Abiyogenez - 11: Dünya'daki Yaşamın Başlangıcının Kısa Özeti

Yazdır Abiyogenez - 11: Dünya
Bu makalemiz, temel olarak Texas Tech Üniversitesi'nden Prof. Dr. Sankar Chatterjee'nin yayımladığı bir makalenin haberine yönelik çeviri olacaktır. Ancak bu makalemiz, Abiyogenez yazı dizimiz içerisinde bahsettiğimiz çok sayıda konuyu derleyici bir yapıda olacak ve bu sayede, yaşamın tamamen doğal süreçlerle Dünya üzerinde nasıl başlamış olabileceğine dair modern bilimde büyük oranda kabul edilen Abiyogenez Kuramı'nın popüler düzeydeki detaylarına hakim olabileceksiniz. Ayrıca bir profesörün ağzından konuyu dinlemek, sanıyoruz konunun anlaşılmasına önemli katkılar sunacaktır. Umuyoruz faydalı bir makale olacaktır. Konuya bir giriş yapalım:

Texas Tech Üniversitesi'nin Paleontoloji Müzesi'nin kurucusu ve Yer Bilimleri Yüksek Onur Profesörü Sankar Chatterjee, kimyasal evrime yönelik teoriler ile Dünya'nın erken jeolojisini bir araya getirerek cevaba ulaştığını düşünüyor. 



Chatterjee şunları söylüyor:

"Bu keşif, herhangi bir dinozoru bulmaktan bile daha büyük. Bu, ne zamandır bilim insanları olarak aradığımız şey: bu, bilimin Kutsal Kase'si."

Dünya'nın 4 milyar yıl kadar önceki oluşum evresinde yüzeyini bombardıman altında tutan yoğun miktarda kuyrukluyıldız ve meteor bombardımanı sayesinde, Dünya yüzeyinde yaşamın temel yapıtaşlarını ve suyu içerisinde barındıracak kraterler oluştu. Bunun haricinde bu kraterlerin varlığı, yaşamın ilk basit adımlarının oluşması için gereken kimyasal tepkimelerin oluşması için önemli bir basamak oldu. Prof. Chatterjee bulgularını 30 Ekim 2013'te Denver'da düzenlenen olan 125. Geleneksel Jeoloji Cemiyeti Toplantısı'nda sundu.

Prof. Chatterjee bu bulgusunun haricinde, ilk dinozorların nasıl uçtuğunu da keşfetmişti. Bunun haricinde Hindistan'da bulunan ve 40 kilometre çapındaki bir meteorun çarpmasıyla oluşan Shiva Krateri'nin de kaşifidir. Bu araştırmanın sonucunda, dinozorları yok eden meteorun sadece Meksika yakınlarındaki Chicxulub'daki meteor değil, Hindistan'daki bu ikinci meteorun da çarpması olabileceği keşfedilmişti.


Shiva kraterinin yeri

İronik bir biçimde, Chatterjee'nin keşfi meteorların can alabilecekleri gibi, can verebileceklerini de gösteriyor. Dediğine göre meteor ve kuyrukluyıldız çarpmaları gezegenimize yaşamın temellerini atacak kimyasalları taşımış ve yaşam için gerekli ön koşulları sağlamış olabilir. Dünya'nın en eski fosillerini barındıran bu kraterleri inceleyerek, yaşamın bu krater tabanlarındaki hidrotermal bacalarda nasıl oluştuğunu keşfedebileceğini umuyor.


Yaşamın başladığı alanların günümüzdeki temsilcileri olan hidrotermal bacalar


Chatterjee şunları söylüyor:

"Dünya 4.5 milyar yıl önce oluştuğunda, yaşam için uygun olmayan bir çevreye sahipti. Akıl almaz miktarda volkan patlamalarının olduğu, sadece meteor yağmurlarından oluşan günlerin geçtiği, sıcak ve ölümcül gazların yükseldiği bir gezegendi. Bundan 1 milyar yıl kadar sonra ise, tüm canlıların atası olacak olan mikrobik yaşamın filizlenebileceği sulu bir ortam halini almıştı."


Yaşamın Tarifi

Chatterjee devam ediyor:

"Uzun yıllardır yaşamın temelleri olacak canlı hücrelerin, organik moleküllerin doğal süreçlerle bir araya gelmesinden oluştuğu konusunda tartışmalar yürütülmektedir. Bana göre yaşamın oluşumunun 4 evresi vardır: kozmik, jeolojik, kimyasal ve biyolojik."

Kozmik evrede Dünya halen oluşum aşamasındadır ve Güneş Sistemi'miz sürekli olarak kaya yapılı meteorlar ve kuyrukluyıldızlar tarafından bombardıman altındadır. Bunlar, özellikle 4.1 ila 3.8 milyar yıl önce arasında yoğunlaşmaktadır. Levha tektoniği, rüzgar ve sular içerisinde bu zamanlara ait kanıtlar bulunmaktadır ancak Mars, Venüs, Merkür ve Ay'ın yüzeylerindeki kraterler, bir zamanlar meteor yağmurlarının nasıl olduğu hakkında bize en net bilgileri vermektedir.

Daha büyük meteorlar 560 kilometre çapa kadar erişebilen kraterler yaratmışlardır ve bunlar, yaşamın içinde pişebileceği mükemmel ocaklar halini almışlardır. Bu meteorlar aynı zamanda Dünya'nın kabuğunu da dövmüştürler ve bunun sonucunda, volkanik olarak sürdürülen jeotermal bacalar oluşmuştur. Ayrıca bu meteorlar yaşamın temel yapıtaşlarını da beraberlerinde taşımıştırlar ve bu kimyasallar, bu krater tabanlarında yoğunlaşarak birikmiş ve polimerize olmaya başlamıştırlar.


Yaşamın hiyerarşik oluşumu... Tarihi Olasılık Tutumluluğu ilkesi, yaşamın başlangıcıyla ilgili açıklamalar arasında en az sayıda varsayıma dayananı seçer. Görsel Evrim Ağacı tarafından Türkçeleştirilmiştir.



Grönland, Avusturalya ve Güney Afrika'da bulunan ve Dünya'nın en eski fosillerini barındıran çevreleri inceledikten sonra Chatterjee bunların yaşamın içinde başladığı derin, karanlık ve sıcak antik kraterlerin kalıntıları olabileceğini söylüyor. Dünya'nın Güneş'e olan uzaklığının uygunluğundan ötürü, gezegenimize çarpan kuyrukluyıldızların taşıdıkları buzullar eriyerek suya dönüşüyorlar ve bu kraterleri su ve diğer kimyasallarla dolduruyorlar. Bu da, jeolojik evrenin başlamasına neden oluyor.

Bu kraterler doldukça, jeotermal bacalar suyu ısıtıyorlar ve konveksiyon yoluyla ısı transferine neden oluyorlar. Bu da, suyun sürekli hareket etmesine, karışmasına ve yoğun "ilkel yaşam çorbasının" oluşmasına neden oluyor. Chatterjee bunu şöyle anlatıyor:

"Jeolojik evre yaşamın küvözü olacak olan, içerisinde hidrotermal bacaları barındıran karanlık, sıcak ve izole krater yarıklarını barındırıyor. Organik moleküllerin konvektif akıntılar sebebiyle ayrışması ve yoğunlaşması bu bölgede oluyor ve bu, günümüz okyanuslarının tabanlarında da gördüğümüz bir durumdur. Ancak günümüzdekiler yine de oldukça farklıdırlar. O zamanlar etraf acımasızdı ve gezegenimiz cehennem gibiydi ve berbat kokuyordu: hidrojen sülfit, metan, nitrik oksit ve buhar... Ancak bunlar, aynı zamanda yaşamı sürdürecek olan enerjiyi de sağlıyordu."

Sonrasında kimyasal evre geliyor. Suyun içerisini karıştırıp duran ısı, kimyasalları da birbirine karıştırıyor ve basit yapılı bileşiklerin bir araya gelerek daha büyük yapılı bileşikleri oluşturmalarını sağlıyor.


Hidrotermal bacaların etrafındaki konveksiyon akıntıları ve bu akıntılar sayesinde oluşmaya başlayan karmaşık yapılı moleküller...



Önemli Bilgilerin Korunması

Elimizdeki bilgiler dahilinde, bu kraterler içerisindeki porlar ve çatlaklar basit yapılı RNA ve protein moleküllerinin yoğunlaşabilecekleri kalıplar görevi gördüğünü söyleyebiliriz. RNA moleküllerinin önce ortaya çıkarak yaşamın bu şekilde başladığını öngören ve bizim de Evrim Ağacı olarak daha yoğunluklu olarak bahsettiğimiz teorinin aksine, Chatterjee RNA ve proteinlerin eşzamanlı olarak ortaya çıktıklarını düşünüyor ve bu ortam içerisinde kapsüller içerisinde hapsolarak (yağ kapsüllerini hatırlayınız) çevreden korunduklarını ileri sürüyor. Bunu şöyle izah ediyor:

"RNA ve proteinlerin ikili oluşumu, günümüzde popüler olan tek başına RNA Dünyası teorisiniden daha mantıklıdır. RNA molekülleri oldukça dengesizdirler. Hidrotermal baca ortamında kolayca parçalanırlardı. Bazı basit yapılı proteinler gibi katalistler (tepkime hızlandırıcılar), ilkel RNA parçalarının çoğalması ve metabolizmayı oluşturmaya başlaması için gereklidir. Öte yandan proteinleri oluşturan aminoasitler, RNA parçalarından çok daha kolay oluşurlar."

RNA ve proteinlerin yağ zırhı içerisinde ne kadar gevşek olarak korundukları halen bir soru işaretidir. Chatterjee bu konuda Kaliforniya Üniversitesi profesörlerinden David Deamer'ın hipotezine katılıyor: zar yapılı kimyasallar, ilkel çorba içerisinde bulunuyordu. Deamer, 1969 senesinde Avusturalya'ya düşen Murchison meteorundan yağ asitlerini izole etmeyi başarmıştı. Meteordan elde edilen kozmik yağ baloncukları, günümüz hücreleriniz zarlarıyla büyük oranda benzerdi.


İlkel hücrelerin evriminden sonra, ökaryotik ve daha karmaşık yapılı hücrelerin endosimiyotik kuram dahilinde oluşumu...



Chattarjee'ye kulak vermeye devam edelim:

"Meteoritler Dünya'ya yağ ve lipit yapılarını taşıdılar. Bu yapılar krater tabanlarındaki su yüzeylerinde birikmeye başladı ancak konveksiyon akımları ile diplere doğru da hareket ettiler. Milyonlarca yıl süren bu döngü sırasında bir noktada bunlar, basit yapılı RNA ve proteinleri içlerine hapsetti ve bir sabun köpüğü balonu gibi bir yapı oluşturdular. RNA ve proteinler bu yapı içerisinde birbirleriyle etkileşmeye başladılar ve ilk kimyasal iletişimi kurdular. Sonunda RNA, DNA'ya evrimleşti -ki DNA çok daha stabil bir yapıdır- ve böylece ilk genetik kod oluşmaya başladı. Bundan sonra da ilk hücreler bölünmeye başladılar."

Son evre olan biyolojik evre ise hücrelerin bölünmesi ve bu süreçte bilgi depolamaları, bilgiyi işlemeleri ve genetik bilgilerini sonraki nesillere aktarmalarını içeriyor. Sonsuz sayıda kombinasyon bulunuyor ve inanılmaz çok sayıda deneme, başarısızlıkla sonuçlanmış olmalı. Ancak bu denemeler ve yanılmalar içerisinde, seçilim etkisi altında, en uyumlu bölünme ve varlığını sürdürme tipi seçilmiş olmalıdır ve süreç bu şekilde devam etmiştir. Chatterjee şunları söylüyor:

"Kendi kendilerine yeten bu ilk hücreler, Darwinci seçilime maruzdular. Dünya'daki ilk yaşamın başlangıcı, Dünya tarihinin kimyasal, jeolojik ve kozmin süreç geçmişinin bir birikiminin sonucunda oluşabilmiştir."

Chatterjee, RNA virüslerinin ve proteinlerce zengin yapıda olan prionların günümüzde ölümcül hastalıklar yaratabiliyor olmasını, canlılığın başlangıcındaki basit yapılı RNA ve proteinlerin evrimsel açıdan ne kadar önemli olduğuna bir kanıt olarak görüyor. Günümüzde halen var olan bu yapılar, ilk canlılığın başlamasından önceki son adımı temsil eden kimyasallar olabilirler. Hücresel yaşam bir defa başladıktan sonra, RNA virüsleri ve prionlar artık işlevselliklerini yitirdiler; ancak var olan hücreler üzerinde parazit olarak yaşamayı sürdürdüler.


Laboratuvar ortamında yeniden yaratılabilen ilkin hücre modellerinden biri...


Chetterjee'ye göre yaşamın başlangıcıyla ilgili teorilerin ana sorunu, yaşamın bu başlangıcıyla ilgili çok fazla sayıda deney geliştiremiyor oluşlarıdır. Evrim Ağacı olarak bu fikre, günümüzde yaşamın başlangıcına yönelik olarak özellikle İtalya, Hollanda ve Danimarka'da yapılan baş döndürücü deeyleri düşündüğümüzde, katılamıyoruz. Ancak Chatterjee, bir sorun olarak gördüğü bu noktaya bir çözüm de öneriyor ve antik yaşam öncesi dünyayı yeniden yaratabilmek için bir deney geliştiriyor. Şöyle izah ediyor:

"Eğer gelecek deneylerde zarla çevrili RNA virüslerinin ve prionların sentetik bir ön hücrenin yapımını sağlayabildiği gösterilirse, bu durum, Dünya'da yaşamın bu şekilde başlamış olacağına dair önemli ve anlaşılır bir yol sunmuş olacaktır."

Görüldüğü üzere yaşamın başlangıcı konusunda bilim camiası, farklı açılardan, aynı sonuca ulaşmaktadır: yaşam, cansızlıktan doğal süreçlerle başlamış olmalıdır, çünkü bir miktar dağınık halde de olsa elimizdeki tüm veriler buna işaret etmektedir. Araştırmacıların ayrı düştükleri nokta, yaşamın cansızlıktan başlamış olup olmamasından çok, bu sürecin tam olarak nasıl olduğu ve hangi sırayla olduğu yönündedir. Elbette günümüzde Abiyogenez Kuramı'na karşı olup, alternatif bilimsel teoriler arayan göreceli olarak ufak da olsa, dikkate alınması gereken bir grup bilim insanı bulunmaktadır. Şimdiye kadar çok güçlü bir alternatif açıklama geliştirilememiştir ve bu alternatif denemeler bile kimi zaman Abiyogenez Kuramı'nın öngördüğü gerçekleri doğrulamaya yaramıştır. Ancak yine de, bilimin bu karşıt doğası sayesinde, zaman içerisinde gerçeğe ulaşacağımızdan eminiz. Özellikle son dönemde yapılan "cansızlıktan canlılık yaratma deneyleri"nin müthiş başarı oranları, bu konuda nihai gerçeğin bulunmasına çok yakın olduğumuza dair umut vermektedir.

Umuyoruz ki bu konuda çalışmalar yürüten binlerce araştırmacının kıymetli emekleri sayesinde, yaşamın sırlarına bir bakış attığımız bu yazı dizimizi yıllar geçtikçe daha isabetli ve güncel olacak şekilde evrimleştirebileceğiz.

Carl Sagan'ın uzay için söylediği bir sözü, yaşamın başlangıcı için söyleyerek bitirmek istiyoruz:

"Muhteşem bir şey, keşfedilmeyi bekliyor."

Saygılarımızla.

Uyarı: Bu yazımız büyük oranda Phys.org makalesine dayanmaktadır; ancak bir çeviri yazısı değildir.

Yazan: ÇMB (Evrim Ağacı)


---


Abiyogenez Yazı Dizisinin Diğer Yazıları:

Abiyogenez - 1: Kimyasal Evrim, Canlılık ve Cansızlık Tanımları
Abiyogenez - 2: Canlılığın Temelindeki Moleküllere Giriş: 'Hayat Molekülleri'
Abiyogenez - 3: Nükleotitler, Genler, DNA, Kromozom ve Diğer Genetik Yapıların Özellikleri ve İşleyişi
Abiyogenez - 4: İlk DNA Nasıl Oluştu? - Retrovirüsler, "Önce-RNA Hipotezi" ve "RNA Dünyası Kuramı"
Abiyogenez - 5: Ribozim, RNA ve DNA'nın Evrimi
Abiyogenez - 6: İlkin Dünya Koşullarında Koaservatların Cansızlıktan Evrimi ve Yağların Önemi
Abiyogenez - 7: Büyük Hayat Moleküllerinin Oluşumu ve Canlılığın Cansız Temeli
Abiyogenez - 8: Koaservatların Evriminin Kısa ve Dar Bir Özeti
Abiyogenez - 9: Proteinler Kendi Kendilerine Nasıl Oluştular? Proteinin Oluşma Hesapları Üzerine...
Abiyogenez - 10: Bütün Canlıların Ortak Amacı Neden "Hayatta Kalmak" ve "Üremek"tir?

Kaynaklar ve İleri Okuma:

  1. Phys.org
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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
  7. Models for protocellular photophosphorylation, Peter R. Bahn, et al., Biosystems, Volume 14, Issue 1, 1981, Pages 3–14
  8. 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
  9. Sufficient conditions for emergent synchronization in protocellmodels, Journal of Theoretical Biology, Volume 254, Issue 4, 21 October 2008, Pages 741–751
  10. 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
  11. The “protocell”: A mathematical model of self-maintenance, Helmut Schwegler, et al., Biosystems, Volume 19, Issue 4, 1986, Pages 307–315
  12. Computational studies on conditions of the emergence of autopoietic protocells, Naoaki Ono, Biosystems, Volume 81, Issue 3, September 2005, Pages 223–233
  13. 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
  14. 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
  15. 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
  16. 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
  17. 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
  18. 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
  19. 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
  20. 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
  21. Natural selection in chemical evolution, Chrisantha Fernando, et al., Journal of Theoretical Biology, Volume 247, Issue 1, 7 July 2007, Pages 152–167
  22. 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
  23. Radiation-induced chemicalevolution of biomolecules, Kazumichi Nakagawa, Radiation Physics and Chemistry, Volume 78, Issue 12, December 2009, Pages 1198–1201
  24. 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
  25. 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
  26. Formamide in non-life/lifetransition, Raffaele Saladino, et al., Physics of Life Reviews, Volume 9, Issue 1, March 2012, Pages 121–123
  27. 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
  28. 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
  29. How life evolved: Forget the primordial soup, Nick Lane, The New Scientist, Volume 204, Issue 2730, 14 October 2009, Pages 38–42
  30. 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
  31. 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
  32. 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
  33. 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
  34. 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
  35. 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
  36. 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
  37. 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
  38. 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
  39. 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
  40. 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
0 Yorum