İlk Canlılar Ne Zaman ve Nasıl Ortaya Çıktı?

ilk-canlılar-ne-zaman-ve-nasıl-ortaya-çıktıYaşam nasıl oluştu? İlk canlılar ne zaman ve nasıl ortaya çıktı? Doğrusu bakterilerden futbol topuna uzanan 4 milyar yıllık süreç kolay olmadı. 4 milyar yılda yüz milyonlarca türü kapsayan canlıların gelişimi uzun, ince ve çok dolambaçlı bir yoldur. İnsan türünün ortaya çıkması bizden önce gelen atalarımızın soyunun tükenmesine neden oldu ve biz de neredeyse başaramıyorduk. Küresel ısınmayla yaşamı yok edersek kesinlikle başaramayacağız. Peki ilk canlılar ortaya çıktığında Dünya gezegeni neye benziyordu? Arkeyan Devir ve Kambriyen Patlaması öncesinde yaşanan Protorezoik Devirle görelim.

4 milyar yıl önce ilk canlılar

Dünya’da yaşamın nasıl ortaya çıktığı ve geliştiğini öğrenmek istiyorsak önce sahneyi kurmamız lazım. Shakespeare’in dediği gibi tüm dünya bir sahnedir. Dünya’nın jeolojik devirleri ve oluşum aşamaları yaşama şekil vermiştir. Biz de yaşamda odağımız olan Hades, Arkeyan ve Protorezoik Devirlere kısaca bakalım. Dünya Hades Devriyle başladı. 4,54 milyar yıl önce çakıl taşlarından oluştu, 20–30 milyon yaşındayken Theia adlı gezegenimsi ile çarpıştı ve yok olup yeniden oluştu. Büyük uydumuz Ay da bu çarpışma sonrasında meydana geldi.

3,9 milyar yıl önce çok önemli bir gelişme yaşandı. Geç dönem Ağır Bombardıman sona erdi ve ilk canlıları sürekli yok eden büyük asteroit çarpışmaları azaldı. Böylece canlıların gelişmesi için gereken stabil bir ortam ortaya çıktı. Arkeyan (Kadim, antikten eski) Devir 4 milyar yıl önce işte böyle başladı ve 2,5 milyar yıl önce sona erdi. Bu jeolojik devir bugünkü canlıların atalarının ortaya çıktığı dönemdir. Arkeyanda RNA ve DNA, dolayısıyla soy genetiğiyle evrim belirdi. Oysa 3,5 milyar yıllık dolaylı bakteri fosilleri (anlatacağım) bulmamıza karşın bu devir hakkında pek az şey biliyoruz.

Bunda kıtaların kayması volkanik faaliyetler, depremler, erozyon, deniz seviyesindeki değişiklik ve asteroit çarpışması gibi nedenler etkili oldu. Eski kayalar sürekli yok olup yeniden biçimlendiği, hatta düpedüz başkalaşım geçirdiği için 4 milyar yıl öncesinden günümüze pek bir şey kalmadı. Buna da şaşmamak lazım. İlk karalar Arkeyanda oluştu, hatta 3,8 milyar yıl öncesine dek anakara bile yoktu.

Yaşam için ilk karalar ve denizler

İlk denizler ve okyanusların belirdiği Arkeyan Devir büyük anakaraların oluşmasıyla sona erdi. 2,5 milyar yıl önce atmosferde serbest oksijen belirdi ve Dünya’nın mineral çağı başladı. Anakaraları oluşturan granit ortaya çıktı, oksidasyon yavaş yavaş artmaya ve kıtalar kaymaya başladı. Kısacası kayaların kimyası değişti. Peki canlılar nasıl evriliyordu?

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

ilk-canlılar-ne-zaman-ve-nasıl-ortaya-çıktı

Hades çağı. Ay yeni oluşuyor.

 

Kambriyen patlaması

Bugünkü Dünya’nın oluşumu 2,5 milyar yıl önce başladı dersek yanılmayız. Arkeyandan sonra gelen devre Protorezoik, yani hayvan öncesi devir diyoruz. 600 milyon yıl önce süngerlerin atalarıyla birlikte ilk hayvanların ortaya çıkmasına kadar bu çağda hayvan yaşamı yoktu. Hayvanlar Yeni Protorezoikte baş gösterdi ki bu devir 542 milyon yıl önce görülen Kambriyen Patlamasına kadar sürmüştür. Kambriyen patlaması özellikle hayvan türleri sayısındaki müthiş artışı gösterir. O yıllarda çok sayıda ve karmaşık hayvan türü ortaya çıkmıştır. Peki canlılar çeşitlenmek için neden Kambriyeni beklediler?

Bunun iki nedeni var ki birincisi jeolojidir. Dünya’nın çekirdeği 1 milyar yıl önce soğuyarak katılaşmaya başladı ve katı iç çekirdek oluştu. Bu da canlıların hayatını kurtardı; çünkü Dünya atmosferini koruyan manyetik alan zayıflıyordu. Oysa katı iç çekirdekle Dünya’nın asıl dinamosu olan sıvı çekirdek arasındaki fiziksel etkileşim manyetik alanı eskisinden güçlü geri getirdi.

Atmosferdeki oksijen düzeyi ilk kez yüzde 15’in üstüne çıktı. Okyanusların oksijen emme kapasitesinin dolmasıyla birlikte serbest oksijen oranı hızla arttı. Bu da omurgalılar, kafadanbacaklılar, böcekler, balıklar, yumuşakçalar ve kabuklular gibi hayvanların evrim geçirmesini sağladı. Oksijen artışı karaları Güneş’in kanserojen morötesi ışınlarından koruyan ozon tabakasının oluşmasına neden oldu. Kambriyen Patlamasından sonra beliren omurgalılar 500 milyon yıl önce karaya çıkmaya başladı. 298 milyon yıl önceye geldiğimizdeyse oksijen düzeyi yüzde 21’le bugünkü oranına sabitlendi.

Kömür ve petrol devri

358 milyon yıl önce başlayan Karbonifer Devir (kömür çağı) yaklaşık 300 milyon yıl önce sona erdiğinde bugünkü Dünya düzeninin temeli de atıldı dersek doğru olur. Nitekim Kambriyen Patlamasından dinozorların yok olduğu 65 milyon yıl öncesine dek petrol yatakları da oluşmuştur. Birinci ve ikinci endüstri devrimlerinde kömürle petrolü birleştirip üstüne 1978’de küresel deregülasyonu başlatan Alan Greenspan’i eklerseniz fosil yakıt düzenini anlarsınız. Böylece Dünya’nın yaşama uygun olmasını sağlayan ana devirleri gördük. Şimdi ilk canlıların ne zaman, nasıl ve nerede ortaya çıktığına bakalım:

İlgili yazı: Okyanuslar Hakkında Yanıtını Bilmediğimiz 7 Soru

Arkeyan Devir.

 

İlk canlılar nasıl belirdi?

Bilim insanları ilk canlıların en erken 4,3 milyar yıl önce sığ deniz diplerinde ortaya çıktığını düşünüyor. Sonuçta karalar yeni oluşuyor ve morötesi ışınlara karşı korumasızdı. Sığ denizlerse ışık alıyor ve günümüzden çok daha sıcaktı. Deniz sıcaklığı 30 ve yer yer 50 derecenin üstündeydi. Bu açıdan bakarsak günümüz okyanus diplerinde hidrotermal bacalar olduğunu görüyoruz. Bunlar jeotermal sistemlerin, örneğin kaplıca suyunun deniz altındaki versiyonu olup okyanus tabanında yaşamı besler.

Okyanus tabanı 4-8 km derinde olup yüzeyden ışık almayan soğuk ve karanlık bir yerdir. Yukarıda ölen canlıların artıklarının pek azı dibe çöker. Bu yüzden okyanus diplerinde yaşam çok zordur. Hidrotermal bacalar ise 400 derece sıcaklıktaki kükürtlü suyuyla yaşama enerji sağlar. Su altındaki bacaların çevresinde bakteriler, tüp solucanları, deniz böcekleri, yengeçler ve midyeler gibi türler yaşar. Bazı derin deniz balıkları bacaların çevresinde yumurtlar. Nitekim bugüne dek hidrotermal bacaların civarında 300 canlı türü keşfettik ve bunların yüzde 90’ı da Dünya’nın başka yerinde görülmüyor.

Siz de bundan yola çıkarak yaşamın 4 milyar yıl önce deniz dibindeki hidrotermal bacalarda ortaya çıktığını düşünebilirsiniz. Oysa Biyolog Nick Lane’in Yaşam Neden Var kitabında belirttiği gibi bu bacalar ancak mevcut hayatı besleyebilir. Neredeyse oksijensiz ortamda ve en az 300 derece sıcaklıkta su püskürttüğü için RNA ve DNA gibi organik moleküllerin suyun içinde oluşmasına izin vermez. Yine de biyologlar yaşamın deniz diplerindeki bacalarda oluştuğunu düşünüyor. Başka tür bacalarda:

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

Su altı maden suyu kaynakları. Alkalin menfezlerin kökeni.

 

Alkalin menfezlerde ilk canlılar

4,3 milyar yıl önce yeni oluşan sığ deniz diplerinde deniz suyuna tatlı su, maden suyu karıştıran alkalin menfezler vardı. Bu oluşumlar sualtındaki tatlı su bacaları olup Alanya, Damlataş mağarasındaki dikitlere benziyordu. Maden suyuna benzeyen mineralli tatlı su yeraltındaki çatlaklardan deniz tabanına çıkıyor ve dipteki tuzlu suya karışıyordu. Su sıcak ama 20 derecenin altındaydı ve yaşamı besleyecek mineraller içeriyordu. Peki alkalin menfezler nasıl oluştu?

Denizden sıcak olan tatlı su yukarı yükselirken içerdiği kalsiyum ve karbonat dibe çökerek çatlakların ağzında birikti. Böylece sualtında çok sayıda içi oluklu dikit oluştu ve maden suyu bu ince bacalarından dışarı çıkmaya devam etti. Yaşam da bu sırada oluştu: Dikitleri meydana getiren kayaların mikroskobik gözenekleri vardı ve bunlar birer biyokimya reaktörü gibi çalışıyordu. Dikitler RNA ve DNA’nın yapıtaşı olan aminoasitlerin temel organik bileşenlerini, küçük organik molekülleri sürekli karıştırıyordu. Öyleyse ilk yaşamı görelim:

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

ilk-canlılar-ne-zaman-ve-nasıl-ortaya-çıktı

Alkalin menfezlerin oluşumu ve işleyişi + poroton pompalama. Büyütmek için tıklayın.

 

Şimdi düşünün

4,3 milyar yıl önce deniz sıcaklığı dipte 20 dereceye düştü ve 4 milyar yıl önceye dek okyanus tabanında yüz binlerce, belki milyonlarca alkalin menfez oluştu. Bunlar da en az 200 milyon yıl boyunca organik moleküller üreterek mikroskobik gözeneklerin içinde karıştırdı. Moleküller birleşti, ayrıldı, parçalandı ve uzun zincirler oluşturdu. Nihayet bazı moleküller metabolik süreçler başlattı. İşte bunlar kendi bünyesi olan ilk ve en basit canlılardı. Bu organizmalar o kadar basitti ki genetik kod olarak bırakın DNA ve RNA’yı, virüslere bulaşan viroit dediğimiz çıplak RNA (gen) parçaları bile yoktu.

Dolayısıyla ilk canlılar çoğalamıyor ve evrim geçirmiyordu! Fransızca okunuşuyla abiyojenez teorisine göre yaşam evrimden önce ortaya çıkmıştır. Peki neden öyle düşünüyoruz? Bunun için RNA ve DNA moleküllerinin ne kadar karmaşık olduğuna bakalım. Örneğin bir böceğin içindeki özel hücrelerde yaşayan Carsonella ruddi DNA’sı sadece 160 bin baz çiftiyle bilinen en basit DNA’dır. Öyleyse bu DNA 4 milyar yıl önceki denizlerde rastgele ortaya çıkmış olabilir mi?

Miller ve Urey bunu merak etti

1950’lerde bilim insanları yaşamın sığ su havuzlarında ortaya çıktığını düşünüyordu. Bu havuzlar kimyasal bir çorbaydı ve morötesi ışınlarla yıldırımlara maruz kalıyordu. Biyologları göre DNA organik moleküllerin yıldırımlar ve morötesi ışınlardan enerji almasıyla oluştu. Küçük moleküller birleşerek zamanla RNA ve DNA’yı ortaya çıktı. Hatta bu nedenle yaşamın kaynağı olarak çalkantılı denizler yerine havuzları düşündüler. Aksi takdirde moleküller düzgün karışmazdı.

1952 yılında Chicago Üniversitesi’nden Fiziksel Kimyacı Stanley Miller ve Kimyacı Harold Urey bu teoriyi test etmek için bir deney yaptılar. Deney tüplerine aminoasit bileşeni organik moleküller koyup bunları morötesi ışınlara maruz bırakarak suya elektrik verdiler. Böylece DNA’nın kendiliğinden oluşmasını beklediler ama olmadı. Neden mi?

İlgili yazı: Yerçekimi Sürüşü için En Yeni Warp Motoru

Damlataş Mağarası.

 

İlk canlılar için çok beklersiniz

4,3 milyar yıl önce RNA ve DNA’nın sığ havuzlarda kendiliğinden ortaya çıkma olasılığı o kadar düşüktür ki bunun için 105500 yıldan (doğru yazdım) daha uzun bir süre geçmesi gerekir. O sürede uzay boşluğunda kendini insan sanan çıplak bir Boltzman beyninin ortaya çıkıp ben bu dünyaya neden geldim abi diyerek vakumda ölme ihtimali daha yüksektir. 😮 Bu durumda eskiden canlıların belirmesini kolaylaştıran bir mekanizma olmalı ki var: Alkalin menfezler.

Milyonlarca alkalin menfez en az 200 milyon yıl boyunca organik molekülleri karıştırdı ve ilk canlıları ortaya çıkardı. Bunlar mikroskobik canlılardı. Çok kısa bir süre yaşayıp çoğalamadan ölüyor ve bacaların içinde yenileri ortaya çıkıyordu. Her bacanın milyonlarca mikroskobik gözeneği olduğunu düşünürseniz bunların pek azında yaşam olsa bile, evrim gelmeden önce sayısız canlının oluştuğunu görebilirsiniz. İlk canlıların hücre zarı da yoktu. Bunlar mineralli tatlı su içinde metabolik süreçler gerçekleştiren basit organik moleküllerdi. Var olduğu taş gözenekler canlıların zarını oluşturuyordu.

Kısacası ilk canlılar tekil ve biricikti, alkalin menfezlerden çıkıp denizlere karışması da imkansızdı. Bu bağlamda bize gerçek bir uzaylı kadar uzaylı, bir Fransız kadar yabancıydılar. Onların soyundan gelmedik ve gelemezdik; çünkü RNA veya DNA’ları yoktu. Bugün Dünya’da yaşayan tüm canlı türlerinin son evrensel ortak atası LUCA’yı önceki yazıda anlattığım için yeni bir konuya odaklanacağım. İlk canlıların nasıl yaşadığına:

İlgili yazı: 5 Soruda Paralel Evrenler

ilk-canlılar-ne-zaman-ve-nasıl-ortaya-çıktı

Miller ve Urey deneyi. Büyütmek için tıklayın.

 

İlk canlılar için enerji kaynakları

Hayatın kimyası nedir? 4 milyar yıl önce Arkeyan dünyasında yer alan başlıca elementleri sayalım: Silisyum (kum ve kayanın ham maddesi), karbon, oksijen (sindirim, solunum, redoksla enerji üretimi), hidrojen (aynı zamanda su moleküllerinin içinde), kalsiyum, demir ve sodyum… Sodyum klorür yaşamak için ihtiyaç duyduğumuz tuzdur. Sodyum iyonları kasların düzenli kasılması, sinirlerin çalışması ve kan hacmini kontrol etmeyi sağlar. Tansiyondan su tutma ve terlemeye dek birçok alanda kritiktir.

Karbon başta kaslar olmak üzere yumuşak canlı dokuların ve kalsiyum da kemiklerin ham maddesidir. Kıkırdak dokusu ise (kolajenler) başlıca azot, oksijen ve hidrojenden oluşur. Vücudumuz ortalama yüzde 60 sudan meydana gelir. Demir, alyuvarların oksijen tutmasını sağlayan hemoglobin molekülünün bileşenidir. Özetle yaşam Dünya’da en çok bulunan elementlerden oluşmuştur. Bu da çok normal ama bizi genetiğin ötesinde ilk canlılara bağlayan öyle bir nokta var ki o açıdan hiç de yabancı değiller:

Bunu anlamak için önce ilk canlıların nasıl enerji ürettiğini soralım. Sonuçta metabolizma solunumla sindirim gibi enerji üretim ve yönetim süreçlerini yürütür. İnsan hücreleri sodyum, potasyum ve kalsiyum gradyanlarıyla enerji ve iş üretir. Bu atomların bol olduğu yerden az olduğu yere akmasını sağlar ya da iyonize atomların elektrik potansiyelini kullanır. Her iki durumda da kasların kasılması ve gevşemesi gibi organizmanın yaşaması için gereken işler üretilir.

Hidrojen biyokimyası

Oysa bunların hiçbiri proton pompası, yani hidrojenle yarışamaz. 4,3 milyar yıl önce Dünya atmosferinin yüksek oranda hidrojen ve helyum içerdiğine, okyanus suyunda da serbest hidrojen bulunduğuna bakarsak proton pompalarının neden rakipsiz olduğunu anlarız. İster siyanürde yaşayan siyan bakteriler olsun ister siyanürden zehirlenen insanlar bütün canlılar proton pompasıyla enerji üretir. Aynı zamanda kamçılı hayvanın kamçısını sallaması ve protein sentezlemek gibi mekanik işler yapar. Peki proton pompası nedir ve nasıl çalışır? (Proton pompası inhibitörlerini kastetmiyorum 😊).

İlgili yazı: Zamanda Yolculuk Etmenin 9 Sıra Dışı Yolu

Yaşam en erken 4,41, muhtemelen 4,28 ve en geç 3,77 milyar yıl önce ortaya çıktı. Bilinen en eski dolaylı bakteri mikrofisilleri ise (bakterilerin açtığı mikro gözenekler) 3,45 milyar yaşındadır.

 

Biyokimya ve ilk canlılar

Proton pompaları çekirdek zarlı (ökaryot) hücrelerin güç santralleri olan mitokondri organcıklarını çalıştırır. Aynı zamanda prokaryotların (ökaryot öncesi bakteriler ve arkeler) enerji üretmesini sağlar. (Arkeler bakterilere benzer ama biyokimyası çok farklıdır). Dediğim gibi proton pompaları ünlü kamçılı hayvan motorunu çalıştırır. Bu da ATP sentazıyla çalışan döngüsel moleküler motorlara benzer. Ayrıca hücreler iç dengesini (homeostaz) proton pompalarıyla korur. Pompalar hücrenin gereken molekülleri içine alıp atıklar ve diğer gereksiz molekülleri dışarı atmasına yardım eder.

Fermantasyon yapan organizmalar, hatta metanojen bakteriler bile proton pompası kullanır. Redoks süreci oksijensiz solunum yapan canlılar için de geçerlidir! Örneğin hücre enerjisini depolayan ATP molekülünü sentezlemek için proton gradyanı kullanmayan fermantasyon bakterileri bile suda hareket etmek gibi işleri proton pompalarıyla görür. Fermantasyonla ürettikleri ATP’yi kırarak proton pompalarını çalıştırır ve mekanik hareket üretir. Proton pompaları mikroskobik makinelerdir.

Pekala… Madem ilk canlılar bizden evrim geçirmeyecek kadar farklıydı, neden en baştan proton pompası kullandılar? Bunun nedeni hidrojen ve diğer proton kaynaklarının Arkeyan Devirde bol olmasıdır. Canılar elde ne varsa onu kullandı ki bu da bizi alkalin menfezlere geri götürüyor. California, Pasadena’daki NASA Jet İti Laboratuarı’nda çalışan yerkimyacı Michael Russell konuyu şöyle açıklıyor: “Antik dünyada Atlantik sırtı deniz tabanındaki Kayıp Şehir gibi alkalin menfez oluşumları vardı.”

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

Okyanus tabanında alkalin menfezler.

 

Alkalin menfezler güç santralidir

Buraya dek ilk canlıların alkalin (baz) menfezlerde ne zaman ve nasıl ortaya çıktığını gördük. Şimdi menfezlerin neden doğal elektrik santrali olduğuna bakalım. Deniz tabanına çıkan mineralli su bunların mikro gözeneklerinden deniz suyuna akarken hidrojen gazı, karbondioksit ve tepkime hızlandırıcı (katalizör) mineraller taşıyordu. Kısacası menfezler proton pompalarının çalışması için içindeki tatlı suyla dışarıdaki tuzlu su arasında hidrojen gradyanı sağlayan aşırı reaktif elektrokimyasal reaktörlerdi.

4 milyar yıl önce alkalin sıvılar orta düzeyde asitli olan okyanuslara kabarcıklar halinde karışıyordu. O zamanki okyanuslarda günümüzden 1000 kat fazla karbondioksit çözünmüştü. Bu da okyanuslara karbonik asit karışması demekti. Peki asitli olmak nedir? Özünde proton fazlalığıdır, yüksek oranda proton konsantrasyonuna sahip olmaktır. Okyanuslardaki proton konsantrasyonu alkalin menfezlerden 10 bin kat yüksekti (4 pH birimi). Bu da deniz suyuyla aynı polaritede olan menfezlerin pozitif yüklü dış yüzeyiyle (taş zarlarında) okyanuslar arasında çok yüksek bir proton gradyanı yaratıyordu.

Dahası taş zarların elektrokimyasal potansiyeli de 200 milivoltla deniz suyuna eşitti. İlk canlıların organik zarı olmadığı ama menfezlerin taş yüzeyinin zar işlevi gördüğünü söylemiştim. Hatta modern hücre zarının potansiyeli de 200 milivolttur. Böylece ilk canlıların nasıl enerji ürettiğini gördük ama tabii ki çözülmemiş detaylar var.

ATP ve protonlar

Mesela ilk canlıların ATP sentazı gibi karmaşık protein makineleri yoktu. Bu yüzden proton pompalarını nasıl çalıştırdıkları tartışmalı ama Nick Lane bunu çok detaylı anlatıyor. Buna karşın Jeremy England’ın salt matematiksel hesaplamaları da yaşamın termodinamik optimizasyonun doğal sonucu olduğunu gösteriyor. Kısacası termodinamik yasaları açısından bakarsak ilk canlıların enerji ve hareket üretmesinin tek yolu proton pompalarıdır. Neden derseniz cevabı biyokimyada yatıyor:

İlgili yazı: Büyük Patlama Nerede Gerçekleşti?

ilk-canlılar-ne-zaman-ve-nasıl-ortaya-çıktı

İlk hayvanlar ve karmaşık ekosistemler. 572-558 milyon yıl önce.

 

İlk canlıların biyokimyası

Yaşam metabolizma demektir ve metabolizma da karbondioksiti hidrojene eder. Günlük dille söylersek karbondioksiti organik moleküllere dönüştürür. Bunu da karbondioksite hidrojen atomları ekleyerek yapar. Bunu yapmanın sınırlı sayıda yolu vardır ama yaşam beş birincil yolu kullanır. Biri hariç bu yolların tümü de enerji harcamayı gerektirir (mesela fotosentezle enerji üretmeyi).

Bugünkü gibi yaşam varsa fotosentezle, et yiyerek, ot yiyerek veya ortak yaşamla (sembiyoz) gereken enerjiyi elde edersiniz. Bunu beslenerek yaparsınız ama ilk canlılar mobil değildi, suda yüzemiyor ve yaşadıkları gözeneklerden çıkamıyordu. Henüz beslenme ve sindirimi icat etmemişlerdi. Öyleyse ne yapacaklardı?

Asetil koenzim A (asetil KoA) diye bir yol vardır ki bu en eski yolda hidrojen gazı sadece birkaç adımda karbondioksitle tepkimeye girer. Bu ekzotermik, yani dışarıya enerji veren bir tepkimedir ve bu şekilde salınan enerjiyi ATP molekülleri sentezleyerek depolayabilirsiniz.

Söz konusu ekzotermik reaksiyon hücre metabolizmasının ana moleküllerinden biri olan pirüvik asidin üretilmesine kadar gider (CH3COCOOH). Nitekim karbondioksitin kimyasal yazılışı CO2’dir. Gördüğünüz gibi organizmalar karbondioksiti hidrojen ekleyerek parçalıyor ve açığa çıkan karbonla farklı moleküller üretiyor. Oksijeni de hem reaksiyon hızlandırıcı olarak yeni molekülleri bağlamakta hem de redoks süreçlerinde (solunumla ilgili) kullanıyor.

Toparlarsak

Proton pompaları sayesinde ilk canlılar bedava enerji kullandılar. Beslenmenin olmadığı zamanlarda proton pompaları üç kuruşa beş köfteydi. İlk hücrelerin enerjisini proton gradyanı yaratan alkalin menfezler sağladı. Peki hikaye burada bitti mi sanıyorsunuz? Bu senaryoda yaşamı öldürecek kadar önemli bir eksik, yaşamsal bir sorun var. Bunu analiz edelim. Bugün proton gradyanına dayanan bütün hücreler asetil KoA yolunu kullanıyor fakat bunların hiçbiri fermantasyonla çoğalamaz. Glikolizis kimyasını kullanamaz. Bu da hücrelerde enerji üretim zincirini kırar. Neden mi?

İlgili yazı: Dünyadaki En Ölümcül 5 Toksin Nedir?

Kambriyen Patlaması. 542 milyon yıl önce.

 

Asetil KoA darboğazı

Bunun nedeni karbondioksitin stabil bir molekül olmasıdır. En uygun termodinamik şartlarda bile hidrojenle kolay kolay tepkimeye girmez. Bu açıdan oksijene benzer. Karbondioksiti bir kez reaksiyona girince durduramazsınız ama onu ateşlemek için buji gerekir. Hücrelerin bujisi de ATP molekülüdür. Bunun zincirlerini tek tek kırarak yüksek enerji açığa çıkarırsınız.

Oysa karbondioksit H2 ile tepkimeye girdiğinde sadece tek bir ATP sentezlemeye yetecek kadar enerji üretir. Hücreler asetil KoA yoluyla bir ATP elde etmek için bir ATP’yi harcamak zorundadır. Net kazanç yoksa canlılar sıfır toplam oyununda ölür. Peki ilk canlılar bunu nasıl çözdüler? Şimdi zurnanın zırt dediği deliğe geliyoruz; çünkü bu olmasaydı ne Dünya ne de evrende hayat olurdu ama hayat var. Demek ki canlılar sorunu çözmüşler. Acaba nasıl?

İlk canlılar ve ATP molekülleri

Aslında karbondioksit–H2 reaksiyonu 1 ATP değil, 1,5 ATP üretir. Oysa 1,5 ATP diye bir şey olmadığından yarım moleküllük enerji ziyan olur. En azından reaksiyonlardaki net kütle–enerji çıktısını inceleyen stokiyometrik kimya açısından yarım molekül diye bir şey yoktur! Oysa alkalin menfezlerin hazır gradyanı varsa bu sorun olmaz! Proton pompaladığınız, yani menfezlerin taş zarını kullanarak suya proton gönderdiğiniz sürece yaşamsal reaksiyonları ATP kullanmadan yürütürsünüz. Sonuçta yeterince proton biriktiğinde ATP oluşumuna güç sağlar. Ak akçe kara gün içindir demiş atalarımız. Hücreler sadece proton pompalayarak yaşamaz, kumbarada proton biriktirip ATP de üretir!

İlgili yazılar: DNA Testi Yaparsanız Neler Öğrenirsiniz?

ilk-canlılar-ne-zaman-ve-nasıl-ortaya-çıktı

İşte size 4 milyar yıldan eski ilk metabolizma süreci: Proton pompası. Büyütmek için tıklayın.

 

İlk canlılar için şimdilik sonsöz

Dünya’da canlıların ortaya çıkması, yayılması ve evrim geçirmesini anlatan yeni yazı dizimizin ilk bölümü burada sona erdi. Bu yazıda ilk canlıların 4,3 milyar yıl önce Arkeyan devirdeki sığ denizlerde belirdiğini gördük. Bunlar proton pompalayarak enerji üretiyor ve çalışıyordu. Canlılar henüz evrim geçirmiyor ama alkalin menfezlerin içinde ortaya çıkmıştı ve onlar sayesinde proton pompalıyordu.

Ayrıca Dünya’nın jeolojik ve biyolojik geçmişini canlıların karaya çıktığı 530 milyon yıl öncesine dek özetledik. Böylece ökaryot hücreler ve çokhücreli yaşamı anlatacağımız gelecek yazıların sahnesini de kurduk. Devam yazısında ise canlıların alkalin menfezlerden nasıl dışarı çıkıp denizlere yayıldığını göreceğiz. Evrimi başlatan RNA ve DNA’nın oluşumuna bakacağız.

Siz de yaşayan tüm canlıların son evrensel ortak atası LUCA’yı şimdi okuyabilir, canlıların yüzde 95’ini yok ederek geçmişin en büyük toplu soy tükenişine yol açan Büyük Ölümü hemen görebilirsiniz. Ne de olsa Büyük Ölümü okyanusların karbondioksitle asitlenmesi tetikledi ve Dünya’nın egemenleri de atmosfere deli dana gibi karbondioksit vererek yapay küresel ısınmaya yol açıyor.

Oysa geleceğe umutla bakmak istiyorsanız panspermi ve kozmik tohumlama yazılarında Dünya’ya hayatın uzaydan gelip gelmediğine bakabilirsiniz. Hızınızı alamayarak siyanürle yaşayan bakterilerin kral olduğu antik dönemleri Mor Dünya hipotezinde görebilirsiniz. Gezegenimizin en az 4 kez neden tümüyle buzullarla kaplandığını da kartopu dünya ve buzul çağlarında inceleyebilirsiniz. Sonunda virüsler canlı ve yaşamın kökeni mi diye de sorabilirsiniz. Bilimle ve sağlıcakla kalın. 😊

Yaşam Dünya’da nasıl başladı?


1Origin of life: The first spark
2Hydrothermal vents and the origins of life
3Promotion of protocell self-assembly from mixed amphiphiles at the origin of life
4On the origin of biochemistry at an alkaline hydrothermal vent
5First life

Add a Comment

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir