İÇİNDEKİLER
- Yaşamın nasıl başladığı sorusu bilimdeki en derin sorulardan biridir ve birçok teori mevcut olsa da bilim insanları hala bir cevap üzerinde anlaşamıyor.
Yaşamın nasıl başladığı sorusu bilimdeki en derin sorulardan biridir ve birçok teori mevcut olsa da bilim insanları hala bir cevap üzerinde anlaşamıyor.
Yaşamın kökenini anlamak, evrendeki yerimizi kavramamıza yardımcı olacağı gibi, dünya dışı yaşam arayışımıza da rehberlik edeceği için, tartışma konusu olmaya devam ediyor.
Bilim insanlarının dikkatini çeken ilk fikir “ilkel çorba”ydı: Dünya gençken okyanusların yaşam için önemli olan basit kimyasallarla dolu olduğu fikri. Bunlar sonunda basit canlı hücrelere kendi kendine birleşecekti. Bu fikir 1920’lerde bağımsız çalışan iki araştırmacı tarafından önerildi: SSCB’den Alexander Oparin ve İngiliz genetikçi JBS Haldane.
İlkel çorba hipotezi, 1953 yılında Nobel Ödülü sahibi Harold Urey’in gözetiminde Stanley Miller adlı genç bir Amerikalı lisansüstü öğrencisinin ünlü bir deneyi gerçekleştirmesiyle dramatik bir destek kazandı .
Miller, dört basit kimyasalı ısıtılan ve şimşeği taklit etmek için elektrik kıvılcımlarıyla şoklanan cam tüplerde karıştırdı. Deney, proteinlerin yapı taşları olan birkaç amino asit üretti. Miller-Urey deneyi, yaşam kimyasallarının doğal olarak oluşabileceğini gösterdi.
Ancak sıfırdan hayat yaratmanın Miller’ın deneyinin önerdiğinden çok daha karmaşık olduğu kanıtlandı. On yıllar boyunca birkaç rekabetçi hipotez önerildi ve bugün alan oldukça kutuplaşmış durumda. Bilim insanları, hayatın hangi kimyasal bileşenlerinin önce geldiği, hayatın hangi süreçlerinin önce geldiği ve Dünya’da hayatın ilk nerede ortaya çıktığı konusunda fikir ayrılığına düştüler.
Yaşamın kökeninin zamanlaması bile sorgulanıyor.
Kesin olarak bildiğimiz tek şey, bunun Dünya’nın 4,5 milyar yıl önce oluşmasından sonra ve en eski doğrulanmış fosillerin olduğu 3,4 milyar yıl önce gerçekleştiği. Birçok paleontolog, daha eski yaşam izlerini belirleyerek pencereyi daraltmaya çalıştı ancak bu bulgular tartışmalı.
Konuma gelince , birçoğu hala denizi tercih ediyor ancak mutlaka açık deniz değil: araştırmacıların sesli bir azınlığı yaşamın deniz tabanındaki alkali menfezlerde başladığını düşünüyor. Diğerleri yaşamın karadaki göletlerde, belki de Yellowstone’dakiler gibi jeotermal havuzlarda başladığını düşünüyor. Buz gibi birçok başka konum önerildi . Bilim insanlarının azınlığı, yaşamın evrenin başka bir yerinde başlamış olması ve Dünya’ya taşınmış olması gerektiğini savunuyor, bu fikir ” panspermia ” olarak biliniyor. Ancak, çoğu araştırmacı bunun Occam’ın usturasına aykırı olduğunu düşünüyor , özellikle de dünya dışı yaşam bulunmamışken .
Yaşamı yaratan süreç
En çetrefilli soru , yaşamın hangi mekanizmayla başladığıdır . Canlı organizmalarda gerçekleşen birçok süreçten hangisi önce ortaya çıktı?
Biyokimyacı Sidney Fox tarafından Miller-Urey deneyinin ardından popüler hale getirilen ilk fikirlerden biri, amino asitlerin basit proteinler halinde bir araya gelmesiydi. Modern organizmalarda proteinler, temel kimyasal reaksiyonları hızlandıran enzimler gibi davranmak da dahil olmak üzere çok çeşitli işlevler gerçekleştirir. Ancak, bu protein öncelikli hipotez büyük ölçüde gözden düşmüştür.
Çok daha popüler bir düşünce ise yaşamın, DNA’nın yakın bir kuzeni olan RNA ile bir ” RNA Dünyası “nda başladığıdır. RNA, tıpkı DNA gibi genleri taşıyabilir ve kendini kopyalayabilir, ancak aynı zamanda bir protein gibi katlanabilir ve bir enzim gibi davranabilir. Fikir, yalnızca RNA’ya dayalı organizmaların ilk ortaya çıktığı ve ancak daha sonra DNA ve protein geliştirdiğiydi.
RNA Dünyası çok sayıda destekleyici kanıt topladı, ancak RNA’nın tek başına yeterli olup olmadığı net değil. Son yıllarda bazı araştırmacılar, RNA’nın yalnızca proteinlerle eşleştirildiğinde potansiyeline ulaştığını ve yaşamın başlaması için her ikisinin de var olması gerektiğini öne sürdüler .
Üçüncü bir düşünce okulu, ilk organizmaların basit damlalar veya baloncuklar olduğudur . Bu “protohücreler” modern hücrelere bir temel özellikte benziyordu: yaşamın diğer tüm bileşenleri için kap görevi görüyorlardı . Nobel ödüllü biyolog Jack Szostak tarafından geliştirilen daha gelişmiş protohücreler de kendi kendini kopyalayan RNA içerir .
Son hipotez, yaşamın çevreden enerji çekip bu enerjiyi yaşam moleküllerini oluşturmak için kullanan bir dizi kimyasal reaksiyonla başladığıdır. Bu ” önce metabolizma ” fikri, 1980’lerin sonlarında Alman kimyager ve patent avukatı olan Günter Wächtershäuser tarafından savunuldu. Wächtershäuser, demir pirit (“aptal altını”) kristalleri üzerinde gerçekleşen bir dizi kimyasal reaksiyonu öngördü ve bu plana “Demir-Kükürt Dünyası” adını verdi. Ancak günümüzde bu fikir, ilk yaşamın deniz tabanındaki alkali menfezlerdeki elektrik yüklü proton akımlarıyla güçlendirildiği yönündeki Michael Russell’ın önerisiyle yer değiştirdi.
Bu senaryolardan hangisinin gezegenimizde gerçekleştiğini kesin olarak bilemesek de , laboratuvarda kimyasallardan başarılı bir şekilde yaşam yaratmak, en azından önerilen mekanizmalardan hangisinin gerçekten işe yaradığını bize söyleyecektir. Michael Marshall
Volkanik yıldırımlar Dünya’da yaşamı başlatmış olabilir
Video: Araştırmacılar, Stanley Miller’ın 1950’lerdeki ünlü kıvılcım deneylerini yeniden ele alıyor ve bazı yeni sonuçlara ulaşıyor.
Chaitén yanardağı 9000 yıl sonra ilk kez Mayıs ayında patladı
(Resim: www.inglaner.com/volcan_chaiten.htm)
Tüm zamanların en ünlü deneylerinden birinin, herkesin fark ettiğinden daha da başarılı olduğu keşfedildi. Miller-Urey kıvılcım şişesi deneyi, Dünya’daki yaşamın kökeninin anahtarını barındırabilir.
Kaliforniya’daki Scripps Oşinografi Enstitüsü’nden Jeffrey Bada ve meslektaşları, Chicago Üniversitesi’nden Stanley Miller’ın 1953 ve 1954’te bıraktığı 50 yıllık orijinal örnekleri yeniden analiz ettiler. Bu, proteinlerin yapı taşları olan amino asitleri inorganik moleküllerden ve bir elektrik kıvılcımından üreten ilk deneydi.
Bada’nın ekibi, Miller’ın tespit edebildiğinden daha fazla organik molekül keşfetti ve ayrıca Miller’ın gerçekleştirdiği ancak hiçbir zaman yayınlamadığı ikincil bir deneyin, Dünya’daki yaşamın yaklaşık 4 milyar yıl önce nasıl başladığına dair en iyi ipucunu sunduğunu gösterdi .
Miller 2007’de öldü ve ilk öğrencilerinden biri olan Bada, ofisinin ve laboratuvarının içeriğini miras aldı. Bada’nın bu yılın başlarında kutuları açmasına tesadüfen bir sohbet neden oldu.
“Her deneyden birer alıntı bulduk. Birdenbire, elimizde orijinal örnekler olduğunu ve Stanley’nin o sırada elinde olmayan modern analitik yöntemleri kullanarak yeniden inceleyebileceğimizi fark ettim.” (Sağdaki video klipte Bada’nın örneklerin yeniden keşfine ilişkin anlatımını dinleyin.)
Klasik Miller-Urey deneyinde, Miller’ın erken Dünya’da mevcut olduğunu düşündüğü bir gaz ve su karışımı ısıtıldı ve yıldırımı taklit etmek için elektrikle vuruldu. Bu, beş tanımlanabilir amino asit yarattı.
Yine de Miller kıvılcım şişesinin üç versiyonunu test etti. Daha az bilinen iki kurulumdan biri olan volkanik aparat, pozitif olarak tanımlanabilen 22 amino asit yarattı.
Ekstra buhar
Volkanik aparat klasik tasarımdan sadece biraz farklıdır. Bir cam tüpteki daralma, elektrik akımından geçen buhar akışını artırır. Ancak bu küçük değişiklik tüm farkı yaratır.
–Projede işbirliği yapan Indiana Üniversitesi’nden Adam Johnson: “Deney sadece daha zengin bir amino asit karışımı üretmekle kalmadı, aynı zamanda amino asitlerin çoğu daha önce simüle edilmiş erken Dünya deneyinde tespit edilmemiş olanlardan oluşuyor. Diğer mino asitlerin birçoğunun hidroksil grupları bağlı olduğu için, yeterli zaman verildiğinde daha reaktif olacakları ve tamamen yeni moleküller oluşturma olasılıkları daha yüksek olacak” diye ekliyor projede işbirliği yapan Indiana Üniversitesi’nden Adam Johnson.
Elektriksel volkanizma
Miller’ın deneyine yönelik eleştirilerden biri, erken Dünya atmosferini biraz yanlış anlamış olmasıdır. Yeni keşifler ona ikinci bir hayat verebilir. Miller’ın şişelerindeki koşullar Dünya’nın tüm yüzeyini kaplayan koşulları yansıtmayabilir, ancak gezegenin etrafındaki küçük bölgelerde bulunmuş olabilir. Bada’ya göre, Miller’ın gazları o dönemde gezegeni noktalayan birçok volkan tarafından püskürtülmüş olabilir .
O zaman ihtiyaç duyulan tek şey elektriktir – ve birçok büyük volkanik patlamaya muhteşem yıldırımlar eşlik eder. Örneğin, Şili’deki Chaitén yanardağının 9000 yıl sonra ilk kez Mayıs 2008’de patlaması böyleydi (sağdaki resme bakın).
–Bada, “Darwin’in ılık küçük göleti tüm okyanustan ibaret olmak yerine, ılık küçük gölet volkanik ada gelgit havuzlarından ve lagünlerden oluşabilirdi” .
Volkanik aparattaki biraz ekstra buhar neden bu kadar büyük bir fark yaratır? Olası bir açıklama, buharın yeni oluşan amino asitleri, daha fazla reaksiyona girip başka bileşikler oluşturamadan kıvılcımlardan uzaklaştırmasıdır.
–NASA Astrobiyoloji Enstitüsü Müdürü Carl Pilcher, “Bu, Dünya’da yaşamın nasıl ortaya çıkmış olabileceğine dair daha fazla anlayışa yol açan heyecan verici bir sonuç” .
Bulgular ayrıca diğer gezegenlerdeki yaşam hakkında ipuçları da verebilir. Volkanik kıvılcım kabında bulunan koşullar bir zamanlar Mars veya Titan’da var olmuş olabilir ve Bada, Kızıl Gezegen’in yüzeyinin altında donmuş küçük miktarlarda amino asitleri tespit edebilecek aletler geliştiriyor.
Dergi referansı: Science (DOI: 10.1126/science.1161527)
Başlangıçta: Dünya’daki yaşamın tüm hikayesi nihayet anlatılabilir
Evrimin ilk 3,5 milyar yılının olayları sonunda gün yüzüne çıkıyor ve bunlar hayal ettiğimizden çok daha fazla dram ve entrika içeriyor
Stephanie Tekton
Dünya’daki yaşamın çoğu anlatımı yarım milyar yıldan biraz daha önce başlar. O zaman, evrimsel bir yaratıcılık patlaması bugün yaşayan hemen hemen tüm hayvanların ve bitkilerin atalarını üretti. Bu “Kambriyen patlaması”ndan sonra, yaşamın öyküsü balıklar, amfibiler, böcekler, kara bitkileri, dinozorların yükselişi ve düşüşü ve nihayetinde insanların ortaya çıkışıdır. Bu destansı bir öyküdür – ancak yaşamın tarihinin yalnızca sekizde birini kapsar.
Sorun şu ki, hayvanlar ve bitkiler bol miktarda fosil bırakmış olsa da, Prekambriyen kayaları daha erken yaşam izlerine neredeyse hiç sahip değildir.
–Bu, Türlerin Kökeni Üzerine adlı eserinde şöyle yazan Charles Darwin’i çileden çıkarmıştır : “Bu engin ilkel dönemlere ait kayıtları neden bulamadığımız sorusuna tatmin edici bir cevap veremiyorum.”
O zamandan beri, birkaç fosilleşmiş kalıntı bulundu, ancak bunlar çoğunlukla sırlarını vermekten çekinen mikroskobik lekelerdir. Yine de, son yıllarda, yaratıcı araştırmacılar yaşamın kara kutusunun kapağını kaldırmanın yeni yollarını buldular.
Bu, ilk 3,5 milyar yılın hikayesidir. Tek hücreli organizmaların hakim olduğu bir hikayedir, ancak aynı zamanda da büyük bir değişim hikayesidir. Kıtaların doğuşunu, şimdiye kadar işlenmiş en büyük kimyasal kirliliği ve evrenin başka hiçbir yerinde asla gerçekleşmemiş olabilecek tuhaf bir evrimsel olayı kapsar. Bu destansı bir yolculuktur, bu yüzden kemerlerinizi bağlayın.
Başlangıçta Dünya vardı. Yaklaşık 4,54 milyar yıl önce kayalardan ve tozdan oluştu ve kısa bir süre sonra başka bir bebek gezegen ( veya muhtemelen birkaç küçük gezegen ) yüzüne çarptı . Çarpma Dünya’nın yüzeyini eritti ve…
Kayalardaki izler, Dünya’daki yaşamın en eski kanıtı olabilir
Biyolojinin kaynağı, Matthew Dodd
Yaşamın beşiğine yaklaşıyor muyuz?
Dünya’da yaşamın şimdiye kadar bulunduğu iddia edilen en eski kanıtı, ilk mikropların deniz tabanındaki hidrotermal bacaların etrafında ortaya çıktığı fikrini destekliyor – ancak çalışma halihazırda tartışmalı olduğunu kanıtlıyor.
Yaşamın kökenini açıklamak, biyolojideki en büyük talep edilmemiş ödüllerden biridir ve Nobel ödüllüler de dahil olmak üzere birçok bilim insanının peşinde olduğu bir şeydir. Kesin olarak bildiğimiz tek şey, yaşamın Dünya’nın 4,5 milyar yıl önce oluşumu ile ilk tartışmasız fosillerin yaklaşık 3,4 milyar yıl önce ortaya çıkması arasında bir zamanda ortaya çıkmış olması gerektiğidir .
Yaşamın kökenini araştıranların çoğu teorilerini biyokimyasal ilkelere dayandırır. Ancak yaşamın ortaya çıkışına dair doğrudan kanıt aramak için, Grönland, Kuzey Kanada ve Antarktika’nın bazı kısımları da dahil olmak üzere Dünya’nın son kalan vahşi doğasını ziyaret etmeleri gerekir. Şans eseri, Dünya’nın en eski kayalarının ve potansiyel olarak fosillerinin hala bulunabileceği tek yerler bunlardır.
University College London’dan Matthew Dodd ve meslektaşları, Kanada’nın kuzeyindeki Quebec’te bulunan Nuvvuagittuq kuşağı adı verilen bölgeden toplanan kayaları analiz etmeyi yeni bitirdiler. Hudson Körfezi kıyısındaki buradaki kayalar en az 3,75 milyar yaşında ve bazı jeologlar bunların yaklaşık 4,29 milyar yaşında olduğunu , yani gezegenin kendisinden biraz daha genç olduklarını iddia ediyorlar
Tüm bu eski kayalar gibi, bunlar da büyük ölçüde değişikliğe uğramıştır. Bir noktada, 500°C’nin üzerindeki sıcaklıkların ve aşırı basınçların onları pişirdiği ve deforme ettiği Dünya’nın derinliklerinde zaman geçirdiler.
Ancak jeologlar hala Dünya’nın çok erken okyanuslarının dibinde oluştuklarına dair ipuçları okuyabiliyorlar. Önemli bir şekilde, antik derin deniz hidrotermal bacalarının kanıtlarını koruyor gibi görünüyorlar – tam da birçok kişinin yaşamın en olası doğum yeri olarak gördüğü türden bir ortam.
Dodd ve meslektaşları, başlangıçta nispeten soğuk menfezler (160°C’den az) etrafında oluşan demir açısından zengin kayalarda erken yaşam kanıtı bulduklarına inanıyorlar. Bu kayalar, demir oksitten yapılmış mikroskobik tüpler ve filamentler içeriyor. Araştırmacılar, çok benzer yapıların, modern derin deniz hidrotermal menfezleri etrafında mat benzeri kolonilerde yaşayan bakteriler tarafından oluşturulduğunu söylüyor.
Dahası, filamentlere yakın materyal, biyolojik süreçlerin izotopik dengesine sahip karbon içeriyor , diyor Dodd. Bu karbonun bir kısmı, fosfor açısından zengin minerallerin kristallerinin içindedir ve bu da erken biyolojiye işaret eder.
–Dodd, “Fosfor, Dünya’daki tüm yaşam için elzemdir. Organizmalar ölüp çürüdükçe serbest kalır ve daha sonra minerallere dahil edilebilir.”
Tüm bu kanıtlar bir araya geldiğinde kaçınılmaz bir sonuca işaret ediyor: Dünya’nın ilk zamanlarında, günümüzün düşük sıcaklıklı hidrotermal bacalarında bulunanlara benzer mikroplar yaşıyordu.
Doğrulanırsa, sonuç birkaç nedenden ötürü önemli olacaktır. Yaşam kaydını potansiyel olarak 4,29 milyar yıl öncesine geri götürecek ve gezegenimizin şaşırtıcı derecede erken bir zamanda yerleşim yeri olduğunu öne sürecektir. On yıldan biraz daha önce, fikir birliği Dünya’nın tarihinin bu kadar erken bir döneminde hala erimiş bir kütle olduğu yönündeydi .
Jeotermal enerji
Dahası, yaşamın, organizmaların enerjilerini jeotermal süreçlerden elde etmek zorunda olduğu derin deniz menfezlerinin etrafında başladığını gösterecektir, çünkü çok az veya hiç güneş ışığı yoktur. Bu, jeolojik kanıtların, yaşamın derin hidrotermal alanlarda ortaya çıktığını ima eden genetik ve biyokimyasal çalışmalardan elde edilen bulgularla uyumlu hale getirilmesine yardımcı olacaktır – ve çoğu erken fosilin bulunduğu sığ, güneş ışığı alan ortamlarda değil.
–Perth’deki Batı Avustralya Üniversitesi’nden David Wacey , “Erken yaşam için en güçlü [fosil] kanıt şu anda plaj kumları gibi sığ su birikintilerinden geliyor . Bu çalışma bizi bir kez daha yaşamın olası bir hidrotermal beşiği hakkında düşünmeye sevk ediyor.”
Wacey, Dodd ve meslektaşlarının antik yaşam kanıtlarının makul derecede sağlam olduğunu düşünüyor.
–Wacey, “Kimyasal kanıtların bireysel hatları özellikle güçlü değil, ancak bunları filamentlerden gelen kanıtlarla bir araya getirince oldukça ikna edici bir biyolojik senaryo ortaya çıkıyor,” .
Maine, East Boothbay’deki Bigelow Okyanus Bilimleri Laboratuvarı’ndan David Emerson daha temkinli. Emerson, modern mikrobiyal matların biyolojisini araştırmak için uzun yıllar harcadı .
–Emerson, “Bu mat topluluklarında biyolojik olarak kolayca tanımlanabilen benzersiz yapılar elde ediyorsunuz. Sorun şu ki, zamanda geriye gittiğinizde kanıtları yorumlamak giderek daha da zorlaşıyor.”
Diğerleri yeni çalışmadan ikna olmamış durumda.
–Fransa, Orléans’taki Moleküler Biyofizik Merkezi’nden Frances Westall , “Açıkçası şüpheliyim . Her türlü reaksiyon [yüksek] basınç ve sıcaklıklarda gerçekleşir.”
Filamentler, bu reaksiyonların sadece ilginç bir yan ürünü olabilir ve biyolojik aktiviteyle hiçbir ilgisi olmayabilir, diyor.
2016 yılında Grönland’daki 3,7 milyar yıllık kayalarda olası erken yaşam üzerine bir çalışmanın ortak yazarı olan Sidney’deki New South Wales Üniversitesi’nden Martin Van Kranendonk da bir diğer kesin şüpheci. Kırılgan, mikroskobik yapıların yeraltında yüksek sıcaklıklara ve basınçlara maruz kalmış kayalarda hayatta kalabilmesinin “inanılmaz” olduğunu söylüyor.
Westall, 1990’ların ortalarında NASA bilim insanlarının 4 milyar yıllık bir Mars meteoritinde olası yaşam belirtileri iddiasıyla bir karşılaştırma yapıyor . Yine kanıt, biyolojik aktiviteyle tutarlı ilginç mikro yapılar ve izotopik imzalar biçimindeydi. Bulgular baştan itibaren tartışmalıydı ve çoğu bilim insanı sonunda bunları reddetti .
Ancak Dodd’un ekibinin iddiaları ilk izlenimlere dayanarak özet olarak reddedilemez.
Wacey, birçok araştırmacının karar vermeden önce kanıtları ayrıntılı bir şekilde incelemek isteyeceğini söylüyor.
–Wacey, “Bir fikir birliğine varılması yıllar alabilir” .
4,29 milyar yıllık olabilecek “fosiller” söz konusu olduğunda, acele etmenin pek bir anlamı yok.
About The Author
