorizasyon için kullandığı öncelikler, bizimkilerden tamamen farklı olacaktır. Muhtemelen elmas ve grafit ayrıcalıklı olacak, bizleri var eden nükleotitler ve proteinler gibi diğer yapılar ikinci planda tutulacaktır. Bizim kategorizasyonumuzda da canlılar ön plana alınmaktadır ve cansızlar ikincil planda tutulmaktadır. Çünkü biz, kendimize ait özellikleri gördüğümüz yapılara öncelik/üstünlük vermekteyiz.

Peki, en başından neden böyle bir ayrım görüyoruz? Doğada neden farklı özellikte yapılar var? Cansız özellikleriyle canlı özellikleri neden doğada var? İşte burada karşımıza kimyasal evrim kavramı çıkıyor.

Kimyasal evrim, Evrimsel Biyoloji'nin bilimin ve yaşamın her alanına dahil olmasıyla birlikte, biyokimya alanında çalışan bilim insanlarının keşfettikleri son derece güçlü bir doğa yasasıdır. Bu yasaya göre, canlılar üzerinde net bir biçimde gözlemlediğimiz evrimsel yasalar, biyokimyasal moleküller düzeyinde de geçerli olabilmektedir. Çünkü farklı molekül kombinasyonlarının oluşturduğu yapıların bazı versiyonları çevreye daha uyumluyken, bazıları daha uyumsuz olabilecektir. Bu yapıların, nükleotitlerin tepkimeleri yönlendirici özelliğinin etkisi altında evrimleşmeleri kaçınılmazdır. Çünkü her seferinde, genetik yapıdan ötürü oluşabilen biyokimyasal dizilerin ortama en uygun olanları varlıklarını sürdürebilecek ve canlılığın cansızlıktan evrimine katkı sağlayabilecektir. Yapısı uyumlu olmayan kimyasallar ise en başından elenecek veya canlılığa herhangi bir katkı sağlayamayacaktır. Bu da, canlılığın cansızlık içerisindeki evrimi sırasında olmuş olabilecek olaylara ışık tutmamızı sağlar. Üstelik, yapılan biyokimya deneylerinde kimyasal evrimin mümkün olduğu ve canlılığın evrimleştiğini düşündüğümüz okyanus tabanlarındaki volkanik bacalar etrafında geniş bir kimyasal çeşitliliğin bulunduğu ispatlanmıştır. Çeşitliliğin genişliği, evrimin de kaçınılmaz olduğunu göstermektedir.

Bu açıdan bakıldığında, vücudumuzda bulunan karbon ile kömür içerisinde bulunan karbon birbiriyle tamamen aynıdır. Peki neden bizdeki karbondan ve benzeri moleküllerden ötürü biz "canlı" olurken, kömür "canlı" olamamaktadır? Bunu, yukarıda yaptığımız gibi keyfi kategorizasyonlarımız haricinde açıklamanın bir yolu yoktur. İşte bu yüzden canlılık ile cansızlık arasında fark olmadığını belirtiriz.

Fakat aynı karbon atomlarına sahip kömür ve insan gibi varlıkların, birbirinden bu kadar farklı özelliklere sahip olabilmesinin sebebi, karbonun en başlarda, Dünya'nın oluşumundan sonraki 600 milyon yıl içerisinde, farklı alanlarda, farklı şekillerde değişmiş olmasındandır. Örneğin, sonraki yazılarımızda izah edeceğimiz koaservatların (en ilkin hücre yapısı) bünyesindeki karbon, günümüze kadar gelecek Hayat Molekülleri'nin temelini oluştururken, toprağın altında biriken karbon önce kömürü ve sonrasında elması oluşturmuştur. Karbon aslında aynı karbondur; ancak ürün, çok uzun değişimler sonucunda, tamamen farklı olmaktadır. İşte kimyasal evrim, aynı karbonun bu kadar farklı nitelikte yapılar oluşturacak şekilde yönelmesinin sebeplerini açıklayabilmektedir.

dderya · 4 Mys 2014

Sonuç

Sonuç olarak, canlılık ve cansızlık sadece tanımlardan ibaret olan, iki varlık tipidir. Bu iki varlık tipi, tıpkı tüm canlıların ortak bir atası olması gibi, tüm varlıkların ortak atası olan ve genellikle (ve doğrulukla) "cansız" olarak düşünülen maddeden evrimleşmiştir. Özünde, ikisi de aynı cansız varlıktan, maddeden (ya da enerjiden) oluşmaktadır. Sadece, aşırı uzun süreli farklılaşma, onlar arasındaki bu derin farkları doğurmaktadır. Günümüzde, insanın sıradışı (!) olduğunu "düşünmemizi" sağlayan "düşünce" bile, tamamen cansız, elektro-biyokimyasal olaylar zinciri ile kolaylıkla açıklanabilmektedir.

Doğada, hiçbir varlığın doğa üstü bir özelliğine rastlanmamıştır ve şimdiye kadar ortaya atılan tüm doğa üstü iddialar, bilimsel gerçeklerle düzeltilmiş ve etkisiz kılınmıştır. Canlılık ve cansızlık da, her ne kadar günlük hayatta sıklıkla aksini kullansak da, birbiriyle tamamen aynı yapıya sahip, sadece özelleşme ve değişme konusunda farklılaşmış olan varlık tipleridir.

Bunu anlayan biri, Darwin'in heyecan ve hayranlıkla ifade ettiği bu yaşam görüşündeki muhteşemliği fark edebilecektir. Üstelik bu muhteşemliğin gücünü arttıran, bu hayat görüşünün gücünü doğadan ve salt gerçeklerden alıyor olmasıdır.

Kaynaklar ve İleri Okuma:

Biogenesis, abiogenesis, biopoesis and all that, Carl Sagan, Origins of Life and Evolution of Biospheres, Volume 6, Number 4 (1975), 577, DOI: 10.1007/BF00928906
Conversion of light energy into chemical one in abiogenesis as a precondition of the origin of life, T.E. Pavloyskaya, T.A. Telegina, Origins of Life and Evolution of Biospheres, Volume 19, Numbers 3-5 (1989), 227-28, DOI: 10.1007/BF02388822
Abiogenesis and photostimulated heterogeneous reactions in the interstellar medium and on primitive earth: Relevance to the genesis of life,A.V. Emeline et al., Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, Volume 3, Issue 3, 31 January 2003, Pages 203–224
The possibility of nucleotide abiogenic synthesis in conditions of “KOSMOS-2044” satellite space flight,E.A. Kuzicheva, Advances in Space Research, Volume 23, Issue 2, 1999, Pages 393–396
The emergence of the non-cellular phase of life on the fine-grained clayish particles of the early Earth's regolith, Mark D. Nussinov, et al., Biosystems, Volume 42, Issues 2–3, 1997, Pages 111–118
Models for protocellular photophosphorylation, Peter R. Bahn, et al., Biosystems, Volume 14, Issue 1, 1981, Pages 3–14
Evolution and self-assembly of protocells,Richard V. Sole, The International Journal of Biochemistry & Cell Biology, Volume 41, Issue 2, February 2009, Pages 274–284
Sufficient conditions for emergent synchronization in protocellmodels, Journal of Theoretical Biology, Volume 254, Issue 4, 21 October 2008, Pages 741–751
The emergence of ribozymes synthesizing membrane components in RNA-based protocells,Wentao Ma, et al., Biosystems, Volume 99, Issue 3, March 2010, Pages 201–209
The “protocell”: A mathematical model of self-maintenance,Helmut Schwegler, et al., Biosystems, Volume 19, Issue 4, 1986, Pages 307–315
Computational studies on conditions of the emergence of autopoietic protocells,Naoaki Ono, Biosystems, Volume 81, Issue 3, September 2005, Pages 223–233
Bifurcation for a free boundary problem modeling a protocell,Hua Zhang, et al., Nonlinear Analysis: Theory, Methods & Applications, Volume 70, Issue 7, 1 April 2009, Pages 2779–2795
Protocell self-reproduction in a spatially extended metabolism–vesicle system,Javier Macia, et al., Journal of Theoretical Biology, Volume 245, Issue 3, 7 April 2007, Pages 400–410
A nonlinear treatment of the protocell model by a boundary layer approximation,Kazuaki Tarumi, et al., Bulletin of Mathematical Biology, Volume 49, Issue 3, 1987, Pages 307–320
A model for the origin of stable protocells in a primitive alkaline ocean,W.D. Snyder, et al., Biosystems, Volume 7, Issue 2, October 1975, Pages 222–229
Facilitated diffusion of amino acids across bimolecular lipid membranes as a model for selective accumulation of amino acids in a primordial protocell,William Stillwell, Biosystems, Volume 8, Issue 3, December 1976, Pages 111–117
The origins of behavior in macromolecules and protocells,Sidney W. Fox, Comparative Biochemistry and Physiology Part B: Comparative Biochemistry, Volume 67, Issue 3, 1980, Pages 423–436
Self-organization of the protocell was a forward process,Sidney W. Fox, Journal of Theoretical Biology, Volume 101, Issue 2, 21 March 1983, Pages 321–323
From prebiotic chemistry to cellular metabolism—Thechemicalevolution of metabolism before Darwinian natural selection,Enrique Melendez-Hevia, et al., Journal of Theoretical Biology, Volume 252, Issue 3, 7 June 2008, Pages 505–519
Natural selection in chemical evolution,Chrisantha Fernando, et al., Journal of Theoretical Biology, Volume 247, Issue 1, 7 July 2007, Pages 152–167
Chemical evolution of amino acid induced by soft X-ray with synchrotron radiation,F. Kaneko, et al., Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, Volumes 144–147, June 2005, Pages 291–294
Radiation-induced chemicalevolution of biomolecules,Kazumichi Nakagawa, Radiation Physics and Chemistry, Volume 78, Issue 12, December 2009, Pages 1198–1201
Evolution of DNA and RNA as catalysts for chemical reactions,Andres Jaschke, et al., Current Opinion in Chemical Biology, Volume 4, Issue 3, 1 June 2000, Pages 257–262
Anatomical correlates for category-specific naming of living andnon-living things,Carlo Giussani, et al., NeuroImage, Volume 56, Issue 1, 1 May 2011, Pages 323–329
Formamide in non-life/lifetransition,Raffaele Saladino, et al., Physics of Life Reviews, Volume 9, Issue 1, March 2012, Pages 121–123
Major life-history transitions by deterministic directional natural selection,Lars Witting, Journal of Theoretical Biology, Volume 225, Issue 3, 7 December 2003, Pages 389–406
From the primordial soup to the latest universal common ancestor,Mario Vaneechoutte, et al., Research in Microbiology, Volume 160, Issue 7, September 2009, Pages 437–440
How life evolved: Forget the primordial soup,Nick Lane, The New Scientist, Volume 204, Issue 2730, 14 October 2009, Pages 38–42
Modelling the early events of primordial life, Yu. N. Zhuravlev, et al., Ecological Modelling, Volume 212, Issues 3–4, 10 April 2008, Pages 536–544
From a soup or a seed? Pyritic metabolic complexes in the origin of life, Matthew R. Edwards, Trends in Ecology & Evolution, Volume 13, Issue 5, May 1998, Pages 178–181
Self-organization vs. self-ordering events in life-origin models,David L. Abel, Physics of Life Reviews, Volume 3, Issue 4, December 2006, Pages 211–228
The steroid receptor RNA activator is the first functional RNA encoding a protein,S. Chooniedass-Kothari, et al., FEBS Letters, Volume 566, Issues 1–3, 21 May 2004, Pages 43–47
RNA, the first macromolecular catalyst: the ribosome is a ribozyme,Thomas A. Steitz, et al., Trends in Ecology & Evolution, Volume 28, Issue 8, August 2003, Pages 411–418
Did the first virus self-assemble from self-replicating prion proteins and RNA?,Omar Lupi, Medical Hypotheses, Volume 69, Issue 4, 2007, Pages 724–730
Characters of very ancient proteins,Bin Guang-Ma, et al., Biochemical and Biophysical Research Communications, Volume 366, Issue 3, 15 February 2008, Pages 607–611
Simple coacervate of pullulan formed by the addition of poly(ethylene oxide) in an aqueous solution,Hiroyuki Ohno, et al., Polymer, Volume 32, Issue 16, 1991, Pages 3062–3066
Preparation of polyacrylamide derivatives showing thermo-reversible coacervate formation and their potential application to two-phase separation processes,Hiroaki Miyazaki, et al., Polymer, Volume 37, Issue 4, 1996, Pages 681–685
Coacervate complex formation between cationic polyacrylamide and anionic sulfonated kraft lignin,Alois Vanerek, et al., Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Volume 273, Issues 1–3, 1 February 2006, Pages 55–62
Complex coacervates as a foundation for synthetic underwater adhesives,Russell J. Stewart, et al., Advances in Colloid and Interface Science, Volume 167, Issues 1–2, 14 September 2011, Pages 85–93

-alıntıdır-

dderya · 4 Mys 2014

Abiyogenez - 2: Canlılığın Temelindeki Moleküllere Giriş: 'Hayat Molekülleri'

Bu yazımızdan itibaren, ilk yazımızda verdiğimiz önemli giriş bilgilerinin üzerine, artık "Hayat Molekülleri" dediğimiz kimyasal bileşiklerin ne olduğundan ve canlılık için neden önemli olduğundan bahsetmek istiyoruz. Sistematik bir biçimde bu molekülleri, işlevlerini, yapılarını, oluşumlarını analiz edecek ve sonrasında daha derin konulara doğru ilerleyeceğiz. Ancak bir insanın canlılığın ne olduğunu ve cansızlıktan nasıl evrimleştiğini anlayabilmek için, canlılığın temelini oluşturan ve bir önceki yazımızda bahsettiğimiz aktivite ve organizasyon özelliklerini kazanmalarını sağlayan molekülleri tanıması gerekmektedir. Bu yüzden, bu yazılarımız daha da önem arz etmektedir.

Bilindiği gibi Evren dahilindeki her madde atomlardan (ve atom altı parçacıklardan) oluşmaktadır. Beyninizden karaciğerinize, arabanızdan klavyenize, Mars'tan Andromeda Galaksisi'ne, bir mol hidrojen molekülünden bir saç tanesine kadar her şey, atomlar yığınıdır. Sizi "canlı" yapan da atomlardır, bir taş parçasını "cansız" yapan da... Hatta çoğu zaman bu ikisindeki moleküller aynı ya da benzer bile olabilir! İki varlık grubu arasındaki tek fark, bir önceki yazımızda ele aldığımız kimyasal evrimdir. Canlıları oluşturacak olan kimyasallar belli bir yönde evrimleşmişken, cansızları oluşturacak daha geniş bir grup farklı bir evrimsel süreç izlemiştir. Canlılarla ilgili evrimi anlamak için bu yazı dizimizi okumaya devam ediniz; cansızlarla ilgili bir örnek olaraksa, canlıların vücudunun çok büyük bir kısmını oluşturan karbonun, geçen yazımızda izah ettiğimiz gibi, tamamen doğal süreçlerin etkisi altında, tamamen cansız olan kömür ve elmasa evrimini hatırlayınız. Bu evrimin, biyolojik bir evrim olmadığını ve birebir aynı şekilde düşünemeyeceğimizi de vurgulamamız gerekir. Burada bahsettiğimiz, biyolojik evrime benzer ancak aynı olmayan kimyasal bir evrim sürecidir. Örneğin kimyasal evrimde üreme ve gelecek nesillere bilgi aktarımı bulunmaz; bu yüzden biyolojik evrime göre çok daha fazla kesintilidir ve çevresel etkilerin çok daha sabit olmasına ihtiyaç duyar. Bunlara, canlılığın cansızlıktan evrimini anlatacağımız ilerideki yazılarımızda daha fazla gireceğiz.

Konuya geçmeden önce, kimyasalları oluşturan atomlar ve moleküllerin tanımlarına bakmakta ve biraz bilgi vermekte fayda görüyoruz:

Atom, bir maddeyi meydana getiren nano-boyuttaki temel parçacıkların adıdır. Temel olarak, periyodik cetvelde element olarak gösterilen bağımsız madde parçacıklarının her birinin tekil hali olarak düşünülebilir. Her bir elementten Evren'de bildiğimiz hiçbir sayıyla kıyaslayamayacağımız fazlalıkta atom bulunmaktadır. Sadece Dünya'da 1.33-9.01 x 1050 adet (500 katrilyon kere katrilyon kere katrilyon kere katrilyon adet) atom bulunduğu düşünülmektedir! Bu, ortalama olarak 5 sayısının yanına tam 50 tane sıfır konulması demektir! Basitçe şöyle düşünelim: İnsan vücudunda 10 trilyon civarında hücre bulunur. Her bir hücrenin içerisinde yüzbinlerce organel ve yapı bulunur. Her bir organel ve yapı, milyarlarca kimyasalın birleşiminden oluşur. Ve her bir kimyasal çoğunlukla milyarlarca, trilyonlarca atomdan oluşur. Dünya'da 7 milyara yakın insan bulunur. Ve insanlar, sadece Dünya üzerinde bilinen biyokütlenin çok çok küçük bir kısmına sahiptirler. Örneğin sadece ekili bitkilerin biyokütlesi, insanlardan 20 kat fazladır. Sadece evcil hayvanların biyokütlesi insanların 7 katıdır. Sayıları birbiriyle çarpıp toplayınca elde edebileceğiniz değerlerin devasalığını düşünmeyi size bırakıyoruz. Basit bir kıyaslama olması açısından, tek bir insanın vücudunda ortalama 7 x 1027 adet atom bulunmaktadır. Bir diğer deyişle her birimizin vücudunda 7 milyar kere milyar kere milyar sayıda atom bulunur!

Evren'de bulunan atom sayısı, her zaman Fizikçileri cezbetmiştir. Yapılan hesaplamalar, sadece gözlenebilen Evren içerisindeki atom sayısının 4 x 1079 ila 4 x 1081 arasında olduğunu düşündürmektedir. Fiziksel olarak yapılan hesaplamaların gösterdiği üzere, bütün Evren'in büyüklüğünün, gözlenebilir Evren'in büyüklüğünden 1023 katından daha fazla olduğunun hesaplandığını belirtmek isteriz. Kısaca söylemek istediğimiz, Evren içerisinde o kadar fazla sayıda atom vardır ki, günümüzde bildiğimiz fizik yasaları etkisi altında, çevremizde gördüğümüz her yapının tamamen doğal süreçlerle evrimleşmesi tamamen muhtemeldir.

Tüm bunları anlatma sebebimiz, Evren içerisindeki, hatta sadece Dünya içerisindeki atomların inanılmaz sayısıdır. Bu sayıdaki atomun sürekli etkileşimi düşünüldüğünde, birçok bileşiğin yeteri kadar zaman verildiğinde kendiliğinden ve envai çeşitte oluşabileceğini düşünmek son derece kolay ve mantıklıdır.

Her bir atomun, kendine has fiziksel ve kimyasal özellikleri vardır. Kimyada, aynı elementlere ait atomların bir araya gelerek oluşturdukları daha büyük parçalara molekül denmektedir. Eğer farklı elementlere ait atomlar bir araya gelerek daha büyük bir yapı oluşturuyorlarsa buna bileşik denir. Ne var ki biz bu detaylara girmemek adına, "bileşik" ile "molekül" sözcüklerini eş anlamlı olarak kullanacağız ve hepsine birden "molekül" diyeceğiz. Fakat yine de siz ikisi arasındaki farkı aklınızda tutunuz.

Konumuz dahilinde, tüm bu atom ve molekül açıklamalarını yapmamızın bir diğer sebebi, daha önce de net bir şekilde açıkladığımız üzere, "canlılığın" "cansızlıktan" başlamasının son derece anlaşılır ve mantıklı olduğunu görebilmenizdir. Atomların farklı kombinasyonları ve göreceli olarak sabit çevre koşulları etkisi altında, farklı bölgelerde, farklı kimyasal evrim süreçlerinin olması sonucu, farklı yapılar (canlılar ve cansızlar) pek tabii oluşabilecektir. Karbon örneğimize geri dönelim: belli kimyasal yapıdaki karbon yığınları (kömür gibi), yüksek basınç altında Dünya'nın en sert malzemesi olan ve kömürden tamamen farklı özelliklere sahip olan elmasa dönüşür. Bu, büyük bir yetenektir! Bunu hangi canlı, varlığını koruyarak yapabilir? Hiçbiri. Peki neden canlılık bu kadar göz önünde, ön plandayken, karbon elementi bu özelliğinden ötürü el üstünde tutulmamaktadır? Hangisinin daha "önemli" olduğuna nasıl karar vereceğiz? İşte, aslında hiçbiri önemli değildir. Önem sırası, insanlar tarafından belirlenir ve doğa açısından bütünüyle geçersizdir. Kategorizasyonu insanlar yaptığı için, kendilerini ve kendilerine benzer olan varlık gruplarını el üstünde tutarlar, diğerlerini ise göz ardı ederler veya yererler. Bu sebeple, çok eksi yıllarda yapılan "canlılık sınıflandırmaları" hep cansızları canlıların alt basamaklarına itmiştir. Günümüzde bile halk arasında cansızları daha düşük olarak görmeye, bir hiyerarşi yaratmaya eğilim vardır. Halbuki doğada böyle bir hiyerarşi yoktur!

Bu giriş ve temel bilgilerden sonra, "Hayat Molekülleri" dediğimiz kimyasallara giriş yapabiliriz:

dderya · 4 Mys 2014

Hayat Molekülleri, ya da diğer bir ismiyle organik moleküller en azından bizim bildiğimiz ve tanımladığımız anlamıyla canlılığın var olabilmesi ve varlığını sürdürebilmesi için gereken kimyasal moleküllerdir. Temel olarak nükleotitler, lipitler, proteinler ve karbonhidratlar "hayat molekülleri"dir. Bu moleküllerin hepsinin genel formları üç aşağı beş yukarı benzer olsa da, işlevleri kimyasal ve fiziksel özelliklerinden dolayı birbirlerinden tamamen farklıdır. Bu farklı özelliklerin toplamı, bugün bizlerin "canlı" olarak isimlendirdiği varlık formlarını meydana getirir. Daha doğrusu, canlılık için gereken aktivite ve organizasyon şartlarının istikrarlı bir şekilde sağlanabilmesi için bu kimyasallardan oluşan bir yapı ve bu yapının uzun süreli deneme-yanılma ve eleme-seçme mekanizmalarından geçmesi gerekmektedir. Dolayısıyla, şimdilik bildiğimiz kadarıyla, bu moleküllerden oluşmayan bir varlığın canlılığın ilkelerini bir arada bulundurması pek mümkün değildir. Bunda, bu moleküllerin istikrarlı yapısının (tepkimeler, radyoaktivite, vb. kimyasal özellikler bakımından) çok büyük önemi olduğunu unutmamak gerekmektedir.
Şekerler: Yapıları, Özellikleri ve Oluşumları

Gelin şimdi, lafı daha fazla uzatmadan, sizlerle bu “hayat moleküllerinin” yapılarına bakalım. Aşağıda, canlılarda en çok kullanılan iki karbonhidratın (şekerin) kimyasal yapısını görüyoruz:

Glikoz (glucose) ve fruktoz (fructose, meyve şekeri) gibi basit şekerler, canlılar için hayati öneme sahiptir. “Monosakkarit”tirler (basit/tek şeker) ve canlıların yapısında bulunabilen birçok kompleks şeker molekülünün (nişasta, glukojen, kitin, selüloz, vb.) temelini oluştururlar. Bunların hepsi canlılık dahilinde yapıtaşı olarak ve daha önemlisi, enerji kaynağı olarak kullanılmaktadırlar. Enerji üretemeyen bir canlının, hayatta kalmak ve üremek için bir aktivite sürdürmesi ve organizasyonunu aktif olarak koruması beklenemez. Dolayısıyla enerji, canlılık için hayati bir kavramdır. Canlılar için bu kadar önemli olan bu molekülleri incelediğimizde, belki de umduğumuzun aksine, pek de sıradışı bir yapı görmüyoruz: 6 adet Karbon atomu (C), 12 adet Hidrojen (H) atomu, 6 adet de Oksijen (O) atomu bir araya gelerek canlıları "canlı" kılan moleküllerden biri olan şekerleri üretebiliyor.

Bu şeker molekülleri, farklı sıra ve biçimlerde bir araya gelerek, daha büyük bileşikleri oluşturabilirler. Örneğin yukarıdaki glukoz ve fruktoz bir araya gelerek, sukroz isimli bir diğer şekeri oluşturabilirler:

işte bu şeker molekülleri, daha farklı şekillerde birbirlerine bağlanarak, devasa şeker bileşiklerini oluşturabilirler. Örneğin aşağıda sadece glukozların bir araya gelmesinden oluşan bir glukojen bileşiğini görüyorsunuz:

Görselin üst kısmında bağların nasıl kurulduğu gösteriliyor. Alt kısımda ise, kapalı bir çizim örneği verilmiş glikojen için.

Bu bileşikler, canlıların yapıtaşı olan hücrelerin pek çok farklı bölgesinde kullanılabilirler. Örneğin enerji üretmek üzere oksijen ile tepkimeye sokulabilirler, bir diğer "hayat molekülü" olan proteinlerle birleşerek hücre zarının yapısına katılabilirler, vs. Örneğin glikoz, hayvanların çoğunun temel enerji kaynağıdır ve hayvanlarda glukoz karaciğerde yukarıda verdiğimiz glukojen şeklinde depolanır. Ancak aynı glukoz, farklı bir bağ yapısı kurarak bitkilerin güçlü hücre duvarını oluşturan selülozu oluşturabilirler. Ya da bir diğer biçimde kimyasal bağ kurarak, böceklerin dış kabuklarında bulunan sert kitin yapısını oluşturabilirler. Kısaca her şey kimyasal bağlar ve bunların tipleri ile ilgilidir. Aynı temel bileşikler (ya da "hayat molekülleri"), farklı kimyasal bağların etkisi altında farklı yapılara katılabilirler. Zaten hücrelere bakacak olursanız, "hayat molekülleri"nin farklı bileşimlerinden başka bir şey olmadıklarını göreceksiniz. Kısaca farklı bağlar, farklı ürünler demektir. Bu kadar farklı olasılığın, farklı şekillerde yapıya katılması ve milyarlarca yıldır süren Evrim etkisiyle günümüzdeki canlılık çeşitliliğine ulaşırız.

dderya · 4 Mys 2014

19. yüzyıldan beridir, şekerlerin doğal süreçlerle oluşabileceğini ve ne tür kimyasalların, hangi şartlarda tepkimesinin şekerleri oluşturacağını net bir şekilde bilmekteyiz. Bu konuda, daha 1861 yılında Alexander Butlerov tarafından yapılan deneyler, şekerlerin oluşumuna ışık tutmuştur. Aldehit ismi verilen kimyasalları yüksek sıcaklıkta ve katalizör kimyasallar etkisi altında bırrakan Butlerov, formoz tepkimesi adı verilen bir tepkimeyi gerçekleştirerek basit şekerleri yaratmayı başarmıştır. Deneyde yapılan basitçe formaldehit moleküllerinin yaklaşık 100oC sıcaklıkta kalsiyum hidroksit veya kalsiyum karbonat ile katalize etmektir. Bunun sonucunda ilk etapta glikoaldehitler, sonra D-gliseraldehit ve dihidroksiaseton oluşmaktadır. Bu şekilde devam edilen deneyde D-gliseraldehit ve glikolaldehit molekülleri tepkimeye girerek riboz gibi 5 karbonlu basit şekerleri üretmiştir. Benzer şekilde, D-gliseraldehit ile dihidroksiaseton moleküllerini karıştırırarak D-glikoz ve D-galaktoz gibi 6 karbonlu basit şekerleri yaratmayı başarmıştır. Tüm bu tepkimelerin bir şemasını aşağıda görmek mümkündür:

Bu şekilde sürdürülen deneyler, canlılığın ilk olarak başladığını sonradan keşfettiğimiz, okyanus tabanlarındaki volkanik bacalar ve etrafındaki kimyasalların keşfiyle daha da isabetli sonuçlar vermeye başladı. Çünkü o ortamların yeniden modellenmesi, buralarda canlılık için gerekecek kimyasalların nasıl sentezlenmiş olabileceğini anlamamızı sağladı. Sadece bu bölgelerde, okyanus tabanlarında bulunan kimyasalların deneylerde analiz edilmesiyle, canlılığı oluşturacak tüm kimyasalların yaratılmasının mümkün olduğu gözlendi.

Örneğin 1989 yılında Alman biyolog Egon T. Degens tarafından yapılan bir araştırmada formaldehit ile kaolin kimyasallarının 100oC gibi bir sıcaklıkta kalsiyum fosfat ile tepkimesi sonucu basit bir şeker olan D-ribozun tamamen doğal biçimde oluşabileceğini ispatladı. Bunun haricinde aynı deneyde, az sonra değineceğimiz adenin gibi nükleotitleri ve fosfolipitleri de üretebilmiştir.

Proteinler: Yapıları, Özellikleri ve Oluşumları

Şimdi de canlılar için genellikle “kritik önemdeki molekül” sayılan proteinlere bakalım. Proteinler,aminoasit denen daha ufak moleküllerin uç uca, üst üste, yan yana eklenmesi sonucu oluşan bir atom kompleksidir. Aşağıda günümüze kadar süren evrimsel süreçte oluşmuş 20 temel aminoasidi ve bunların kimyasal yapısını görmektesiniz:

Burada gösterilenler canlılığın yapıtaşları arasında olduğu bilinen 20 aminoasittir. Ancak canlılığın yapısına katılmayanları da sayacak olursak, 300'den fazla aminoasit türü olduğu bilinmektedir. Görselden görülebileceği üzere, bir aminoasidin de yapısında diğer moleküllerden farklı bir özellik yoktur. Tek gördüğümüz, karbonlar, oksijenler, hidrojenler ve azot. Bu arada, orada “R” ("Radikal" kelimesinin ilk harfidir) ile gösterilen yer, değişken bir gruptur. Oraya da değişik atomlar bağlanarak, değişik aminoasitleri oluştururlar. Bu aminoasitler, farklı şekillerde uç uca birleşerek sonsuz sayıda protein oluşturabilirler. Çünkü yukarıdaki 20 aminoasitten sadece 20 tanesi bir araya gelerek bildiğimiz en küçük protein olan TRP-Cage proteinini oluşturabilecekleri gibi, aynı 20 aminoasitten yüzlercesi ve binlercesi bir araya gelerek dev proteinleri de oluşturabilirler. Örneğin vücudumuzda bulunan 27.000-33.000 aminoasitli titin proteini, bildiğimiz en büyük proteindir. Dolayısıyla bu kadar geniş aralıkta, aminoasitlerin bir araya gelmesiyle sonsuz sayıda kombinasyon oluşabilmektedir.

Örneğin aşağıda bir G-Proteini görüyorsunuz:

Bu protein yapısında yüzlerce aminoasit, farklı sıra ve sayılarda kullanılmaktadır (yukarıdaki temsili bir 3 boyutlu çizimdir, dolayısıyla aminoasitler ayrı ayrı gözükmemektedir). Bu sıraların ve sayıların değişmesi, farklı özelliklerde proteinlerin üretilmesi, bu da farklı protein moleküllerinin farklı işlevlere sahip olabilmesi demektir. Proteinler, temel olarak her yerde kullanılabilen, çok önemli, son derece istikrarlı (stabil) moleküllerdir. En önemli görevleri arasında enzimleri oluşturmak ve diğer tepkimelerin hızlarını kat be kat arttırmak bulunur. Vücudumuzdaki neredeyse her işlev proteinler sayesinde yapılır. Çünkü genetik kodlarımız, proteinlerin üretimini kodlamaktadır ve bu sayede aklınıza gelebilecek her özelliğimizi kazanırız. Bu sebeple canlılığı "proteinlerin işlevlerinin bir ürünü" olarak görmek çok da isabetsiz bir düşünce olmayacaktır. Ayrıca proteinler, hücrelerin yapısına da katılarak önemli iletişim ve yapı görevleri üstlenebilirler. Tüm bunlar, aminoasitlerin farklı kombinasyonlarından ötürü proteinlerin de farklı özelliklerde olabilmesinin bir sonucudur.

Aminoasitler ve proteinler ile ilgili birçok kimyasal bilgi verilebilecek olmasına rağmen, burada sadece temel bir bakış açısı kazanmanızı hedeflemekteyiz. Bu yüzden, bizi asıl ilgilendiren konuya odaklanmak istiyoruz: aminoasitlerin kendiliğinden var oluşlarının biyokimyasal açıklamasına...

Her ne kadar aminoasitlerin kimyasal tepkimelerle, dolayısıyla kendiliğinden oluşabileceklerini ispatlayan deneyler 19. yüzyılın başlarına, Alman kimyager Friedrich Wöhler'e kadar dayansa da; başarılı bir biçimde, laboratuvar ortamında ilk defa 1850 senesinde Adolphe Strecker tarafından bir aminoasit üretilmiştir. Strecker, yine okyanus tabalarında bulunduğunu bildiğimiz (o zamanlarda bu bilinmiyordu) asetaldehit, formladehit, amonyak ve hidrojen siyanit kullanarak alanin ve glisin isimli bir aminoasitleri doğal yollarla sentezlemeyi başarmıştır. Bugün bu tepkimeler Strecker Sentezi olarak bilinmektedir (aşağıda gösterilmiştir). Günümüzde bu tepkime ve benzerlerinin okyanus tabanlarındaki volkan bacaları etrafında, kendiliğinden olduğunu ve aminoasitleri oluşturduğunu biliyoruz.

Sadece bu da değil. 1913 yılında Walther Löb ve Oskar Baudish potasyum siyanür ve formaldehit kullanarak, mor ötesi ışınlar ve elektrik etkisi altında glisini üretmeyi başardı. Hatta sonradan, ilkel atmosferik koşullarda karbonmonoksit ve amonyak gazlarının elektrik yükü altında tepkimesiyle de formamidinin sentezlenebileceğini ispatladılar. Günümüzde, canlılığın başlangıcı için gereken tüm kimyasalların su içerisinde oluşmadığını ve atmosferde de birçok kimyasalın oluştuğunu biliyoruz. Daha sonradan okyanuslar üzerine yağmurlarla veya başka yollarla çöken bu kimyasallar, okyanus tabanlarında birikmeye başlamış ve canlılığın yapısına katılmıştır. Dolayısıyla canlılığın başlangıcını sadece okyanus tabanlarıyla sınırlı tutmak doğru olmayacaktır. Bunlara daha sonradan geleceğiz.

Aminoasitlerin doğal süreçlerle oluşabileceği konusuna odaklanan tek bilim insanları bunlar değildir. Yüzlerce biyokimyager bu konuda uzmanlaşarak canlılığın sırlarını çözmeye çalışmışlardır. Bunlardan en meşhur olanları şüphesiz öncelikle Alexander Oparin, sonrasında ise Stanley Miller ile Harold Urey'dir. 1953 yılında ilk defa yapılan Miller-Urey Deneyi, günümüzde halen yankılarını sürdürmektedir. O dönemden sonra yapılan 460'tan fazla denemede, sadece tüm aminoasitler değil, Hayat Molekülleri'nin neredeyse tamamı laboratuvar koşullarında elde edilebilmiştir. Bu deneyi ve detaylarını bir başka yazımıza sakladığımız için burada detaylarına pek girmeyeceğiz. Ancak ilk yapılan ve temel bazı hataları bulunan (sonradan diğer deneylerde düzeltilmiştir) Miller-Urey Deneyi'nde üretilen aminoasitler şunlardır: alanin, glisin, valin, glutamik asit, serin ve aspartik asit. Üstelik tüm bunların oluşumu sadece 6 gün sürmüştü! 2012 yılında Harold Urey'in laboratuvarında sakladığı bazı deney tüpleri açığa çıkarılmıştır. Yapılan analizlerde, 1953 senesinden bu yana bekleyen tüplerde tüm aminoasitlerin, şekerlerin tamamının, nükleik asitlerin ve canlılığın yapısına doğrudan katılmayan birçok organik molekülün kendiliğinden oluştuğu görülmüştür. Tahmin edilebileceği gibi bu deneylerde zaman arttıkça, ürünler de artmaktadır. Unutmayınız ki yapılan deneyler, 600 milyon yıldan uzun zamanda oluşan canlılığın temellerini birkaç gün ve haftada elde etmeyi hedeflemektedir.

Daha sonradan yapılan deneylerde, aminoasitlerin doğal süreçlerle bir araya gelerek proteinleri oluşturabileceği de ispatlanmıştır. Örneğin Sidney Fox'un yaptığı deneylerde 150oC sıcaklıkta 15 gün kadar bir süre içerisinde 23 aminoasit uzunluğunda proteinlerin oluştuğunu gözledi. Fox, bu deneylerinde sodyum klorür, bikarbonat, aspartik asit, glutamik asit, karbonik asit, amonyum klorür gibi kimyasallar kullanmıştır. Kendisinden sonra yapılan deneyler de, Fox'un çalışmalarını doğrulamış ve hatta daha uzun yapılı proteinlerin de birkaç haftada kendiliğinden oluşabileceğini ispatlamıştır.

dderya · 4 Mys 2014

Lipitler: Yapıları, Özellikleri ve Oluşumları

Proteinlerin de sıradan kimyasal yapılar olduğunu anladıysak, şimdi bir de lipit (yağ)moleküllerinin yapıtaşlarına bakalım. Lipitlerin diğerlerinden farklı olarak iki tip yapıtaşı vardır:gliserol ve yağ asitleri. Gliserolün yapısı aşağıdadır:

Görüldüğü gibi bu da, artık tahmin edebileceğiniz gibi, son derece sıradan bir moleküldür. Yağ asitlerinin yapısı da şöyledir:

Bunların ikisinin birleşimi, yağ moleküllerini oluşturmaktadır:

Yağ molekülleri, canlılık için son derece önem arz etmektedir; buna ayrı bir yer ayıracağız. Ancak şimdiden bilinmesi gereken, yağ moleküllerinin yapısından ötürü su içerisinde küresel, çift katmanlı bir zırh oluşturabildikleri gerçeğidir. Bu zırh, tamamen fizik yasaları etkisi altında olmaktadır ve oldukça istikrarlıdır. İlk hücresel yapıların bu zırh içerisinde başladığı düşünülmektedir ve bu düşünce, günümüzdeki bütün hücrelerin zar yapılarının yağ temelli olmasıyla desteklenmektedir. Yazı dizimizin ilgili yazısında lipitlerin yaşamın başlangıcı için önemine daha detaylı bir biçimde gireceğiz.

Burada değinmek istediğimiz konu ise, lipitlerin oluşumundaki kilit nokta olan gliserolün doğal yollarla nasıl oluşabileceğini açıklamaktır. Bu konuda yapılan ilk çalışma, 1971 yılında Takashi Mizuno ve Alvin Weiss tarafından yapılmıştır. Yapılan deneylerde D-gliseraldehit ile formaldehit, düşük sıcaklıkta sodyum hidroksitin katalizörlüğünde tepkimeye girerek sadece 30 dakika içerisinde gliserol oluşabilmiştir. Üstelik sadece gliserol de değil, riboz ve glikoz gibi şekerler de bu tepkime sırasında oluşmuştur. Günümüzde bu tepkimeler Cross-Cannizzaro Tepkimesi olarak bilinmektedir. Aşağıda bu tepkime görülmektedir:

Görülebileceği gibi tüm yaşam molekülleri, çok basit tepkimelerle, kendiliğinden oluşabilmektedir. Dahası, bu tepkimeler için gerekli tüm inorganik altyapı, zaten Dünya'nın oluşumu sırasında gezegenimiz içerisinde bulunmaktadır. Dolayısıyla tek yapılması gereken beklemektir. Tıpkı domino taşlarının yıkılması gibi, zaman içerisinde tepkimeler gerçekleşerek canlılığın temellerini oluşturmuşlardır.

Geriye sadece nükleotitleri oluşturmak kaldı; ancak onlara burada girmeyeceğiz, bir sonraki yazımıza saklıyoruz; çünkü orada, çok daha detaylı olarak işleyeceğiz, akla takılabilecek birçok soruya cevaplar vereceğiz. Hepsini buraya sıkıştırmak istemiyoruz. Ancak şimdiden tahmin edebileceğiniz gibi, nükleotitler de diğer moleküllerden farksızdır, benzer yapılara sahiptirler ve tamamen doğal yollarla, hiçbir dış müdahale olmaksızın oluşabilirler.

Herkesin Bilmesi Gereken Temel Evrimsel Konular

dderya

kOkOşŞ

dderya

kOkOşŞ

dderya

kOkOşŞ

dderya

kOkOşŞ

dderya

kOkOşŞ

dderya

kOkOşŞ

dderya

kOkOşŞ

dderya

kOkOşŞ

dderya

kOkOşŞ

Benzer konular