Çevrim içi yayın blogu Medium’da fizikçi Manuel Brenner tarafından kaleme alınan “Dünya tarihindeki en önemli çarpışma” adlı ve “Yaşam fiziği, şimdiye dek uzaylılarla karşılaşmama nedenimizi nasıl açıklayabilir” alt başlıklı bir makalede ilginç belirlemelere yer verildi. Bu makaleyi Ayşen Tekşen’in çevirisiyle sunuyoruz.

Nereden geldiğimize dair bir ipucu olmaksızın, biz insanların günün birinde burada, dünyada uyandığımızı düşünmek bana hala tuhaf gelir.

Fikrimiz sorulmadan ve fazla açıklama yapılmadan kendimizi bu dünyaya fırlatılmış bulduk (Heidegger haklı olarak bu görüngüyü Geworfenheit/fırlatılmışlık olarak adlandırır.)

Dünyayı gözlemek ve içinde bulunduğumuz durumu anlamlandırmamıza yardımcı olabilecek ipuçlarını ve izleri bulmak amacıyla geçmişimizi ve dünyayı incelemek zorlu bir görev olabilir.

Buraya nasıl geldik?

Son iki yüz yılda bilim insanları bu soruyu yanıtlama doğrultusunda önemli gelişmeler kaydetti. Biyoloji ve doğadaki yerimize bakışımız önemli ölçüde değişti.

Buraya nasıl geldiğimiz sorusu cansız bir evrende yaşamın nasıl ortaya çıktığı sorusuyla yakından bağlantılıdır.

Bunu irdelemek heyecan verici bazı yeni kuramlar doğurmuştur.

Bu kuramlardan biri bizi dünya üzerindeki yaşam tarihinin en şanslı çarpışması olduğunu düşündüğüm şeye götürür.

Yaşam nedir?

Bu yanıtlanması zor bir sorudur ve yaşama ait her şeyi kapsayan eksiksiz bir tanım gerçekten de yoktur.

Yaşama biyolojik açıdan (örneğin, genetikle ilişkili bir şey olarak) ya da Darwinci evrimin öne çıktığı bir şey olarak bakabilirsiniz. Ya da yaşamı kimyasal açıdan (karbon-bazlı moleküller vb.) ve hatta felsefi açıdan (bilinçle ilgili bir şey, bir kendini-gerçekleştirme ilkesi) değerlendirebiliriz vesaire, vesaire.

UCL’den Adam Rutherford, yaşama ilişkin düşüncelerimizin ağırlıklı olarak yaşamın ne olduğuna odaklandığını ve fiziğin önemli bir verisini ihmal ettiğini savunur: sorgulamamız daha ziyade yaşamın aslında ne yaptığına odaklanmalıdır.

1952 yılında gerçekleştirilen Miller-Urey deneyi, amino asitler gibi karmaşık organik moleküllerin dünyanın ilk bir milyar yılındaki kimyasal ortamda –ilkesel olarak- oluşturulabileceğini gösterdi.

Tartışılmaz öneme sahip bu içgörüden sonra pek çok insan, ilksel çorbada dolanıp duran yeterince amino asit olması halinde cansız maddeden yaşam oluşmasının yalnızca bir zaman sorunu olduğu şeklinde bir ölçüde erken bir çıkarıma hiç düşünmeden atladı.

Dünyanın ilk bir milyar yılının engin okyanuslarında yeterince amino asit ve yeterince vakit olması halinde elbette bunların bazıları bir hücre oluşturmak için bir noktada birleşecek ve sonrasında yaşam kendi yolunda ilerleyecekti. Önünde sonunda, yaşam amino asitlerden oluşur.

Ama yaşam yalnızca kendisinin (kimyasal) parçalarının toplamından fazlasıdır.

Canlı sistemler kendilerini canlı kılmak için gerçekte ne yaparlar?

Yaşam Fiziği

Yaşam, dünyadaki diğer doğal süreçlerle kıyaslandığında tuhaf olan şeyler yapmaktadır. Yaşam Termodinamikleri biraz karmaşık görünür.

Özgür İrade Termodinamiği üzerine daha önceki makalemde Homeostazda kalmalarına bağlı olan tüm canlı sistemlerin davranışlarının ardındaki düzenleyici bir ilke olarak Serbest Enerji İlkesini anlattım.

Benzer şekilde, yaşamın temelleri de termodinamik açıdan düşünülebilir.

Canlı sistemlerdeki enerji akışları nelerdir? Kendi enerjisinin idaresi söz konusu olduğunda yaşam ne yapmaktadır?

Yaşamın biyolojisi ya da kimyasından ziyade fiziği hakkında düşündüğümüzde çıkarılacak değerli dersler vardır.

Yaşam, Hücreler Arasında Proton Pompalamayı Eşitler

Nick Lane’in The Vital Question adlı kitabı son yıllarda okuduğum en zihin açıcı çalışmaydı.

Kitapta yaşamın nasıl yaşam bulmuş olabileceğine ilişkin kuramının ayrıntılı bir açıklamasını verir.

Benim burada odaklanacağım şey ise şudur: Tüm canlı sistemler hücrelerden oluşur.

Tüm hücrelerin, (pozitif yüklü) protonların membranlarla ayrıldığı bölümleri vardır.

Yüklerin ayrılması bir yük eğimine neden olur ve bu da bir enerji farkını gösterir. Protonların bu membranda dolaşması ya enerji harcanmasına ya da enerji salımına neden olur. Bu enerji organizma tarafından kullanılabilir.

Pillerin çalışma prensibi de budur: yükleri hatasız bir biçimde ayırabilir ve o bölünmede içkin olan enerjiye ulaşabilirseniz esnek bir enerji kaynağınız olur.

Biz insanlarda, ADP’yi hücredeki tüm metabolizmaya ve dolayısıyla bütün olarak canlı sistemin metabolizmasına güç sağlayan ATP’ye dönüştürmek için proton pompalama kullanılır. Varlığı canlı kılan şey budur.

Dünya üzerindeki tüm yaşamın temelinde proton pompaları vardır.

Bu proton pompalarının kurulması kolay değildir. Hiçlikten ortaya çıkmazlar. İlksel çorbada dolaşan amino asitlerin birdenbire protonları pompalamaya başlaması kolay değildir.

Onlar hücrenin güç merkezi gibi bir şeydir. Bu ifade bir şey çağrıştırdıysa harika olur.

Aldığınız eğitim sonunda işe yarıyor demektir.

Mitokondriyal Çarpışma

Son zamanlarda kaos kuramından (bir yerlerde kasırgaya neden olan kelebek) çok hoşlanır oldum. Küçük tesadüflerin nasıl olup da uzun erimde olayların gelişiminde büyük bir etki yarattığı hakkında düşünmek heyecan verici ve biraz da mide bulandırıcı (Birinci Dünya Savaşında Ruslar ve Kaos Kuramı öyküme bakınız).

Ama burada ele aldığım tesadüf hepsinden çok daha büyük olabilir.

Bir gün sokaklarda telefonunuzla yürüdüğünüzü düşünün.

Normal telefonunuzla değil, farklı bir telefonla. Bunu bir telefon olarak adlandırmak bile zor.

Dürüst olmak gerekirse, oldukça işe yaramaz bir şey. Nedeni ise pilinin yalnızca 10 saniye çalışması. Onu açabilir, PIN numaranızı girebilirsiniz ve hemen kapandığını görürsünüz. Bir bakıma, telefon çalışıyor olsa da yapabileceği işler son derece sınırlıdır.

Ama şimdi sokakta yürüyorsunuz ve birisi size doğru koşuyor. Tesadüfen, o kişinin yanında bir pil var. Çarpışma anında pil onun elinden telefonunuza fırlıyor ve orada sıkışıyor.

Zaten işe yaramayan telefonunuzun şimdi tamamen bozulduğunu düşündüğünüz için kızgınsınız ama telefonu açtığınızda yalnızca çalışmakla kalmıyor pili de bir tam gün dayanıyor. Ne tesadüf diye düşünüyorsunuz!

Biraz daha inceleyince telefonun üzerinde fotoğraf çekebileceğiniz bir kamera olduğunu, müzik dinleyebileceğinizi ve haritalarla şehirde dolaşabileceğinizi anlıyorsunuz. Önünüzde bir fırsatlar denizi uzanıyor. Çünkü birdenbire elinizde daha fazla enerji var. Olaylar nasıl da beklenmedik şekilde yön değiştirdi.

Şimdi uydurduğum bu metafor bize yaşamın kökeni hakkında ne öğretir?

Bakteri, Arke ve Ökaryot

Bildiğimiz kadarıyla, hücresel yaşamın dünyada yalnızca üç ana türü vardır: Bakteri, Arke ve Ökaryot.

Bakterileri günlük yaşamdan biliriz: hesaplamalar, bedeninizde kendi hücreleriniz kadar çok sayıda bakteri olduğunu söyler. Yalnızca ağzınızda yaşayan 100 ila 200 farklı tür bakteri vardır.

Arkeler de Bakterilere benzer: her ikisi de göreceli olarak ilkel yaşam biçimleridir. Bu iki yaşam biçimi bir hücre çekirdeğine sahip olmamaları açısından Ökaryottan ayrılırlar. Bazen Prokaryotlar olarak da gruplandırılırlar.

Bakteri ve Arke, yalnızca 1,6 -2,1 milyar yıl önce hayat bulan Ökaryottan çok daha uzun süredir dünyadadırlar.

Ökaryotlar dünya üzerindeki tüm yaşam biçimlerinin yalnızca küçük bir kesimini oluşturmakla birlikte en iyileri kendinde barındırır: kediler ve köpekler, ağaçlar ve mantarlar, insanlar hep bu grubun üyeleridir.

Hepsinin hücrelerinin içinde proton pompası vardır ama Ökaryotlarınki özeldir. Ökaryotların hücreleri Prokaryot hücrelerinden önemli ölçüde daha karmaşık ve onlardan oluşan organizmalar da büyüklük kertesine göre daha karmaşıktır.

Çarpışma

Ökaryotların nasıl yaşam bulduğunu tam olarak bilmiyoruz.

Ama elimizdeki en umut verici kuramlardan biri şudur: Bir Arkenin bir Bakteriyle çarpışmasından sonra ilk Ökaryot hücresi ortaya çıkmış ve aynı zamanda bu çarpışma (genelde olanın aksine) her iki organizmaya da zarar vermediği gibi, fazlasıyla verimli bir işbirliğinin temelini atmıştır.

Nick Lane ve Adam Rutherford’un da ileri sürdüğü gibi, bu çarpışma dünya tarihinde sadece bir kez gerçekleşmiş olabilir ve diğer tüm Ökaryot hücrelerinin atası olan tek bir ana Ökaryot hücresinin varlığından söz edilebilir.

Günümüz Ökaryotlarında gördüğümüz Mitokondriler bir Arke ile çarpışmış olan ilk Bakterinin kalıntılarıdır.

Çarpışmalarından sonra her ikisinin kalıntılarından yeni bir hücre oluşur. Bu durum, çok daha verimli bir enerji idaresine sahip olmalarını sağlayan bir simbiyozu başlatır: Mitokondriler proton pompalarken, hücrenin geri kalanında -çeşitli büyüklük kertesine göre harcanmak üzere- hücre hacmi başına daha fazla enerji bulunur ve bu fazla enerji daha karmaşık yapılar oluşturmasını mümkün kılar.

Tıpkı telefon pili gibi. Az miktarda enerjiniz olduğunda telefonunuzu açmaktan fazlasını yapamazsınız. Ama yeni enerji kaynağı bulunca çok daha fazlasını yapabilirsiniz.

Enerjideki bu artış Ökaryotun büyümesine ve sonunda dünyayı ele geçirmesine olanak sağladı.

Çarpışma ve Fermi Paradoksu

Ökaryotun ortaya çıkışıyla ilgili olarak elimizdeki tek kuramın bu olmadığını kabul etmem gerekir. Aşamalı modeller (örn. David ve Buzz Baum) ya da Ökaryotik hücrelerin, henüz Mitokondriler edinmeden önce hücre çekirdeği geliştirdiğini ve bir çarpışmaya gerek olmadığını söyleyen otojen modeller de vardır.

Ama The Vital Question adlı kitabında Nick Lane’in açıkladığı üzere, çarpışma savına inanmak için birkaç iyi neden vardır ve bazı sonuçlar da üzerinde düşünülmeyi hak edecek kadar ilginçtir.

Bunlardan biri, çarpışmanın yaşamın başlangıcıyla ilgili o büyük soruya ışık tutabileceğidir: “Neden hala uzaylılarla temas kuramadık?” sorusu olarak da bilinen Fermi Paradoksuna.

Eğer bu çarpışma gerçekten de dünyadaki yaşamın tarihinde yeni bir evrimsel aşama başlatmak için gerekliydiyse, başarılı olma olasılığı neydi kim bilebilir?

Evrende sıklıkla bakteri-benzeri yaşamın gelişmesi mümkün olabilir ama enerji kısıtlamaları genellikle yalnızca iki türün dramatik birleşimiyle aşılabileceğinden dolayı daha karmaşık yaşam formlarının evrimini sınırlı tutar.

Bu durum evrenin diğer yerlerinde bizimki kadar karmaşık yaşam biçimlerinin ortaya çıkmasını uzak bir olasılık haline getirerek Fermi’nin paradoksunu çözmeye yardımcı olur.
Tartışmalı olmakla birlikte, Ökaryotlar ve onların evriminde özel bir şey olduğunu kabul etmenin, evrende karmaşık yaşam biçimleri olasılığını hesaplarken dikkate alınması gereken yeni bir parametreyi beraberinde getirdiği de kesindir.

… ve varlığımızın benzersizliği düşüncesi altında daha fazla ezilmemize yardımcı olabilir.

(Çeviri: Ayşen Tekşen)