Ana Sayfa Evrim Abiyogenez, Biyogenez ve Panspermia Teorileri

Abiyogenez, Biyogenez ve Panspermia Teorileri

3 Eylül 2020

6385

Yazar: Ceren Oğuz

Abiyogenez, Dünya’da canlı varlıkların cansız maddelerden doğal kimyasal süreçlerle oluştuğunu öne süren bir teoridir. Buna göre, oluşan ilk canlı formları basit yapılıydı ve kademeli olarak kompleks hale geldiler. Biyogenez teorisine göre ise, canlı varlıklar meydana gelebilmek için diğer canlı varlıklara ihtiyaç duyarlar.

Bunlara ilaveten, bazı bilim insanları abiyogenezin gereksiz olduğunu da öne sürmüşlerdir. Bunun yerine canlı organizmalara ev sahipliği yapan dünya dışı bir objenin,örneğin tek hücreli organizmaları barındıran bir meteorun Dünya’ya çarpmasıyla Dünya’da yaşamın başladığı fikrini benimsemişlerdir. Yaşamın Dünya’ya hipotetik olarak göç ettiği düşüncesi panspermia olarak bilinir. [1]

Francesco Redi’nin Biyogenez Deneyi

Francesco Redi, 1668 yılında, böceklerin çürük et üzerinde görünmesinin nedeninin, etin kendisinden üremesi değil, biyogenez olduğunu gösteren deneyini yapmıştır. “Kurtçuklar sineklerden gelir.” hipoteziyle oluşturulan deneyde amaç kurtçukların nereden geldiği problemini çözüme kavuşturmaktır. Redi, hipotezini test etmek için deneyinde materyal olarak üç ayrı kavanoz kullanmıştır. Bu kavanozlara taze et konulmuş olup, kontrollü deney yöntemiyle sırasıyla birinci kavanozun ağzı tamamen açık bırakılarak içine taze et konulmuştur; ikinci kavanozun ağzına, ortama hava girebilmesi için gözenekli gazlı bez örtülmüş; üçüncü kavanoz ise dışarıdan mühürlenerek ortama hava girmesi engellenmiştir. Spontan nesil deneyinin sonucunda ağzı açık olan birinci kavanozun içerisine sinekler girmiştir. Bir süre sonra, kavanozun içinde kurtçuklar gözlenmiştir. Gazlı bez ile örtülü ikinci kavanozda sinekler, gazlı bezden geçemeyecek kadar büyük oldukları için gazlı bezin üzerine üşüşmüşlerdir. Bu kavanoz içerisinde kurtçuklar gözlenmemiştir. Mühürlenmiş olan üçüncü kavanozda ise herhangi bir kurtçuk oluşumu gözlenmemiştir. Bu deney için şu yargıya varılabilir: “Sineklerin üretilmesi için sinekler gereklidir; sinekler, çürüyen etlerden kendiliğinden çıkmazlar.” Redi, etin çürümesiyle kurtçuk oluşması arasında bir ilişki olmadığını ve cansız maddelerden canlı madde oluşmayacağını, yaptığı deneyle ortaya koymuştur. Deneyi basitçe, “yaşamın yine yaşamdan çıkacağını” göstermektedir. Bu görüş canlıların nasıl oluşabileceğini açıklar. “İlk organizmalar nasıl meydana
geldi?” sorusuna cevap bulamaz . [4]

Oparin-Haldane Teorisi

1920’lerde İngiliz bilim insanı J.B.S Haldane ve Rus biyokimyager Aleksandr Oparin, birbirlerinden bağımsız olarak Dünya’da canlılığın temeli için gereken koşullar konusu üzerine benzer fikirler geliştirdiler. Her ikisi de, organik moleküllerin uygun dış enerji kaynakları varlığında (örn. ultraviyole ışınlar) abiyogenik maddelerden oluşabileceğine, ilkel atmosferde serbest oksijen seviyesinin azaldığına ve amonyak ve su buharı içerdiğine inandılar. Ayrıca ilk yaşam formlarının sıcak ve ilkel okyanuslarda belirdiğini ve bu canlıların heterotrofik olduklarını düşündüler.

Oparin, yaşamın koaservatlardan -elektrostatik kuvvetlerle bir arada tutulan, spontane olarak küre şeklinde kümelenmiş mikroskobik lipit molekülleri- geliştiğini ve koaservatların öncül hücreler olabileceğini savunmuştur. Oparin’in koaservatlarla yaptığı çalışma, biyokimyasal reaksiyonlar için temel olan enzimlerin; küresel zarlar içinde, sıvı çözeltilerde serbest halde bulunduklarından daha etkin bir şekilde çalıştığını ispatlamıştır. Oparin’in koaservat çalışmalarına yabancı olan Haldane ise; ilk önce basit organik moleküllerin oluştuğunu, ultraviyole ışınlar varlığında giderek kompleks hal aldıklarını ve sonunda hücreleri oluşturduklarını düşünmüştür. Oparin ve Haldane’in fikirleri yıllar sonra yapılan abiyogenez araştırmalarında ihtiyaç duyulan temelin büyük bir bölümünü oluşturmuştur.

Miller-Urey Deneyi

1953’te Amerikan kimyagerler Harold C. Urey ve Stanley Miller, Oparin-Haldane teroisini test ettiler ve prebiyotik Dünya’da bulunduğu düşünülen bazı inorganik bileşenlerden başarılı bir şekilde organik moleküller sentezlediler. Bu deneyde, iki bilim insanı sıcak suyu; su buharı, metan, amonyak ve moleküler hidrojen gazıyla kombine ettiler ve oluşturdukları “atmosferi” elektriksel akım boşalmalarıyla titreştirdiler. Farklı bileşiklerle primitif okyanusun, prebiyotik atmosferin ve sıcaklığın (yıldırım formunda) benzetiminin yapılması hedeflenmişti. Bir hafta sonra Miller ve Urey, Dünya’nın simule edilmiş koşulları altında yaptıkları deney sonucunda basit organik moleküllerin (amino asitler dahil) oluştuğunu gözlemlediler.

Abiyogenezde Modern Görüşler

Modern abiyogenez hipotezleri, Oparin-Haldane teorisi ve Miller-Urey deneyiyle aynı prensipleri baz alır. Bununla birlikte, abiyogenik molekülden yaşayan organizmaya gelişimi açıklamak için üretilmiş çeşitli modeller arasında kolayca göze çarpmayan farklılıklar mevcuttur. Bu açıklamalar, kompleks organik moleküllerin başlangıçta metabolik fonksiyonlardan yoksun olarak rejenerasyon yeteneğine sahip özler haline geldiklerine veya başlangıçta metabolik protohücreleri oluşturarak daha sonra rejenerasyon yeteneğini geliştirdiklerine dair farklılıklar içerir.

Aynı şekilde abiyogenezin oluşması için gerekli olan doğal çevre de tartışmalıdır. Bazı kanıtlar yaşamın, cansız maddelerden okyanus tabanındaki hidrotermal yarıklarda oluştuğunu gösterse de; abiyogenezin başka bir yerde, yeryüzünün altında, yeni meydana gelmiş protohücrelerin metan ve hidrojen ile varlığını sürdürdüğü, hatta okyanus kıyılarında bile proteionidlerin, amino asitlerin ısı ile reaksiyonu sonucunda meydana geldiği, daha sonra da hücre benzeri protein kürecikleri halinde suya girmiş olması da mümkündür.

Bazı bilim insanları abiyogenez olayının bir defadan fazla meydana geldiğini öne sürerler.Örneğin farklı türde yaşamlar, her birinin biyokimyasal yapısı belirgin olan ve oluştukları abiyogenik maddelerin doğasını yansıtan unsurlardan meydana gelirler.

Eninde sonunda fosfat-bazlı yaşam (standart yaşam) fosfat-bazlı olmayan yaşama (standart olmayan yaşam) göre evrimsel avantaj kazanarak Dünya’da en geniş alana yayılan yaşam çeşidi haline gelmiştir.

Bu kavram bilim insanlarını, bir “gölge biyosferin” yani eşsiz ve alışılmadık biyokimyasal yapılardan meydana gelen mikroorganizmaları kapsayan yaşam destekleyici bir sistemin, bir zamanlar var olduğunu veya Dünya’da muhtemelen günümüzde de var olduğu sonucunu çıkarmaya yönlendirmiştir.

Miller-Urey deneyi tekrar edildikçe Dünya’nın prebiyotik atmosfer kısıtlamaları altında organik moleküllerin abiyogenik maddelerden meydana gelebileceği tasdiklendi. 1950’lerden beri araştırmacılar, amino asitlerin spontane bir şekilde peptidleri oluşturabileceğini ve RNA nükleotitlerinin sentezi sırasında oluşan ara ürünlerin prebiyotik başlangıç materyallerinden oluşabileceğini keşfetti.

Sonra gelen kanıt, “RNA Dünyası” hipotezini, erken Dünya’da prebiyotik kimyasal reaksiyonlar sonucu üretilmiş RNA yaşamının bolluğundan bahseden düşünceyi destekleyebilir. RNA, genetik bilgiyi taşıyan ve aktaran bir molekül olmanın yanında aynı zamanda bir katalizördür (ortamda tükenmeden bir reaksiyonun hızını arttıran molekül) ki bu da tek bir RNA katalistinin, Dünya’da yaşamın ortaya çıktığı dönemde avantajlı olabilecek şekilde birden fazla canlı formu üretebileceği anlamına gelir. “RNA Dünyası” hipotezi, abiyogenezin “önce replikasyon” görüşlerinin başında gelir.

Abiyogenezin bazı modern, metabolizma-bazlı modelleri Oparin’in enzim içeren koaservatlarını kapsasa da basit organik moleküllerden koaservatlara doğru istikrarlı bir gelişimi; özellikle probiyontları -yaşamın bazı karakteristik özelliklerini sergileyen organik molekül kümeleri- önerir.

Protobiyontlar büyük bir olasılıkla prokaryotları, -belirgin bir çekirdeği ve diğer zarlı organelleri olmayan fakat metabolizmaya ve replikasyon yeteneğine sahip, doğal seçilime duyarlı tek hücreli organizmaları- oluşturdular.

Milyonlarca yıl önce var olmuş koşullara bezner ekstrem koşullarda yaşayan arkeler ve yaşanması zor olan çevrelerde yaşayan ve fotosentetik yeteneklerinden dolayı yaşamın kökeninin anlaşılmasında önemli bir rol oynayan siyanobakteriler dahil ilkel prokaryotların örnekleri Dünya’da günümüzde de bulunur. Örneğin stromatolitler yani mavi-yeşil alglerin büyüyüp gelişmesiyle oluşan çökeltiler, 3.5 milyon yıl öncesine tarihlenen, dünyanın en eski fosilleridir.

Abiyogeneze ilişkin pek çok cevaplanmamış soru bulunmaktadır. Deneyler inorganik maddelerin protobiyont ve protohücre gibi yapılara tamamen dönüşümünü henüz ispatlayamamıştır. “RNA Dünyası” önerisinde de, tamamlanmış RNA nükleotitleri oluşturmak için gerekli olan pürin ve pirimidin bazlarının sentez mekanizmasındaki önemli farklılıklar henüz bağdaştırılamamıştır.

Abiyogenez üzerine yapılan araştırmalar, özellikle astrobiyoloji dalından -dünya dışı yaşamın araştırılmasıyla ilgilenen alan- ve yaşamın oluşabilmesi için gereken koşulların anlaşılmasından faydalanmıştır. Örneğin serbest oksijenden yoksun bir atmosfere sahip olan Titan’ın (Satürn’ün uydusu) astrobiyolojik incelemeleri kompleks organik moleküllerin orada bulunduğunu ortaya çıkararak bilim insanlarına; erken Dünya’da biyolojik materyallerin prebiyotik bir çevrede biçimlendiğini göz önünde bulundurma önerisinde bulunmuş oldu.