ATALARIMIZIN HİKAYESİ-3: YAŞAMIN BAŞLANGICI: ABİYOGENEZ TEORİSİ CANSIZLIKTAN CANLILIĞA GEÇİŞ: MODELLER TEORİLER DENEYLER-1

 Atalarımızın Hikayesi yazıdizisinin ikinci bölümünde; Darwin'in, Hooker'a yazdığı mektubu, Oparin'in İlkel Çorba teorisini ve J.S.B. Haldane'nın Sıcak Derişik Çorbalar Teorisini anlattım. Yazıdizisinin üçüncü bölümünde Abiyogenez teorisinin içinde kabul gören teorileri, modelleri ve deneyleri anlatacağım. İyi okumalar.

ABİYOGENEZ TEORİSİNİN KABUL GÖREN MODELLERİ TEORİLERİ VE DENEYLERİ

ORGANİK MOLEKÜLLERİN KÖKENİ

Organik moleküllerin oluşmasında kabul gören üç kökeni vardır: 

1. Enerji kaynakları (ultraviyole ışığı veya elektrik boşalmaları vs.) organik madde sentezlemeyi başlatır.

2. Dünyadışı nesneler

3. Ani şoklardan kaynaklanan organik sentezler

Bilim insanları yaptıkları araştırmalara dayanan tahminlerinde, Dünya'nın erken döneminde ki atmosfer ortamında, 3.5 milyar yıl önceki zamanda meydana gelen organik madde miktarının diğer dönemlere göre daha fazla olduğu düşünülmektedir.

MİLLER - UREY DENEYİ (İLKEL ÇORBA KURAMI)

1953 yılında profesör Harold Clayton Urey ve asistanı Stanley Lloyd Miller yaptıkları bir deney, organik bileşiklerin, Dünyanın oluşumu ve erken döneminde kendiliğinden oluşabileceğini kanıtladılar. Günümüzde bilim camiasının en bilindik deneyi olan Miller - Urey Deneyinde, temel organik bileşiklerin oluşumunu sağlamak için, inorganik bileşiklerden oluşmuş bir gaz (Metan, Amonyak, Hidrojen) karışımı kullanılmıştır.

Yaşam öncesi atmosferde yoğun bir oksijen gazı olduğu tahmin ediliyor. Bu tahmin doğruysa yoğun oksijen gazından dolayı, organik bileşiklerin oluşmaması gerekiyor. Oksijen Felaketi (Büyük Oksidasyon Olayı, Oksijen Devrimi, Oksijen Krizi)  denilen bu olay,  2.6 milyar yıl önce başlayıp, 2.4 milyar yıl önce sona ermiştir. Bu dönemde büyük çaplı çevresel değişimler meydana gelmiştir. Dünyanın yaşı için kısa sayılacak birkaç yüz milyon yıllık bir sürede oksijen seviyesi yüzde ikiye kadar yükselmiştir. Bu durum birçok canlının soyunun tükenmesine neden olurken, bir yandan da tür çeşitliliğine neden olmuş ve daha verimli bir soluma biçimi olan oksijenli soluma, evrimsel gelişmeleri hızlandırmıştır.

Yaşam öncesi hiçbir varlığın, oluşumun olmadığı bir ortamda inorganik bileşikler bir araya gelip Kimyasal Evrim (Çorba Teorisi) uygun bir ortam oluşturabilirler. Bütün bunların oluşması basit bir süreç değildir. Miller - Urey Deneyinde temel organik bileşiklerin oluşmasını engelleyecek bileşikler de oluşmuştur. Yine Miller - Uret Deneyinde amino asitlerle (AMİNO ASİT: Proteinleri oluşturan temel yapı taşları) tepkimeye girebilen peptit zincirini (PEPTİT ZİNCİRİ: Amino asit zincirleridir. Birkaç amino asit bu şekilde birleştiğinde meydana gelen yapıya oligopeptit adı verilir. Birçok amino asit birleştiğinde ise bu yapıya polipeptit denir. Basit proteinler hidroliz sonrası sadece amino asitlere dönüşür) kırarak birçok ürün ortaya çıkmıştır.

DERİN DENİZ SICAK SU KAYNAĞI TEORİSİ

Derin Deniz Sıcak Su Kaynağı Teorisi; canlılığın, ayın, gezegenlerin çekim kuvvetiyle ve çeşitli mekanizmalarla ısınan, kimyasal yönden zengin sıvı kaynaklarının  deniz tabanından yükselmesiyle başladığını söylemektedir. Sıcak su kaynağından gelen hidrojen sülfit ve hidrojen ile  karbondioksit gibi gazlar uygun bir oksitleyici ile tepkime başlatarak redoks tepkimelerinin sonunda kimyasal enerji elde edebilir. 

FOX DENEYLERİ

1950'lerde ve 1960'larda, Sidney W. Fox, dünyanın ilk oluşum zamanındaki olası koşullar altıında peptit yapılarının kendiliğinden oluşumu üzerine çalıştı. Amino asitlerin kendiliğinden oluşabileceğini gösterdi. Bu amino asitler ve küçük peptitler mikroküreler olarak adlandırılan kapalı küresel yapılar oluşturmuş olabilir. 

EİGEN HİPOTEZİ

Max Planc Biyofizik Kimya Enstitüsü'nden, Manfred Eigen ve Peter Schuster canlılık öncesini araştırdılar. Yaşam öncesi çorbada moleküller kaos ve kendi kendini üreten hiper daire arasındaki geçiş süreçlerini incelediler. 

Bir hiper dairede, bilgi bir depolama sistemi (muhtemelen RNA) bir enzim üretir, bu da başka bir bilgi sisteminin olşumunu katalizler, bu işlem birçok kere tekrarlandıktan sonra en sonuncu ürün ilk bilgi sisteminin oluşumunu sağlar. Hiper daire teorisine önemli bir destek, RNA’nın bazı durumlarda kendi kimyasal tepkimelerini katalizleyebilme  yeteneğine sahip olan ribozimler oluşturabilmesinin keşfedilmesiyle geldi.

DEMİR - KÜKÜRT KURAMI (GÜNTER WACHTERSHAUSER TEORİSİ)

Bu teoriye göre; Kimyasal Evrim, canlı yaşamın temelidir. Basit inorganik bileşikler tepkimeye girerek, karmaşık organik bileşikleri oluşturdu. Bu kimyasal tepkimeler, dünyanın en eski ve en tutarlı tepkimeleridir. 

Dış enerji kaynakalarına (Yıldırım veya Mor Ötesi Işıklar) ihtiyaç duyan klasik Miller - Urey deneylerinin tam tersine Demir - Kükürt Kuramı kendi enerji kaynaklarını üretebilmektedir. Bu kurama göre için enerji kaynaklarını, demir sülfür ve diğer minareller (Pirit gibi minareller) oluşturmaktadır. Metal sülfürlerin reaksiyonundan çıkan enerji ile organik moleküllerle birlikte oligomerlerin (OLİGOMER: Sınırsız sayıda, en azından ilke olarak, monomer birimi içeren bir polimer ile zıt bir şekilde sınırlı sayıda monomer içermektedir.) ve polimerlerin (POLİMER: birçok tekrar eden alt birimden oluşmuş çok büyük moleküllerden veya makromoleküllerden oluşan bir madde veya malzemedir.) sentezi de gerçekleşir. 

RADYOAKTİF SAHİL TEORİSİ

Washington Üniversitesinden Zachary Adam, şimdikinden çok daha yakında olan bir aydan kaynaklanan gelgitlerin uranyumun radyoaktif taneciklerinin ve diğer radyoaktif elementlerin o zaman varolan kıyılarda suların üst seviyelerinde yoğunlaşmasına neden olabileceğini, bunların buralarda yaşamı oluşturan yapı blokları üretmiş olabileceğini iddia etmektedir.

Bilgisayar modellemesine göre, benzer radyoaktif maddelerin Gabon’da Oklo uranyum maden yatağında belirlendiği gibi benzer şekilde kendi kendini sürdüren nükleer reaksiyonlar gösterebilmektedir. Bu tip radyoaktif sahil kumu, sudaki asetonitrilden amino asit ve şeker gibi organik moleküller üretmeye yetecek enerji sağlamaktadır. Aynı zamanda radyoaktif monazit, kum tanecikleri arasındaki ortama çözünür fosfat salarak onun biyolojik olarak “erişilebilir” kılar. Böylece amino asitler, şekerler ve çözünür fosfatlar eş zamanlı olarak bu teoriye göre üretilebilirler. Radyoaktif aktinitler organik-metalik komplekslerin (karmaşıkların) içinde yer almış olabilir. Bu kompleksler yaşam süreçlerinin erken katalizörleri olmuş olabilir. Aberdeen Üniversitesi’nden John Parnell, böylesi bir sürecin ıslak kayalık herhangi bir gezegenin ilk dönemlerinde yaşamın potasının bir parçasını oluşturabileceğini düşünmektedir; yeter ki radyoaktif mineralleri yüzeye çıkaran kıtasallevha hareketleri sistemini üretecek kadar büyük olsun bu gezegen. Dünyanın ilk oluşum dönemlerinde gezegenin küçük “levhacıktan” oluştuğu düşünüldüğü için bu durum bu süreçler için uygun bir ortam mevcuttu. 

KENDİ KENDİNE ORGANİZ OLMA VE KOPYALAMA

Kendi kendine organize olma ve kendini kopyalama özellikleri sıklıkla canlı sistemlerinin tanımlayıcı özelliği olarak olarak düşünülür; ancak uygun koşullarda benzer özellikleri gösteren bir çok abiyotik (cansız) molekül örnekleri vardır. Mesela Martin ve Russel bulunduğu çevreden hücre zarları ile fiziksel olarak kompartımanlaşmasının ve kendi içinde bulunan redox reaksiyonlarının (tepkimelerinin) kendi kendine organize olmasının canlı varlıkların en korunmuş nitelikleri olduğunu göstermekte ve dolayısıyla bu niteliklere sahip olan inorganik maddelerin yaşamın en yakın atası olduğunu tartışmaktadırlar. 

ORGANİK MOLEKÜLLERDEN ATA HÜCRELERE

“Basit organik moleküller nasıl bir proto-hücre (ön hücre) oluşturabilir?” sorusu büyük oranda yanıtsızdır ancak bir çok hipotez vardır. Bazı bilim insanları nükleik asitlerin erkenden ortaya çıktıklarını öne sürerken, diğerleri (önce metabolizma diyenler) biyokimyasal reaksiyon ve yolların evrimini başlangıç olarak ileri sürmektedir. Son zamanlarda her ikisini birleştiren hibrid modelleri öne çıkaran eğilimler söz konusudur.

ÖNCE GENLER MODELİ: RNA DÜNYASI

RNA dünya hipotezi, kendiliğinden oluşan göreceli kısa RNA moleküllerinin kendi kopyalanmalarını katalizleme yeteneğine sahip olmuş olabileceğini ileri sürmektedir. Bu oluşumun olasılığını tahmin etmek güçtür. Bu oluşum ile ilgili çeşitli teoriler öne sürülmüştür. İlk hücre membranları kendiliğinden, proteinoitlerden oluşmuş olabilir. Proteinoitler amino asit çözeltileri (solüsyonları) ısıtıldığında oluşan protein benzeri moleküllerdir, bunlar sulu çözeltide doğru konsantrasyonda bulunduklarında bunların kapalı zar (membran) kompartımanlarına benzer mikroküreler oluştururular. Diğer olasılıklarkilde veya pirit kayaların yüzeyinde meydana gelen kimyasal reaksiyon sistemlerini içermektedir. Dünyanın oluşumunda RNA’nın önemli bir ol oynadığını destekleyen unsurlar,

1. Onun hem bilgi depolama hem de (bir ribozim olarak) kimyasal reaksiyon katalizleme yeteneği,

2. Modern organizmalarda (DNA biçiminde) genetik bilginin ifadesi ve muhafazasında bir araç olarak sahip olduğu önemli roller;

3. Dünyanın ilk oluşumundaki şartlara yakın şartlar altında onu oluşturan bileşiklerin (nükleotitlerin) kolayca kimyasal sentezinin olabilmesidir.

Diğerlerini kopyalayacak görece kısa RNA molekülleri laboratuar ortamında üretilebilmiştir. Araştırmacılar sitozin ve urasilden nükleotidlerin abiyojenik sentezinin çok zor olduğunu dikkati çekmişlerdir. Sitozin 100 °C’de 19 günlük, donmuş suda ise 17.000 senelik bir yarı ömre sahiptir.

ÖNCE METABOLİZMA MODELİ: DEMİR - KÜKÜRT KURAMI 

Bu teoriye göre; Kimyasal Evrim, canlı yaşamın temelidir. Basit inorganik bileşikler tepkimeye girerek, karmaşık organik bileşikleri oluşturdu. Bu kimyasal tepkimeler, dünyanın en eski ve en tutarlı tepkimeleridir. 

Dış enerji kaynakalarına (Yıldırım veya Mor Ötesi Işıklar) ihtiyaç duyan klasik Miller - Urey deneylerinin tam tersine Demir - Kükürt Kuramı kendi enerji kaynaklarını üretebilmektedir. Bu kurama göre için enerji kaynaklarını, demir sülfür ve diğer minareller (Pirit gibi minareller) oluşturmaktadır. Metal sülfürlerin reaksiyonundan çıkan enerji ile organik moleküllerle birlikte oligomerlerin (OLİGOMER: Sınırsız sayıda, en azından ilke olarak, monomer birimi içeren bir polimer ile zıt bir şekilde sınırlı sayıda monomer içermektedir.) ve polimerlerin (POLİMER: birçok tekrar eden alt birimden oluşmuş çok büyük moleküllerden veya makromoleküllerden oluşan bir madde veya malzemedir.) sentezi de gerçekleşir.

KONU İLE İLİGİLİ KAYNAKÇALAR

- Abou Mrad, Ninette; Vinogradoff, Vassilissa; Duvernay, Fabrice; Danger, Grégoire; Theulé, Patrice; Borget, Fabien; Chiavassa, Thierry (2015). "Laboratory experimental simulations: Chemical evolution of the organic matter from interstellar and cometary ice analogs". Bulletin de la Société Royale des Sciences de Liège

-  Goncharuk, Vladislav V.; Zui, O. V. (February 2015). "Water and carbon dioxide as the main precursors of organic matter on Earth and in space". Journal of Water Chemistry and Technology

- Hayes, Jacqui (7 Kasım 2006), "Hazy origins of life on Earth", Cosmos, Luna Media 

- Fitzpatrick, Tony (2005). "Calculations favor reducing atmosphere for early earth – Was Miller–Urey experiment correct?". Washington University in St. Louis

-  Copley, Shelley D.; Smith, Eric; Morowitz, Harold J. (December 2007). "The origin of the RNA world: Co-evolution of genes and metabolism" (PDF). Bioorganic Chemistry

DİPNOT: MAKALELERİ GOOGLE ÇEVRİDEN ÇEVİRDİM, ÇEVRİLERDE KÜÇÜK HATALAR OLABİLİR.

DENİZ DÜZGÜN