Bilim-Teknik GÜNDEMİ - HAZIRLAYAN: Doğan Barış ABBASOÐLU


Büyük felsefeciler, din adamları, ideologlar ya da demogoglar kendi cephelerinde tartışadursun yaşamın kökenleri konusunda çok ilginç bir deneyin ilk sonuçları gelmeye başladı. Ve ilk sonuçlar bir dizi kimyasal ve biraz enerji birleşimi ile “düzen” olarak nitelendirdiğimiz yaşamın başlamasının mümkün olduğunu gösteriyor. 

ABD’nin Massachusetts Teknoloji Enstitüsünde henüz genç bir asistan profesör olan Jeremy England bundan dört sene önce oldukça büyük tartışma yaratan bir teori ortaya atmıştı. England’ın teorisine göre yaşam ne bir gizem ne de bir şans öğesi içeriyordu. Yaşam maddenin temel karakterlerinin doğal bir sonucu olarak ortaya çıkıyordu. 


YAŞAMIN KAYNAÐI

Fizikte termodinamiğin (bir cisimde mekanik enerjiye çevrilemeyecek enerjinin toplamı) ikinci kanunu evredeki tüm maddenin daha düşük ısıya doğru enerji hareketinde bulunduğunu yani daha yüksek bir entropi seviyesine ulaşmaya çalıştığını ya da düzensizliğe gittiğini ifade eder. Biraz daha basitçe evrende herşey dağılmanın, düzensizliğin peşindedir. Yani başka bir deyimle odun kül olmanın, elma çürümenin, yüksekte olan bir şey düşüp parça parça olmanın peşindedir. 

Fizikçiler yaşayan organizmaları, normal maddeden daha fazla enerji tüketen ve geçici olarak fizik kanunlarının dışında bir düzen oluşturan varlıklar olarak nitelendirir. Ancak tabii sonunda canlılar evrenin kanunlarına yenilir, yaşlanır, ölür, çürür ve parçalanırlar. 

2013 yılında England’ın gerçekleştirdiği ilk deney atomların, belirli koşullar altında, doğal olarak kendilerini daha fazla enerji tüketmek için konumlandırdığını, entropiyi ya da evrendeki düzensizliği arttırdığını göstermişti. 

O günden bu yana England, teorisinin yaşamın dünyadaki düzeyde yayılma ve gelişme göstermesini açıklayıp açıklayamayacağını bilgisayar simülasyonlarında deniyor. Bu deneylerin ilk sonuçları bu ay iki ayrı bilim dergisinde yayınlandı. Her ne kadar deneyler bir kesinlik içermese de England’ın araştırması ufuk açıcı bir dizi sonuç ortaya çıkardı. 


ÇEVREDEN ENERJİ ELDE EDEN ATOMLAR BİR DÜZEN KURUYOR

Simülasyon 25 kimyasal maddenin içinde bulunduğu bir karışımın sayısız yolla etkileşime girmesini sağlıyor. Bu karışımın çevresindeki enerji, güneş nasıl atmosferde ozon üretimini tetikliyorsa, aynı şekilde tepkime ve etkileşimleri tetikliyor. 

Simülasyon kimyasalların birbirleri arasındaki birleşimin büyük bir oranda evrenin yasalarına uygun olarak enerji tükettiğini ve bir dengeye ulaşana kadar tepkimede kaldığını gösteriyor. Bu aynı bir odada bıraktığımız kahvenin soğumasına benziyor. Enerji kahveden ortama akıyor. Ne zaman ortam sıcaklığı kahve ile aynı noktaya gelirse enerji akışı duruyor. 

Ancak England’ın simülasyonunda bazı ayarlamalar yapıldığında sistemdeki kimyasal tepkimeler çok farklı bir noktaya gidiyor. Bu durumlarda ortamdaki sistem bir dengeye girmek yerine ortam ile sistem arasında sıradışı bir ilişki kuruluyor. “Sıradışı termodinamik yüklenme” olarak adlandırılan bu durumda aynı canlı organizmaların yaptığı gibi bir araya gelen kimyasalların oluşturduğu sistem çevresinden çok yüksek oranda enerji çekmeye başlıyor. 

Ve bilgisayar simülasyonlarına göre bu durumun oluşması için öyle çok uzun, ekstrem süreler beklemek gerekmiyor. Bu da yakın bir gelecekte laboratuvarlarda kurulacak ortamlarda kimyasallardan yaşayan organizmalar elde etmek konusunda deneyler yapılabileceğine işaret. 


YAŞAM TERMODİNAMİÐİN OLAÐAN BİR SONUCU MU?

Araştırmanın başındaki isim olan England, bir bakteriyi oluşturan atomların hepsini alıp yeniden düzenlenmesi durumunda bakterideki sistemin yeniden oluşmayacağını ifade ederek bir grup atomun bunu başarması için son derece olağandışı bir formda düzenlenmesi gerektiğini söylüyor. 

Peki atomlar bakteri içinde enerji üretecek kimyasal reaksiyonlar gerçekleştirip enerji üretecek şekilde nasıl diziliyorlar? 

England’a göre bu durum dengede olmayan sistemlerdeki termodinamiğin doğal bir sonucu. 

1960larda Nobel ödüllü kimyager Ilya Prigogine de benzeri önermelerde bulunmuştu ancak Prigogine’nin bunu ispatlamak için kullandığı metotlar oldukça sınırlıydı.  1990larda fizikçiler Gavin Crooks ve Chirs Jarzynski’nin geliştirdiği “dalgalanma teoremleri” araştırmacıların sistemlerin nasıl evrimleştiği hesaplamaları için ciddi bir metot oluşturdu. England da bugün teorisini ispatlamak için bu metodu kullanıyor. 

Odaya bıraktığınız kahve soğur çünkü onu ısıtan hiçbir şey yoktur. Ama canlı mekanizmalar farklı şekilde işler. Canlı mekanizma dışarıdaki kaynaklarla tepkimeler oluşturur ve ısıyı yayar. 

England’ın hesapları da dışarıdan enerji alan atom kümelerinin enerjiyi daha etkili bir şekilde alıp ısı olarak yayabilmek için herhangi bir dış etkene ihtiyaç duymadan hizalandığını ve gruplar haline geldiğini gösteriyor. Yine aynı hesaplarda atomların enerjinin dağıtımı için kendilerini çoğaltmaya çalıştığı da görülüyor. Canlı organizmalar da çok daha komplike bir şekilde aynen bunu gerçekleştiriyor. 

Atomların bilgiyi taşıma ve işleme yetenekleri de yaşamın önemli bir parçası. Simülasyonu yapılan sistemlerde yeni üretilen atomlar eski atomların düzen ve yaşamdan kaynaklı özelliklerini taşıyor.


FİZİK İLE BİYOLOJİNİN BULUŞTUÐU NOKTA 

Birçok biyofizikçi England’ın teorisinin yaşamın başlangıcının en azından bir parçası olduğuna inanıyor. Bundan 3 milyar yıl kadar önce dünyadaki tüm canlı yaşamına kaynaklık eden tek hücreli canlının dünya okyanuslarındaki o kimyasal karışım içerisinde ortaya çıkmış olması genel kabul gören bir yaklaşım. England’ın bunu bir adım daha ileri götürüp yaşamın ortaya çıkışını termodinamik ile açıklaması, hatta bunu oldukça olası ve kaçınılmaz bir sonuç olarak ifade etmesi ise oldukça yeni. 

Fakat şu bir gerçek yaşam bir kere, tek bir hücre olarak dahi yeşerdi mi durdurulamıyor. Yaşam formunda dizili olan atomlar çevresel koşullara uyum sağlama konusunda olağandışı yeteneklere sahip. Biz buna kendi dünyamızda “evrim teorisi” diyoruz. 

ÇAKMAK NASIL ÇAKILDI?

England’ın teorisi evrende maddenin olduğu ve birbiriyle etkileşebileceği ortamın bulunduğu her yerde yaşamın ortaya çıkabileceğini de gösteriyor. 

Şimdi England’ın önünde çözülmesi gereken başka sorular var. Birincisi dünyadaki kimyasal karışımla oluşan protohücrelerin nasıl ilk canlı hücrelere evrildiği ve genetik kodun nasıl ortaya çıktığı. Bu sorular konusunda England’ın teorisi henüz bir açıklama getirebilmiş değil. 

Ancak çakmağın nasıl çakıldığını bilmeye artık çok yakınız. Artık hemen hemen tüm biyofizikçiler çevreden enerji elde edilebildiği durumlarda “düzen” spontane bir şekilde ortaya çıkıp kendini çevresel koşullara göre ayarladığını kabul ediyor. 


Kaynak: Quanta dergisi