Hidrotermal Bacalarda Yaşamın Oluşumu: Demir Kükürt Kuramı


Yüzyıllarca insanoğlu canlı populasyonlarının sadece güneşe bağlı olarak yaşadığını ve bu şekilde evrildiğini düşünüyordu. Güneşe bağlı yaşamları bir piramit gibi düşündüğümüzde piramitin en alt kısımında fotosentez yoluyla organik madde üreten ototrof canlılar geliyordu. Piramitin orta kısmında bu ototrof canlıların ürettiği besinlerle beslenen otçul heterotrof canlılar, piramitin en üst kısmında ise bu canlılarla beslenen etçil heterotrof canlılar geliyordu. Tabi her populasyonda olduğu gibi tüm bu canlıların ölümü halinde çürümüş bedenleriyle beslenen ayrıştırıcı bakterileri de unutmamak gerekir. Ancak gelişen bilim ve teknoloji sayesinde tüm bu olgular kökten değişecekti.

1977 de John B. Corliss ve John M. Edmond ismindeki deniz araştırmacıları okyanusların tabanında yaşayabilen bir tür balina türünü izlemek üzere okyanus tabanlarının yüksek basıncına dayanıklı bir denizaltı aracı geliştirdiler. Alvin isminde iki kişi alabilen bu denizaltıyla yaklaşık 3000 metrelik okyanus tabanına daldılar. Aya benzeyen bir eğimin üzerinden geçtiklerinde aniden Alvin’in ışıkları biyologları şaşırtan rengarenk bir organizma topluluğunu aydınlattı. Altı ayaklı, kırmızı ağızlı tüp kurtları, büyük ve beyaz deniz tarakları, sarı midyeler ve yengeçler…Yüzeyden binlerce fit derinlikte bulunan bu canlı kümesine bilim insanları daha sonra “Gül Bahçesi ” ismini verecektir.

Ancak umduklarını bulamayan araştırmacılar, aslında farkında olmadan bilim dünyasını sarsacak farklı bir bilimsel keşife imza atmışlardı. Bu keşif sayesinde biyoloji kitapları yeniden yazılmak zorunda kalınacaktı. Aslında o derinlikteki basınç altında hiç bir canlının yaşayamayacağı düşünülüyordu. Su yüzeyene çıkan araştırmacaılar, beraberinde aşağıdaki resimde görülen siyah bir duman tüten hidrotermal bacaları ve bu bacalar etrafında yaşayan organizmaları görüntülemişlerdi. İlk başta bakıldığında hiç bir anlam ifade etmeyen bu fotoğraf zaman içerisinde araştırmaların daha sık artmasıyla önem verilmeye başlanacaktı. Peki bu bacaların yapısı neydi ve nasıl oluşuyorlardı?

O dönemde bilim dünyasında büyük yankı uyandırmış olan hidrotermal bacaların çevresinde yaşayan organizmaların olması, aynı tarihlerde Alman bir kimyacı ve patent avukatı olan Günter Wächtershäuser’i farklı bir düşünceye götürmüştü. Acaba ilk yaşam bu bacaların çevresinde başlamış olabilirmiydi?

Wächtershäuser hemen bu konuyla ilgili olarak bir hipotez ortaya atar. Hipotezine göre, erken dönem bir metabolizma biçiminin genlerden önce oluştuğunu savunmaktadır. Burada metabolizma diğer işlemler tarafından çalıştırılacak biçimde enerji üretecek bir kimyasal tepkime zincirini ifade etmektedir. Bu düşünceye göre bir kez ilkel metabolik zincir oluşturulduktan sonra bu daha karmaşık sistemler oluşturmaya başlamıştır. Teorinin anahtar fikirlerinden birisi bu erken dünya okyanuslarında ki yaşamın kimyasının yoğun solüsyonda değil de derin hidrotermal gölcüklerin hemen yanı başında (örnek: demir piritler) bulunan mineral yüzeyler üzerinde meydana geldiğidir. Ancak hipotez yıllar geçtikçe her yeni araştırma sonunda yeni bir kanıtın sunulmasıyla giderek bir kuram olmaya başlamıştı.

Dünya ergimiş magma yapısı gereği sürekli hareket halindedir. Kıtalar adeta ergimiş magma üzerinde yüzercesine hareket edrler. Ayrıca okyanus tabanlarında da yerin altından gelen bu yüksek basıncın etkisiyle uzun yarıklar boylu boyunca uzanırlar. Bu yarıklardan sürekli olarak yerin altından gelen hidrojen (H2), metan (CH4), hidrojen sülfür (H2S), karbondioksit (CO2), hidrojen siyanid (HCN), formaldehit (HCHO), nitrojen (N2), kükürt dioksit (SO2) gazları çıkmaktadır. Bu yarıklardan giren su, 1200 °C lik sıcaklıkdaki ergimiş halde bulunan kayalar (magma) tarafından ısıtılır. Isınan su basıncın etkisiyle magmadaki Fe,Ni,Mn,Cu gibi metal iyonlarını, silisyum silikatlı, kalsiyum karbonatlı, demir sülfürlü ve bakır sülfürlü mineralleri bu yarıklardan suyun iç yüzeyine doğru fışkırtırlar. Fışkıran bu mineraller sıcaklığın etkisyle anında çökelir ve zamanla birikerek hidrotermal bacaları oluştururlar. Demir sülfür, bakır sülfür ve karbonatlı yapılardan oluşmuş bu bacalarda çok küçük mikro odacıklar yer almaktadır.

Bu mikro odacıkların yapısını oluşturan pirit (FeS2) molekülleri ve kalkopirit (CuFeS2) molekülleri bir katalizör gibi (yani bir enzim gibi) magmadan gelen gazları tutarak adeta bir fabrika gibi organik madde sentezler. Bu mikro odacıkların birbirlerine bağlı olması sebebiyle de oluşan bu organik maddeler bacanın daha üst kısımlarına ulaşır ve buralarda daha komplex polimerleri oluşturur. Böylece en üst kısımlardan ilkel koaservat yapıda basit canlıların oluştuğu düşünülmektedir. Milyonlarca yıl sonunda bu oluşan bu ilk koaservat yapıların evrim mekanizmalarının etkisiyle evrim geçirerek daha kompleks hücreler dönüştüğü düşünülmektedir. Oluşan bu canlılarda enerjisinin hidrojen sülfür ve karbondioksit gazlarından elde ettiği glikoz ile elde eder. Yani kemosentetik bir yaşam sürüyorlardı. Bugün birçok deniz canlısının derilerinde demir sülfür, bakır sülfür gibi minerallerine rastlanılması ve bu canlıların hücre zarlarında işlevsiz halde hidrojen sülfür tutulmasında görev alan sadece kemosentetik bakterilerde bulunan proteinlerin sentezleniyor olması bu kuramı desteklemektedir. Tüm bu oluşumları kimyasal tepkimlerle anlatan figür aşağıda gösterilmiştir.

Bu hidrotermal bacaların iç kısımlarında sıcaklık ortalama 350-400 °C arasındadır. Ağız kısımlarında ise ortalama 150 °C dolaylarındadır. Normalde 100 °C de kaynayan su, derinliğin sebep olduğu basınç yüzünden bu kadar yüksek sıcaklıkta bile kaynayamaz. 1953 de Stanley Miller’in yaptığı ünlü deneyden sonra o zamana kadar ilkel dünya atmosferinin sadece metan ve amonyak gazlarından oluştuğu sanılırken, bu keşifle bu bilgininde yanlış olduğu anlaşılmıştı. Artık bu tarihten sonra yapılacak deneylerde amonyak gazı kullanılmayacaktır. Bu gaz yerine nitrojen gazı kullanılacaktır. Ancak unutulmaması gereken nokta nitrojen gazı serbest haldeki hidrojen gazıyla 400 °C lik yüksek sıcaklık ve basınç altındaki suda birleşerek çözünmüş halde amonyumu oluşturmaktaydı.

Bu derinliklerde bu ortama çok iyi uyum sağlamış derin su yengeçleri, karides türleri, deniz yıldızları, kemosentetik bakteriler, boyları 3 metreyi bulan dev solucanlar ve önceden hiç rastlanmayan derin su balıkları yaşamaktadır. Buradaki hayat türüyle ilgili bilinmesi gereken önemli bir özellik vardır. Burada hayat fotosenteze değil kemosenteze dayalıdır. Fotosentez güneş ışığına dayanan bir reaksiyondur. Oysa bu kadar derinlere güneş ışığının erişmesi imkansızdır ve zifiri karanlıktır.

Bu ortamda konunun başında bahsettiğimiz beslenme piramidinin en altında kemosentetik bakteriler bulunur. Bunlar bacalardan sıcak suyla fışkıran karbondioksit ve hidrojen sülfür elementiyle beslenirler. Kemosentez, bakterilere enerji sağlayan ve kimyasallara dayanan reaksiyonun adıdır. Diğer canlılar da bu bakterileri yiyerek enerji elde ederler. Bu keşfin ardından bir çok bilim kuruluşu harekete geçerek yaşamın kökenini buralarda daha çok aramaya başlamışlardı. Bugün aralarında NASA, ESA, Harvard, Cambridge, Oxford, Science gibi bir çok saygın üniversite ve bilim kuruluşu yaşamın bu hidrotermal bacalar etrafında başladığını düşünmektedir. Hatta NASA, bu hidrotermal bacaların evrende herhangi bir yıldızın çevresinde dönen gezegende yada uydu üzerinde de oluşmuşsa hayatın orada da başlamış olabileceğini vurgulamaktadır.

Bu konuyla ilgili olarak NASA gözünü Jüpiterin doğal bir uydusu olan Europaya çevirmiştir. Bu uydunun en büyük özelliği yüzeyinde kalın bir buz tabakası yer almaktadır. NASA kalın bu buz tabakası altında Jüpiterin güçlü kütle çekim kuvvetinin etkisiyle uydunun iç kısımlarında sıvı halde bir okyanus olabileceğini varsaymaktadır. Eğerki bu sıvı okyanus içerisinde dünyada olduğu gibi hidrotermal bacalar oluşmuşsa bu bacaların etrafında dünyadakine benzer yaşamın oluşmuş olabileceğini düşünmektedir.

2014 yılında NASA bu uydu üzerinde araştırma yapması için bir uzay sondası fırlatacak. 2015 de varması planlanan uzay sondası kalın buz tabakasının ısıtma yoluyla önce kıracak sonrasında da derin okyanusun içerisine dalacak ve araştırmalar başlayacak. Bu şekilde belki de evrende yalnız olup olmadığımız sorusunun da cevabını almış olacağız.

NASA’ da çeşitli projelerde görev almış ve aynı zamanda da Harvard Üniversitesinde çalışan Nobel ödüllü Prof. Dr. Jack Szostak bu uydu üzerinde canlı olabileceğini inan ender kişilerden birisi. Öyleki Szostak, bilgisayar teknolojisyle uydu üzerinde canlıların yaşam biçimiyle ilgili bir modelleme bile yapmış. Bu modellemeyle ilgili figür aşağıda görülmektedir.

Yaşamın Kökeni

Yavuz Aydın

Kaynakça:

– NASA, Jack Szostak; Antartica Hyrothermal Vents 2001

– en.wikipedia.org/wiki/Hydrothermal_vent

– Tyler, Paul; German, Christopher; Tunnicliff, Verena (2005). “Biologists do not pose a threat to deep-sea vents”. Nature 434 (7029): 18.

– Devey, CW; Fisher, CR; Scott, S (2007). “Responsible Science at Hydrothermal Vents”

– Hydrothermal Vents – Life’s First Home, Stephen Hart. NASA Astrobiology Institute, Nov 06, 2001

– astrobiology.arc.nasa.gov/news/expandnews.cfm?id=1128

– Russell MJ, Daniel RM, Hall AJ, Sherringham JA (1994). “A Hydrothermally Precipitated Catalytic Iron Sulphide Membrane as a First Step Toward Life”. J Mol Evol 39: 231-243.

– Wächtershäuser, Günter (2007). “On the Chemistry and Evolution of the Pioneer Organism”. Chemistry & Biodiversity 4 (4): 584–602.

– Günter Wächtershäuser, G (1992). “Groundworks for an evolutionary biochemistry: The iron-sulphur world”. Progress in Biophysics and Molecular Biology 58 (2): 85–201.

Biyologlar.com

Reklamlar

No comments yet... Be the first to leave a reply!

Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Google+ fotoğrafı

Google+ hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

w

Connecting to %s

%d blogcu bunu beğendi: