BİLİM & TEKNOLOJİ

Yaşam! İlk canlılar ve Hayat Ağacı…

LUCA dünyada yaşayan ilk organizma değil; bugün yaşayan tüm canlıların son ortak atası.

Yaşam ne zaman başladı?

Dünyamız 4,5 milyar yıl önce oluşan kara bir kaya parçası iken yemyeşil, yaşayan bir gezegene nasıl dönüştü?

Astrofizikçiler evrenin sırlarını anlamak için teleskoplarıyla milyarlarca ışık yılı uzaktaki galaksileri inceler.

Yaşamın sırrını çözmek için ‘jeologlar, kimyagerler ve biyologlar’ mikroskopları ile, Dünya’mızın derinliklerindeki kayalara seyahate çıkar.

Yaşam ne zaman başladı?

Quebec, Kanada’da; 4,2 milyar yaşında, demir soluyan ve demirle beslenen bakteri fosilleri bulundu.

Bu durumda 4,5 milyar yıl önce oluşan Dünya’mızda yaşamın çok çok erken başladı. Dünya gaz ve toz bulutundan oluştuktan birkaç yüz milyon yıl sonra yaşam başladı.

Fosillerin bulunduğu tortul kayaların formasyonu, yaşamın okyanusların derinliklerinde, magmanın etkisiyle aşırı derecede ısınan su ve gazın çıktığı bacalarda- ‘hidrotermal bacalar’da başladığını gösteriyor.

Zamanda yolculuk

Kayalar içlerinde bir meyveli kek gibi mineraller bulundurur ve bu mineraller hayatın başlangıcında çok önemli bir rol oynar.

Zirkon, birçok kayada bulunan mineral. Zirkon bilim insanları için zaman makinesi işlevi görüyor. Zirkon’un kimyasına baktığımızda, bu kristal yapının içinde su var ve zirkon’un 4 ila 4,4 milyar yıl önce oluştuğunu biliyoruz. Demek ki su, dünyanın oluşumundan çok az bir zaman sonra ortaya çıktı.

Dahası;
4,5 milyar yıl önce oluşan dünyanın atmosferi bugünün atmosferine oldukça benziyordu, bolca volkanik gazlar olan nitrojen (azot) ve karbondioksit. Atmosferde oksijen yoktu ama Oksijen, yaşama ilk başlayan, okyanusların dibindeki bakteriler için hiç de gerekli değildi.

2 milyar yıl boyunca bakteriler Yerkürede; kaya ve mineral birikimleri oluşturdular, okyanusları, kıtaları, atmosferi ve iklimi alt üst ettiler. Bu bakteriler yüzeye çıkıp güneş enerjisinden faydalanıp fotosentez yapmayı yaygınlaştırınca atmosferde oksijen arttı. Artık Dünya yaşayan bir gezegen oldu çünkü oksijen sayesinde artan enerji ile Dünya’da bakterilerin basit yaşamından çok daha karmaşık yaşam başladı.

Bu karmaşıklığa gidişin bir hikayesi var.

Yaşam nedir?

Yaşam; yeni bileşenler yapmak, bunları birleştirmek, böylece büyümek ve ayrıca üremektir; bu esnada da bütünlüğünü koruyabilmektir.

Bahsedilen bileşenler protein, şeker, yağ ve nükleik asit.

-Protein: Bunların içinde en kritiği protein dir. Çünkü varlığı inşa edip, sürdüren odur
-Şeker enerji için elzemdir,
-Yağ, suyun içinde koruyucu zar oluşturup bütünlüğü koruma açısından çok önemli.
-Nükleik asit, DNA’nın NA kısmı yani kalıtım işlevi görüyor.

Bunların hepsinden oluşanı kimse tutmasın…

Proteinlerin yapılışındaki hammadde amino asit dir. Amino asitler; karbon, hidrojen, nitrojen, oksijen, fosfor ve sülfür elementinden oluşuyor. Protein vücutta nefes almaktan kalbin atışına yemeğin sindirilmesinden harekete kadar tüm işlevlerden sorumlu…

Proteinleri bir çeşit ‘ara hammadde’ dir. çünkü proteinler birleşerek enzimleri oluşturuyor. Enzimler, organizmada her tür işlemin hızlarını arttırma-katalizör- görevi yaparlar. Enzimler olmasa elimizi kaldırmamız seneler sürerdi….

RİBOZOM; ‘Hücrelerimizde dahiyane bir şekilde çalışan bir enzim. Bir tek karaciğer hücresinde 13 milyon ribozom bulunuyor.’

Ribozomlar; Çekirdekteki DNA’larımızdan -Deoksiribo Nükleik Asit-, şeride yazılı şifreyi alırlar ve şifredeki sıraya göre amino asitleri harfi harfine dizip proteinin kendisine çevirirler. Şifreyi çekirdeğin dışındaki ribozomlara götüren postacı ise RNA -Ribo Nükleik Asit-. Nükleik asitler de sıradan atom dizilimlerinden oluşur. Yapı birimine ise nükleotit deniyor. 

DNA ikili bir sarmaldan oluşuyor ve fermuar gibi açılıp bir tane olabiliyor ki eşinden gelen bir tane ile birleşsin ve yeni fermuar oluşturup kalıtsal mirası çocuğa geçirsin.

Amino asitler organizmaya, nasıl bir tür protein lazımsa ilgili genin -DNA biriminin- dediği şekilde diziliyorlar, karaciğere ayrı protein, göze ayrı protein gibi…

İnsan vücudunda 20,687 gen, değişik proteinler için inşa şifresi taşıyor.

DNA çok değerlidir. DNA’da ki ilgili gen kısa mesajlar olarak RNA’ya yazılıyor. RNA yalnızca bir sarmaldan oluşuyor. Ribozom makineleri RNA’yı okuyup proteini yaparlar.

Bu arada 2009 yılında ribozomun bizzat bir RNA enzimi olduğu ispatlandı .

Yaşamın ihtiyacı neler?

1-Yeni bileşenler yapabilmek için karbon kaynağı olmalı…

İhtiyaç olan karbon, toprağın altındaki kömürü oluşturan karbonla aynı; yalnızca kimyasal olarak farklı şekilde evrimleşmiş. Karbon elementi uzun molekül zincirleri çeşitliliğine uygun; karbondan protein, şeker, yağ ve nükleik asit yapılabilir. Havada ki karbondioksit çekilip her seferinde bir karbon olarak diğer moleküllere eklenebilir.

2- Serbest enerji kaynağı olmalı…
(-Protein ve nükleik asit yapmak için)

Amino asitlerden protein yapmak için ya da nükleotidlerden nükleik asit (RNA,DNA) yapmak için, ribozomun enerji kaynağına ihtiyacı var. Tüm bu biyokimyasal reaksiyonlara metabolizma diyoruz. Besinlerin oksijenle yakılarak enerji ihtiyacının karşılandığını biliyoruz ama işin sırrı bu sistemin nasıl işlediğinde .

3-Metobolizmayı hızlandıracak katalizör olmalı

Canlı organizmalar en düşük enerjide- sıcaklık- kendilerini sürdürmek isterler. Katalizörler düşük enerji düzeyinde kimyasal reaksiyonların oluşmasına yardım ederler. Bu yüzden kimyasal reaksiyonları hızlandırmak için katalizörler kullanmak isterler. Proteinlerin yaptığı enzimler ve RNA’nın yaptığı ribozom da tam budur.

4-Atık boşaltımı olmalı…

Tren örneği verelim. Yolcular trene, istasyona yeni gelen yolcuların hızında binemezse, kısa zamanda bir blokaj oluşur sistem işlemez hale gelir. Yani atıklar hücreden fiziksel olarak çıkarılmalı.

5-Zarı olmalı

Yağ asitleri tam da bunu sağlar. Canlılığı sağlayan tüm organik moleküllerin bir bütünlük içinde oraya buraya dağılmaması için içerisini dışarıdan ayıran bir koruyucu zarı olmalı.

6-Kalıtsal olmalı

Türünün devamını sağlamak üremeye ve doğru bir şekilde üremeye bağlıdır bunu da DNA ve RNA ile sağlar.

İlk canlılar ve Hayat Ağacı

iki milyar yıl öncesine kadar sadece bakteriler ve arkeler vardı.

Arkeler, tek hücreli organizmalar ve hücrelerinin içinde çekirdek yok, aynen bakteriler gibi fakat metabolizmaları farklı işlediği için başlı başına bir dal olmayı hak ediyorlar.

Bakteriler ve arkeler normal koşullarda birbirinin atıklarıyla beslenen iki ayrı tür mikro organizma. Bazıları fazla yakınlaştılar ve bir grup arke, bir grup bakteriyi içine aldı. Fakat arkeler bakterileri yemedi, bakteriler de ev sahibini öldürmedi, Onun yerine şahene bir işbirliği başladı, arke, bakteriye yemekverdi, barınak verdi. Bakterinin atıkları arkeler için muhteşem bir enerji kaynağı oldu. Yeni aynı zamanada komplike hücreler oluştu. Bu yeni ve başarılı türün adı ökaryotlar; ve biz insanlar da bunun bir üyesiyiz. Bu hücrelerin içinde kalan antik bakteri kalıntısının adı da mitokondri dir.

En garip olay ise bu arke-bakteri birleşmesinin Dünya’nın tarihinde sadece bir kere yaşanmış olması.

Bunu şurdan biliyoruz, soğana, kediye, yosuna veya kendi hücrenize bakınca arada fark yok gibi. Hepimiz aynı şekilde yaşlanıyoruz ve eşeyli ürüyoruz. Bu olay birden çok kez yaşansaydı örneğin kendini klonlayarak üreyen türler de ortaya çıkardı belki; ama yok. Biyolojinin kara deliği bu işte; neden bu olay bir kez yaşandı?

LUCA – EVRENSEL ORTAK ATA

LUCA (Last Universal Common Ancestor- Son Evrensel Ortak Ata)

Bugün yaşam formlarının hepsinde ortak olan izler, tek hücreli bir bakteri olan LUCA’dan geliyor. Çünkü ökaryotlar -mesela biz-, arke ve bakterilerdeki genler aynı mantık ile çalışıyor. DNA, proteinin nasıl yapılması gerektiğini bildirir demiştik. İnsan genini alıp bakteriye koyarsanız bakteri insan proteini yapar. İnsülin böyle yapılıyor.

Genetik kodun bu kadar evrensel oluşu, bizim de son bir ortak evrensel atamız olduğunun işareti.!

LUCA’nın izlerine Grönland ve Avustralya’da okyanusların dibindeki hidrotermal bacaların etrafında rastlandı.

LUCA; proteinlerin yapımında kullanılan 20 kadar amino asidi kullanıyor, yüzlerce proteini var ve enzim de ürettiyor. İki katmanlı bir zarı ve RNA’sı var. LUCA, okyanusun dibinde oksijensiz ve güneş ışığı olmadan, sadece metan soluyarak 3,8 milyar yıl önce yaşadı.

LUCA dünyada yaşayan ilk organizma değil; bugün yaşayan tüm canlıların son ortak atası. Öncekilerin soyu günümüze gelemedi. 

Yaşayan modern mikro organizmaların ortak, 355 adet geninin LUCA’dan geldiği bugün kesin olarak biliniyor.

Mitokondri …

Arkelerin içindeki bakteri kalıntısına mitokondri denir. Mitokondri arkeye mükemmel bir enerji kaynağı olmuştur. Mitokondriler; Hücrelerimizin enerji santralleridir, kendi DNA’larına sahipdirler.

Mitokondrilerin DNA’sı yalnızca annelerden geçer, babalardan değil. Gözünüzün rengini belirleyen ve hücrenizin çekirdeğinde bulunan DNA hem anne hem babanızdan; fakat hücrenizin içinde-çekirdeğin dışında – bulunan mitokondrinizin DNA’sı sadece annenizden geliyor. 

Yaşamın nelere ihtiyacı var; şu enerji sisteminin nasıl işlediğinin sırrını verelim. Solunum yaptığımız anda besinlerden elektron (H-) çalmaya başlıyoruz ve bunları mitokondrinin zarında oksijene aktarıyoruz. Elektronların bu akışı protonları (H+) da mitokondrinin zarından dışarı çıkmaya zorluyor. Protonlar zarın dışında birikmeye başlayınca zarın içi ile dışı arasında proton sayısında büyük fark oluşuyor. Bir yerde çok proton olunca bir yerde az proton olunca akış kaçınılmaz oluyor. Bu akış ki adına proton pompalanması deniyor bakın neler beceriyor… 

ATP: HAYAT ENERJİSİ… 

Enerji, mitokondrinin içindeki ATP moleküllerinin içinde saklanıyor. ‘T harfi tri yani üç’, ‘P fosfat’, ‘A adenosin elementi’.

Üçüncü fosfatı eklemek aşırı zor; müthiş bir enerjiye mal oluyor. Aynı şekilde ATP’den bir fosfor gidince ADP kalıyor ‘aradaki D harfi di-iki anlamında’, bu esnada da depolanan enerji açığa çıkıyor. 

O halde üçüncü nasıl ekleniyor? 

Cevap: Proton pompalanmasıyla. Her birimiz hücrelerimizin zarlarından saniyede 1.021 adet proton pompalıyoruz. 

Proton pompalama işini daha detaylı anlatalım…

Solunuma tekrar dönelim; nefes alıp besinlerden elektron çalıyoruz ve elektronlar aktarılıyor dedik. Besin olarak şekeri seçelim. Glikoz= C 6 H 12 O 2 . Şimdi nefes alın. Oksijen yani. Tam 6 adet molekül oksijen, glikoz ile birleşince, 6 molekül karbondioksit, 6 molekül su ve enerji ortaya çıkıyor. ”Yani oksijen alıyoruz karbondioksit ve su buharı veriyoruz, yanında enerji!” Fakat buradan açığa çıkan enerjiyi doğrudan mesela koşmak için kullanamayız.

Bu ABD’de TL kullanmaya çalışmaya benzer. TL’yi dolara çevirmelisiniz. Bu benzetmeden yola çıkarak ATP’ye ‘enerji para birimi’ denir. Kısaca söz konusu enerjiyi ATP moleküllerinin içinde saklamamız gerek. Şimdi proton pompalamaya geldik.

Elektronların aktarılmasıyla protonlar mitokondri zarının bir tarafında fazlalaşıyor. Bir dengesizlik oluyor. Zarın bir tarafında çok proton var bir tarafında ise az. Fizik dünyasında denge ve sakinlik favoridir. Bu yüzden bir akış an meselesi. Mitokondri zarının üstünde ATP makineleri bulunuyor.

Zarın bir kısmında fazlalaşan protonlar öbür tarafa akarken makineyi döndürüyor Ve makine bir P’yi ADP’ye ekleyerek ATP yapıyor. Enerjiyi harcarken ATP yeniden ADP’ye -üçten iki fosfata- dönüşüyor. Şimdi artık düşünebilir, anlayabilir ve koşabilirsiniz. Böylece bir molekül glikozdan 32 adet ATP ürettiniz.

Yaşam nasıl başladı?

Tepkimeye son derece hazır bir doğal ortamda canlılığın, bir “cansızlık çorbası” içerisinde, oluşabileceği biliniyor. Bakteriler ve arkelerin oluşması bu çok olası duruma bağlı ve bunun serbest enerji bulmakla ve onu iyi kullanmakla ilgisi var. Bilim insanları bu ortamı laboratuvarda yaratmaya çalışıyor.

En önemli soru; önce neyin ilk oluştuğu. Günümüzde üç teori var. DNA mı, ATP mi, yoksa hücre zarı mı? Yani bilgi mi, enerji mi yoksa bütünlük mü?

Şili’deki ALMA adlı teleskop ile astrobiyologların yeni doğmakta olan bir yıldızın çevresinde kompleks organik moleküllerin izine rastladığı. Uzaylıyı gökte ararken yerde bulabiliriz.

Selin SEVİNDİREN

Click to comment

Leave a Reply

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

To Top