Kimyasal Evrim – Tek Hücrelilerin Oluşumu -1

262

İLKEL YAŞAM ÖNCESİ DÜNYA

Arkaik Okyanus

Ufukta göz alabildiği kadar uzanan su kütleleri. Dalgaları kıran ne bir toprak parçası, ne de herhangi bir sahil, sadece okyanuslardan yer yer yükselen ve içinde karbondioksit dumanı ihtiva eden volkanlar ve 4 milyar yıl önce neredeyse tüm yeryüzünü kaplayan koca bir okyanus.

Dünya henüz huzura ve sakin bir ortama kavuşmuş bir yer değil. Okyanusa düşen meteor yağmurları ve asteroitler zaman zaman tüm dünyaya yayılan büyük şok dalgaları oluşturmakta. Bu kozmik atış ve vuruşların yol açtığı yüksek ve kavurucu sıcaklıklar denizleri kaynatarak dev su kütlelerini buharlar halinde atmosfere yükseltmekte.

Bu kozmik çarpışmalar arasında kalan sürede ise şiddetli kasırgalar esmekte ve yüksek voltajlı milyonlarca şimşek ve yıldırım atmosferi titretmekte. Bu dönemde çok yakın bir yörüngede Dünya çevresinde dönen ve geceleri gökyüzünde muazzam bir büyüklükte görünen Ay, gezegenimiz üzerinde büyük bir çekim gücü oluşturmakta ve bunun meydana getirdiği gel git dalgaları da tüm yeryüzü çevresinde denizlerden denizlere koşuşturmakta..

Ay ise bundan daha önce, yaklaşık 500 milyon yıl evvel, başka bir gök cismin Dünya ile çarpışmasından oluşmuş olup gezegenimize sadece 20.000 km uzaklıktaki bir yörüngede dönmekte. Ancak gelecek bir kaç milyar yıl içerisinde nihayet yavaşça yörüngesinden uzaklaşmaya başlayabilecektir.

Bu dönemde atmosfer ancak çok az oranda oksijen ihtiva etmekte olup karbondioksit ve diğer zehirli gazlarla dolu. Güneş ise bu sis perdesinin arkasında sadece çok zayıf bir şekilde parlasa da yeryüzüne ölümcül mor ötesi ışınları yaymakta. Bu cehennemsi gezegende yaşayan hiçbir şey olmadığı gibi küçük olsa dahi okyanuslarda hareket eden herhangi bir organizma da bulunmamakta.

Dünya bu dönemde yaşam için fazlasıyla hijenik bir yer olup sadece enerji ve metaller, tuzlar, mineraller gibi cansız maddelerin belirlediği ve yönettiği bir gök cisminden başka bir şey değil. Buna rağmen bu gezegeni diğer gezegenlerde olmadığı kadar değiştirecek bir süreç oluşmaya başlar. Dünya tarihinde bir kezden ibaret, belki de evrenin tarihinde bir kerelik şaşırtıcı, beklenmedik, neredeyse sihirli bir adımdı bu: Cansız maddelerden canlılık oluşacaktı.

Bu adım tek hücrelilerden çok hücrelilere ve ilk solucandan insana kadar olan adımlardan çok daha büyük bir adım olacaktı. Zira hayatın en büyük mucizesi onun oluşumunun kendisidir.

siyah-dumanlar

Deniz Bacaları ve Kara Dumanlar (Black Smoker)

Oluşum evresi muhtemelen okyanusların derinliklerinde bir yerde başladı.(Bazı araştırmacılar başlangıç için başka mekanları da olasılıklı görüyorlar). Orada aşağılarda, deniz tabanlarında, ”sıcak bacaların duvarlarında” var olmanın ilk kıvılcımı ateşlenecekti. Sanki görünmez bir el tarafından atomlar birleşip zincirler oluşturacak, moleküller birbirleriyle çalışmaya başlayacak, neticesinde ilk canlı ve ilk hücreyi şekillendirecekti. Henüz ilkel bir organizma, arkaik bir bakteri, mikroskobik küçük, zayıf ve kırılgan.. Buna rağmen bu ilk canlı olacaktı.

Bir zar ile dış çevreden korunmuş, buna bağlı olarak bir vücuda sahip olacak bu organizma, biyokimyasal tepkimeleri başlatmak için enerjiden yararlanarak bu tepkimeler sayesinde bir metabolizmaya da sahip olacaktı. Sonunda kendi yapı planını genetik şifreler şeklinde içinde barındıracak, kendi kopilerini oluşturma yeteneğine sahip olarak üreyebilen bir organizma meydana gelecekti.

Hayatın temel birimleri olan en basit hücreler dahi müthiş kompleksitelere sahip birer şaheserlerdir. Bunlar, hızlı bir bilgisayarın bile kendi içindeki işlemlerle simule edemeyeceği kadar çok katmanlı ve olgun yapılardır. Tek bir bakteri hücresi, proteinler gibi 26 milyon molekülden ve bu moleküllerden her biri de yüz bini aşkın atomdan oluşur. Bu maddelerden binlercesi bir makinenin birbirleriyle mükemmel uyum sağlayan dişleri gibi kendi içinde işlemekte ve büyüyüp çoğalmak için her saniye 200 bin yeni molekül meydana getirmektedir.

4 milyar yıl önce Dünyamızın yaşama elverişli olmayan bu şartları altında böylesine zarif ve fligre moleküller, tamamlanmış ve olgun, neredeyse akıllı oldukları düşünülebilecek yapıları nerede oluşturmuş olabilirdi?

O dönemde adeta cadı kazanı gibi kaynayan gezegen üzerindeki yıkıcı ve yok edici doğa güçlerinden asgari olsa da korunma vaat eden muhtemelen tek bir yer bulunmaktaydı, o da deniz dibleri olacaktı.

On kilometrelik bir derinliğe sahip olan arkaik bir okyanus, burada büyük su katmanları koruma kalkanı görevi görmekte. Mor ötesi ışınları emip önlediği gibi astroit çarpmalar sonucu oluşan şok dalgalarını da yumuşatarak etkisizleştirmekte. Gün ışığından uzak kalan bu karanlık dünyada bazı bölgelerde bulunan yer altı kaynaklarından yer yer sıcak sular okyanusa karışmakta. Bu hidro termal kaynaklardan bazıları erimiş kayalıkların hemen üzerinde yer almakta. Deniz suları aşağılarda kaynar magma odaların bulunduğu yere inip çöktükten sonra orada yine yüksek sıcaklıklara ulaşarak tekrar yukarılara çıkmakta ve denize karışmakta.

Yüksek basıçla deniz tabanlarından fışkırmakta olan yeraltı suları son derece yakıcı olup 400 C sıcaklığa kadar ulaşabilmekte. Bu yüksek sıcaklıklarda hayatın oluşması için gerek duyulan hassas moleküller ne oluşabilirler ne de birarada kalabilirler.

Buna rağmen volkanların aktif olduğu bölgeden ve kaynar derecelerdeki bu doğal fiskiyelerden biraz daha uzak yerlerde daha sakin su kaynakları bulunmakta. Buralarda deniz suları çatlaklardan ve yarıklardan geçerek yeraltında 8 km kadar derinlere inebilmekte.

Orada da kayalıklarla tepkimeye girerek mineralleri çözmekte, diğer yandan bu tepkimeler sonucunda da ısınmakta. Bu ısınmaya rağmen deniz tabanından tekrar yeryüzüne çıktığında ise sadece 40 ile 90 C  arasında sıcaklığa sahip olup bu sabunsu çözelti güçlü bir alkali özelliği göstermekte. Bu yapışkan sıvının çevresindeki okyanustan tamamen farklı bir yapıya sahip olması da onu kimyasal olarak çevresinden ayıran başka bir özellik olmakta. Atmosfer çok yüksek oranlarda karbondioksit içerdiğinden bu gaz kütleleri denizlere karışarak çözülmekte ve tüm okyanusu asitsi bir çorbaya dönüştürmekte.

Birbirinden farklı bu iki çözeltinin karşılaştıkları yerlerde ise kimyasal tepkimeler oluşmakta. Bunun sonucu olarak mineraller deniz diplerine çökerek orada tortular oluşturmakta ve bu katmanların üstünde de binlerce yıl içinde oluşan ve boyu metrelere varan bacalar yükselmekte. Bu bacalar da içlerinde gözenek ve kanallardan oluşan bir ağ içermekte.

Bu denizaltı şöminelerin dışı demir sülfitten oluşan (Fe S ve Fe S2) bir köpükle kaplı. Demir sülfit, halihazırda deniz suyu içinde çözülmüş bulunan demir ile derinliklerden gelen kükürtün birbirleriyle tepkimesinden meydana gelir. Sıcak alkali basıncı altında da milimetrenin binde biri kadar küçük baloncuklar şeklinde dışarı salınırlar.

Bu baloncuklar cansız ve içi boş olan alanlardan oluşurlar. Buna rağmen muhtemelen bugünkü hücrelerin öncüleri olan hayatın kuluçka odacıklarını teşkil edeceklerdi.

Bu baloncuklar başlangıçta sadece derinliklerdeki tepkimelerin oluşturduğu maddeleri ihtiva eden sıcak kaynak sularından başka bir şey içermiyordu. Böyle olduğu halde bu durumuyla bile yaşamın belirgin özelliklerinden biri olan koruyucu bir zara şimdiden sahiptiler.

Bu şekilde kendi içlerinde kapalı ve küçük bir alan oluşturarak demir sülfit tabakasından oluşan kabuk bir kapsül içinde dış dünyadan yalıtılmışlardı. Bu mineral kabuk, baloncuk içinde kapalı kalan molekülleri okyanustaki kaostan yeteri kadar koruyabilecek sertliğe de sahipti. Aynı zamanda çevresindeki bazı maddeleri emebilecek ve içine alabilecek özellikteydi de.

Bu küçük mikro odacıkların içindeyse tamamıyla kendine özgü kimyasal bir ortam oluşabilecekti.

Bu baloncuklar gelecekteki hayatın temelini oluşturacak olan bir töz ile yıkanıp arınacaklardı. Nitekim okyanuslarda halihazırda çözülü olarak bulunan karbondioksitin içindeki karbon ile..

karbon-atomu

Karbon

Hiçbir element karbon gibi çeşitli formları ve tüm düşünülebilir şekillerdeki molekülleri oluşturabilmeye ve bir arada tutmaya elverişli değildir. Zira karbon kimyasal olarak son derece tepkimeleri seven ve birleşen bir madde. Dilenebilir sayıda karbon atomu birbirleriyle dizilebilir, bu şekilde çeşitli formda halkalar, zincirler ve örgüler kurabilirler.

Bu yapıya da yine hidrojen, oksijen, azot veya kükürt gibi daha başka elementler de eklenip inşa edilebilirler. Her karbon atomu aynı anda dört başka atomla birden bağlanabilmekte. Logo yapı taşlarında olduğu gibi bu prensiple böylesi yüzlerce atom birbirlerine eklenebilirler.

Gerçi bu süreçlerde oluşan bileşimler “ölü” bileşimler de olsa bazı moleküler yapılar halihazırda mikroskobik küçüklükteki makinelere benzemekte. Örneğin başka molekülleri taşıyarak transport edebilmekte, atom bağlarını koparabilmekte veya bu şekilde birbirleriyle birleşerek daha başka özelliklere sahip yeni ve mikroskobik küçük makineler oluşturabilmekte. Bu minik otomatlar ne yapabiliyorlarsa bunu yine karbon atomlarının inşa ettiği yapılar sayesinde yapabiliyorlar.

Böyle moleküllerin oluşabilmesi ve CO2′e bağlı olan karbonun koparılarak açığa çıkabilmesi için yine enerji lazımdı. Enerji ise derinliklerden yükselen kaynak suları ile birlikte dünyaya yayılmaktaydı. Derinlerde baloncukların ve odacıkların içinden akarak yayılan kaynak suları bolca hidrojen ihtiva etmekte, hidrojen de karbondioksit içinde bulunan karbon ile birleşmekte.

Gerçi bu tepkimeler genelde çok yavaş sürse de odacıkların etrafını saran demir sülfit kabuğu bu iki elementin birleşiminde katalizatör etkisi yaratarak kimyasal tepkimeleri hızlandırma görevini görmekte. İlk karbon- hidrojen bileşimleri de bu şekilde oluşmaya başlamakta.

Bunun yanında ilk hücrenin prototipi ve atası sayılabilecek bu hücre öncesi yapıya da orantısız bir kimyasal dengesizlik durumu da, ihtiyacı olduğu daha çok enerjiye kavuşmasında hizmet edecekti. O dönemde daha ziyade asitsi olan deniz suyu bu baloncukların ve mikro odacıkların çevresini saracak, buna karşın odacık ve baloncukların içi baz özelliği gösteren alkali maddelerle dolu kalacaktı.  Birbirinden farklı bu iki eriyik çözelti arasındaysa elektriksel bir enerji farklılığı ve dengesizliği oluşmuştu. Asit içindeki elektrik yüklü parçacıklar yokuş aşağı akan su gibi alkalik çözeltiye doğru akmaya başlayacaktı. Bu şekilde denizlerdeki bu küçük elektrik yükleri de mineral kabuğun içinden geçerek odacıkların içlerine dalabilecekti. Bu parçacık enerjisi de kimyasal tepkilerin oluşabilmesinde önem taşımakta.

Gerçi hidrojen ve su içinde çözünmüş olan karbondioksit başlangıçta formeldehit gibi sadece dört atomdan oluşan basit tözler üretse de bir süre sonra karbonun yanında hidrojen ve oksijen gibi başka elementler de bağlanarak daha kompleks yapılar ve maddeler oluşturacaktı.

Yapı malzemeleri ise bu odacıkların içinde halihazırda mevcut bulunmaktaydı. Zira derinlerdeki kaynak suları geçtikleri yerlerde çeşitli maddelerle karşılaşmakta ve bu maddeleri de bünyelerine almaktaydılar. Örneğin azot içeren keskin kokulu amonyak gibi.

mikro-odaciklar

Mikro Odacıklar

Okyanus tabanındaki bu termal bacalar kimyanın biyolojiye dönüşünde ve canlılık dediğimiz hayat döngüsünün başlamasında destekleyici özellikler taşıyordu. Okyanus tabanındaki termal bacalar her açıdan yaşamın ortaya çıkışını destekleyecek nitelikte olup sıcak yeraltı sularındaki methan, amonyak, fosfor-kükürt-hidrojen gibi çeşitli bileşimleri bünyesinde toplayabiliyordu. Bu poröz özellikleri sayesinde hem volkanik bölgelerden gelen ham madde ve indirgen bileşiklerce zengin, hem de kristal yüzeylerin ve mikroskopik odacıkların bulunduğu gözenekli yapıları ile ilk kataliz reaksiyonlarının ve kimyasal tepkimelerin gerçekleştiği ve de hücresel bileşenlerin korunduğu bölgelerdi. Bu basit bileşenler bu labaratuvar sisteminde daha sonra şeker, aminoasit ve nükleitler gibi daha kompleks çeşitli organik bileşenleri oluşturacaktı.

Bu küçük odacıklardan herbiri denemeler yapılan bir labaratuvarı andırmakta. Bunların içindeyse hidrojenin taşıdığı enerji ve hücrenin içi ile dışı arasındaki elektrik yükleri farklılığının yarattığı etki, birçok kimyasalların birbiriyle tepkimeye girme olanağı bulmasına ve birbirleriyle karışmasına yardımcı olmakta.

Baca duvarlarında bu şekilde sayısız laboratuvarlar birbiri ardına sıralanmakta olup her birinin içerdiği karışım diğerlerinden farklılık göstermekte ve yine her birinde farklı kimyasal ortamlar ve buna bağlı olarak da farklı şartlar ve önkoşullar oluşmaktaydı. Nitekim sıcak kaynaklardan olan uzaklığa bağlı olarak baz çözeltileri ya sıcak ya da daha soğuk olmakta, aynı zamanda odadan odaya da moleküllerin yoğunlukları ve konsantrasyon oranları da değişimler gösterebilmekteydi.

Boş odacıklarda oluşan bu labirent yapı, adeta çeşitli deneylerin paralel yapılabildiği bir laboratuvar kompleksine benzemekte olup daima yeni tepkime ve reaksiyonların sınanıp test edildiği doğal bir deneme ortamını andırmaktaydı.

Bu tepkimelerden bazıları hızlı ama sonuçsuz bir şekilde sona ererken, diğerleri de çıkmaz bir yola girerek sonuçsuz kalıyordu. Bazı mikro odacıklarda ise boş odayı tıkayıp dolduran ve yapışkan bir katrana benzeyen tözlerden başka birşey de oluşmuyordu.

Diğer mikro reaktörlerde ise daha kompleks kimyasal süreçler yavaşça olgunlaşmaktaydı. Zira ilk ve henüz çok basit olan birincil tepkimelerde oluşan maddeler, ancak ileride bundan sonra oluşacak olan tepkimeler zincirinin başlangıcına hizmet edecekti. Bu şekilde yavaş yavaş sürekli olarak ara produkt maddeleri meydana getirecek olan kimyasal tepkimeler zinciri ve süreçleri oluşacaktı.

Bu köpüksü baloncuklarda en fazla hidrojen kullanan ve bu şekilde en çok enerji açığa çıkarabilen tepkime türleri de öncelik kazanmaya başlayacaktı. Eğer daha fazla enerji kazanımı olursa daha önce oluşmuş olan bu ara maddeler birbirleriyle daha çok tepkimeye girebileceklerdi. Bunun yanında herhangi bir enerji fazlalığı olmadan birbirleriyle tepkimeye giremeyecek olan bu bileşimler de olamayacaktı. Bu şekilde ana tepkimeden ayrılan yan tepkimeler de yürürlüğe girip moleküler çeşitliliği de artıracak ve zenginleştirecekti.

Sonunda bazı odacıklarda tekrar ve tekrar yeni başlangıçlar yapabilen stabil yapıdaki kimyasal döngüler oluşacaktı. Küçük ölçekli nano fabrikalar misali sürekli ve devamlı moleküller dizilimleri ve bileşimleri ortaya çıkacaktı. Bu moleküller de gittikçe yoğunlaşarak boş olan odacıkların içini doldurcaktı. Bu moleküller çorbasının bir kısmı diğer komşu odacıklara akıp karıştığında ise orada da benzer tepkimelere yol açacaktı. İşte bu yolla başarılı bir kimyasal tepkimeler zinciri çevresindeki sayısız komşu odacıklara da geçerek yayılabilecekti.

Cansız baloncuklarda bu şekilde, özellikle daha stabil ve daha fazla enerji açığa çıkarabilen tepkimelerin hayatta kalabildiği, bir nevi kimyasal evrim diye nitelendirilebilecek bir mücadele başlamış oldu.

Kaynakça:

Cevherler ve Volkanik Kayaçlar, Çevirenler; T. Ustaömer ve B. İpekoğlu, İstanbul Üniversitesi

Ribonükleik Asit, RNA Wikipedia

RNomenclature, Jürgen Brosius and Henri Tiedge, Volume 1, Issue 2, Temmuz/Ağustos 2004, Sayfa 81 – 83

Linder Biologie (Linder Biyoloji Ansiklopedisi), 21. Baskı, Schroedel, Hannover 1998

Chemische Evolution (Kimyasal Evrim), Biologie GLF 13/1 2007, Christian Neukirchen

Evolution im Fadenkreuz des Kreationismus (Yaratılışcıların Hedefinde Evrim), Bölüm “Die chemische Evolution” (Kimyasal Evrim) , Sayfa 171-211,  Martin Neukamm

Chemische Evolution: Und der Ursprung des Lebens , (Kimyasal Evrim ve Hayatın Kökeni), Springer Verlag Berlin Heidelberg 2005, Prof. Dr. Horst Rauchfuss

Der heiße Ursprung des Lebens, (Hayatın Sıcak Başlangıcı)  Spektrum der Wissenschaft, Ocak 2007, Sayfa 73-81. Russell, M.J. (İngilizce PDF)

PAYLAŞ
Önceki İçerikGalaksimizin Merkezindeki Kara Delikler – Türkçe Belgesel
Sonraki İçerikKimyasal Evrim – Tek Hücrelilerin Oluşumu – 2
36 yaşındayım. Yıldız Teknik Harita Mühendisliği mezunuyum. Taşınmaz değerlemesi yapıyorum. Bilim,uzay, tarih,arkeoloji konularına ilgi duyuyorum. Ön Türk Tarihini araştırmaktan keyif alıyorum. Yüzüklerin Efendisi ve Türkler üzerine (Orta Dünya'nın Analizi) kitap çalışmam tamamlandı. Yakın zamanda yayımlanacak.

HENÜZ YORUM YOK

CEVAP VER