“Yaşam formları karbon bazlı olmak zorunda mıdır?” sorusu ilgililerin sıklıkla merak ettiği bir sorudur. Bu sorunun cevabını aramadan önce karbonun, yerküremizdeki yaşam için öneminden söz edelim:

Basit Bir Elementin Büyük Etkileri: Karbon


Bilinen 118 elementin arasından karbon, yerküredeki yaşamın yapı taşıdır; çünkü Dünya üzerindeki her yaşam formunun şekillenmesini sağlayan organik moleküllerin temeli karbondur. Pek tabii ki hidrojen, oksijen, nitrojen, fosfor ve sülfür (kükürt) de yaşamın primer elementleridir ancak her molekülde bu elementlerden herhangi biri bulunmayabilir, buna karşılık karbon içermeyen organik bir molekül yoktur. Yaklaşık 4 milyar yıl önce sentezlenen ve uzun bir zaman sonra daha kompleks yapılara evrilecek olan organik moleküllerdeki karbon, ilkel Dünya atmosferindeki karbondan köken alır.

Basit genetik materyal, aynı zamanda kompleks bir organik bileşik olan RNA yapısı, karbon iskelet etrafında şekillenmiştir. “RNA ilkel yaşamın temeli olmanın yanı sıra, sentezlenen ilk kompleks organik bileşik olabilir” [1] Bu yargı, RNA dünyası hipotezine dayanır.

Biyotik bir eleman olan karbonun ilkin atmosferden köken aldığından söz etmiştik. Elbette ki karbonun biyotik bir eleman haline gelebilmesi için ilk önce organik molekül sentezi gerekir.

Karbondan Yaşama Yolculuk


Dünya’nın jeolojik oluşum süreci kapsamında, yoğun volkanik aktiviteler ve soğuyan kayalar aracılığıyla oluşan ilkin atmosferde büyük oranda karbon dioksit, su buharı ve nitrojen gazı bulunmaktaydı. “Dünya soğumaya devam ettikçe su buharı yoğunlaşarak yağmur haline gelmiş, denizleri ve okyanusları meydana getirmiştir.” [2]

Gigaton bazında karbon döngüsü. (Kaynak: ABD Enerji Departmanı Biyoloji ve Çevre Araştırmaları Bilgi Sistemi,
earthobservatory.nasa.gov alıntısıdır)

Dünya üzerinde bir karbon döngüsünün başlaması, karbonun yaşama doğru yol alışında önemli yer tutar. “Karbonun ‘yavaş karbon döngüsü’ kapsamında; bir dizi kimyasal reaksiyon ve tektonik aktivite aracılığıyla kayalar, okyanuslar, toprak ve atmosferin arasında gezinmesi 100 ila 200 milyon yıl sürmektedir. Karbonun atmosferden litosfere (yer kabuğuna) yolculuğu ise yağmurla başlar. Atmosferik karbon (karbon dioksit), yağmurla yüzeye düşen zayıf bir asit -karbonik asit- oluşturmak için suyla bileşir. Asit taşları çözer -bu da kimyasal ayrışma sürecidir- ve kalsiyum, magnezyum, potasyum, ya da sodyum iyonlarını açığa çıkarır. Nehirler bu iyonları okyanusa taşır.” [3]

İlk yaşamın su altında formlandığı bilinse de, ilk kompleks organik moleküle kadar olan adımlar açık ve net olmayıp halen çeşitli teoriler üzerinden tahminler yapılmaktadır. Geçtiğimiz paragrafın değinmek istediği nokta, karbonun yolculuğundan hareketle şüphesiz bir şekilde, ilkel yaşamın -dolayısıyla bütün canlı kimyasının- temel unsuru olduğudur.

Karbon Neden Yaşam En İyi Elementtir?


Dünya üzerinde yaşayan her bir canlının, canlı olmasını sağlayan şey karbondur – insandan basit bakterilere kadar. Buna rağmen karbon bazlı olmayan yaşamlar, farklı biyokimyasal sistemler de düşünülebilir mi?

Alternatif bir baz için, “karbona benzer elektronik yapıya sahip en hafif element olan silikon ya da diğer adıyla silisyum (4 eşlenmemiş elektronlu yarı dolu bir dış kabuğa sahip), en muhtemel adaydır.” [4] Yerküredeki silikon, karbondan yaklaşık 135 kat daha fazla olmasına rağmen silikon bazlı hiçbir yaşam formu bulunmamaktadır. Çünkü karbon, silikona karşı, bazı karmaşıklık seviyelerinde kendi kendini kopyalamaya başlayan organik bileşiklerin temelini oluşturan uzun zincirleri ve halkaları oluşturma eğilimi ile üstünlük yaratır. Silikonun karbon kadar iyi bağ yapabilme yeteneği bulunmamaktadır: Karbon-karbon bağı, silikon-silikon bağına göre daha güçlüdür.

Başka bir önemli nokta, atmosferdeki oksijen bolluğundan hareketle oksijenle olabilecek en iyi şekilde bağ yapabilme konusudur. Karbon ve atmosferik oksijen (O2) bağ yaptığında CO2 meydana gelir. CO2 gaz formundadır ve canlılar için elverişlidir (solunum), ancak silikon-oksijen bağı ürünü olan SiO2 katı formda olduğundan aynı şeyi söyleyemeyiz.

Progesteron hormonu, hidrokarbon kompleksitesine sadece bir örnektir.

Son olarak, bilinen hiçbir element, karbon kadar zengin bir moleküler çeşitliliğe sahip değildir. “Galaksinin ve evrenin öteki bölümlerinde ‘bildiğimiz gibi’ yaşam olasılığını düşünmemize izin veren şey, karbon kimyasıdır. Dünya benzeri koşulların başka yerlerde var olup olmadığını bilmiyoruz; ancak eğer varlarsa, yaşam formlarının karbona dayanması büyük olasılıktır.” [4]

Kaynakça


[1] First Organic Molecules. 26 Mart 2020 tarihinde erişildi.

[2] Life’s origins. 26 Mart 2020 tarihinde erişildi.

[3] Riebeek, H. (2011). The Carbon Cycle. 26 Mart 2020 tarihinde erişildi.

[4] Kowitt, M., Audley, D. (1998). Non-carbon based life forms. 26 Mart 2020 tarihinde erişildi.

Ayrıca bkz: Alternative Biochemistries. 26 Mart 2020 tarihinde erişilmiştir.