Hayat İlk Kez Mümkün Olduğunda Nasıldı?

Hayat İlk Kez Mümkün Olduğunda Nasıldı?

Hayat İlk Kez Mümkün Olduğunda Nasıldı?

Dünya, Büyük Patlama’dan 9 milyar yıl sonrasına kadar yaratılmadı. Bazı şanslı yerlerde yaşam neredeyse hemen ortaya çıkmış olabilir.

Sıvı su içeren kayalık bir gezegen, yaşam için gerekli elementler ve moleküller, ve istikrarlı bir yıldız da dahil olmak üzere Dünya’da yaşam için gerekli bileşenler gezegenimize özgü değildir. Bugün var olan tüm yıldız sistemlerinde bulunmakla kalmayıp, bu tür yaşam dostu koşullar Büyük Patlama’dan sadece 1 milyar yıl sonra var olmuş olabilir. İşte bu Evren’de yaşamın ilk mümkün olduğu zamanın nasıl bir şey olduğu ve Evren’in oraya ulaşmak için muhtemelen izlediği yol.



Büyük Patlama’nın ardından ortaya çıkan kozmik hikaye, nerede olursanız olun her yerde mevcuttur. Atom çekirdeklerinin, atomların, yıldızların, galaksilerin, gezegenlerin, karmaşık moleküllerin, ve nihayetinde yaşamın oluşumu, Evren’deki herkesin ve her şeyin ortak tarihinin bir parçasıdır. Tüm bunlar, büyük ölçüde sıcaklık ve yoğunluk gibi başlangıç koşullarına bağlı olarak Evren’in farklı yerlerinde farklı zamanlarda ortaya çıkmış olsalar da, yeterli zaman geçtikten sonra kelimenin tam anlamıyla her yerde bulunurlar. En azından bir kez, burada, Dünya’da, yaşam Evren’in bir noktasında başladı. En geç, gezegenimizin ilk oluşumundan sadece birkaç yüz milyon yıl sonra ortaya çıkmıştır.

Bu da bildiğimiz yaşamın en geç Büyük Patlama’dan yaklaşık 10 milyar yıl sonra ortaya çıktığını gösterir. Büyük Patlama ilk gerçekleştiğinde yaşam imkansızdı. Aslında, Evren ilk anlardan itibaren yaşamı oluşturamazdı; hem koşullar hem de bileşenler tamamen yanlıştı. Ancak bu, yaşamı mümkün kılmak için milyarlarca ve milyarlarca yıllık kozmik evrimin gerektiği anlamına gelmez. Yaşamın en ilkel formlarının yaşam olmayandan ortaya çıkması için gerekli olduğuna inandığımız ham maddelerin ne zaman ortaya çıktığına bakarak, “ilk yaşamın” Evren şu anki yaşının sadece yüzde birkaçı kadarken ortaya çıkmış olabileceğini düşünmek mantıklıdır. İşte Evrenimizde yaşamın ilk olarak nasıl ortaya çıkmış olabileceğine dair bilimsel olarak gerekçelendirilmiş en iyi hikaye.

yıldızlararası moleküller

Sıcak Büyük Patlama’nın ilk anlarında, yaşam için gerekli hammaddeler hiçbir şekilde istikrarlı bir şekilde var olamazdı. Parçacıklar, antiparçacıklar ve radyasyonun hepsi rölativistik hızlarda etrafa sıçrayarak tesadüfen oluşmuş olabilecek bağlı yapıları parçaladı. Evren yaşlandıkça, aynı zamanda genişledi ve soğudu, içindeki her şeyin kinetik enerjisini azalttı. Zamanla antimadde yok oldu, kararlı atom çekirdekleri oluştu, ve elektronlar nihayet onlara bağlanarak Evren’deki ilk nötr atomları oluşturdu.

Yine de bu ilk atomlar yalnızca hidrojen ve helyumdu: yaşam için yetersizdi. Karbon, nitrojen, oksijen ve daha fazlası gibi daha ağır elementler, tüm yaşam süreçlerinin dayandığı molekülleri oluşturmak için gereklidir. Bunun için de yıldızların bol miktarda oluşması, yaşam ve ölüm döngülerinden geçmeleri, ve nükleer füzyon ürünlerini yıldızlararası ortama geri göndermeleri gerekir.

cüce yıldız patlaması galaksisi henize 2-10

Görece büyük kümeler halinde oluşan ilk yıldızların oluşması 50 ila 100 milyon yıl sürer. Ancak uzayın en yoğun bölgelerinde, bu yıldız kümeleri, ilave yıldızlar ve diğer yıldız kümeleri için malzeme de dahil olmak üzere diğer maddeleri yerçekimsel olarak çekecek ve ilk galaksilerin yolunu açacaktır. Aradan sadece ~200 ila 250 milyon yıl geçtiğinde, sadece çok sayıda yıldız nesli yaşamış ve ölmüş olmayacak, aynı zamanda en eski yıldız kümeleri de galaksilere dönüşmüş olacaktır.

Bu önemlidir, çünkü sadece karbon, nitrojen ve oksijen gibi ağır elementleri yaratmamız gerekmez; çok çeşitli organik moleküller üretmek için bunlardan – ve yaşam için gerekli tüm elementlerden – yeterince yaratmamız gerekir.

Bu moleküllerin, bir yıldızın yakınındaki kayalık bir ay ya da gezegen veya belirli kimyasal reaksiyonları desteklemek için yeterli deniz altı hidrotermal aktivitesi gibi bir enerji gradyanını deneyimleyebilecekleri bir yerde istikrarlı bir şekilde var olmalarına ihtiyacımız var. Ve bu konumların, yaşam süreci olarak sayılan her şeyin kendi kendini sürdürebilmesi için yeterince istikrarlı olması gerekir.

Astronomide tüm bu koşullar tek bir terimin şemsiyesi altında toplanır: metaller. Bir gökbilimci için “metal”, lityumdan (3. element) periyodik tablonun teorik olarak gidebileceği en üst noktaya kadar hidrojen veya helyumdan daha ağır herhangi bir elementtir. Bir yıldıza baktığımızda, ondan gelen farklı soğurma çizgilerinin gücünü ölçebiliriz, bu da bize – yıldızın sıcaklığı ve iyonizasyonu ile birlikte – onu yaratan farklı elementlerin bolluklarının ne olduğunu söyler. Hepsini topladığınızda yıldızın metalikliğini ya da içindeki elementlerin hidrojen ya da helyumdan daha ağır olan kısmını bulursunuz.

5000 ötegezegen
Hayat İlk Kez Mümkün Olduğunda Nasıldı?

Güneş’imizin metalikliği %1 ile %2 arasında bir değerdedir, ancak bu oran yaşam için çok fazla gibi görünmektedir. Güneş’te ve Güneş Sistemi’nin geri kalanında bulunan ağır elementlerin (metallerin) sadece bir kısmına sahip olan yıldızlar, yaşamı mümkün kılmak için gerekli bileşenlerin tamamına sahip olabilirler.

Dikkat çekici bir şekilde, son ~20 yılda 5000’den fazla ötegezegen tespit ettik ve “kayalık” olanları bulduğumuz ve bulamadığımız yıldız sistemlerinden öğrenilecek muazzam dersler var. Özellikle de:

Güneş’te bulunan ağır elementlerin %10 veya daha azına sahip yıldızların yörüngesinde sadece 10 ötegezegen bulunmaktadır.
Sadece 32 ötegezegen, Güneş’teki ağır elementlerin %10’u ile %16’sı arasında elemente sahip yıldızların yörüngesinde dönmektedir.
Ve sadece 50 ötegezegen Güneş’in ağır elementlerinin %16’sı ile %25’i arasında elemente sahip yıldızların yörüngesinde dönmektedir.
Bu da 2023 yılı başı itibariyle bulunan 5069 ötegezegenden sadece 92’sinin, yani sadece %1,8’inin, Güneş’te bulunan ağır elementlerin dörtte biri ya da daha azına sahip yıldızların etrafında bulunduğu anlamına geliyor. Başka bir deyişle, yaşamı desteklediğini düşündüğümüz kayalık gezegenler yapmak istiyorsanız, yıldızlararası ortamı yeterince zenginleştirmeniz gerekir ve bu da zaman alır.

Bununla birlikte, yıldızlar söz konusu olduğunda Evren’de neler olduğunu hatırlayın: çok erken zamanlardan itibaren oluşuyorlar ve yıldız oluşum hızı, küçük başlasa da, kozmik tarihin ilk ~3 milyar yılı boyunca sürekli olarak artıyor. Yaşayıp ölmüş eski yıldızların küllerinden daha fazla yıldız oluştukça, ağır element içeriği ve kayalık gezegenlere sahip yıldız sistemleri oluşturma olasılığı da zaman geçtikçe artmaktadır. Çoğu yıldız Büyük Patlama’dan bu yana birkaç milyar yıl geçene kadar etraflarında kayalık gezegenlerle oluşmayacak olsa da, bu noktaya ilk ulaşanlar sadece bir milyar yıl sürebilir: evrende yaşamın ortaya çıkması için gerçekten misafirperver ilk yerler.

O zaman asıl soru “nasıl?” oluyor. Yaşam nasıl ortaya çıktı? Yaşamın yaşam olmayandan oluşmasını destekleyen koşullar nelerdir, bunun gerçekleşmesini sağlayan belirli mekanizma(lar) nelerdi ve yaşamın kendini sürdürmeyi, yani hayatta kalmayı, üremeyi ve nesilden nesile gelişmeyi başardığı yerlerde, uzun vadeli kesintisiz bir biyolojik faaliyet zincirini mümkün kılan koşullar nelerdi? Dünya’nın kendi tarihi söz konusu olduğunda bu soruların cevabını henüz bulamamış olsak da, son yıllarda özellikle yaşamın yaşam olmayandan ortaya çıkmasına ilişkin “mekanizma” tarafında muazzam ilerlemeler kaydettik.

Yaşamın bileşenlerinin kökenini anlamak için en iyi yöntem, uzayda bulduğumuz asteroit ve kuyruklu yıldızların yanı sıra bugün Dünya’ya kadar olan yolculuklarından sağ çıkan meteor kalıntılarının bileşimine bakmaktır. Birçoğunu atomik tekniklerle ~4.56 milyar yıl öncesine kadar tarihlendirebildiğimiz bu ilkel nesnelerin içine baktığımızda:

kaç gezegen
Hayat İlk Kez Mümkün Olduğunda Nasıldı?

İçlerinde 80’den fazla benzersiz amino asit bulunmaktadır (Dünya’daki yaşam süreçlerine yalnızca 22 tanesi katılmasına rağmen),
Dünya’daki yaşam süreçlerine katılanların hepsi sadece solak olsa da, birçoğu hem solak hem de sağlaktır,
Basit (şekerler gibi), ara (hekzametilentetramin gibi) ve karmaşık (polisiklik aromatik hidrokarbonlar gibi) karbon bazlı organik moleküller de mevcuttur,
Ve yakın zamanda, Dünya’daki genetik bilgiyi kodlayan DNA ve RNA gibi moleküllerde bulunan her bir nükleotidin kalbindeki “bazlar” olan nükleobazların beşinin de meteoritlerde bulunduğunu keşfettik.
Bu bileşenlerin hepsini ilkel bir çorbada (yani enerji gradyanı olan sulu bir ortamda) bir araya getirdiğinizde, kendiliğinden çoğalan yaşamın ortaya çıkabileceğini iddia edenler olsa da, bu çok azınlıkta kalan bir görüştür. Bunun yerine, neredeyse tüm çalışan biyologlar tarafından büyük ölçüde tercih edilen bir yol, besin değeri olan bir şeyi metabolize etme yeteneğinin ilk ortaya çıkan özellik olduğu fikridir.

Bunun neye benzeyebileceğini hayal edelim. Yeterli sıvı suya sahip herhangi bir dünyada, doğal olarak oluşan çok sayıda sulu ortam olacaktır:

Tuzlu okyanuslar ve gelgit çukurları,
Göller ve nehirler gibi tatlı su kaynakları,
Hatta kayalık ya da buzlu kabukların altında varlığını sürdüren yeraltı okyanusları.
Derin deniz bacaları ve hidrotermal alanlar da dahil olmak üzere güneş ışığı ve jeotermal ısı şeklinde dış enerji kaynakları da olacaktır.
Bu suda çözünmüş mineraller ve iyonların yanı sıra birbirine bağlanabilen çok çeşitli amino asitler de dahil olmak üzere her türlü molekül bulunacaktır. Ve belki de termodinamik açıdan en önemlisi, çok çeşitli arayüzlerde kimyasal denge dışı durumlara sahip olmanızdır: katı toprak/sıvı su, sıvı su/volkanik magma ve sıvı su/atmosferik gaz.

Amino asitler birbirlerine çarptıkça kendiliğinden bağlar oluşturur ve kopar, amino asit zincirleri peptitleri oluşturur. İyonlar ortaya çıkıp bu ilkel peptitlere bağlandıkça, enzimlerin oluşmasını sağlarlar. Bu moleküller kırılgandır ve yok edilmeleri ya da denatüre edilmeleri kolaydır, ancak aynı zamanda sayıca çok fazladırlar ve kombinatorik matematiği tarafından belirlenen olasılıklar aklı hayrete düşürür. Oluşan proteinlerden bazıları, sadece şans eseri, belirli işlevleri yerine getirme yeteneği kazanacaktır. Bu işlevler arasında:

Belirli peptidler de dahil olmak üzere kaynakların toplanması ve hatta istiflenmesi,
Süreç içinde kullanılabilir enerjiyi serbest bırakacak şekilde diğer molekülleri bölme/yeniden birleştirme yeteneği,
Ve kendileri bozulmadan kalırken diğer yararlı molekülleri “ısırma” yeteneği.
Durum ne olursa olsun, bu metabolik peptitlerin kendiliğinden oluşması kaçınılmazdır. Bundan sonra gelen şey, büyüleyici bir şekilde, yepyeni ama şaşırtıcı bir araştırma alanıdır.

Son zamanlarda, sulu bir ortamda nükleobazlarınız varsa – RNA, DNA ve hatta PNA (peptit nükleik asitler) gibi şeyler – bu nükleotitlerin bir peptit zincirindeki çeşitli amino asitler boyunca sıralanacağı gösterilmiştir. Eşlenik bazlarıyla eşleşebilirlerse veya “soyulup” üzerlerine ilave amino asitler çekebilirlerse, orijinal peptit zincirini yüksek bir doğruluk derecesinde etkili bir şekilde yeniden üretebilirler.

RNA-peptit birlikte evrimi olarak bilinen bu senaryo, yaşamın kökenini araştıran çoğu bilim insanının, metabolik süreçlerin omurgası üzerine inşa edilen kendi kendini kopyalamanın ilk olarak nasıl ortaya çıktığına inanma şeklidir.

Her biyolog bunu kabul etmese de:

Serbest yüzen bir molekül,
Kaynakları metabolize edebilen,
Ve kendini çoğaltabilir,
“yaşam dışı” olmaktan ziyade “yaşam” olma eşiğine yükseldiğinde, bu muhtemelen basit kimyasal süreçlerden biyolojik olanlara giden ilk somut adımları temsil eder. Bu ilkel “metabolize edici çoğaltıcılar” muhtemelen birbirleriyle yan yana var olmuş, aralarında büyük bir çeşitlilik barındırmış ve çoğu olmasa da birçoğunun soyu yol boyunca kesinlikle tükenmiştir. Bu, Dünya üzerindeki evrensel bir ortak atadan ve hatta hücrenin ne olduğuna dair fikrimizden yüz milyonlarca (ve belki de bir milyardan fazla) yıl öncesine dayanmaktadır. Yine de, mevcut bilimsel düşüncenin bizi Dünya’da yaşamın ilk olarak nasıl ortaya çıktığı konusunda götürdüğü yer burasıdır.
Dünya’da sahip olduğumuz yasaların ve bileşenlerin Evren’in her yerinde bulunduğuna inanmak için her türlü nedene sahip olduğumuzdan, bakabildiğimiz her yerde aynı “parmak izlerini” aramak mantıklıdır. Uzayda, ister galaksilerin merkezlerinde, ister büyük, yeni oluşan yıldızların etrafında, hatta metal bakımından zengin gazın gelecekteki yıldızları oluşturacağı ortamlarda olsun, bir dizi karmaşık, organik molekül buluyoruz. Bunlar şekerlerden amino asitlere, etil formata (ahududuya kokusunu veren molekül) ve karmaşık aromatik hidrokarbonlara; yani yaşamın öncüsü olduğu düşünülen moleküllere kadar uzanmaktadır.

Elbette şimdiye kadar bu moleküler “biyolojik ipuçlarını” sadece yakınlarda bulduk, ancak bunun nedeni kendi galaksimizin çok ötesindeki ortamlarda bireysel moleküler imzaları nasıl arayacağımızı bilmememizdir. Bununla birlikte, daha uzak mesafelere baktıkça, gerçekten de doğru yıldız popülasyonlarına ve içlerinde yaşamın ortaya çıkması için mükemmel adaylar olacak doğru metalikliklere sahip galaksiler ve hatta çok erken galaksilerin bölümleri olduğunu görüyoruz. En uç durumlarda, Büyük Patlama’dan sonraki ilk 1-2 milyar yıl içinde, potansiyel olarak zaten yaşama ev sahipliği yapabilecek yerler buluyoruz.

Bununla birlikte, Evren’de (hatta Dünya’da) yaşamın nasıl başladığını, bildiğimiz yaşamın yaygın mı, nadir mi, yoksa Evren’de bir kez mi ortaya çıktığını hala bilmediğimizi söylemeliyiz. Ancak yaşamın kozmosumuzda en az bir kez ortaya çıktığından ve önceki nesil yıldızlardan elde edilen ağır elementlerden inşa edildiğinden emin olabiliriz. Yıldızların genç yıldız kümelerinde ve erken galaksilerde teorik olarak nasıl oluştuğuna bakarsak, birkaç yüz milyon yıl sonra bu bolluk eşiğine ulaşabiliriz; geriye kalan tek şey bu atomları yaşam için elverişli bir düzende bir araya getirmektir.

Eğer Evren yaşam için gerekli molekülleri oluşturur ve daha sonra bunları su zengini kayalık bir gezegende olduğu gibi, yaşamın yaşam olmayandan doğmasına elverişli bir ortama koyarsa, biyolojinin ortaya çıkışı birdenbire Evren şu anki yaşının sadece yüzde birkaçı iken gerçekleşmiş olabilir. Evrendeki en erken yaşamın, sıcak Büyük Patlama’nın başlamasından sonraki ilk bir ya da iki milyar yıl içinde bile mümkün olabileceği sonucuna varmalıyız. Yeterince yıldız yaşayıp öldüğünde, cesetlerinden çıkan malzeme yeni yıldızlara, yeni moleküllere ve hatta yeni gezegenlere dönüşür. Bu zenginleştirilmiş malzemeden doğru koşullar altında yeterince bir araya geldiğinde, belki de yaşamın garantili bir şekilde ortaya çıkması için gereken tek şey budur.

Derleyen: Deniz KAFKAS

Kaynak: Hayat İlk Kez Mümkün Olduğunda Nasıldı?

Uzay-Zaman Sürekliliği Nedir?

Hayat İlk Kez Mümkün Olduğunda Nasıldı?

One thought on “Hayat İlk Kez Mümkün Olduğunda Nasıldı?

Bir yanıt yazın

Bu site, istenmeyenleri azaltmak için Akismet kullanıyor. Yorum verilerinizin nasıl işlendiği hakkında daha fazla bilgi edinin.

Çok Okunan Yazılar