Yaşam kaçınılmaz mı, yoksa sadece bir tesadüf mü?

Prof. Dr. Nick Lane, yaşamın kökeni, evrimsel biyokimya ve karmaşık hücrelerin evrimi üzerine araştırmalar yürüten İngiliz bir biyokimyacıdır. University College London’da evrimsel biyokimya profesörü ve Yaşamın Kökeni ve Evrimi Merkezinin direktörüdür. Imperial College London’da biyokimya eğitimi almış, doktorasını 1995’te Royal Free Hospital Medical School’da tamamlamıştır. Beş popüler bilim kitabının yanı sıra Nature ve New Scientist gibi önemli bilim dergilerinde yayımlanan çok sayıda makalenin de yazarıdır. Life Ascending: The Ten Great Inventions of Evolution adlı kitabı, 2010’da Royal Society Bilim Kitabı Ödülü’ne layık görülmüştür.

Aşağıdaki yazı, Nick Lane’in New Scientist dergisinin Haziran 2012 tarihli sayısında yayımlanan “Life: Inevitable, or just a fluke?” başlıklı makalesinin bana ait çevirisidir. Görsellerin çoğu orijinal makaleden alınmıştır. Mitokondri görseli, olivin içerikli kayaç görseli, ATP sentezine ilişkin video bağlantısı ve köşeli parantez içindeki ifadeler benim tarafımdan eklenmiştir.

Yaşam: Kaçınılmaz mı, yoksa sadece bir tesadüf mü? 

Kepler uzay teleskobunun keskin gözlemleri sayesinde, her geçen gün kendimizinkine benzeyen daha da fazla gezegen keşfediyoruz. Henüz Dünyaya tıpatıp benzeyen bir gezegen bulabilmiş değiliz; ancak o kadar çok gezegen keşfediliyor ki, galaksimizin yaşanabilir gezegenlerle dolu olduğu anlaşılıyor.

Bu keşifler, eski bir paradoksu da yeniden gündeme getiriyor. Fizikçi Enrico Fermi’nin 1950’de sorduğu gibi, evrende yaşamın var olabileceği birçok ortam varsa ve uzaylı yaşam formları yaygın olarak bulunuyorsa, hepsi neredeler? Yarım asrı aşkın süredir devam eden Dünya dışı zekâ arayışlarından şimdiye kadar eli boş döndük.

Evren, elbette çok büyük bir yer. Frank Drake’in Evrende yaşamın olasılığına ilişkin ünlü ve iyimser “denklemi” bile, zekâ sahibi uzaylı yaşam formlarına rastlama ihtimalimizin çok düşük olduğunu gösteriyor: oralarda bir yerlerde olsalar bile onların varlığından hiç haberdar olmayabiliriz. Ancak bu cevap, artık hiç kimseyi tatmin etmiyor.

Çok daha derin açıklamalar mevcut. Belki de uzaylı medeniyetler, galaktik ölçekte göz açıp kapayıncaya kadar belirip kayboluyor, başka gezegenleri kolonileştirebilecek duruma gelmeden çok önce kendilerini yok ediyorlardır. Veya bir diğer ihtimal: koşullar mükemmel olsa da yaşam nadiren ortaya çıkıyordur.

Resim : Dünya büyüklüğündeki ötegezegenlerin kendi yıldızlarına olan uzaklıkları gösterilmiştir. Uzak gezegenleri arama çalışmaları henüz yeni başladı, ancak şimdiden başka yıldızların çevresinde Dünya büyüklüğünde birkaç gezegen keşfettik. Bunların hepsi, yaşama elverişli olamayacak kadar yıldızlarına yakın yörüngelerde dolanıyor. Ancak keşfedilmiş olmaları, yaşanabilir gezegenlerin yaygın olduğunu düşündürüyor. Öyleyse bütün uzaylılar nerede?

Bu ve buna benzer soruları Evrene bakarak cevaplayamıyorsak, acaba ipuçlarını kendi gezegenimize bakarak elde edebilir miyiz? Yaşam, Dünyada sadece bir kez doğdu ve elimizdeki tek örnek buysa, ona bakarak çok kapsayıcı bir sonuca varamayabiliriz. Ama iş bununla bitmiyor. Yaşam için gerekli ve zorunlu bir unsur olan enerjiyi inceleyerek, Evrende basit yaşam formlarının çok yaygın olduğu, ama bunların her zaman hayvanlar gibi daha karmaşık yaşam biçimlerine evrimleşmediği sonucuna da varabiliriz. Yanılıyor olabilirim, ama haklıysam Dünyada yaşamın ilk kez ortaya çıkışıyla karmaşık canlıların görülmeye başlanması arasında geçen uzun zaman dilimi, uzaylıları neden henüz keşfedemediğimize ilişkin bambaşka bir açıklamaya işaret ediyor demektir.

Resim: Dünya, Güneşten ortalama 1 astronomik birim (AB) uzaklıktadır. Güneş Sistemindeki yaşanabilir bölgenin tahmini sınırları 0,8–1,5 AB arasındadır.

Canlılar, sadece yaşamlarını devam ettirmek için bile muazzam bir enerjiye ihtiyaç duyar. Yediklerimiz, bütün canlı hücrelere güç veren ATP [adenozin trifosfat] isimli bir yakıta dönüştürülür. Bu yakıt, gün içinde sürekli geri dönüştürülür: bir insan günde yaklaşık 70–100 kg ATP kullanır ve yeniden üretir. Bu yüksek miktardaki yakıt, enzimler tarafından oluşturulur. Enzimler, milyonlarca yıl süren evrim sürecinde, tepkimelerle ortaya çıkan kullanılabilir enerjiyi son damlasına kadar değerlendirmeye uyarlanmış biyolojik katalizörlerdir.

İlk canlılara güç veren enzimler, günümüzdekiler kadar verimli olamazdı. Dolayısıyla ilk hücreler büyüyüp bölünebilmek için çok daha fazla enerjiye ihtiyaç duyuyordu; muhtemelen modern hücrelerin binlerce, hatta milyonlarca katı kadar. Bu durum, Evrenin geri kalanında da aynı şekilde geçerli olmalıdır.

Bu muazzam enerji ihtiyacı, yaşamın kökenine dair hipotezlerde genellikle göz ardı ediliyor. Dünyadaki bu ilk enerji kaynağı ne olabilir? Yıldırımlar veya ultraviyole radyasyonu gibi eski açıklamalar yeterli değil. Hiçbir canlı hücrenin enerjisini bu şekilde elde etmediği gerçeği bir yana, bu enerjiyi belirli bir yerde yoğunlaştıracak bir mekanizma da yoktur. İlk canlılar kendilerine gidip de enerji kaynağı aramış olamayacağına göre, yaşam enerjinin bol bulunduğu bir yerde ortaya çıkmış olmalıdır.

Günümüzde canlıların büyük bir kısmı enerjisini Güneşten sağlıyor, ancak fotosentez karmaşık bir süreçtir ve büyük olasılıkla ilk canlıların enerji kaynağı değildi. Peki bu kaynak ne olabilir? Basit hücrelerin genomlarını karşılaştırarak yaşamın tarihini yeniden yapılandırmak çeşitli güçlükler içerir. Yine de bu çalışmaların hepsinin sonucu aynı noktaya işaret eder: öyle görünüyor ki ilk hücreler, enerji ve karbonlarını, hidrojen (H₂) ve karbondioksit (CO₂) gazlarından elde ediyordu. H₂ ile CO₂’in tepkimesi, doğrudan organik moleküller üretir ve enerji salar. Bu önemli bir nokta, çünkü bu basit moleküllerin oluşması da yeterli değil. Basit moleküllerin bir araya gelerek, yaşamın yapı taşları olan zincirleri de oluşturmaları gerekir, ki bu da çok daha fazla enerji gerektiren bir süreçtir.

İlk canlıların enerjiyi nereden elde ettikleriyle ilgili elimizdeki bir diğer ipucu da, bildiğimiz bütün canlılarda bulunan bir enerji üretim mekanizmasıdır. Bu mekanizma o kadar beklenmedikti ki, İngiliz biyokimyacı Peter Mitchell tarafından 1961 yılında önerilmesinin ardından yirmi yıl boyunca hararetli tartışmalara yol açtı.

Evrensel Kuvvet Alanı    

Mitchell, hücrelerin enerjisinin kimyasal tepkimelerden değil, bir tür elektrikten, daha doğrusu bir zarın iki tarafında bulunan protonların (hidrojen atomlarının yüklü çekirdekleri) arasındaki bir derişimi farkından sağlandığını öne sürdü. Protonlar artı yüklü olduğu için aralarındaki derişim farkı, zarın iki yüzü arasında yaklaşık 150 millivolt’luk bir elektrik potansiyeli yaratır. İlk bakışta kulağa az gelebilir, ancak bu potansiyel yalnızca 1 milimetrenin milyonda beşi kadar bir mesafede oluştuğundan, bu küçücük mesafedeki elektrik alanının şiddeti muazzamdır: metre başına yaklaşık 30 milyon volt. Bu da bir yıldırımın elektrik alanına eşdeğerdir.

Mitchell, bu elektriksel itici kuvvete “proton itici kuvvet” adını verdi. Bu isim, Yıldız Savaşları filmindeki bir terime benziyor olsa da, aslında hiç de isabetsiz bir tanım değildir. Esasen bütün hücreler, Dünyadaki yaşam için genetik kod kadar evrensel olan bir kuvvet alanıyla çalışır. Bu muazzam elektriksel potansiyel, örneğin kamçıların hareketini doğrudan sağlamak veya enerji bakımından zengin bir yakıt olan ATP’yi üretmek için kullanılabilir.

Ne var ki bu kuvvet alanının oluşturulması ve ondan yararlanılması son derece karmaşık bir işlemdir. ATP’yi yapan enzim [ATP sentaz], protonların içeri doğru akmasıyla çalışan bir döner motordur. Zar potansiyelini üretmeye yarayan bir diğer protein olan NADH dehidrogenaz, protonları dışarı atmaya yarayan bir pistona sahip buharlı bir motora benzer. Bu iki olağanüstü nanoskopik makine, çok uzun bir doğal seçilim sürecinin ürünü olmalıdır. [ATP senteziyle ilgili video – İngilizce] Dolayısıyla başlangıçta yaşamın enerji ihtiyacını karşılamış olamazlar; bu da bizi bir paradoksla karşı karşıya bırakır.

Canlılar muazzam miktarda enerji tüketir ve verimsiz ilkel hücreler bundan çok daha fazlasına ihtiyaç duymuş olmalıdır. Bu büyük miktardaki enerji büyük olasılıkla bir proton gradyanından elde ediliyordu, çünkü bu mekanizmanın bütün canlılarda bulunması onun erken dönemde evrimleştiğini gösteriyor. Ama ilkel canlılar, günümüzde böylesine karmaşık bir düzenek gerektiren bir işlemi nasıl gerçekleştirmiş olabilir?

Böyle yüksek miktarlarda enerjiyi elde etmenin çok basit bir yolu vardır. Üstelik bu durum, yaşamın ortaya çıkışının aslında o kadar da zor olmadığını düşündürüyor.

Benim tercih ettiğim açıklama, 20 yıl önce jeolog Michael Russell tarafından öne sürülmüştü. Şu anda NASA’nın Kaliforniya eyaletinin Pasadena kentindeki Jet İtki Laboratuvarında görev yapan Russell, öncesinde derin-deniz hidrotermal bacaları üzerinde çalışıyordu. “Derin-deniz bacaları” dendiğinde birçok insanın aklına, çevrelerinde dev tüp solucanlarının yaşadığı, siyah dumanlar çıkaran hidrotermal bacalar geliyor. Oysa Russell’ın kafasındaki imge çok daha mütevazı bir şeydi: alkalen hidrotermal bacalar. Bunlar volkanik değildir ve tütmezler. Dünyanın manto tabakasındaki olivin gibi demir-magnezyum mineralleri barındıran elektronca zengin kayaçların içerisine deniz suyunun süzülmesiyle oluşurlar.

Olivin ve su etkileşime girerek serpantinit oluşturur; bu süreçte kayaç genleşip çatlar, böylece içeri daha fazla su girer ve tepkime devam eder. Serpantinleşme, hidrojence zengin alkalen (düşük protonlu) sıvılar meydana getirir ve açığa çıkardığı ısı, bu sıvıların yeniden okyanus tabanına doğru yükselmesini sağlar. Bu sıvılar, daha soğuk olan deniz suyuyla karşılaştıkları zaman mineraller çökmeye başlar ve 60 metre yüksekliğe çıkabilen bacalar oluşur. Russell’ın fark ettiği gibi bu tür bacalar, yaşamın oluşması için gereken her şeyi sağlar. Daha doğrusu 4 milyar yıl önce sağlamıştır.

Resim: Alkalen hidrotermal bacalar, ilk yaşamın geliştiği ortamı sağlamış olabilir.

Dünyanın ilkel koşullarında oksijen yok denecek kadar azdı, dolayısıyla okyanuslarda bol miktarda çözünmüş demir bulunuyordu. Muhtemelen günümüzdekinden çok daha fazla miktarda CO₂ bulunuyordu, yani denizler hafif asidikti, diğer bir deyişle çok fazla proton barındırıyordu.

Böyle bir ortamda neler olacağını bir düşünün. Gözenekli bacaların içerisinde, incecik mineral duvarlarla çevrili ve birbirlerine bağlı ufak, hücremsi boşluklar vardır. Bu duvarlar, günümüzde hücrelerin CO₂’yi organik moleküllere dönüştürmek için kullandığı katalizörlerin aynılarını, özellikle çeşitli demir, nikel ve molibden sülfürlerini barındırır (ancak bu katalizörler hücrelerde proteinlerin içine gömülü hâldedir).

Hidrojence zengin sıvılar, katalitik mikro-gözeneklerden meydana gelen bu labirentten süzülerek geçer. Normalde CO₂ ile H₂’nin tepkimeye girmesini sağlamak zordur: küresel ısınmayı azaltmak amacıyla CO₂’yi yakalama çabalarında karşılaşılan sorun da tam olarak budur. Yani sadece katalizörlerin varlığı yeterli olmayabilir. Fakat canlı hücreler, karbonu yakalamak için yalnızca katalizörleri kullanmaz; tepkimenin gerçekleşmesini sağlamak için proton gradyanlarından da yararlanır. Bir bacanın alkalen sıvıları ile asidik suyu arasında da doğal bir proton gradyanı mevcuttur.

Bu doğal proton-itici kuvvet , organik moleküllerin oluşumunu sağlamış olabilir mi? Bundan tam anlamıyla emin olmak için henüz çok erken. Ben de tam olarak bu soru üzerine çalışıyorum ve önümüzde heyecan verici gelişmeler yaşanabilir. Ama şimdilik cevabın “evet” olduğunu varsayarak tahminlerde bulunmakla yetinelim. Bu neyi çözer? Çok şeyi çözer. CO₂ ile H₂ arasındaki tepkimenin önündeki engel ortadan kalktığında, tepkime hızla ilerleyebilir. Dahası alkalen hidrotermal bacalara özgü koşullarda H₂ ve CO₂’nin birleşerek canlı hücrelerde bulunan molekülleri (amino asitler, lipitler, şekerler ve nükleobazlar) oluşturması, gerçekten de enerji açığa çıkaran bir süreçtir.

Bu da demek oluyor ki yaşam, termodinamiğin ikinci yasasına aykırı olmak bir yana, bu açıdan bakıldığında bizzat bu yasanın etkisiyle ortaya çıkmaktadır.Yaşam, elektronca zengin kayaçların elektronca fakir, asidik okyanuslardan ince bir kabukla ayrıldığı ve bu kabuğu delen baca sistemlerinin elektrokimyasal itici gücü hücre benzeri sistemlerde yoğunlaştırdığı gezegensel bir dengesizliğin kaçınılmaz bir sonucudur. Gezegen dev bir pil olarak düşünülebilir; hücre de temelde aynı ilkelerle yapılanmış küçük bir pildir.

Doldurulması gereken boşluklar olduğunu kabul ediyorum; organik moleküller üreten bir elektrokimyasal reaktör ile yaşayan ve nefes alan bir hücrenin oluşumu arasında pek çok aşama vardır. Ama resmin tamamını bir an için hayal edin. Yaşamın kökeni için çok kısa bir alışveriş listesi yeterlidir: kayaç, su ve CO₂.

Su ve olivin, Evrende en çok bulunan maddelerden ikisidir. Güneş Sistemindeki birçok gezegenin atmosferinde bol miktarda CO₂ bulunur, dolayısıyla onun da Evrende yaygın bir madde olduğunu söyleyebiliriz. Serpantinleşme kendiliğinden gerçekleşen bir tepkimedir ve su bulunan her kayalık gezegende büyük ölçekte gerçekleşmesi beklenir. Bu açıdan baktığımızda, Evrenin basit hücrelerle dolup taşıyor olması gerekir; şartlar uygun olduğunda yaşamın ortaya çıkması gerçekten de kaçınılmaz olabilir. Dünyada yaşamın, ortaya çıkabileceği koşullar oluşur oluşmaz başlamış gibi görünmesi pek de şaşırtıcı değildir.

Resim: ABD’nin Arizona eyaletindeki Peridot Mesa bölgesinden, volkanik kayaç içinde bulunan olivin bakımından zengin peridotit parçası. Yeşil bölüm Dünya’nın mantosundan köken alan kayacı göstermektedir. (Fotoğraf: James St. John / Wikimedia Commons)

Peki sonra ne olur? Basit yaşam bir kez ortaya çıktı mı, uygun koşullar altında zamanla daha karmaşık biçimlere evrimleşeceği genellikle varsayılır. Ama Dünyada böyle olmamıştır. Basit hücrelerin ortaya çıkışıyla onların karmaşık formlara dönüşümü arasında, gezegenin toplam ömrünün neredeyse yarısı kadar süren bir gecikme yaşanmıştır. Dahası 4 milyar yıllık evrim sürecinde basit hücrelerden karmaşık hücreler yalnızca bir kez ortaya çıkmıştır. Bu, olağanüstü nadir görülen ve rastlantısal bir olayı düşündüren bir durumdur.

Eğer basit hücreler milyarlarca yıl boyunca yavaş yavaş daha karmaşık hücrelere evrimleşmiş olsaydı, çok çeşitli ara hücre biçimleri ortaya çıkmış olurdu ve bunların bazılarının bugün de var olması gerekirdi. Ancak böyle ara hücreler yoktur. Aksine, arada büyük bir boşluk vardır. Bir yanda hem genom hem de hücre hacmi bakımından küçük olan bakteriler var: doğal seçilimle sadeleşmiş, en aza indirgenmiş yapılarıyla hücreler diyarında adeta birer savaş uçağı gibiler. Diğer yanda büyük ve hantal ökaryot hücreler var: bunlar da savaş uçağından ziyade uçak gemilerine benzetilebilir. Tipik bir tek hücreli ökaryot hücre, bir bakteriden 15 bin kat daha büyüktür ve genomu da bu oranla uyumludur.

Büyük bölünme    

Dünyadaki bütün karmaşık canlılar, yani hayvanlar, bitkiler, mantarlar vb ökaryottur ve aynı ortak atadan evrimleşmiştir. Dolayısıyla ökaryot hücrelerin atasını oluşturan tek seferlik bir olay gerçekleşmemiş olsaydı balıklar, dinozorlar, bitkiler ve insansı maymunlar da var olmayacaktı. Nitekim basit hücreler, daha karmaşık biçimlere evrimleşmek için gereken hücresel yapıya sahip değildir.

Peki neden değildir? Bu konuyu yakın zamanda, dünyanın önde gelen hücre biyologlarından biri olan Düsseldorf Üniversitesi’nden Bill Martin’le birlikte araştırdım. Çeşitli hücrelerin metabolik hızları ve genom büyüklüklerine ilişkin verilerden yararlanarak, basit hücrelerin büyüdükçe ne kadar enerjiye sahip olabileceklerini hesapladık (Nature, 467. sayı, s. 929).

Keşfettiğimiz şey, büyümenin olağanüstü bir enerji bedeli gerektirdiğiydi. Bir bakteriyi bir ökaryot hücre büyüklüğüne kadar genişletecek olsaydık, eşdeğer büyüklükteki bir ökaryot hücreye kıyasla gen başına kullanabileceği enerji miktarı on binlerce kat daha az olurdu. Bir hücrenin, içerdiği her gen için yüksek miktarda enerjiye ihtiyacı vardır, çünkü genin protein üretmesi yoğun enerji gerektiren bir işlemdir. Bir hücrenin enerjisinin büyük bir kısmı protein üretiminde harcanır.

Bakterinin büyümekle bir şey kazanmayacağı fikri, birçok karmaşık hücreden daha büyük olan birtakım dev bakterilerin (örneğin Epulopiscium) varlığı nedeniyle ilk bakışta çelişkili gelebilir. Epulopiscium, cerrah balıklarının bağırsaklarında yaşar ve genomunun 200 bine kadar kopyasını barındırır. Tüm bu genom kopyaları hesaba katıldığında, toplam DNA miktarı çok fazla olmasına rağmen, Epulopiscium’un herhangi bir geninin her bir kopyasına düşen enerji miktarı normal bakterilerdekiyle neredeyse aynıdır. Bunları dev hücrelerden ziyade, birleşerek tek bir hücre oluşturmuş hücre toplulukları olarak düşünmek daha doğru olabilir.

Peki büyük bakteriler neden bu kadar çok genom kopyasına ihtiyaç duyar? Hücrelerin, zarları boyunca oluşan kuvvet alanından enerji sağladıklarını ve bu zar potansiyelinin bir yıldırımınkine eşdeğer olduğunu hatırlayın. Hücreler bu konuda hata yapmayı göze alamaz. Zar potansiyelinin kontrolünü kaybettikleri takdirde ölürler. Şu anda Londra Üniversitesi Queen Mary’de görev yapan biyokimyacı John Allen, yaklaşık 20 yıl önce, genomların protein üretimini düzenlemek suretiyle zar potansiyelini kontrol etmede vazgeçilmez olduğunu öne sürdü. Bu genomlar, yerel değişimlere süratle müdahale edebilmek için zarın yakınlarında bulunmak zorundadır. Allen ve diğer araştırmacılar, bu açıklamanın ökaryotlar için geçerli olduğunu gösteren birçok kanıt elde etti ve aynı durumun basit hücreler için de geçerli olduğunu düşündüren sağlam nedenler var.

O hâlde basit hücrelerin karşı karşıya kaldığı sorun bu. Daha büyük ve karmaşık hâle gelebilmek için daha fazla enerji üretmeleri gerekiyor. Bunu yapmalarının tek yolu, zarın enerji üretimine yarayan alanını genişletmek. Fakat zar alanı genişledikçe oluşan potansiyeli kontrol altında tutabilmek için, genomlarının tamamından ek kopyalar üretmek zorundalar – bu da gen kopyası başına aslında hiç enerji elde etmedikleri anlamına geliyor.

Diğer bir deyişle, basit hücrelerin gen sayısı arttıkça bu genlerle yapabilecekleri işler de azalıyor. Ve işe yaramayan genlerden oluşan bir genom hiç de avantajlı bir şey değil. Bu, daha karmaşık hâle gelmenin önünde büyük bir engeldir; çünkü bir balığın veya ağacın oluşumu, bakterilerin sahip olduğundan binlerce daha fazla gen gerektirir.

Peki ökaryotlar bu sorunu nasıl aşmış? Mitokondri edinerek.

Yaklaşık 2 milyar yıl önce basit bir hücre, bir şekilde başka bir basit hücrenin içine girdi. Konak hücrenin kimliği tam olarak bilinmiyor, ancak içine bir bakteri aldığını ve bu bakterinin orada bölünmeye başladığını biliyoruz. Hücrelerin içindeki bu hücreler soylarını devam ettirmek için rekabet ediyordu; enerji üretme kapasitelerini kaybetmeden en hızlı çoğalanların sonraki nesilde temsil edilme olasılığı daha fazlaydı.

Nesiller boyunca bu endosimbiyotik bakteriler, hem ATP üretmek için gerekli zara hem de zar potansiyelini kontrol etmek için gerekli genoma sahip küçük güç jeneratörlerine evrimleşti. Ancak bu süreçte en temel bileşenlerine kadar sadeleştiler. Bakterilere özgü biçimde, gereksiz olan her şey ortadan kalktı. Mitokondrilerin başlangıçta yaklaşık 3000 genlik bir genomu varken, günümüzde geriye yalnızca 40 kadar genleri kalmıştır.

Resim: Sol altta mitokondrinin iç yapısı; sağda ökaryot hücrede mitokondrilerin konumu gösterilmiştir. İç zarın oluşturduğu kıvrımlarda (kristalar) bulunan ATP sentaz enzimi, ADP ve inorganik fosfattan (Pi) ATP sentezler.

Konak hücre açısından durum farklıydı. Mitokondriyal genom küçüldükçe, konak hücrenin her gen kopyası için kullanabileceği enerji miktarı arttı ve genomu büyüyebildi. Mitokondri filolarının sağladığı bol miktarda ATP sayesinde DNA biriktirme ve büyüme özgürlüğü kazandı. Mitokondrileri, hücre çekirdeğindeki DNA’yı “taşıyan” bir helikopter filosu olarak düşünebilirsiniz. Mitokondriyal genomlar kendi gereksiz DNA’larından arındıkça hafiflediler ve her biri daha ağır bir yük taşıyabilir hâle geldi. Böylece çekirdek genomu gitgide büyüyebildi.

Bu dev genomlar, karmaşık yaşamın evrimleşmesini sağlayan genetik ham maddeyi sundu. Mitokondriler karmaşıklığı zorunlu kılmadı, ancak mümkün hâle getirdi. Enerji sorununun başka nasıl aşılabileceğini hayal etmek zor. Bunun Dünyada yalnızca bir kez gerçekleştiğini de biliyoruz, çünkü bütün ökaryotlar ortak bir atadan evrimleşmiştir.

Hilkat garibesi 

Bu durumda karmaşık yaşamın ortaya çıkışı tek bir rastlantısal olaya, basit bir hücrenin bir diğeri tarafından içeri alınmasına bağlı görünüyor. Bu tür birliktelikler karmaşık hücrelerde yaygın olabilir, ancak basit hücrelerde son derece nadirdir. Üstelik sonuç hiç de kesin değildi: bu iki yakın ortak, soylarından gelen hücreler gelişip çoğalabilene kadar, çok sayıda zorlu birlikte-uyarlanım sürecinden geçti.

Bu durum, zeki uzaylıları bulma olasılığımız açısından pek umut verici değil. Basit yaşamdan karmaşık yaşama doğru kaçınılmaz bir evrimsel yol bulunmadığı anlamına geliyor. Milyarlarca yıl boyunca sayısız bakteri popülasyonunda durmaksızın işleyen doğal seçilim bile karmaşık yaşamın ortaya çıkmasını sağlayamayabilir. Bakteriler bunun için gerekli hücresel yapıya sahip değildir. Mevcut hâlleriyle enerji bakımından sınırlı değillerdir – sorun, hücre hacimlerini ve genom büyüklüklerini artırmak için gerekli bedele baktığımızda ortaya çıkar. Bakterilerin, enerji topoğrafyasındaki derin bir kanyonda bulunduklarını ve buradan çıkamadıklarını ancak o zaman görebiliriz.

O hâlde yaşamın ortaya çıkma olasılığı nedir? Basit yaşamın Evrende yaygın olmaması şaşırtıcı olurdu. Basit hücreler, her yerde bolca bulunan maddelerden (su, kaya ve CO₂) oluşur ve termodinamik açıdan ortaya çıkmaları neredeyse kaçınılmazdır. Dünyanın erken dönemlerinde ortaya çıkmış olmaları, istatistiksel açıdan sıra dışı bir durum olmak bir yana, tam da bekleyeceğimiz bir sonuçtur.

Drake denkleminin iyimser varsayımı, yaşamın ortaya çıktığı gezegenlerin %1’inde zeki yaşamın geliştiği yönündeydi. Ama ben haklıysam, karmaşık yaşam hiç de kaçınılmaz değildir. Dünyada dört milyar yıl içinde yalnızca bir kez, nadir ve rastlantısal bir olay sayesinde ortaya çıkmıştır. Evrenin başka yerlerinde de benzer bir rastlantısal olayın gerekli olacağını düşünmek için her türlü nedenimiz var. Karmaşıklığın önündeki enerji engelini başka hiçbir şey aşmış olamaz.

Bu akıl yürütme, Dünya benzeri gezegenlerde yaşam yaygın olsa bile bunların çok azında karmaşık hücrelerin ortaya çıkabileceğini düşündürüyor. Bu da zeki yaşam bir yana, bitkilerin ve hayvanların evrimleşmesi için dahi çok az fırsat bulunduğu anlamına geliyor. Dolayısıyla basit hücrelerin Mars’ta da evrimleştiğini keşfetsek bile, bu bize Evrenin başka yerlerindeki hayvansal yaşamın durumu hakkında pek fazla bilgi vermeyecektir.

Bütün bunlar, uzaylılara dair neden hiçbir iz bulamadığımızı açıklamaya yardımcı olabilir. Elbette öne sürülen diğer açıklamalar da doğru olabilir. Örneğin başka gezegenlerdeki yaşam, çoğu zaman zeki uzaylıların evrimleşmesine fırsat kalmadan, gama ışını patlamaları gibi yıkıcı olaylarla yok oluyor da olabilir. Öyleyse galaksimizde başka zeki yaşam formlarının sayısı çok az olabilir.

Öte yandan belki de bazıları hemen yakın çevremizde yaşıyordur. Bir gün onlarla gerçekten karşılaşırsak, üzerine bahse gireceğim tek bir şey var: onların da mitokondrileri olacaktır.

Makale kaynağı: New Scientist; Lane N., Life: is it inevitable or just a fluke?, 2012. / tam metin PDF

Resim: (Aires Photography/Getty Images)