BLOG

Yaşamın İlk İki Milyar Yılının Kısa Tarihi

12.05.2016 Nick Lane

Gezegenimiz yaklaşık 4,5 milyar yaşındadır (yani 4.500 milyon yaşındadır). Tarihinin ilk evrelerinde, doğmakta olan Güneş sisteminde işler yoluna girinceye dek, 700 milyon yıl boyunca ağır bir göktaşı bombardımanı altında kalmıştır. Muhtemelen Mars büyüklüğünde bir nesnenin erken tarihlerde Dünya’ya çarpmasıyla Ay oluşmuştur. Etkin jeolojik olayların Dünya’da yerkabuğunu sürekli değiştirmesinin tersine, Ay’ın el değmemiş yüzeyi bu ilk bombardımanın kanıtlarını kraterlerinde barındırır, Apollo astronotlarının Dünya’ya getirdiği taşlar sayesinde bu bombardımanın tarihi belirlenmiştir. 

Dünya’da aynı yaşlarda benzer taşların bulunmamasına rağmen, erken tarihlerdeki yaşam koşullarına ilişkin birkaç ipucu mevcuttur. Özellikle de zirkonların (birçok kayada bulunan, kum taneciğinden daha küçük zirkonyum silikat kristallerinin) bileşimi, sandığımızdan çok erken tarihlerde okyanusların varolduğunu düşündürür. Uranyum tarihlendirmesine dayanarak bu inanılmaz derecede güçlü kristallerin bir bölümünün 4 ila 4,4 milyar yıl önce oluştuğunu, daha sonraki tarihlerde çökelti kayalarında kırıntılanmış tanecikler olarak biriktiklerini söyleyebiliriz. Zirkon kristalleri kimyasal bulaşıkları hapseden minik kafesler gibi davranır, içinde oluştukları doğal ortamın özelliklerini yansıtır. Erken zirkonların kimyası, bunların nispeten düşük sıcaklıkta, suyun bulunduğu bir ortamda oluştuğunu düşündürmektedir. Zirkon kristalleri, teknik olarak “Hadean” dönem denilen çağla ilgili olarak sanatçıların izlenimlerini canlı bir biçimde yansıtan kaynar lav okyanuslarıyla dolu, bir yanardağ cehennemi imgesinden çok çok uzakta, kara yüzeyinin sınırlı olduğu çok daha sakin bir su dünyasını işaret eder. 

Aynı şekilde ilk atmosferin metan, hidrojen ve amonyak gibi birbirleriyle tepkimeye girerek organik moleküller oluşturan gazlarla dolu olduğunu söyleyen eski fikir de zirkonların incelenmesi karşısında ayakta duramaz. Seryum gibi iz elementleri, zirkon kristallerine çoğunlukla oksitlenmiş halde dahil olmuştur. En erken zirkonların yüksek düzeyde seryum içermesi, atmosfere, yanardağlardan çıkan oksitlenmiş gazların, en başta da karbondioksit, su buharı, azot ve sülfür dioksitin hâkim olduğunu düşündürür. Bu karışım, bileşimi itibarıyla, bugünkü havadan farklı değildir, içinde çok çok daha sonraları fotosentezin ilerlemesiyle bollaşan oksijen yoktur sadece. Uzun zaman önce yitip gitmiş bir dünyanın oluşumunu birkaç dağınık zirkon kristalinden okumaya çalışmak, nihayetinde kum taneciğinden ibaret şeylere büyük bir ağırlık yüklemek anlamına gelir ama elde hiçbir kanıt olmamasından daha iyidir. Bu kanıtlar tutarlı bir biçimde, bugün bildiğimiz gezegene şaşırtıcı derecede benzer bir gezegen ortaya koyar. Zaman zaman yaşanan göktaşı çarpmaları okyanusları kısmen buharlaştırmış olabilir ama okyanusların derinlerinde yaşayan, tabii evrilmişlerse, bakterilerin huzurunu kaçırmış olması ihtimal dışıdır. 

Hayatın en erken kanıtı bir o kadar çürüktür ama bu kanıtın varlığı, Grönland’ın güneybatısında Isua ve Akilia’da bilinen, yaklaşık 3,8 milyar yaşındaki en erken kayaların bazılarına uzanabilir (bir zaman çizelgesi için bkz. Resim 1). Bu kanıt fosiller ya da canlı hücrelerden türemiş karmaşık moleküller (“biyoişaretler”) biçiminde karşımıza çıkmaz, grafit yani saf ve yumuşak karbondaki karbon atomlarının rastgele olmayan bir biçimde ayrılmasından ibarettir. Karbon iki kararlı biçimde yani izotop halinde görülür, bu izotopların kütleleri arasında çok az bir fark vardır. Enzimlerin (canlı hücrelerdeki tepkimeleri hızlandıran proteinlerin) tercihi daha hafif karbondan, karbon-12’den yana biraz daha ağır basar, bu nedenle organik maddede karbon-12 birikme eğilimi gözlenir. Karbon atomlarını minik pinpon topları gibi düşünebilirsiniz: Biraz daha hafif olan toplar biraz daha hızlı zıplar, bu nedenle enzimlere çarpma, organik karbona dönüştürülme olasılıkları daha fazladır. Oysa tersine, toplam karbon miktarının sadece %1,1’ini oluşturan daha ağır karbon biçimi, karbon-13’ün okyanuslarda geride kalma olasılığı daha fazladır, kireçtaşı gibi çökelti kayalarında karbonat dışarı atıldığında birikir. Bu küçük farklılıklar sıklıkla yaşam belirtisi olarak görülebilecek kadar tutarlıdır. Sadece karbon değil, demir, sülfür ve azot gibi diğer elementler de canlı hücrelerde benzer bir biçimde parçalanır. Bu tür izotopik parçalanmalar, Isua ve Akilia’daki saf ve yumuşak karbonlarda belgelenmiştir.

Kayaların yaşından tutun yaşamı belirttiği sanılan küçük karbon taneciklerinin varlığına dek bu çalışmanın her yönüne karşı çıkılmıştır. Ayrıca, izotopik parçalanmanın yaşamın tamamı açısından benzersiz olmakla kalmadığı, daha zayıf bir biçimde de olsa hidrotermal oyuklardaki jeolojik süreçlerde taklit edilebileceği açıklık kazanmıştır. Grönland kayaları gerçekten göründükleri kadar eski olsalar, gerçekten de parçalanmış karbon içerseler de, bu bir yaşam kanıtı değildir. Heves kırıcı gibi görünebilir ama bir anlamda bundan fazlasını beklemememiz gerekir.

 

Resim 1 Bu zaman çizelgesinde evrimin erken dönemlerindeki bazı kilit olayların yaklaşık tarihleri görülüyor. Bu tarihlerin birçoğu belirsiz ve tartışmalıdır ama çoğu kanıt, bakteriler ve arkelerin ökaryotlardan 1,5 ila 2 milyar yıl önce ortaya çıktığını düşündürür.

 

“Canlı bir gezegen” (jeolojik olarak etkin) ile canlı bir hücre arasındaki farkın sadece bir tanım meselesi olduğunu savunacağım. Kesin bir ayrım çizgisi yoktur. Jeokimya kesintisiz bir biçimde biyokimyayı doğurur. Bu bakış açısına göre, bu eski kayalarda jeoloji ile biyolojiyi ayıramıyor olmamız duruma uygundur. Karşımızda yaşamı doğuran canlı bir gezegen vardır, jeoloji ile biyoloji bir sürekliliği kesintiye uğratmaksızın birbirinden ayrılamaz. 

Birkaç yüzyıl daha ileri gittiğimizde yaşamın kanıtı daha somut, Avustralya ve Güney Afrika’nın eski çağlardan kalan kayaları kadar katı ve kavranabilir bir hal alır. Burada hücrelere çok benzer görünen mikrofosiller vardır; gerçi bunları modern gruplara yerleştirmek hiç affı olmayan bir iştir. Bu minik fosillerin birçoğu karbona uyumludur, yine manidar izotopik emareler gösterirler ama bu kez biraz daha tutarlı ve belirgin olarak, bu emareler şans eseri hidrotermal süreçlerden ziyade, örgütlü metabolizmaların varlığını akla getirir. Bir de stromatolitleri, bakteri yaşamıyla dolu şu kubbeli katedralleri andıran, içinde hücrelerin katman katman büyüdüğü yapılar vardır; üst üste binmiş mineral katmanları taşa dönüşür, nihayetinde yüksekliği bir metreyi bulan çarpıcı katlar halindeki kaya yapıları ortaya çıkar. Bu doğrudan fosiller dışında, 3,2 milyar yıl öncesinde, yüzölçümleri yüzbinlerce kilometrekareyi bulan, onlarca metre derinde büyük ölçekli jeolojik yapılar vardır; bunların başında da şeritler halindeki demir oluşumları ve karbon zengini katmanlar gelir. Bakteriler ve minerallerin farklı âlemlerde yer aldığını, birinin canlı öbürünün cansız olduğunu düşünme eğilimindeyizdir ama aslında çökelti kayalarının birçoğu büyük ölçekte bakteriyel süreçlerle birikmiştir. Kırmızı ve siyah şeritleriyle hayret verici bir güzellikleri olan şeritler halindeki demir oluşumları örneğinde, bakteriler okyanuslarda çözünmüş demirden elektronları ayırır (oksijenin bulunmadığı ortamlarda bu tür “ferröz” demir boldur), geride derinlere gömülen çözülemez bir atık, pas kalır. Demir zengini bu kayaların neden şeritli olduğu soru işaretleri uyandırır ama izotop imzaları yine bu işte biyolojinin parmağı olduğunu açığa vurur. 

Bu engin birikimler sadece yaşamın değil, fotosentezin de emaresidir. Çevremizde, bitkiler ve alglerin yeşil yapraklarında gördüğümüz, aşina olduğumuz biçimdeki fotosentezin değil, daha basit bir öncünün. Fotosentezin bütün biçimlerinde ışık enerjisi kullanılarak gönülsüz bir vericiden elektronlar ayrılır. Elektronlar daha sonra karbondioksite zorlanarak organik moleküllere dönüştürülür. Fotosentezin çeşitli biçimleri, elektron kaynakları itibarıyla farklılık gösterebilir; elektronlar her tür farklı yerden gelebilir, en sık olarak da çözülmüş (ferröz) demir, hidrojen sülfür ya da sudan gelir. Her durumda elektronlar karbondioksite aktarılır, geride atıkları kalır: sırasıyla paslı demir birikimleri, saf sülfür (kükürt) ve oksijen… Şimdiye dek kırması en zor ceviz, su olmuştur. 3,2 milyar yıl önce, yaşam hemen her şeyden elektron alıyordu. Biyokimyager Albert Szent-Györgyi’nin gözlemlediği üzere, dinlenecek bir yer arayan bir elektrondan başka bir şey değildir. Sudan elektron çıkarmanın son adımının tam olarak ne zaman gerçekleştiği tartışmalıdır. Bazıları bunun evrim sürecinde erken tarihte gerçekleşmiş bir olay olduğunu ileri sürer ama kanıtların taşıdığı önem, “oksijenli” fotosentezin 2,9 ile 2,4 milyar yıl öncesi arasında doğduğunu düşündürmektedir; küresel bir huzursuzluğun yaşandığı, Dünya’nın orta yaş krizine girdiği sarsıntılı dönemden pek de uzun bir süre öncesi değildir bu tarih. “Kartopu Dünya” diye bilinen dünya çapındaki buzullaşmaların ardından, yaklaşık 2,2 milyar yıl önce karadaki kayalar yaygın biçimde oksitlendi; havadaki oksijenin kesin bir işareti olarak paslı “kızıl yataklar” bıraktılar; “Büyük Oksitlenme Olayı” denilen olay budur. Küresel buzullaşmalar bile atmosferdeki oksijende bir artış olduğunu işaret eder. Oksijen metanı oksitleyerek havadaki güçlü sera gazını ortadan kaldırarak küresel donmayı tetiklemiştir. 

Oksijenli fotosentezin evrilmesiyle birlikte yaşamın metabolik alet çantası esasen tamamlandı. Dünya’nın yaklaşık 2 milyarlık tarihinde (hayvanların varlık gösterdiği sürenin tamamından üç kat uzun bir süre boyunca) birçok uğrak noktası olan turumuzun bütün ayrıntıları itibarıyla doğru olması ihtimal dışıdır ama büyük tablonun dünyamız hakkında neler söylediğini değerlendirmek için bir an olsun mola vermeye değer. Öncelikle yaşam çok erken bir tarihte, muhtemelen 3,5 milyar ile 4 milyar yıl öncesi arasında, hatta belki de daha önce, bizimkinden farklı olmayan bir su dünyasında ortaya çıkmıştır. İkincisi, 3,5 milyar yıl ile 3,2 milyar yıl öncesi arasında bakteriler çok sayıda soluma ve fotosentez biçimi de dahil olmak üzere çoğu metabolizma biçimini çoktan icat etmiş bulunuyordu. Dünya 1 milyar yıl boyunca bir bakteri kazanı oldu ancak hayret gösterebileceğimiz bir biyokimya
mucitliği sergiledi.4 İzotopik parçalanma, başlıca bütün besin döngülerinin (karbon, azot, sülfür, demir vs.) 2,5 milyar yıl önce yerli yerinde olduğunu düşündürür. Ne var ki ancak 2,4 milyar yıl öncesinde oksijenin yükselişiyle birlikte, yaşam
gezegenimizi, bu gelişmekte olan bakteri dünyasının uzaydan canlı bir gezegen olarak seçilebileceği noktaya varıncaya dek şekillendirmiştir. Atmosfer oksijen ve metan gibi tepkimeye giren bir gaz karışımını ancak bundan sonra biriktirmeye
başlamıştır; bu gazların canlı hücrelerce sürekli tazelenmesi, bu işte biyolojinin gezegen ölçeğinde parmağı olduğunu ele verir.

Nick Lane, Yaşam Neden Var