Cansız Maddeyi Canlandırma Hayali Peşinde: Oparin ve Haldane (Bilim Yaratılış Diyor - 36)

Rus biyokimyacı Alexander Oparin 1924 yılında, canlılığın menşeine dâir tamamen materyalist ve ateist bir yaklaşım öne sürerek, hayatın başlangıcına ait daha sonra gelecek materyalistler için yeni bir akım başlatmıştır.1 Oparin'e göre, ilk hücre, cansız maddeden türemiştir. Ancak cansız bir avuç kum veya gaz yığını kendi kendine birden canlanamayacağı için böyle bir iddianın mantıksızlığını aşma maksadıyla, canlılığın tek bir seferde değil de, kademe kademe yavaş bir şekilde ortaya çıktığını söylemiştir. Oparin, basit kimyevî elementlerin, aminoasitler gibi organik bileşikler oluşturacak şekilde bir araya geldiğini, daha sonra bu maddelerin de, proteinler gibi büyük kompleks molekülleri oluşturmak üzere birleştiğini iddia etmiştir. En nihayetinde bunlar da, bir hücre duvarı içerisinde birbirine bağlanan bir şebeke teşkil etmek üzere bir araya gelmiştir.

Oparin'e göre, Dünya'nın ilk zamanlarındaki atmosferi, volkanlardan veya yıldırımlardan kaynaklanan ısı, depremlerden kaynaklanan kinetik enerji ve Güneş'ten gelen ışık gibi enerji kaynakları, atmosferde bulunan karbon bileşiklerini, daha büyük moleküllü bileşikler hâline getirmek üzere çalışmıştır. Atmosferdeki gazlar bu enerjilerle karşılaştığı zaman, aminoasitler, yağ asitleri ve şekerler gibi organik bileşikleri oluşturmak üzere birbirleri ile reaksiyona girmişlerdir. Dünya'nın ilk zamanlarındaki denizlerinde de, bu yeni oluşan bileşiklerin, mikroskobik kümeler oluşturmak üzere tesadüfen bir araya geldiği ve bunların Dünya üzerindeki ilk canlı hücrelerin habercileri olduğu iddia edilir.

1928'de İngiliz biyokimyacı J. B. S. Haldane temelde aynı olan bu fikri daha ileriye taşımıştır.2 Haldane, Güneş'ten gelen ultraviole ışınların, Dünya'nın ilk atmosferindeki (karbondioksit, metan, su buharı ve amonyak gibi) basit gazların organik bileşiklere dönüşmesine ve bunun da, ilk okyanusların sıcak ve sulu bir "çorbaya" dönüşmesine sebep olduğunu düşünmüş (Şekil–1), bu düşüncesini ilerleterek "sulu molekül çorbası" içerisinden virüs benzeri partiküllerin ortaya çıktığını ve sonra da bunlardan ilk hücrelerin evrimleştiğine getirmiştir.

Böylece, Oparin ve Handane, canlılığın, hayat öncüsü çorba olarak da adlandırılan kimyevî maddeler denizinde başladığını iddia eden prebiyotik veya kimyevî evrim teorisinin temellerini atmışlardır. Bugün, Oparin hipotezi veya Oparin-Haldane hipotezi olarak bilinen ve daha sonraki yıllar içerisinde, çok sayıda değişiklikler yapılmasına rağmen, temelde çok farklı olmayan bu görüşler, her zaman hayatın başlangıcına dâir standart modern evrimci yaklaşımlar olmuştur.

Bunlar gibi bütün hipotezlerin temelinde, şans veya tesadüflerin uzun zaman içinde kendi başına, kimyevî bileşiklerin kompleks biyomoleküller oluşturacağı ve buradan da canlıların oluşması için gerekli olan organellerin ortaya çıkacağı fikri yatmaktadır. Peki, bu akılsız ve şuursuz maddelere ait atomlar nasıl anlaşıp da bir araya geldiler ve hayata ait dev molekülleri eksiksiz ve mükemmel hâlleriyle nasıl ortaya koydular? Bazı evrimcilere göre, maddelerin içinden gelen bazı temayüller, düzenli yapıların oluşmasına sebep olmuştur. Oparin ve Haldane'nin hayallerinin nasıl gerçekleşeceği üzerine en meşhur çalışma olan Miller-Urey Deneyi, üzerinde pek çok spekülasyon ve tartışma yapılmasına rağmen hâlâ gerçekmiş gibi dayatılmaktadır.

Canlıların ortaya çıkması gibi geçmişte meydana gelmiş hâdiseleri gözlemleyemeyeceğimiz için, elbette hipotez doğrudan test edilemez; ancak olabilecek hâdise hakkında hipotetik senaryolar yazılabilir ve lâboratuvar deneyleri düzenlenebilir. Bu deneylere simülasyon deneyleri adı verilmektedir.

Peki, bu hipotez, lâboratuvarda nasıl test edilebilir? Bilim adamları, Oparin tarafından öne sürülen basit gazları alıp, onları cam borular ve balonlar içerisinde birbirleri ile karıştırmış; daha sonra da bu gazları, ultraviole ışık (güneş ışığını temsil etmesi için), elektrikî yük boşaltımı (yıldırımları temsil etmesi için) gibi çeşitli enerji kaynaklarına maruz bırakmışlardır. 1950'lerin başından itibaren ilk Dünya şartlarına benzer şartları gösterdiği iddia edilen bu tarz ilkel atmosfer simülasyon deneyleri yapılmaktadır. Bu deneyler, canlıların ortaya çıkışına dâir doğrudan bir müşahede imkânı veremez. Sadece canlılar ortaya çıkmadan önce Dünya üzerinde ne gibi bileşiklerin oluşmuş olabileceği ve bu bileşiklerin biyolojik açıdan önemli bileşikler olup olmayacağı konusunda bir fikir verebilir.

1953 yılında, Stanley Miller ve Harold Urey, ilk defa bu tarz bir deney düzenlemişlerdir. Miller, Chicago Üniversitesi'nde, 1934 yılında kimya dalında Nobel Mükâfatı kazanmış Urey ile çalışan bir lisansüstü öğrencisidir. Miller lisansüstü çalışmasına başladığı zaman, hiç kimse, Oparin'in teklif ettiği atmosferin canlılar için gerekli olan organik bileşikleri üretip üretmeyeceğine dâir bir deney düzenlememişti. Miller ve Urey, Şekil–3'te gösterilen deney düzeneğini tasarlamışlardır. Konik traşlı cam balon içerisinde su kaynatmışlar, böylece cam balonun atmosferinin su buharı ile doymuş olmasını sağlamışlardır. Daha sonra sisteme herhangi bir oksijen gazı girişini engellemişlerdir. Daha sonra, methan ve hidrojen gazlarını cam balonun atmosferine pipetlemişler ve daha sonra da cam balonun altındaki suda çözünmüş amonyum dihidroksidi ısıtarak cam balonun atmosferinde amonyak gazının olmasını sağlamışlardır. Bu deney boyunca, cam balon içindeki su kaynatılmış, böylece, gazlar cihaz içerisinde saat yönünde devridâim yaptırılmıştır. Cihazın tepesinde, elektrik kaynağına bağlanmış iki elektrot taşıyan 5 litrelik cam küreler bulunmaktadır. Gazlar bu elektrotların arasından geçtikçe, 50.000 voltluk kıvılcımlara maruz kalmıştır.

Gazlar, kıvılcım odasından geçtikten sonra, soğutucu bir ek parçanın içinden geçer. Böylece su buharı ve herhangi uçucu olmayan (gaz olmayan) organik bileşikler soğuma neticesinde bu cam kürenin içinde yoğunlaşır. Bu solüsyon daha sonra, cihazın altındaki tutucularda biriktirilir. Miller, bu cam kabın içinde meydana gelen yapışkan ve katran benzeri maddeleri incelemiş ve bu maddeler içinde bugün proteinlerin yapısında bulunan çok sayıda aminoasidin varlığını belirlemiştir. Bunlardan bazıları, glysine, alanin, aspartik asit ve glutamik asittir. Miller aynı zamanda çok sayıda biyolojik olmayan aminoasitlerle birlikte üre, formik asit, asetik asit ve laktik asit gibi bazı basit organik bileşikler de bulmuştur.

Miller'in 1950'lerdeki bu ilk deneyinden bu yana, benzer atmosferik senaryolara ait deneylerinde, diğer biyolojik bileşikler de bulunmuştur. Şu ânda, belirlenen bileşiklerin listesi, canlılarda bulunan birçok temel organik bileşiği içinde barındırmaktadır. Bu deneylerin neticeleri ilk yayımlandığında, ilim camiasında çok büyük bir heyecana sebep olmuş ve insanların çoğuna "lâboratuvarda canlı yaratmak" hemen çok yakın bir hâdise gibi görünmüştü. Bu deneyler, canlıların birçok kimyevî yapıtaşlarının ilk yeryüzünde mevcut olduğu farz edilen şartlar altında tabiî olarak meydana geldiği iddiasını ispatlıyor olarak görülmüştü.

Bu açıdan, deneylerden elde edilen deliller, Oparin'in faraziyesinin ilk kademesini destekler gibi görünmüş ve kimyevî evrim hakkındaki görüş yeni taraftarlar kazanmıştır. Ancak, bilim adamları deneyde ortaya çıkan, basit bileşiklerden ötesini araştırmak istediklerinde, çok hızlı bir şekilde hüsrana uğramışlardır. Basit bileşiklerden, proteinler ve DNA gibi canlıların kompleks moleküllerine olan adımın aşırı derecede zor olduğu ispatlanmıştır. Bu problem üzerinde çalışan bilim adamlarının bütün gayretlerine rağmen, bu adım aşılmamak için direnmiştir.

Bu başarısızlığın sebebi, beklenen kimyevî reaksiyonların meydana gelmemesidir. Bazı kimyevî reaksiyonlar kolay bir şekilde meydana gelirken, bazıları çok özel şartlar gerektirir. Ortamda oksijen olmadığı sürece, basit yapıtaşları olan aminoasitleri üreten reaksiyonlar, lâboratuvarda kolaylıkla meydana gelir; ancak bunlardan proteinler ve DNA'nın meydana gelmesi için gerekli olan reaksiyonlar lâboratuvarda meydana gelmez. Aslında, bu makromoleküller, şimdiye kadar yapılan hiçbir deneyde üretilmemiştir. Buna ek olarak, ilkel olduğu iddia edilen atmosferi temsil eden deneylerin temelinde yatan faraziyelerin problemli olduğu da ispatlanmıştır. Bu tarz deneylerin en önemli hususiyetinin "hayat öncesi şartlarını gerçekçi" olarak tekrarlaması olmalıdır; ancak birçok deney bu konuda başarısızdır. Oparin ve takipçileri, lâboratuvar deneylerinde çözüm bulamamalarının sebebini, zamanla alâkalı bir mesele olarak açıklar.

Cansız maddelerin nasıl canlanacağına dâir faraziyenin peşin kabullerini ve bunları çürüten karşı görüşler yedi madde hâlinde incelenebilir. Bunların birincisini bu sayıda diğerlerini ise gelecek sayılarda sırasıyla inceleyelim:

1- İndirgeyici atmosfer iddiası: Oparin'e göre, ilk hücre milyonlarca yıldan fazla bir süre içerisinde yavaş ve kademeli bir şekilde ortaya çıkmıştır. Dünya'nın ilk atmosferi fazla miktarda serbest hidrojen ve çok az veya yok derecesinde de oksijen ihtiva etmektedir. Dünya yüzeyindeki şartlar, büyük miktarda organik bileşiklerin meydana gelmesine ve bütün doğru bileşenlerin bir araya gelerek, bir hücre oluşturma ihtimalini artırmıştır. Ancak, Dünya'nın atmosferi önemli miktarda serbest oksijen (O2) barındırırsa, bu organik bileşik birikimi meydana gelemez; çünkü oksijen, organik bileşiklerle (oksidasyon) reaksiyona girerek organik bileşikleri bozar. Hidrojen (H) kâinatta en çok bulunan element olduğu için, Oparin, Dünya tarihinin başlangıcında hidrojen atomlarının diğer hafif elementlerle, methan veya su benzeri hidrojen temelli bileşikler meydana getirmek üzere birleştiğini iddia etmiştir. Bu yüzden zararlı olabilecek bütün serbest oksijenin tükendiğini kabul etmektedir. Bu açıdan, Oparin ilk zamanlardaki atmosferin, oksijen değil, ama mutlaka hidrojen açısından zengin methan (CH4), amonyak (NH3), hidrojen (H2) ve su buharı (H2O) gibi gazlardan meydana gelmiş olması gerektiğine inanmaktaydı (Şekil–2). Böyle bir atmosfer, indirgeyici atmosfer olarak adlandırılır.

Buna ek olarak, Oparin, ilk hücrelerin anaerobik (oksijensiz yaşayabilen) ve heterotrofik (kendi besinini kendisi üretemeyen) olduğuna, kendilerine lazım temel besinleri etraflarındaki sudan karşıladıklarına inanmıştır. Bu yüzden, bu anaerobik heterotrofların kendilerine gerekli enerjilerini, organik moleküllerden serbest oksijen olmadan enerji elde etme metodu olan fermentasyon ile elde ettikleri kabul edilir.
Buna ek olarak, Oparin, ilk hücrelerin anaerobik (oksijensiz yaşayabilen) ve heterotrofik (kendi besinini kendisi üretemeyen) olduğuna, kendilerine lazım temel besinleri etraflarındaki sudan karşıladıklarına inanmıştır. Bu yüzden, bu anaerobik heterotrofların kendilerine gerekli enerjilerini, organik moleküllerden serbest oksijen olmadan enerji elde etme metodu olan fermentasyon ile elde ettikleri kabul edilir.

Karşı görüşler: Dünya'nın ilk zamanlarında nasıl atmosferler olabileceğine dâir hazırlanan bütün deneylerde, çözünmüş veya gaz hâlindeki serbest oksijen deneylere dâhil edilmemiştir. Bunun sebebi, oksijenin, aktif olarak kimyevî reaksiyonların organik bileşikler üretmesine engel olmasıdır. Organik bileşikler oluşmuş olsa bile, serbest oksijen onları, oksidasyon denilen bir süreç içinde derhal parçalar. İşte bu yüzden, birçok yiyecekte kullanılan koruyucu maddeler antioksidandır. Bunlar yiyecekleri oksidasyon tesirinden korur.

Ancak, bilim adamları şu anda, en erken zamanlarından bu yana, Dünya'nın atmosferinde önemli miktarda oksijen bulunduğuna dâir güçlü jeolojik delilere sahiptirler.3,4 Meselâ, oksijenle reaksiyona girmiş birçok mineral (demirin paslanması gibi) ve bunların meydana getirdiği oksitler, canlılığın başlangıcından daha eski kayaların içinde bulunmuştur.

Eğer, Dünya'nın ilk atmosferinde, oksijen bulunmuş olsaydı, o zaman organik bileşiklerin Miller'in deneyindeki gibi (daha ileride müstakil olarak ele alınacaktır) oluşma ve birikmesi imkânsız olurdu. Bu tarz deneyler aynı zamanda çözümlenmemiş bir paradoks da ortaya çıkarır. Oksijenin varlığı Dünya'nın ilk zamanlarında organik bileşiklerin sentezini ve birikmesini önler (oksidasyondan dolayı). Ancak, oksijen olmazsa o zaman, ortaya çıkacağı farz edilen organik bileşikler yine birikemez; çünkü biyolojik hayat için ölümcül derecedeki ultraviole ışınları bunları parçalar. Biyolojik hayatın bu ışınlardan korunması için oksijenden ozon üretilmesi ve koruyucu bir kalkan olarak atmosferi sarması gerekir. Eğer, Dünya'nın ilk zamanlarının hayat için uygun olduğu iddia ediliyorsa, bu takdirde ilk atmosferin gerçekçi bir taklidi yapılacaksa içinde oksijenin barındırılması gerekir.

Dünya'nın ilk atmosferinin hidrojen açısından zengin olduğu iddiası da zayıftır. 1960'larda jeokimyacılar, Dünya'nın ilkel atmosferinin volkanlardan çıkan gazlarla meydana geldiği ve temel olarak su buharı, karbondioksit, azot ve eser miktarda da hidrojen ihtiva ettiği neticesine varmışlardır. Çünkü Dünya'nın yerçekimi hafif olan hidrojen gazını atmosferde tutmak açısından çok zayıf olduğu için, volkanik hidrojenlerin çoğunluğu uzaya kaçacaktır. Karbondioksitle ve azotla reaksiyona girecek hiçbir hidrojen olmazsa, methan ve amonyak da ilkel atmosferin temel elementlerinden biri olamaz.

Jeofizikçi Philip Abelson, 1966 yılında Dünya üzerindeki ilk methan-amonyak atmosferine ait hiçbir delil olmadığını, aksine ise çok delil olduğunu söylemektedir.5 Belçikalı biyokimyacı Marcel Florkin, 1975'te; "indirgeyici ilkel atmosfer kavramından vazgeçildiğini" ve Miller-Urey deneyinin "artık jeolojik olarak yeterli olmadığının düşünüldüğünü'' duyurmuştur.6 Sidney Fox ve Klaus Dose, 1977 yılında, indirgeyen atmosferin "jeolojik açıdan gerçekçi gibi durmadığını çünkü serbest hidrojenin çoğunluğunun uzaya kaçıp yok olduğunu ve methan ve amonyaktan geriye kalanların da okside olduğunu gösterdiğini" kabul etmişlerdir.7 Bu görüş jeokimyacılar arasında nerdeyse bir konsensüs meydana getirmiştir. 1995 yılında Science dergisinde Jon Cohen'in yazdığı gibi, birçok araştırmacıya göre; "İlkel atmosfer, Miller-Urey senaryosundakine hiç benzememektedir."8
Jeofizikçi Philip Abelson, 1966 yılında Dünya üzerindeki ilk methan-amonyak atmosferine ait hiçbir delil olmadığını, aksine ise çok delil olduğunu söylemektedir.5 Belçikalı biyokimyacı Marcel Florkin, 1975'te; "indirgeyici ilkel atmosfer kavramından vazgeçildiğini" ve Miller-Urey deneyinin "artık jeolojik olarak yeterli olmadığının düşünüldüğünü'' duyurmuştur.6 Sidney Fox ve Klaus Dose, 1977 yılında, indirgeyen atmosferin "jeolojik açıdan gerçekçi gibi durmadığını çünkü serbest hidrojenin çoğunluğunun uzaya kaçıp yok olduğunu ve methan ve amonyaktan geriye kalanların da okside olduğunu gösterdiğini" kabul etmişlerdir.7 Bu görüş jeokimyacılar arasında nerdeyse bir konsensüs meydana getirmiştir. 1995 yılında Science dergisinde Jon Cohen'in yazdığı gibi, birçok araştırmacıya göre; "İlkel atmosfer, Miller-Urey senaryosundakine hiç benzememektedir."8

Peki ya Miller-Urey deneyi daha gerçekçi olan su buharı, karbondioksit ve azot karışımı ile tekrarlansa ne olur? 1977 yılında Fox ve Dose, böyle bir karışıma kıvılcım verilmesiyle hiçbir aminoasit üretilmediğini rapor etmiş, Heinrich Holland da, 1984'te bu neticeyi tekrarlamıştır.9 1983 yılında ise, Miller, bir çalışma arkadaşıyla, önemli miktarda serbest hidrojen olduğu sürece, methan yerine karbonmonoksit ve karbondioksit ihtiva eden atmosfere kıvılcım vererek az miktarda en basit aminoasit olan glysini üretebildiklerini rapor etmiştir.10 Ancak Miller de kabul etmiştir ki, methan olmadığı sürece elde edilebilecek şey en fazla glysindir. John Horgan 1991 yılında bu araştırmanın durumunu Scientific American dergisi için şöyle özetlemiştir: "Karbondioksit, azot ve su buharından meydana gelen bir atmosfer, aminoasitlerin sentezine sebep olacak bir atmosfer değildir."11

Dipnotlar

1. Oparin, A. I. (1924): The Origin of Life on Earth, 3rd ed (reprinted, revised, and translated New York: Academic Press, 1957).
2. Haldane, J. B. S. (1928): The Origin of Life. Rationalist Annual 148: 3-10.
3. Carver, J. H. (1981): Prebiotic Atmospheric Oxygen Levels, Nature 292: 136—38;
4. Kasting, J. E.(1993): Earth's Early Atmosphere, Science 259: 920-26.
5. Abelson, P. H.(1966): Chemical Events on the Primitive Earth. Proceedings ofthe National Academy of Sciences USA 55: 1365-1372.
6. Florkin, M. (1975): Ideas and Experimente in the Field of Prebiological Chemical Evolution. Comprehensive Biochemistry 29B: 241-242.
7. Fox, S. W. And Dose, K. (1977): Molecular Evolution and the Origin of Life, rev. ed. (New York: Marcel Dekker), 43, 74-76.
8. Cohen, J.(1995): Novel Center Seeks to Add Spark to Origins of Life. Science 270: 1925-1926.
9. Holland, H. D.(1984): The Chemical Evolution of the Atmosphere and Oceans. (Princeton: Princeton University Press), 99-100.
10. Schlesinger, G. and Stanley L. Miller, S.L.(1983): Prebiotic Synthesis in Atmospheres Containing CH4, CO, and C02:1. Amino Acids. Journal of Molecular Evolution 19: 376.
11. Horgan, J. (1991): "In the Beginning . . .Scientific American (February): 116—126.