Betül Kaçar'la söyleşi: Cansızlıktan canlılığa evrim

Yrd. Dr. Betül KAÇAR

Arizona Üniversitesi Astronomi Bölümü

Yazının Okunma Süresi

16 dakika

Bilim ve Ütopya: Cansızlığı ve canlılığı nasıl tanımlamak gerekiyor ve bunları birbirinden ayıran özellikler nelerdir?

Betül Kacar: Cansızlık ve canlılık arasındaki farkı tanımlamak için, öncelikle hayatın kendisini tanımlamak gerekli. Her ne kadar biyoloji bilimi hayatın kendisini anlamak için var olsa da yakın zamana kadar henüz hayatın ve canlılığın ne olduğu üzerine çoğunluk tarafından kabul gören bir tanım yoktu. 1944 yılında, fizikçi Erwin Shrodinger, Yaşam Nedir kitabında canlı maddeyi termodinamiğin ikinci kanununa atıfta bulunarak “dengenin bozulmasına uzak olan, düzensizlik ölçüsü düşük” olarak tanımladı. 2000’li yılların başında NASA bu kavramı tartışmaya açacak bir toplantı düzenledi. Öyle ya, eğer dünyamız dışındaki hayatı arıyorsak, önce hayatın, hayatsızlıktan olan farkını anlamamız gerekmez miydi? Bu toplantıda NASA’lı bilim insanları hayatı şu şekilde tanımlama konusunda –bir süreliğine!- fikir birliğine vardılar: “Canlılar kendi varlığını sürdürebilen ve Darwinistik evrim kapasitesine sahip olan kimyasal sistemlerdir.” Dolayısıyla bu tanımın dışında davranan sistemler canlı değildirler gibi bir mantık yürütebiliriz. Vücudumuzdaki hücreler bu tanıma uyduğu halde, yani kendi kendine varlığını sürdürebilen (gelişen, bölünebilen), Darwinistik evrim kapasitesine sahip (doğal seçilime tabi) kimyasal sistemler oldukları halde, tek başlarına canlı olarak düşünülebilirler mi? Başka bir örnek vereyim. Canlılığın ve hayatın tanımı üzerine uzun yıllar kafa yormuş kimyager Steve Benner, şöyle sorar: Kendi kendine gelişip varlığını sürdürebilen her kimyasal sisteme canlı diyorsak, kontrol altına alınamayan bir yangına da canlı diyebilir miyiz? Dikkatli okuyucularımızın da fark edeceği üzere, canlı ve cansızlık arasındaki kavram farkları bilimsel bir tartışmadan ziyade, felsefi bir tartışmayı andırıyor. Yakın bir süre içerisinde yaşamı tanımlamak üzerine bir toplantı daha gerçekleşeceğini zannetmiyorum. Benim görüşüm, laboratuvarda, yani kontrollü şartlarda, abiogenesis’i (cansızlıktan canlılığa geçişi) gözlemleyemediğimiz sürece hayatı tanımlamak ile vakit geçirmenin bizi bilimsel olarak ilerletmeyeceği yönünde. Hayatın işleyişini anlamak için, hayatın kendisini tanımlamaya çalışmanın semantik bir egzersizden öteye geçmediğini düşünüyorum. Feynman’ın görüşündeyim; oluşturamadığımızı tam olarak anlayamayız.  

Yeryüzünde canlılık zaman ve mekân bakımından bir yerde mi oluştu, yoksa birden fazla yerde, birden fazla kere, birden fazla zamanda mı oluştu?

Ozon tabakası olmayan bir atmosferde yayılan morötesi ışınlar, göktaşlarının ve kuyruklu yıldızların bombaladığı bir yeryüzü... Böyle bir yüzeyin yaşamı barındırması ne kadar mümkün? İlk teoriler yeryüzünde canlıların şiddetli yıldırımlar tarafından oluşturulduğu yönündeydi. Sonrasında yeryüzündeki bakteriyel yaşamın faaliyetlerine uygun bir ortam yaratan ve çevrelerinde jeokimyasal olarak ideal ortam oluşturan hidrotermal bacaların canlılığın oluşumu için daha uygun ortamı yaratacağı düşünüldü. Bu teoriye göre, yaklaşık 4.5 milyar yıl önce, Dünya’mızın derinliklerindeki hidrotermal volkanların bünyelerindeki sıcak su ve mineralleri püskürtmesiyle, yüzeyde su birikti, okyanuslar oluştu ve hayatın başlangıcı için gezegenimizde gerekli koşullar sağlandı. Çünkü sıvı su, sadece canlıların varlığını sürdürebilmesi için değil, canlıların oluşumu için de gerekli.

Son iki senedir birçok çalışma derinlerin değil, yeryüzünün yüzeyinin yaşamın oluşması için daha elverişli olabileceği yönünde veriler sunuyor. Bu çalışmalar, ‘yüzeysel’ mekânlar entropiye, sıcaklık dalgalanmalarına ve faz değişimlerine elverişli ortamlar oldukları için, canlılığın oluşumuna uygun ortamı yaratabileceğini varsaymakta.  

Peki, canlılık bir defa mı, birden fazla mı oluştu? Bu altın sorunun cevabına dair elimizde bir veri yok. Gezegenimizin 4.5 milyar yaşında ve yaşama dair kabul görmüş en eski kanıtımız 3.8 milyar yıl öncesine ait. Kimi jeologlar, gezegenimizin ilk olarak 4.1 ila 3.8 milyar yıl öncesinde ağır meteor yağmurlarının yaşamın oluşumunu tetiklediğini düşünüyor (yıldırım teorisini hatırlayın). Peki, bu dönem öncesi, yani gezegenimizin ilk 500 milyon yılı süresince gezegenimizde yaşam var mıydı? Bir yaşam var ise, sonraki ağır meteor yağmurları bu ilk yaşamı silmiş olabilir mi? Muhtemelen var olan ilk yaşam ile meteor yağmurlar sonrası oluşan ikinci yaşam arasında farklar var mıydı? Bu heyecanlı soruları jeolojinin bize sağladığı bilgiler ışığında sorabiliyoruz artik. Önümüzdeki on yıllar boyunca bu gizemli dönem hakkında daha fazla şey öğrenebileceğimizi düşünüyorum.

Bütün canlıların aynı kökten geldiği biliniyor. Bunun kanıtı var mı? Varsa neler?

Yeryüzündeki bütün canlılar ‘merkezi dogma’ dediğimiz ortak kimyasal bir mekanizmayı paylaşırlar. Bu mekanizmayı bilgisayar yazılımlarına benzetiyorum. Şu anda elimizde görüntü olarak birbirinden farklı donanıma sahip birçok bilgisayar var, fakat bütün bilgisayarların temel sistem yazılımları ortaktır. Benzer şekilde, canlılar da farklı dış görünümde olsalar da hücre seviyesinde aynı yazılım üzerine kurulmuş uygulamaları içerirler. Genetik olarak birbirimize benzeriz; örneğin insan ile muzun DNA’sı yaklaşık olarak %50 ortaktır.

Hücrenin ana sistem yazılımı DNA > RNA > Protein döngüsü olan merkezi dogmadır. Bu ana sistemin son ortak hücresel ata grubu olduğunu düşündüğümüz ve İngilizcede LUCA olarak isimlendirdiğimiz hücre grubu. Bu hücre bakteri, arke ve okaryotlar olarak üçe ayrılan hayat ağacının kökünde, yani başlangıçtadır. Hesaplamalar birbirlerine genetik olarak çok benzeyen, fakat aralarında kesin farklılıklar gösteren bu üç türün kökeninin 3.5 ila 4 milyar yıl öncesine uzandığını göstermekte. Dolayısıyla LUCA 3.5 ila 4 milyar yıl yaşında. Bu döneme ait fosil kalıntıları ancak kayalardan elde edilen metabolizma artıkları olarak karşımıza çıkıyor. Bu kadar eski yaştaki DNA sistemi fosil olarak varlığını koruyamaz.

Genetik olarak birbirlerine çok benzeseler de arke üzerine yapılan yeni çalışmalar arkelerin genetik kod bazında bakteri ve okaryotlardan farklılıklar gösterdiğini ve hücre formlarının diğer iki gruptan farklı olduğunu gösteriyor. Arke, hakkında çok az bilgi sahibi olduğumuz gizemli bir organizma. Arke ve yaşamın dalları ilgililerine, biyolog Carl Woese’un çalışmalarını öneririm. Arke grubunun diğer iki gruptan gösterdiği farklıklar, ister istemez şunu düşündürüyor bize: Hayatın bildiğimiz üç ana grubu dışında diğerlerinden genetik olarak farklılık gösteren, fakat hayatta kalamayan dördüncü ya da beşinci bir grubu da var mıydı? Belki bu grup(lar) hâlâ vardır ve keşfedilmeyi bekliyordur. Dünyamızdaki canlıların her birinin uzayda bir yaşam formu olduğunu unutmayalım! Gezegenimizde keşfedecek çok şey var. Her zaman şunu hatırlatıyorum: DNA dahi biyoloji kitaplarına neredeyse 60 yıl önce girdi. Doğanın işleyişi hakkında bilmediklerimiz, bildiklerimizden çok daha fazla.  

Canlılık zorunlu olarak mı şu anki biyokimyasal özelliklere sahip? Yani karbon bazlı, kalıtım materyali olarak DNA kullanan bir yapıda. Başka biyokimyasal özelliklerde ortaya çıkması mümkün müydü?

Bildiğimiz kadarıyla hayatı barındıran tek gezegen (şimdilik) Dünya. Dünya’mızdaki yaşam için bu kadar önemli rolü olan suyun başka gezegenlerdeki hayat için de önemli bir kaynak olabileceğini tahmin edebiliriz. Peki, susuz hayat olabilir mi? Satürn’ün uydusu Titan’ın atmosfer ve yüzeyindeki metan ve etan gazları, Titan’ın hidrokarbon temelli yaşam formları barındırabileceğini düşündürüyor bizlere. Öte yandan, -150°C yüzey sıcaklığı ile Titan’da sıvı su temelli yaşam bulmak zor; zira DNA ve aminoasit gibi tanıdık yaşam bileşenleri bu sıcaklıkta çözülmeyecektir. Dolayısıyla Titan’da yaşam varsa, bu Dünya’dakinden daha farklı bir yaşam olmalı.

Bir önceki soruda da bahsettiğim gibi canlıların temel yazılımı ortak kimyasal bir döngü üzerine kurulu. Özellikle Star Trek takipçileri okuyucularımızın aklına uzay yaşamı ile bağlantılı olarak karbon bazlı yaşam dışında, silika bazlı bir yaşam formu gelebilir. Bir yaşam formunun biyokimyasal özelliği o yaşam formunun meydana geldiği ve çeşitlendiği cevre ortamına bağlıdır. Karbon, sıcaklığa dayanıklı bir molekül; çoğu çevre şartları için joker görevi görecek bir özellik. Karbonsuz bir canlının yaşaması için bu kimyasal özelliğini tolere edebilecek çevre şartları gerekir.    

Bildiğimize göre canlılık dünyada ortaya çıktı, fakat farklı dünyalarda veya dünyanın farklı koşullarında daha farklı yapıda canlılar oluşabilir miydi?

Bu sorunuzun cevabını, laboratuvarda farklı sistem sentezleyebilecek kimyagerler verecek bize.  Çünkü canlılığın yaşamı için önemli olan çevre, yani emlakçilerin de dediği gibi, en önemli faktör evin (yani gezegenin) kendisi değil, evin (gezegenin) nerede olduğu: Konum, konum, konum. Astronomların ortaya çıkardığı yaşanabilir bölge haritası, Goldilocks Sınırları tam da buna ışık tutmaya çalışıyor. Bir gezegenin konumu, sıcaklığı, yer hareketleri, boyutu gibi özellikleri, bu gezegenin yaşanabilir sınırda olup olmayacağını belirleyen parametreler. Kepler gibi teleskoplar gezegenler hakkında daha önce sahip olmadığımız kadar çok veri ulaştırdılar bize. Bir sonraki ve zor olan basamak, elimize ulaşan gezegen bilgileri ile yani yer ve uzay bilimleri ile biyoloji arasındaki bağlantıyı kurabilmekte.

Canlılığın yeryüzüne göktaşları aracılığıyla geldiğine dair görüşler var. Bu konu hakkında ne düşünüyorsunuz?

Muhtemel fakat düşük ihtimalli bir senaryo. Birçok teorik çalışma, meteorda bulunan bir canlının başka bir gezegene doğru gerçekleşecek yolculuktaki hız, sıcaklık ve basınç gibi faktörler karşısında kararlılık göstermeyeceği yönünde bilgi verdi. Öte yandan hayatın kendisinden ziyade, hayatı oluşturan moleküller, örneğin aminoasitler, göktaşları aracılığıyla gerçekleşen bir taşımaya dayanıklılık gösterebilir.

Astrobiyoloji alanında çalışıyorsunuz. Astrobiyoloji nedir ve ne ile ilgilenir?

Uzayda hayat var mı diye sorarken, aslında Dünya’mızdaki hayatın uzayda da var olan bir hayat olduğu gerçeğini unuturuz çoğu zaman. Bir parçası olduğumuz bu hayatı ne kadar anlıyoruz? Hayatın tanımı nedir? Dünya’mızda ilk moleküller, DNA, RNA ve protein döngüsü nasıl ve nerede oluştu? Bizim gibi birçok canlı türünü misafir eden gezegenimiz ne gibi bir geçmişten geçerek şu anki halini aldı? Peki, şu anda etrafımızdaki gözlemlediğimiz canlılar, ne gibi zorluklar atlatarak bu hallerini aldılar? Öte yandan, Güneş sistemimizdeki diğer gezegenlerde hayat var mı? Var ise bu hayatları nasıl tespit edebiliriz? Yok ise, neden yok; Dünya’mızı Özel kılan nedir? Peki, Güneş sistemimiz dışındaki gezegenlerde yaşam olabilir mi?

Astrobiyoloji, bu gibi temel soruları anlamaya adanmış genç bir bilim dalı. Astrobiyoloji, bir yandan evrende “yaşanabilirlik” - “yasama misafir edilebilirlik” kapasitesi olan gezegenleri, bir yandan da evimizdeki farklı koşullarda yasayan yaşam formlarını keşfedip, çalışma prensiplerini anlamaya çalışan bir alan. Bünyesinde jeologları, astronomları, jeobiyologları, biyologları, kimyagerleri, fizikçileri, uzay mühendislerini, matematikçileri ve hatta sosyal bilimcileri dahi barındıran, disiplinler arası birden fazla köprü kuran bir alan.

Astrobiyolojiyle evrimsel biyoloji arasındaki ilişki nasıldır?  

Evrim, biyolojinin ve dolayısıyla yaşamın temel işleyiş mekanizmasıdır. Dolayısıyla yaşamı arayacak bir takım kuracaksanız; bu takımda gezegenlerin işleyişini anlayan astronomi uzmanlarına ihtiyacınız olacağı gibi, yer ve çevre arasındaki bağlantıyı kuracak jeologlara, molekülleri ve organizmaları anlayacak kimyagerler, biyokimyagerler ve mikrobiyologlara ve nihayetinde yaşamın gidişatı ve faaliyeti hakkında bilgi verecek evrimsel biyologların da bulunması gerekir. Öte yandan astrobiyoloji içerisindeki diğer bilim alanlarına kıyasla, evrimsel biyologların daha küçük bir grubu oluşturduklarını söyleyebilirim. Bunu ironik bulurum, çünkü yaşamın isleyişi ile bu kadar haşır neşir bir bilim dalı, yaşamın oluşum ve isleyiş süreçleri hakkında çalışan bilim insanlarının ilgisini çokça çekeceğini tahmin ederiz. Özellikle laboratuvarda çalışan evrimsel biyologlar, sadece günümüz canlılarının değil, uzaydaki yaşamın muhtemelliğinin de deneylerle çalışılabilen bir konu olduğunu fark ettikçe daha çok evrimsel biyolog bu alana yönelecektir. Evrimsel biyoloji, astrobiyolojiyi yeni yeni keşfediyor. Bu iki alanın bir araya gelmesi, her iki alan için de faydalı bir evlilik olacak.  

Evrimsel biyolojiyle ilgili deneysel çalışmalar yapıyorsunuz. Bu çalışmalarınızı anlatabilir misiniz? Çıkan sonuçlar nelerdir ve evrime ilişkin görüşlerimizi nasıl etkilemektedir?   

Yaptığım çalışmalar, günümüzde varlığını sürdüren mikro-organizmaların milyonlarca yıl önce sahip olduğu özelliklerini hem sistemsel hem de moleküler boyutta laboratuvarda yeniden canlandırıp incelemek üzerine. Ardından geçmişe ait bu biyolojik bilgileri, yer bilimleri ile ilişkilendiriyor, bu canlıların nasıl bir ortamda yasadığını açığa çıkartmaya çalışıyorum. Kısaca şunu soruyorum: Hayat neden böyle, başka türlü değil? Başka türlü bir yaşam mümkün müydü? Bu soruların cevabının hayatın geçmişinde var olduğunu düşünüyorum.

Bunu sağlamak için NASA’da doktora sonrası araştırmalarımı yaparken deneysel bir sistem geliştirdim. Bu sistem günümüz bakterilerinin kromozomlarındaki DNA kodlarını geçmişi temsil eden sentetik DNA’lar ile değiştirmemizi sağlıyor. Tasarladığım, kromozomunda yaklaşık 700 milyon ila 2.5 milyar yaşa tekabül eden atasal DNA molekülleri taşıyan organizmaların, bu yapay DNA moleküllerine nasıl uyum sağladığını gözlemliyorum. Bir nevi moleküler düzeyde zaman makinesi diyebiliriz bu kurduğum düzeneğe: önce geçmişe ait DNA dizilimlerini tahmin ediyor, ardından bu DNA’ları günümüz canlısının kromozomuna yerleştiriyor, sonra da geçmiş ile günümüz arasındaki uyumu gözlemliyorum. Jeolojik kalıntı bırakmamış ve günümüzden çok farklı olan gezegenimizin geçmişindeki çevre koşullarında hayatta kalabilmiş biyokimyasal faaliyetleri ortaya çıkartarak. Gün geçtikçe kurduğum sistemin diğer araştırmacılar tarafından benimsenip başka sorulara uyarlandığını gözlemliyorum, bu beni mutlu ediyor.

Yaşam hakkındaki bilgilerimizin tamamı gezegenimizde bulunan canlılardan geliyor. Uzaydaki yaşamı da bu bilgi üzerinden arıyoruz. Geçmişimizde yasayan canlıları tanıdıkça, yaşadıkları çevre şartlarını daha iyi anladıkça, dünyamız dışında var olabilecek muhtemel diğer hayatlara bir adım daha yaklaşacağımızı düşünüyorum. Çalışmalarımdan geriye kalan gezegenimizdeki yaşam hakkında bildiklerimize eklenen bir sayfa dahi olabilecekse, ne mutlu bana.

Evrim
Etiketler
abiyogenez
evrim
astronomi