Abiyogenez

Siyeh oluşumunda, Glacier Milli Parkı Kambriyen öncesi stromatolitler. 2002'de, UCLA'dan William Schopf bilimsel dergi Nature 'da bu tip jeolojik oluşumların 3.5 milyar yaşında fosilleşmiş alg mikroorganizmaları içerdiğini iddia eden tartışma yaratan bir makale yayımladı.[1] Eğer bu doğru ise, bunlar yeryüzündeki yaşamın bilinen ilk örnekleri olacak.

Doğa bilimlerinde abiyogenez, yaşamın kökeni sorusu, yeryüzünde yaşamın canlı olmayandan nasıl gelişebildiğinin araştırılmasıdır. Bilimsel uzlaşmaya göre abiyogenez günümüzün 4,4 milyar yıl öncesi ile 2,7 milyar yıl öncesi arasında meydana gelmiştir. Bu zaman aralığının başı olan 4,4 milyar yıl öncesi, su buharının sıvılaştığı zamandır.[2] 2,7 milyar yıl öncesi ise, sabit karbon (12C ve 13C ), demir (56Fe, 57Fe, ve 58Fe) ve kükürt (32S, 33S, 34S, ve 36S) izotop oranlarının mineral ve çökeltilerin biyolojik kaynaklı olduğuna[3][4], biyolojik göstergelerin ise fotosenteze[5][6] işaret ettiği zamandır. Bu konu aynı zamanda, Büyük Patlama'dan beri evrenin 13,7 milyar yıllık gelişimi sırasında gerçekleşmiş olabileceği düşünülen, güneş sistemi veya dünya dışından yaşamın kaynaklandığını öne süren panspermia ve dış kaynaklı (eksojen) kuramlarını da içermektedir.[7]

Yaşamın kökeni çalışmaları biyoloji ve insanın doğal dünyayı anlaması üzerinde çok büyük etkisi olmasına rağmen sınırlı bir araştırma alanıdır. Bu sahadaki ilerlemeler, araştırılan sorunun önemi yüzünden birçok insanın ilgisini çekse de genellikle yavaş ve aralıklıdır. Önerilen birçok kuram içinde demir-kükürt kuramı (önce metabolizma) ve RNA dünya hipotezi (önce genler) en çok rağbet görenlerdir.[8]

Kavramın bilimsel tarihi

19. yüzyılın başına kadar insanlar yaygın olarak yaşamın canlı olmayan maddeden kaynaklandığına inanıyorlardı.

Kendiliğinden oluş

Abiyogenezin klasik anlayışı olan, günümüzde daha açık olarak kendiliğinden oluş olarak bilinen kavrama göre, karmaşık, canlı organizmalar organik maddelerin çürümesi ile meydana gelir; örnek vermek gerekirse fareler depolanmış tahıldan veya kurtçuklar kendiliğinden ette oluşur.

Girolamo Fracastoro.

Aristo'ya göre yaprak bitlerinin bitkilerin üstüne sinen nemden, pirelerin kokuşmuş maddelerden, farelerin kirli tahıldan, timsahların suyun derinliklerindeki çürümüş ağaç kütüklerinden meydana geldikleri su götürmez bir gerçekti. 17. yüzyılda bu iddialar sorgulanmaya başlandı; mesela Sir Thomas Browne'ın 1646’da yayımlanan Pesudoxia Epidemica'sı (Genel Kabul Gören Öğretilerin ve Gerçeklerin Sorgulanması alt başlıklı), yanlış inanışlara ve kabaca işlenen hatalara bir saldırıydı. Çıkarımları büyük oranda kabul görmedi; örneğin çağdaşı Alexander Ross şunları yazmıştı: “Bunu (kendiliğinden oluşu) sorgulamak, nedeni, algıyı ve deneyimi sorgulamaktır. Eğer şüphesi varsa bırakalım Mısır'a gitsin, orada yerliler için bir felaket olan Nil'in çamurundan doğan tarlalar dolusu fare bulacaktır." [9]

Akşemseddin (1389-1459) Maddet-ül Hayat'ta geçen "Hastalıkların insanlarda teker teker peyda olduğunu zannetmek yanlıştır. Hastalıklar insandan insana gözle görülmeyecek kadar küçük tohumlar vasıtasıyla geçer" cümlesi ile ilk mikrop teorilerinden birini ortaya atmıştır. Daha sonra 1546'da fizikçi Girolamo Fracastoro salgın hastalıkların canlı olmayabilecek çok küçük, görünmez parçacıklardan ve sporlardan kaynaklanabileceğini kuramsallaştırdı, ancak bu görüş yaygın kabul görmedi. Daha sonra Robert Hooke 1665’te bir mikroorganizmanın ilk çizimlerini yayımladı. Kendisi aynı zamanda mantar örneklerini gözlemlerken keşfettiği hücreyi adlandırmış olmasıyla kayda geçmiştir.

1676'da Anton van Leeuwenhoek mikroorganizmaları keşfetti; yaptığı çizimlere göre bunların protozoa ve bakteriler olduğu düşünülmektedir. Bu mikroskobik dünyaya olan ilgiyi ateşledi.[10]

İlk adım 1688'de bir et parçasına sineklerin yumurtalarını bırakması engellendiğinde larvaların oluşamadığının kanıtlamasıyla İtalyan Francesco Redi tarafından atıldı. Redi, deneyinde ilk başta ağzı açık kavanozların içine et parçaları koydu. Daha sonra bir süre beklediğinde et parçalarının üzerinde larvaların oluştuğunu gördü. Daha sonra sekiz kavanozun içine et koydu ve dördünün ağzını kapattı ve diğer dördünü açık bırakarak bir deney yaptı. Deneyin sonucunda sadece ağzı açık olan kavanozların yani sineklerin yumurtalarını bırakabileceği kavanozların içinde kurtçukların oluştuğunu gördü. Redi'nin karşıtları yani abiyogenezi savunanlar ise dört kavanozun hava almadığı için larvaların oluşmadığını savundular. Redi, bunun üzerine o dört kavanozun ağzını sadece hava alabilecek kadar küçük gözenekleri bulunan bezlerle kapatıp deneyi tekrarladı ve yine larvaların oluşmadığını gözlemledi[11]. Redi'nin bu deneyi biyogenez'i destekler nitelikte bir deney olmuştur. 17. yüzyıldan günümüze en azından bütün yüksek ve gözle görülür organizmalarda, daha önceki kendiliğinden oluş kanaatinin yanlış olduğu açık bir şekilde gösterilmiştir. Alternatif görüş Latince tabiriyle "omne vivum ex ovo" idi: Her canlı daha önce yaşayan bir canlıdan (bir yumurtadan) gelir.

Pasteur Fransız Bilim Adamı

1768'de Lazzaro Spallanzani mikropların havadan geldiklerini ve kaynatılarak öldürülebileceklerini kanıtladı. Ancak 1861'de Louis Pasteur hücre kuramıni destekleyen dikkatlice planlanmış deneylerle bakteri ve mantarlar gibi organizmaların besleyici ortamlarda canlı olmayan maddelerden kendiliğinden üreyemeyeceğini kanıtladı, böylece hücre teorisini güçlendirdi.

Darwin ve Pasteur

Charles Darwin

19. yüzyılın ortalarında yaşamın doğal yollardan nasıl meydana geldiği sorusu ortaya çıktı.

Charles Darwin, 1 Şubat 1871'de Joseph Dalton Hooker’a yazdığı mektupta[12] yaşamın ilk kıvılcımının “amonyak ve fosfor tuzları, güneş ışığı, sıcaklık, elektrik akımı vb. unsurların bulunduğu ılık bir su birikintisinde" oluşmuş olabileceğini, "böylece daha karmaşık değişimlere gidebilecek bir protein bileşiğinin kimyasal olarak oluşabileceğini” öne sürmüştür. Bu iddiasını şöyle açıklamaya devam etmiştir: “canlı organizmaların oluşumundan önceki bir olgu olarak artık tespit edilemeyecek şekilde günümüzde bu madde çoktan ortadan kalkmış veya sindirilmiştir.”[13] Diğer bir deyişle yaşamın kökeninin ancak arınık (steril) laboratuvar ortamında araştırılabileceğini ifade ediyordu.

Aleksandr Oparin (sağda)

Haldane ve Oparin

1924'te Aleksandr Ivanovich Oparin, yaşamın evrimi için gerekli yapıların oluşmasında ihtiyaç duyulan organik moleküllerin sentezlenmesini atmosferde bulunan oksijenin engellediğini deneyle kanıtlayana kadar abiyogenez konusunda elle tutulur bir ilerleme kaydedilemedi. Oparin, Yeryüzünde Yaşamın Kökeni [14][15] isimli eserinde güneş ışığının etkisinde, oksijensiz bir atmosfer ortamında organik moleküllerden bir “ilkel çorba” oluşabileceğini iddia etti. Bunlar giderek daha karmaşık şekillerde bir araya gelip nihayet bir koaservat damlacığının içinde çözünmüş olabilirlerdi. Bu damlalar diğer damlalarla kaynaşarak "büyümüş" ve kardeş damlalara bölünerek "üremiş" olabilirdi. Böylece "hücre bütünlüğünü" sağlayan unsurları içeren ilkel bir metabolizma içeren damlacıklar varlıklarını sürdürmüş, diğerleri de yok olmuş olabilirdi. Günümüzdeki birçok yaşam kökeni kuramı Oparin’in düşüncelerini başlangıç noktası olarak alır. Aynı tarihlerde J.B.S. Haldane de –şimdiki okyanuslardan çok farklı olan- yaşam öncesi okyanusların, yaşamın yapı taşları olan organik bileşikleri içeren “sıcak derişik çorbalar” oluşturmuş olabileceklerini öne sürdü. Bu düşünce, biyopoyez veya biyopoez (canlıların canlı olmayan ama kendi kendini üreten maddelerden oluşması işlemi) olarak adlandırılmıştır.[16]

Dünyanın Oluşumundaki Şartlar

Morse ve MacKenzie[17], okyanusların dünya oluştuktan 200 milyon yıl kadar sonra, yüksek sıcaklık (100 °C) indirgeyici bir ortamda meydana gelmiş olabileceğini ve o dönemde 5,8 olan doğal pH'nin hızla nötralleşmekte olduğunu öne sürdüler. Bu iddia Wilde [2] tarafından desteklenmektedir, Batı Avustralya’daki Narryer Dağı’nda değişime uğramış kuvarsitteki zirkon kristallerinin daha önceleri 4,1–4,2 milyar yaşında olduğu sanılırken Wilde bunların yaşını 4.404 milyar yaşında olduğunu göstermiştir.

Kuvarsit

Bu şu anlama gelmektedir: Okyanuslar ve kıtasal kabuk Dünya’nın oluşumunu takip eden 150 milyon yıl içinde oluştu. Buna rağmen Hadean döneminin iklimi yaşamın oluşması için uygun değildi. Bu dönemde çapı 500 kilometreyi bulan büyüklükteki cisimlerin sık sık dünyaya çarpması muhtemeldi, böyle bir çarpmadan birkaç ay sonra okyanus tamamen buharlaşıp, su buharı ve kaya tozları dünyayı çepeçevre saran bulutlanmaya neden olmuş olabilir. Birkaç aydan sonra bulutların yüksekliği azalmaya başlamış ancak bulut seviyesi sonraki bin yıl boyunca yüksek kalmış olabilir. Daha sonraki iki bin yıl içinde yağmurlar yavaşça bulutların yüksekliğini düşürdüğünden çarpma olayından ancak 3000 yıl sonra okyanuslar orijinal derinliklerine ulaşmıştır[18]. Ay ve iç gezegenleri (Merkür, Mars ve muhtemelen Dünya ve Venüs) 3,8 milyar yıl ile 4,1 milyar yıl arasında çiçek bozuğu gibi yüzeylere sahip hale getiren Geç Dönem Ağır Bombardıman, eğer o zamana kadar yeryüzünde yaşam meydana gelmişse büyük olasılıkla onu ortadan kaldırmıştır.

Çarpma sonucu meydana gelen yıkıcı çevresel hasarlar arasındaki zaman aralıklarının, kendi kendini üreten proto-organizmaların oluşumu için gereken süreden daha uzun olması gerektiği göz önüne alınırsa, yaşamın kendi kendine oluşabileceği dönem farklı ortamlar için hesaplanabilir. Maher ve Stephenson’un çalışması[19] eğer derin denizde hidrotermal ortam yaşamın kökeni için uygun bir ortam sağlamışsa, abiyogenez 4 ila 4,2 milyar yıl önce meydana gelmiş olabilir. Eğer yeryüzünün yüzeyinde olmuşsa abiyogenez 3,7 ila 4 milyar yıl önce meydana gelmiş olabilir.

Başka bir araştırma yaşam için daha serin bir başlangıç önermektedir. Stanley Lloyd Miller tarafından yapılan araştırma, sentezlenmek için adenin ve guanin'in suyun donma sıcaklığı, ancak sitozin ve urasil’in kaynama sıcaklıklarına ihtiyaç duyduğunu göstermiştir.[20]

Adenin

Araştırmasına dayanarak yaşamın kökeninin dondurucu soğuğa ve patlayan meteoritlere ihtiyaç duyduğunu iddia etmiştir.[21]. 1972 – 1997 arasında Antarktika’da buzda bırakılan amonyak ve siyanürün yedi değişik amino asit ve 11 tip nükleobaz oluşturduğu bulunmuştur.[22] Hauke Twins ise donma koşullarında tek iplikli bir RNA zincirinin kalıp olarak kullanılarak 400 baz uzunluğunda yeni bir RNA moleküllünün oluştuğunu göstermiştir. Bu yeni RNA ipliği büyüdükçe kalıp molekülüne bağlanmaktadır.[23] Bu kadar düşük sıcaklıkta bu tepkimelerin sıra dışı hızının açıklaması ötektik donmadır. Buz kristali oluşurken, saf halde kalır: yalnızca su molkülleri büyüyen kristale katılır, tuz veya siyanür gibi katışıklar ise dışlanır. Bu katışık maddeler buz içindeki mikroskopik sıvı ceplerde birikir ve bu birikme moleküllerin daha sık birbirleriyle çarpışmasına neden olur.[24]

Yaşamın erken dönemde belirmesinin kanıtı Batı Grönland’daki Isua süper kabuk kemerinde ve yakınındaki Akilia Adası’ndaki benzer oluşumlarda bulunmaktadır. Kaya oluşumlarına giren karbonun δ13C değeri yaklaşık -5'dir, oysa canlıların 12C'yi tercihli kullanımı nedeniyle biokütlenin δ13C değeri -20 ile -30 arasındadır. Bu izotopik parmak izleri çökeltilerde saklanmıştır ve Mojzis bu tekniği kullanarak yeryüzünde yaşamın yaklaşık olarak 3.85 milyar yıl önce başlamış olduğunu kanıtlamıştır.[25] Lazcano ve Miller (1994) yaşamın evrimleşme hızının orta okyanustaki denizaltı sıcak su kaynakları ekseninde suyun devinimiyla belirlendiğini iddia etmektedir. Bir devinim 10 milyon yıl sürmektedir, böylece üretilen herhangi bir organik bileşik 300 °C’yi geçen sıcaklıklarla ya değişime uğramış ya da imha olmuştur. DNA ve proteinli, 100 kilobaz genomlu ilkel bir heterotroftan 7000 genli flamentöz bir siyanobakteriye evrimleşmesi için 7 milyon yıla ihtiyaç olduğunu tahmin edilmektedir.[26]

Günümüzdeki modeller

Yaşamın kökeni için standart bir model yoktur. Ancak günümüzdeki modellerin çoğu, aşağıda kabaca ortaya çıkma sırasında göre sıralanmış, yaşam için gerekli moleküler ve hücresel unsurların keşiflerine dayandırılmıştır:

Fenilalanin temel amino asitlerden biridir
  1. Makul canlılık öncesi şartlar, amino asitler gibi yaşamın temel basit moleküllerinin (monomerlerinin) oluşmasını sağlar. Bu Miller-Urey deneyi ile 1953'te Stanley Lloyd Miller ve Harold Clayton Urey tarafından gösterilmiştir.
  2. Uygun bir uzunlukta fosfolipidler hücre duvarının temel bir bileşeni olan çift katlı lipit katmanını kendiliğinden oluşturabilir.
  3. Nükleotidlerin polimerizasyonu ile oluşan rastgele RNA molekülleri kendi kendini üreten ribozimlerin oluşmasına neden olmuş olabilir. (RNA dünya hipotezi)
  4. Katalitik etkililik ve çeşitlilik için doğal seçim baskısı, peptidil transfer katalileyebilen (ve dolayıyla küçük proteinlerin oluşturabilen) ribozimler meydana getirebilir, çünkü oligonükleotitler RNA ile birleşip daha iyi katalizürler oluştururlar. Böylece ilk ribozom meydana gelir ve protein sentezi daha yaygınlaşır.
  5. Proteinler katalitik yetenek açısından ribozimlerle rekabet ederek geçmişlerdir ve dolayısıyla dominant biopolimer olmuşlardır. Nükleik asitler başlıca genom kullanımına sınırlanmışlardır.

Temel biyomoleküllerin kaynağı daha kesinleşmemiş olmakla beraber, yukarıdaki 2. ve 3. adımların önemi ve sıralması kadar tartışmalı değildir. Yaşamın kaynaklandığı düşünülen temel kimyasal maddeler şunlardır:

  1. Metan (CH4),
  2. Amonyak (NH3),
  3. Su (H2O),
  4. Hidrojen sülfür (H2S),
  5. Karbon dioksit (CO2) veya karbonmonoksit (CO), ve
  6. Fosfat (PO43-).

Moleküler oksijen (O2) ve ozon (O3) ya çok azdı veya yoktu.

2008 yılı itibarıyla yaşamın gerekli özelliklerini taşıyacak temel bileşikleri kullanarak henüz hiç kimse bir "proto hücre" oluşturabilmiş değildir ("tabandan başlayan yaklaşım"). Bu yönde bir belirti olmayınca açıklamalardaki ayrıntıları eksik kalmaktadır. Ancak, bazı araştırmacılar, mesela Steen Rasmussen Los Alamos Ulusal Laboratuarı'nda ve Jack Szostak Harvard Üniversitesi'nde bu konuda çalışmalarını sürdürmekteler. Diğer araştırmacılar ise "tepeden inme yaklaşım"ın daha verimli olduğunu öne sürmüşlerdir. Craig Venter ve Genom Araştırma Enstitüsü'ndeki bir grubun bu yaklaşım ile mevcut prokaryotların gen sayısını gittikçe azaltmaktalar, böylece yaşam için en az sayıda gereksinimleri belirlemeye çalışmaktalar. Biyolog John Desmond Bernal, bu işlem için Biyopoez terimini geliştirmiş ve yaşamın kökenini açıklamada belirlenebilecek belli sayıda tanımlı "aşama" olduğunu iddia etmektedir:

Bernal, Darwinci evrimin çok önceden, 1. ve 2. aşamalar arasında başlamış olabileceğini öne sürmüştür.

Organik moleküllerin kökeni

Dünyanın oluşumunda organik moleküllerin üç adet kökeni vardı:

  1. diğer enerji kaynakları (ultraviyole ışığı veya elektrik boşalmaları gibi) aracılığıyla organik sentez (örnek:Miller'ın deneyleri).
  2. dünyadışı nesneler (ör: karbon kondirit);
  3. ani şoklardan kaynaklanan organik sentezler

Bu kaynaklara dair son zamanlarda yapılan tahminlerde dünyanın erken dönemine ait atmosfer ortamında, 3,5 milyar yıldan önceki zamanda meydana gelen ağır bombardıman sonucu meydana gelen organik madde miktarının diğerleri ile kıyaslanınca çok daha fazla olduğu iddia edilmektedir.[27]

Miller deneyleri (İlkel Çorba Kuramı)

1953'te profesör Harold Urey ve asistanı Stanley Lloyd Miller bir deneyle, organik moleküllerin dünyanın oluşum döneminde inorganik maddelerden kendiliğinden oluşabileceğini gösterdi. Günümüzde çok ünlü olan bu deney temel organik monomerlerin oluşumunu sağlamak için ileri derecede indirgenmiş moleküllerden oluşmuş bir gaz karışımı - metan, amonyak ve hidrojen- kullanmıştı.

Ancak Miller-Urey deneyindeki gaz karışımının dünyanın ilk dönemlerindeki atmosferi ne kadar yansıttığı tartışmalı bir konudur. Diğer daha az indirgenmiş gazlar daha düşük bir birikim ve çeşitlilik göstermektedir. Önceleri yaşam öncesi atmosferde önemli miktarda oksijen olduğu tahmin ediliyordu bu da organik moleküllerin oluşumunu engellerdi; ancak hâlen bunun öyle olmadığı konusunda fikir birliği vardır. Bakınız Oksijen Felaketi.

Basit organik moleküller elbette tam anlamıyla işlevsel kendi kendini üreten bir yaşam formundan daha çok uzaktı. Ancak yaşam öncesi hiçbir oluşumun olmadığı bir ortamda bunlar bir araya gelip ve kimyasal evrim ("çorba teorisi") için zengin bir ortamın oluşturmuş olabilirler. Diğer taraftan bu şartlar altında cansız maddelerden oluşan monomerler sayesinde üst düzey polimerlerin kendiliğinden oluşumu basit bir süreç değildir. Deneylerde, yaşamın oluşumu için gerekli temel organik monomerlerin yanı sıra polimerlerin oluşumunu engelleyecek bileşikler de oluşmuştur.

Bu teorinin çözümsüz bıraktığı en önemli sorunun, “bir proto hücre oluşturmak için yoğun etkileşim içindeyken görece olarak basit organik yapı bloklarının nasıl polimerize olduğu ve daha karmaşık yapılar oluşturdukları” olduğu söylenebilir. Mesela sulu ortamda oligomerlerin/polimerlerin kendi bileşenleri olan monomerlere hidrolizi, tek monomerlerin polimerlere yoğunlaşmasına tercih edilecektir. Aynı zamanda Miller deneyi amino asitlerle tepkimeye girecek veya peptid zincirini kıracak birçok ürün ortaya çıkarmaktadır.

Derin deniz sıcak su kaynağı teorisi

Derin deniz sıcak su kaynağı

Dünyada yaşamın kökenine dair derin deniz sıcak su kaynağı teorisi, gezegeni çevreleyen ay veya gezegenlerin çekim kuvveti gibi mekanizmalar nedeniyle ısınan, kimyasal açıdan zengin sıvıların deniz tabanından yükselmesiyle yaşamın başlamış olabileceğini iddia etmektedir. Sıcak su kaynağından gelen hidrojen sülfit ve hidrojen ile karbon dioksit gibi indirgenmiş gazlar ile uygun bir oksitleyici arasındaki redoks reaksiyonları (tepkimeleri) sonunda kimyasal enerji elde edilebilir.[28].

Fox deneyleri

1950'lerde ve 1960'larda Sidney W. Fox, dünyanın ilk oluşum zamanındaki muhtemel koşullar altında peptit yapılarının kendiliğinden oluşumu üzerinde çalıştı. Amino asitlerin kendiliğinden küçük peptitler oluşturabileceğini gösterdi. Bu amino asitler ve küçük peptitler mikroküreler olarak adlandırılan kapalı küresel yapılar oluşturmuş olabilirdi.[29]

Eigen hipotezi

1970'lerin başında yaşamın kökeni sorunu için Max Planck Biyofizik Kimya Enstitüsü'nden (Max Planck Institut für biophysikalische Chemie) Manfred Eigen ve Peter Schuster konuya eğildiler. Yaşam öncesi çorbada moleküler kaos ve kendi kendini üreten hiper daire arasındaki geçiş süreçlerini incelediler.[30]

Bir hiper dairede, bilgi bir depolama sistemi (muhtemelen RNA) bir enzim üretir, bu da başka bir bilgi sisteminin olşumunu katalizler, bu işlem birçok kere tekrarlandıktan sonra en sonuncu ürün ilk bilgi sisteminin oluşumunu sağlar. Matematiksel olarak hiper dairelerin, doğal seçim ekseninde bir çeşit Darwinci evrime uğrayan quasispecies'ler (Türkçede türümsü öneriliyor) meydana getirebileceğini göstermişlerdir. Hiper daire teorisine önemli bir destek, RNA’nın bazı durumlarda kendi kimyasal tepkimelerini katalizleyebilme yeteneğine sahip olan ribozimler oluşturabilmesinin keşfedilmesiyle geldi.[31] Ancak bu tepkimeler (uzun bir RNA molekülünün daha kısalaştığı) kendi kendine kısaltmalarla ve herhangi bir yararlı proteini kodlama yeteneğinden yoksun daha nadir küçük eklemelerle sınırlıdır. Hiper daire teorisini zayıflatan bir diğer nokta, söz konusu RNA moleküllerinin nükleotit gibi biyokimyasallara gerek duyacağı, Miller-Urey deneyinin gerçekleştiği şartlarda ise bu kompleks moleküllerin oluşmadığıdır.

Wächtershäuser’ın hipotezi

İçinden çıkılmaz bir soruna dönen polimerizasyon problemine getirilen yanıtlardan birisi ise 1980'lerde Günter Wächtershäuser’ın demir-kükürt kuramı oldu. Bu teoriye göre teorisyen (biyo)kimyasal patikaların yaşamın evriminin temeli olduğunu öne sürdü. Bugünün basit gaz bileşiklerinden organik yapı bloklarının sentezi için alternatif yollar sağlayan en eski reaksiyonlardan bugünün biyokimyasına kadar götüren tutarlı bir sistem sundu.

Dış enerji kaynaklarına (yıldırım veya mor ötesi ışınlara) ihtiyaç duyan klasik Miller deneylerinin aksine "Wächtershäuser sistemleri" kendi içinden enerji kaynaklarını içermektedir: demir sülfürleri ve diğer mineraller (örneğin pirit). Bu metal sülfürlerin redoks reaksiyonlarından ortaya çıkan enerji sadece organik moleküllerin sentezi için değil, aynı zamanda oligomerlerin ve polimerlerin sentezi için de müsaittir.

Yapılan deneyde az bir miktar dipeptid (%0,4 ten % 12,4’e kadar) ve az bir miktar tripeptid (%0.10) üretildi. Ancak yazarlar aynı zamanda şu notu eklediler: “aynı benzer koşullar altında dipeptitler hızlıca hidrolize edildi (suyla kesime uğradılar)”[32]

Radyoaktif sahil teorisi

Washington Üniversitesi, Seattle'dan Zachary Adam[33] şimdikinden çok daha yakında olan bir aydan kaynaklanan gelgitlerin uranyumun radyoaktif taneciklerinin ve diğer radyoaktif elementlerin o zaman varolan kıyılarda suların üst seviyelerinde yoğunlaşmasına neden olabileceğini, bunların buralarda yaşamı oluşturan yapı blokları üretmiş olabileceğini iddia etmektedir. Astrobiyoloji dergisinin cilt 7 sayfa 852'deki bilgisayar modellemesine göre, benzer radyoaktif maddelerin Gabon'da Oklo uranyum maden yatağında belirlendiği gibi benzer şekilde kendi kendini sürdüren nükleer reaksiyonlar gösterebilmektedir. Bu tip radyoaktif sahil kumu, sudaki asetonitrilden amino asit ve şeker gibi organik moleküller üretmeye yetecek enerji sağlamaktadır. Aynı zamanda radyoaktif monazit, kum tanecikleri arasındaki ortama çözünür fosfat salarak onun biyolojik olarak "erişilebilir" kılar. Böylece amino asitler, şekerler ve çözünür fosfatlar eş zamanlı olarak bu teoriye göre üretilebilirler. Radyoaktif aktinitler organik-metalik komplekslerin (karmaşıkların) içinde yer almış olabilir. Bu kompleksler yaşam süreçlerinin erken katalizörleri olmuş olabilir.

Aberdeen Üniversitesi'nden John Parnell, böylesi bir sürecin ıslak kayalık herhangi bir gezegenin ilk dönemlerinde yaşamın potasının bir parçasını oluşturabileceğini düşünmektedir; yeter ki radyoaktif mineralleri yüzeye çıkaran kıtasal levha hareketleri sistemini üretecek kadar büyük olsun bu gezegen. Dünyanın ilk oluşum dönemlerinde gezegenin küçük "levhacıktan" oluştuğu düşünüldüğü için bu durum bu süreçler için uygun bir ortam mevcuttu.

Homokiralite

Kimyasal evrimdeki bazı süreçler homokiralitenin kaynağını oluşturduğu düşünülmelidir; örnek vermek gerekirse canlı organizmalarda tüm yapı blokları benzer özelliklere sahiptir: sol elli amino asitler, sağ elli nükleik asit şekerleri riboz ve deoksiriboz ve kiral fosfogliseritler. Kiral moleküller sentezlenebilir ancak bir kiral kaynak veya bir kiral katalist olmazsa iki enantiyomer eşit oranda oluşur. Buna rasemik karışım denir. Clark, homokiralitenin uzayda başlamış olabileceğini ileri sürmüştür, çünkü Murchison göktaşındaki amino asitler üzerinde yapılan araştırmalar, L-alaninin D formundan iki kat daha fazla ve L-glutamik asidin de D formundan 3 kat daha sık bulunmuştur. Gezegenin oluşum döneminde etrafını saran halkanın içinde polarize ışığın bir enantiomeri yok edecek güce sahip olduğu öne sürülmektedir. Noyes[34] Beta bozunumunun rasemik bir karışımda D-lösinin parçaladığını ve dünyanın erken devrelerinde çokca bulunan 14C’ün bunun nedeni olabileceğini gösterdi. Robert M. Hazen, değişik kiral kristal yüzeylerin makro moleküllere dönüşen kiral monomer birimlerinin olası yoğunlaşması ve bir araya gelmesi için kümeleşme ve sentez mekanları olabildiğini bildirmektedir.[35]. Bir kez oluştuktan sonra doğal seleksiyon kiralite lehine olacaktır.[36] Şekerler sağ ellilik özelliği gösterirken amino asitler sol ellilik özelliği gösterdiğinden, göktaşlarında bulunan organik bileşiklerde yapılan çalışmalar kiralitenin abiyojenik sentezin bir karakteristiği olduğunu düşündürtmektedir.[37].

Kendi kendine organize olma ve kopyalama

Kendi kendine organize olma ve kendini kopyalama özellikleri sıklıkla canlı sistemlerinin tanımlayıcı özelliği olarak olarak düşünülür; ancak uygun koşullarda benzer özellikleri gösteren birçok abiyotik (cansız) molekül örnekleri vardır. Mesela Martin ve Russel[38] bulunduğu çevreden hücre zarları ile fiziksel olarak kompartımanlaşmasının ve kendi içinde bulunan redox reaksiyonlarının (tepkimelerinin) kendi kendine organize olmasının canlı varlıkların en korunmuş nitelikleri olduğunu göstermekte ve dolayısıyla bu niteliklere sahip olan inorganik maddelerin yaşamın en yakın atası olduğunu tartışmaktadırlar.

Organik moleküllerden protocel'lere (ata hücrelere)

"Basit organik moleküller nasıl bir proto-hücre (ön hücre) oluşturabilir?" sorusu büyük oranda yanıtsızdır ancak birçok hipotez vardır. Bazıları ("önce genler diyenler) nükleik asitlerin erkenden ortaya çıktıklarını öne sürerken , diğerleri (önce metabolizma diyenler) biyokimyasal reaksiyon ve yolların evrimini başlangıç olarak ileri sürmektedir. Son zamanlarda her ikisini birleştiren hibrid modelleri öne çıkaran eğilimler söz konusudur.

"Önce Genler" Modelleri: RNA dünya hipotezi

RNA dünya hipotezi, kendiliğinden oluşan göreceli kısa RNA moleküllerinin kendi kopyalanmalarını katalizleme yeteneğine sahip olmuş olabileceğini ileri sürmektedir. Bu oluşumun olasılığını tahmin etmek güçtür. Bu oluşum ile ilgili çeşitli teoriler öne sürülmüştür. İlk hücre membranları kendiliğinden, proteinoitlerden oluşmuş olabilir. Proteinoitler amino asit çözeltileri (solüsyonları) ısıtıldığında oluşan protein benzeri moleküllerdir, bunlar sulu çözeltide doğru konsantrasyonda bulunduklarında bunların kapalı zar (membran) kompartımanlarına benzer mikroküreler oluştururular. Diğer olasılıklar kilde veya pirit kayaların yüzeyinde meydana gelen kimyasal reaksiyon sistemlerini içermektedir. Dünyanın oluşumunda RNA'nın önemli bir ol oynadığını destekleyen unsurlar,

  1. Onun hem bilgi depolama hem de (bir ribozim olarak) kimyasal reaksiyon katalizleme yeteneği,
  2. Modern organizmalarda (DNA biçiminde) genetik bilginin ifadesi ve muhafazasında bir araç olarak sahip olduğu önemli roller;
  3. Dünyanın ilk oluşumundaki şartlara yakın şartlar altında onu oluşturan bileşiklerin (nükleotitlerin) kolayca kimyasal sentezinin olabilmesidir.

Diğerlerini kopyalayacak görece kısa RNA molekülleri laboratuvar ortamında üretilebilmiştir.[39]

Araştırmacılar sitozin ve urasilden nükleotidlerin abiyojenik sentezinin çok zor olduğunu dikkati çekmişlerdir.[40] Sitozin 100 °C'de 19 günlük, donmuş suda ise 17.000 senelik bir yarı ömre sahiptir.[41] Larralde ve arkadaşları "ribozun genelde kabul görmüş prebiyotik sentezi olan formoz reaksiyonu, herhangi bir seçicilik olmaksızın pek çok şeker tipi üretmektedir" demektedir.[42] ve şu sonuca varmaktadırlar: "sonuçlar ilk genetik materyalin omurgasının riboz ve diğer şekerleri, dengesiz yapılarından dolayı, içermediğini düşündürmekteir." RNA'daki riboz ve fosforik asidin ester bağı hidrolize olmaya eğilimli olarak bilinmektedir.[43]

Bu hipotezin biraz farklı bir biçimine göre, ilk kendi kendini üreten molekül PNA, TNA veya GNA gibi bir nükleik asit tipiydi, bu daha sonra RNA ile yer değiştirdi.[44][45]

"Önce Metabolizma" modelleri: demir-kükürt kuramı ve diğerleri

Birçok model bir "çıplak gen"in kendini kopyaladığı düşüncesini reddetmekte ve sonradan RNA kopyalamasının ortaya çıkışı için bir ortam sağlayabilecek ilkel bir metabolizmanın meydana gelmesi gerektiğini varsaymaktadır.

Bu düşüncenin ilk ortaya konuluşlarından birisi 1924'te Aleksandr Ivanovich Oparin'in, DNA yapısının keşfinin evveline dayanan, kendi kendini kopyalayan vezikül kavramıdır. 1980'lerde ve 1990'lardaki en son geliştirmeler ise Günter Wächtershäuser'in demir-kükürt kuramı ve Christian de Duve'ün tiyoesterlere dayanan modelleridir. Genler olmaksızın bir metabolizmanın ortaya çıkışı konusunda daha soyut ve teorik iddialar 1980lerin başında Freeman Dyson tarafından ortaya konan bir matematiksel model ve bu on yılın sonuna doğru tartışılan Stuart Kauffman'ın toplu otokatalitik kümeler kavramıdır.

Ne var ki, Günter Wächtershäuser tarafından ileri sürülen, indirgeyici sitrik asit döngüsü gibi kapalı bir metabolik döngününün kendiliğinden oluşabileceği iddiası kanıtlanamamış durumdadır. Son yirmi yıldır yaşamın kökeni konusundaki çalışmalara liderlik etmiş Leslie Orgel'e göre bu iddianın kanıtsız kalacağını düşünmek için yeterli gerekçe var. "Kendi kendini Organize eden Biyokimyasal Çevrimler" başlıklı bir makalede [46] Orgel şu cümle ile kendi iddiasının açıklamasını özetlemektedir: "Halen indirgeyici sitrik asit döngüsü gibi çok adımlı bir döngünün FeS/FeS2'in veya benzer başka bir mineralin yüzeyinde kendi kendini organize etmesini beklemek için bir neden yoktur." Yaşamın başlangıcında başka tip bir metabolik yolun takip edilmiş olması muhtemeldir. Mesela, indirgeyici bir sitrik asit döngüsü yerine (bugün doğada karbon dioksit sabitlemesinin dört yönteminden biri olan) "açık" asetil CoA yolu, bir metal sülfür yüzey üzerinde kendi kendine organize olma fikriyle daha uyumlu olacaktır. Bu seçeneğin anahtar enzimi olan karbon monoksit dehidrojenaz/asetil KoA sentaz, reaksiyon merkezlerindeki karışık nikel-demir-kükürt öbekleri bulundurur ve tek bir adımda (asetil-tiyol'ün modern bir biçimi olarak kabul edilebilecek olan) asetil KoA'nın oluşumunu katalizler.

Kabarcık teorisi

Sahilde sonlanan dalgalar kabarcıklardan oluşan kırılgan bir köpük oluşturur. Okyanus boyunca esen rüzgarların sahilde biriken ağaç dal parçaları gibi nesneleri kıyıya doğru sürükleme özellikleri vardır. Organik moleküllerin benzer şekilde sahillerde birikmesi olasıdır. Sığ kıyı suları, ayrıca daha sonra buharlaşma yoluyla molekülleri daha da yoğunlaştırabilecek şekilde ılıktır. Başlıca sudan oluşan kabarcıklar kolayca patlamasına karşın, amfifil bulunduran sudada oluşan kabarcıklar çok daha dayanıklıdır, önemli denemeleri gerçekleştirmek için daha fazla zamana sahiptir.

Amfifililer, hidrofobik bir molekülün bir veya her iki ucunda hidrofilik bir başı olan yağlı bileşklerdir. Bazı amfifiler suda kendiliğinden zarlar oluşturmaya eğilimlidir. Küre şeklinde kapalı bir zar su içerir ve günümüzdeki hücre zarının hipotetik olarak öncüsüdür. Eğer bir protein gelip ana kabarcığın bütünlüğünü artırıyorsa, bu durum o kabarcığa bir üstünlük sağlamakta ve doğal seçilimin bekleme listesinde o en üst sıraya yerleştirilmiş olur. Kabarcıkların patlaması sonucunda deneyin sonuçlarını çevrelerine saçmaları ilkel bir üreme olarak düşünülebilir. Ortama yeterince doğru eleman dağıtıldığında ilk prokaryot, ökaryot ve çok hücreli organizmalar yaşamaya başlamış olabilir.[47]

Benzer şekilde, mikro küre olarak adlandırılan protein benzeri moleküllerden oluşturulan kabarcıklar, doğru şartlar altında kendiliklerinden oluşacaktır. Ancak hücre zarları muhtemelen amino asit bileşiklerinin öncülleri değildir, çünkü hücre zarları başlıca lipitlerden oluşur. (Abiyogenez ile ilişkili zar küre tipleri için bakınız protobiontlar, misel, koaservat.)

Fernando ve Rowe tarafından geliştirilen son bir model[48] enzimatik olmayan otokatalitik metabolizmaların proto-hücrelerin içine alınmasının, daha evvelki modellerin metabolizmasına has yan reaksiyon sorununun önünü almak için bir çözüm olmuş olabileceğini önermektedir.

Diğer modeller

Otokataliz

İngiliz etolog Richard Dawkins 2004'te yayınlanan Ataların Hikayesi isimli kitabında yaşamın kökeni için olası bir açıklama olarak oto katalizleme hakkında yazdı. Otokatalistler kendilerinin oluşumunu katalizleyen maddelerdir ve dolayısıyla basit bir molekül koplayıcısı olma özelliğine sahiptirler. Kitabında Dawkins, Kaliforniya'da Scripps Araştırma Enstitüsünde Julius Rebek ve meslektaşları tarafından yapılan, otokatalist amino adenozin triasit ester (AATE) ile amino adenozin ve pentaflorofenil esteri birleştirdiği deneylere değinir. Deneydeki bir sistem kendi sentezlerini katalizleyen AATE'nin türevlerini içermekteydi. Bu deney, otokatalistlerin kalıtsallık göstererek bir topluluk içinde birbirleriyle rekabet edebilecekleri olasılığını göstermiş oldu; bu sistem doğal seçimin ilkel bir biçimi olarak yorumlanabilir.

Kil teorisi

Glasgow Üniversitesi'nden Dr A.Graham Cairns-Smith 1985’te kile dayanarak yaşamın kökenini açıklayan bir model ortaya koydu ve Richard Dawkins de dahil olmak üzere başka birçok bilim insanı tarafından akla yatkın bir açıklama olarak kabul edildi.

Kil Teorisi karmaşık organik moleküllerin daha önceden var olan, inorganik bir kopyalama tabanı –çözelti içinde silikat kristalleri- üzerinden aşamalı olarak geliştiğini öne sürmektedir. Farklı tip kil kristal yüzeyleri organik moleküllere farklı seçici baskılar uygulayarak onların karmaşıklaşmasını sağlamış olabilir, belli bir aşamadan sonra bu moleküllerin kendilerin kopyalama yeteneği silikat “çıkış noktalarından” bağımsız olarak devam edebilir hale gelmiş olabilir.

Cairns-Smith kimyasal evrimin diğer modellerinin sıkı bir eleştirmenidir.[49] Ancak kendisi, kendi modelinin de diğer modeller gibi yetersizlikleri olduğunu kabul etmektedir (Horgan 1991).

2007’de Kahr ve arkadaşları potasyum hidrojen ftalat kristalleri kullanarak kristallerin bilgi aktarma aracı olarak kullanılabileceği fikrini inceleyen deneylerini duyurdular. Deneyde, kusurları olan “ana” kristaller kesildiler ve çözeltiden “yavru” kristalleri büyütmek için tohum olarak kullanıldılar. Araştırmacılar, daha sonra kristal sistemi içinde kusur dağılımlarını incelediler ve ana kristallerdeki kusurların “yavrularında” da aynen tekrarlandığını tespit ettiler. Yavru kristallerin fazladan birçok kusuru daha vardı. Gen tarzı bir davranışta ek kusurların “çocuklarda” daha az olmalıdır; bu nedenle Kahr kristallerin “bir nesilden sonrakine mesaj depolama ve aktarmada yeterince yetkin olmadığı” olmadığı sonucuna varmıştır. ".[50][51]

Gold'un "Derin Sıcak Biyosfer Modeli"

1990'ların sonuna doğru nanob olarak adlandırılan, derin kayalarda bulunan, bakteriden daha küçük ama DNA içeren ipliksi yapılar keşfedildi. Bu keşif 1970'lerde Thomas Gold tarafından savunulan ve yaşamın dünyanın yüzeyinde değil kilometrelerce altında meydana geldiğini öne süren teori ile ilişkilendirildi [52]

Günümüzde mikrobiyal yaşamın Yeryüzünün sığ derinliklerinde (yüzeyden itibaren beş kilometre)[52] başlıca aşırı şartlara dayanıklı arkelerden oluştuğu genel kabul görmüştür; bakteriler yaşamak için yüzeye daha yakın ortamlarda yaşamaktadır. Güneş Sistemimiz içerisinde başka bir cismin yüzeyinin altında mikrobiyal yaşamın keşfinin bu teoriye inanılırlık sağlayacağı iddia edilmektedir. Thomas Gold organik bir madde birikintisi içinde gelişen yaşamın orada bulunan bütün besini tüketip yok olacağından dolayı, varlığını sürdürebilmesi için aynı zamanda derin, ulaşılamaz bir kaynaktan besin sızıntısı olması gerektiğini savunmuştur. Gold’un teorisine göre besin akışı Dünyanın mantosundan ilk başta varolan metan çıkışına bağlıdır. Derinlerde bulunan ve tortulardaki karbon bileşiklerinden uzakta olan mikropların besin temini için daha geleneksel açıklamalara ise, bu organizmaların su ve kayalardaki (indirgenmiş) demir bileşikleri arasındaki etkileşim sonucu ortaya çıkan hidrojenden yararlandığıdır.

"İlkel" dünyadışı yaşam

Dünyada başlayan bir abiogenez düşüncesine alternatif oluşturacak bir hipotez ilkel yaşamın dünyanın dışında oluşmuş olabileceğidir; uzayda veya yakın bir gezegende (Mars). (Eksogenez olarak adlandırılan bu kuram ile panspermia kavramları ilişkilidir ama eşanlamlı değidir.). Bu teoriyi savunanlardan birisi de Francis Crick'di.

Organik bileşikler uzayda göreceli olarak yaygındır, özellikle uçucu maddelerin güneş ısısıyla buharlaştığı dış güneş bölgesinde. Kuyruklu yıldızların dışı koyu bir malzeme ile kaplıdır, bu katran benzeri maddenin, basit karbon bileşiklerinin ultraviyole ışınımı ile tepkimesi ile oluşan karmaşık organik malzeme olduğu düşünülmektedir. Bir kuyruklu yıldız yağmurunun bu içerikteki önemli miktarda karmaşık organik molekülleri dünyaya getirmiş olabileceği tahmin edilmektedir.

Yukardaki hipotezle ilişkili ama ona alternatif bir diğer hipotez, yaşamın Mars'ta oluştuğudur. Bu hipoteze göre dünyanın soğumasıyla üzerinde yaşamın belirmesi arasında geçen zaman çok kısadır ve bu, prebiyotik evrim için açıkça çok kısadır. Daha küçük boyutundan dolayı Mars Dünya'dan birkaç milyon yıl önce soğumuş, Dünya'nın hâlâ çok sıcakken orada prebiyotik süreçlere olanak kılmıştır. Daha sonra, Mars’a asteroit ve kuyrukluyıldız çarpmalarıyla savrulan kabuk malzemesi ile birlikte yaşam Dünya'ya taşınmıştır. Bu arada Mars hızla soğumaya devam etti ve sonuçta evrimın ve hatta yaşamın devamı için uygunsuz hale geldi (Mars, volkanik faaliyetlerinden dolayı atmosferini kaybetmiştir); Dünya da Mars ile benzer bir kaderi paylaşmaktadır ama o yönde yavaş ilerlemektedir.

Bu hipotezlerin her ikisi de yaşamın ilk nasıl başladığına dair soruyu yanıtsız bırakıyor, sadece soruyu başka bir gezegen ya da kuyrukluyıldıza kaydırıyor. Ancak ilkel yaşamın Dünya dışı bir kaynağı olduğu tezinin avantajı, yaşamın bulunduğu her gezegende oluşmak zorunda olmaması, bunu yerine tek bir yerde oluşup daha sonra kuyruklu yıldızlar veya göktaşları aracılığıyla diğer yıldız sistemlerine ulaşabildiğini savunmasıdır. Bu yaklaşımın mantıklılığını destekleyecek kanıt yetersizdir ancak son yıllarda Antarktika’da bulunan göktaşları üzerinde yapılan araştırmalarda ve ekstremofil mikroorganizmalarla ilgili incelemlerde bu varsayım için destek bulunmaya başlamıştır.[53] Ek bir destek ise enerji kaynağı ışınetkinlik (ing: radioactivity) olan bir bakteriyal ekosistemin bulunmasıyla geldi.[54]

Yakın bir tarihte Jason Dworkin tarafından düzenlenen bir deneyde, dünyadışı ortamın şartlarını taklit ederek, donmuş su, metanol, amonyak ve karbon monoksidi ultraviyole ışığına tabi tutulmuştur. Bu bileşim suya daldırıldığında, çok sayıda organik madde ortaya çıktı, bunlar kendi kendine organize olup kabarcıklar meydana getirdiler. Dworkin bu kabarcıkların hücre zarlarına benzediğini, yaşamın kimyasının içine alan ve onu yoğunlaştıran, onu dış dünyadan ayıran bir duvar oluşturduğunu düşünmektedir.

Bu deneylerde üretilen kabarcıklar 10 ila 40 mikrometre veya yaklaşık alyuvar boyutunda idi. Dikkat çekici bir biçimde kabarcıklar ultraviyole ışığına tutulduğunda floresan ışıma gösteriyordu. Ultraviyoleyi emmesi ve onu bu yolla görünebilir ışığa çevirmesi ilkel hücreye enerji sağlamanın yollarından biri olarak düşünüldü. Eğer bu tip kabarcıklar yaşamın kökeni için bir rol oynadıysa, floresans ilkel fotosentez için bir öncü olmuş olabilirdi. Bu tip bir floresan ışıma aynı zamanda UV radyasyonu tarafından meydana getirilebilecek herhangi bir zararı da güneş koruma etkeni gibi işlev görerek ortadan kaldırmış olabilir. Böylesi bir koruma işlevi ilkel dünyada yaşam için hayati önem taşımış olmalıdır, çünkü güneşin en zararlı ultraviyole ışınlarını kesen ozon tabakası, fotosenteze bağlı yaşam oksijen üretmeye başlayıncaya kadar oluşamamıştır.[55].

Lipit Dünyası

Kendini kendini ilk kopyalayan nesnenin bir lipit olduğunu savunan bir teori de mevcuttur.[56] Fosfolipitler su içinde çalkalandıklarında iki katlı tabakalar oluştururular, aynen hücre zarlarında olduğu gibi. Bu moleküller ilkel dünyada yoktular ancak diğer amfililik uzun zincir moleküller de zar oluşturmaktadır. Dahası bu cisimler ek lipitlerin eklenmesiyle büyüyebilirler ve aşırı genişleme sonucunda kendiliğinden ikiye bölünebilirler; iki "yavru" cisimde aynı boyut ve lipit bileşimind korunacaktır. Bu teorideki ana fikir, lipit yapılarının moleküler bileşiminin bilgi depolama için bir başlangıç aşaması olduğu ve evrim sonucunda bilgiyi daha uygun bir şekilde depolayabilen RNA veya DNA gibi polimer yapıların belirdiğidir. Henüz Lipit Dünyası teorisini destekleyecek herhangi bir biyokimyasal mekanizma ortaya konamamıştır.

Polifosfat Dünyası

Abiogeneszin birçok senaryosundaki sorun amino asitlerle peptitler arasındaki termodinamik dengenin peptitlerin aleyhinde olmasıdır. Teorilerde eksik olan, polimerizasyonu teşvik edecek bir güçtür. Bu sorunun çözümü polifosfatların özelliklerinde olabilir.[57][58] Polifosfatlar sıradan monofosfat iyonlarının PO4−3 ultraviyole ışınlarıyla polimerizasyonu sonucu oluşur. Polifosfatlar aminoasitlerin peptitlere polimerize olmasına neden olur. İlkel okyanuslar üzerinde yeterince bol miktarda ultraviyole ışını olmalıdır. Anahtar sorun kalsiyumun fosfta ile tepkiyerek çözünmez kalsiyum fosfat (apatit) oluşturmasıdır, dolayısıyla serbest kalsiyum iyonlarını çözeltiden uzak tutacak makul bir mekanizmanın bulunması gerekmektedir.

Polisiklik Aromatik Hidrokarbon Dünyası

Karmaşık moleküllerin diğer kaynakları öne sürülmüştür, Dünya dışı yıldız sistemleri ve yıldızlararası kaynaklar dahil olmak üzere. Mesela, tayf çözümlemelerinden, organik moleküllerin kuyruklu yıldızlarda ve göktaşlarında bulunduğu bilinmektedir. 2004’te bir grup araştırmacı bir nebulada polisiklik aromatik hidrokarbonların izini belirledi.[59] Bunlar bu güne kadar uzayda bulunan en karmaşık moleküllerdir. RNA Dünyası'nın oluşumunda PAH’ların kullanılığı PAH Dünya Hipotezi’nde önerilmiştir.[60] Spitzer Uzay Teleskobu yakın bir tarihte güneşe benzer bir şekilde oluşmakta olan HH 46-IR isimli bir yıldız tespit etti. Yıldızı çevreleyen diskte, siyanür bileşikleri, hidrokarbonlar ve karbon monoksit içeren geniş bir molekül yelpazesi bulunmaktadır. PAH'lerin uzayda geniş bir alana dağıldıkları teyid olmuştur; PAH'ler dünyadan 12 milyon ışık yılı uzakta galaksi M81'in yüzeyinde de bulunmuştur.[61].

Çoklu başlangıç

Dünyanın tarihinin başlarında farklı yaşam biçimleri yaklaşık eş zamanlı olarak belirmiş olabilir.[62] Diğer yaşam biçimler ya yok olmuş, kendi farklı biyokimyalarıyla farklı fosiller bırakmış olabilir, ya ekstremofiller olarak varlıklarını sürdürüyor olabilir, ya da mevcut yaşam ağacının organizmalarına benzemelerinden dolayı fark edilmeden basitçe yaşıyor olabilirler. Mesela Hartman[63] birkaç teoriyi bir araya getirmektedir;

İlk organizmalar karbon dioksit sabitleyerek oksalik ve diğer dikarboksilik asitleri oluşturan, kendini kopyalayan demir zengini killerdi. Bu kendini kopyalayan kil sistemi ve onların metabolik fenotipi daha sonra sıcak su kaynaklarının kükürt zengini bölgelerine evrimleşerek azot sabitleme yeteneğini kazandı. Bu evrimleşen sisteme en sonunda fosfat katılması, nükleotit ve fosfolipitlerin sentezine olanak sağladı. Eğer biyo-sentez biopoezin evrelerini tekrarlıyorsa o zaman amino asitlerin sentezi pürin ve pirimidin bazlarının sentezinden önce gelmiştir. Amino asit tiyoesterlerinin polipeptitlere polimerizasyonu da, amino asit esterlerinin polinükleotitler tarafından yönlendirilmiş polimerizasyonundan önce meydana gelmiştir.

Kaynaklar

Notlar

  1. ↑ [http://www.abc.net.au/science/news/space/SpaceRepublish_497964.htm "Is this life? ABC Science Online"]. http://www.abc.net.au/science/news/space/SpaceRepublish_497964.htm. Erişim tarihi: 2007-07-10.
  2. 1 2 Wilde, Simon A.; et al. (2001). "Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago". Nature 409: 175–178. Hata: Kötü DOI belirtildi.
  3. ↑ [http://www.journals.royalsoc.ac.uk/content/887701846v502u58/ "www.journals.royalsoc.ac.uk/content/887701846v502u58/"]. http://www.journals.royalsoc.ac.uk/content/887701846v502u58/. Erişim tarihi: 2007-07-10.
  4. ↑ [http://www.journals.royalsoc.ac.uk/content/814615517u5757r6/ "www.journals.royalsoc.ac.uk/content/814615517u5757r6/"]. http://www.journals.royalsoc.ac.uk/content/814615517u5757r6/. Erişim tarihi: 2007-07-10.
  5. ↑ [http://www.journals.royalsoc.ac.uk/content/01273731t4683245/ "www.journals.royalsoc.ac.uk/content/01273731t4683245/"]. http://www.journals.royalsoc.ac.uk/content/01273731t4683245/. Erişim tarihi: 2007-07-10.
  6. ↑ [http://geology.geoscienceworld.org/cgi/content/abstract/34/3/153 "Coupled Fe and S isotope evidence for Archean microbial Fe(III) and sulfate reduction"]. http://geology.geoscienceworld.org/cgi/content/abstract/34/3/153. Erişim tarihi: 2011-08-26.
  7. ↑ [http://map.gsfc.nasa.gov/m_mm/mr_age.html "map.gsfc.nasa.gov/m_mm/mr_age.html"]. http://map.gsfc.nasa.gov/m_mm/mr_age.html. Erişim tarihi: 2007-07-10.
  8. ↑ Chapter 6, last section in Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K and Walter P, Molecular Biology of the Cell, 4th Edition, Routledge, March, 2002, ISBN 0-8153-3218-1.
  9. ↑ Balme, D.M. (1962), "Development of Biology in Aristotle and Theophrastus: Theory of Spontaneous Generation" (Phronesis: A journal for Ancient Philosophy, Volume 7, Numbers 1–2, 1962), pp. 91–104(14)
  10. ↑ Dobell, C. (1960), "Antony Van Leeuwenhoek and his little animals"New York (EUA)
  11. ↑ Alexander, Peter (1986). Biology. Silver Burdett. ISBN 0-382-13076-6.
  12. ↑ http://www.windmillministries.org/frames/CH5A.htm First life on Earth] windmillministries.org, Retrieved on 2008-01-18
  13. ↑ "It is often said that all the conditions for the first production of a living organism are now present, which could ever have been present. But if (and oh! what a big if!) we could conceive in some warm little pond, with all sorts of ammonia and phosphoric salts, light, heat, electricity, &c., present, that a proteine compound was chemically formed ready to undergo still more complex changes, at the present day such matter would be instantly devoured or absorbed, which would not have been the case before living creatures were formed." written in 1871, published in Darwin, Francis, ed. 1887. The life and letters of Charles Darwin, including an autobiographical chapter. London: John Murray. Volume 3. p. http://darwin-online.org.uk/content/frameset?viewtype=text&itemID=F1452.3&pageseq=30 18]
  14. ↑ Oparin, A. I. (1968), The Origin and Development of Life (NASA TTF-488). Washington: D.C.L GPO,1968
  15. ↑ Oparin, A. I. The Origin of Life. New York: Dover (1952)
  16. ↑ Bryson, Bill (2003) A Short History of Nearly Everything pp. 300–302; ISBN 0-552-99704-8
  17. ↑ Morse, J.W. and MacKenzie, F.T. (1998). "Hadean Ocean Carbonate chemistry." In: Aquatic Geochemistry 4: 301–319
  18. ↑ Sleep, N.H. et al (1989) "Annihilation of ecosystems by large asteroid impacts on early Earth" "Nature"342, pp139–142
  19. ↑ Maher, Kevin A. and Stephenson, David J (19880 "Impact frustration of the origin of life" (Nature. Vol. 331, pp. 612–614. 18 Feb. 1988)
  20. ↑ Michael P. Robertson and Stanley L. Miller, "An Efficient Prebiotic Synthesis of Cytosine and Uracil," Nature 375 (1995), pp. 772–774
  21. ↑ J.L. Bada, C. Bigham, and S.L. Miller, "Impact Melting of Frozen Oceans on the Early Earth: Implications for the Origin of Life," Proceedings of the National Academy of Sciences, USA 91 (February 1994), pp. 1248–1250
  22. ↑ Levy, M; Miller SL, Brinton K, Bada JL. (June 2000). [http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez "Prebiotic synthesis of adenine and amino acids under Europa-like conditions."]. Icarus 145 (2): 609–13. PMID 11543508. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez. Erişim tarihi: 2008-02-11.
  23. ↑ Trinks, Hauke; Schröder, Wolfgang; Biebricher, Christof (October 2005). [http://www.ingentaconnect.com/content/klu/orig/2005/00000035/00000005/00005009#aff_1 "Ice And The Origin Of Life"]. Origins of Life and Evolution of the Biosphere 35 (5): 429–445. Hata: Kötü DOI belirtildi. http://www.ingentaconnect.com/content/klu/orig/2005/00000035/00000005/00005009#aff_1. Erişim tarihi: 2008-02-11.
  24. ↑ http://discovermagazine.com/2008/feb/did-life-evolve-in-ice/article_view?b_start:int=0&-C= Discover Magazine article Did Life Evolve in Ice? published February 2008]
  25. ↑ Mojzis, S.J. et al (1996), "Evidence for life on earth before 3,800 million years ago", "Nature" 384 pp.55–59
  26. ↑ Lazcano A, and S.L. Miller (1994) "How long did it take for life to begin and evolve to cyanobacteria"" "Journal of Molecular Evolution" 39 pp.546–554
  27. ↑ Chyba, Christopher and Sagan, Carl (1992), "Endogenous production, exogenous delivery and impact-shock synthesis of organic molecules: an inventory for the origins of life" (Nature 355, 125–132 (09 January 1992))
  28. ↑ Bu teoriye göre Satürn'in ay Enseladus'ta hayat oluşmuş olabilir. Bkz. http://saturn.jpl.nasa.gov/news/features/feature20080326.cfm A Perspective on Life on Enceladus: A World of Possibilities].
  29. ↑ http://nitro.biosci.arizona.edu/courses/EEB105/lectures/Origins_of_Life/origins.html Experiments on origin of organic molecules] Nitro.biosci.arizona.edu, Retrieved on 2008-13-01
  30. ↑ Manfred Eigen and Peter Schuster: The Hypercycle: A principle of natural self-organization, 1979, Springer ISBN 0-387-09293-5
  31. ↑ http://www.thebioreview.com/evolution/origin.html origin of life] thebioreview.com Retrieved on 2008-01-14
  32. ↑ Huber, C. and Wächterhäuser, G., (1998). "Peptides by activation of amino acids with CO on (Ni,Fe)S surfaces: implications for the origin of life". Science 281: 670–672.
  33. ↑ Dartnell, Lewis "Life's a beach on planet Earth" in New Scientist 12 January 2008
  34. ↑ Noyes, H. Pierre; Bonner, William A.; and Tomlin, J. A. (1977), "On the origin of biological chirality via natural beta-decay" (Origins of Life and Evolution of Biospheres, Volume 8, Number 1 / April, 1977)
  35. ↑ Hazen, Robert M (2005), "Genesis: the scientific quest for life's origin" (JosephHenry Books)
  36. ↑ Clark, S. (1999), "Polarised starlight and the handedness of Life" (American Scientist 97, pp336–343)
  37. ↑ http://www.astrobio.net/news/article1702.html Astroscience Magazine] Accessed 26 April 2008
  38. ↑ Martin, William; and Russel, Michael J (2003), "On the origins of cells: a hypothesis for the evolutionary transitions from abiotic geochemistry to chemoautotrophic prokaryotes, and from prokaryotes to nucleated cells " (Philosophiocal Transactions of the Royal Society, Volume 358, Number 1429/January 29, 2003)
  39. ↑ W. K. Johnston, P. J. Unrau, M. S. Lawrence, M. E. Glasner and D. P. Bartel http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/292/5520/1319 RNA-Catalyzed RNA Polymerization: Accurate and General RNA-Templated Primer Extension], Science 292, 1319 (2001)
  40. ↑ L. Orgel, The origin of life on earth. Scientific American. 271 (4) p. 81, 1994.
  41. ↑ Matthew Levy and Stanley L. Miller, The stability of the RNA bases: Implications for the origin of life, Proceedings of the National Academy of Science USA 95, 7933–7938 (1998)
  42. ↑ Larralde R, Robertson M P, Miller S L. Proc Natl Acad Sci USA. 1995;92:8158–8160.
  43. ↑ Lindahl T. Nature (London). 1993;362:709–715.
  44. ↑ Orgel, Leslie (Nov 2000). "A Simpler Nucleic Acid". Science 290 (5495): 1306–1307
  45. ↑ Nelson, K.E., Levy, M., and Miller, S.L. http://www.pnas.org/cgi/content/abstract/97/8/3868 Peptide nucleic acids rather than RNA may have been the first genetic molecule] (2000) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97, 3868–3871.
  46. ↑ PNAS, vol. 97, no. 23, November 7 2000, p12503–12507
  47. ↑ "The Cell: Evolution of the First Organism" by Joseph Panno
  48. ↑ [http://www.cogs.susx.ac.uk/users/ctf20/dphil_2005/publications.htm "www.cogs.susx.ac.uk/users/ctf20/dphil_2005/publications.htm"]. http://www.cogs.susx.ac.uk/users/ctf20/dphil_2005/publications.htm. Erişim tarihi: 2007-07-10.
  49. ↑ Genetic Takeover: And the Mineral Origins of Life ISBN 0-521-23312-7
  50. ↑ Test of Cairns-Smiths crystals-as-genes hypothesis, Theresa Bullard, John Freudenthal, Serine Avagyan and Bart Kahr, Faraday Discuss., 2007, DOI: 10.1039/b616612c
  51. ↑ Caroline Moore (16 July 2007). [http://www.rsc.org/Publishing/ChemScience/Volume/2007/08/Crystals_as_genes.asp "Crystals as genes?"]. Chemical Science. http://www.rsc.org/Publishing/ChemScience/Volume/2007/08/Crystals_as_genes.asp.
  52. 1 2 http://www.microscopy-uk.org.uk/index.html?http://www.microscopy-uk.org.uk/nanobes/nanobes.html Nanobes – Intro] microscopy-uk.org, Retrieved on 2008-01-14
  53. ↑ [http://www.newscientist.com/channel/life/evolution/dn2844 "http://www.newscientist.com/channel/life/evolution/dn2844"]. http://www.newscientist.com/channel/life/evolution/dn2844. Erişim tarihi: 2007-07-10.
  54. ↑ Lin, Li-Hung; Pei-Ling Wang, Douglas Rumble, Johanna Lippmann-Pipke, Erik Boice, Lisa M. Pratt, Barbara Sherwood Lollar, Eoin L. Brodie, Terry C. Hazen, Gary L. Andersen, Todd Z. DeSantis, Duane P. Moser, Dave Kershaw, T. C. Onstott (October 2006). "Long-Term Sustainability of a High-Energy, Low-Diversity Crustal Biome". Science 314: 479–482. Hata: Kötü DOI belirtildi. 5798.
  55. ↑ http://www.astrobio.net/news/article1702.html Astrobiology Manazine] Accessed 26 April 2008
  56. ↑ [http://ool.weizmann.ac.il/ "ool.weizmann.ac.il/"]. http://ool.weizmann.ac.il/. Erişim tarihi: 2007-07-10.
  57. ↑ [http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=528972 "www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=528972"]. http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=528972. Erişim tarihi: 2007-07-10.
  58. ↑ [http://www.science.siu.edu/microbiology/micr425/425Notes/14-OriginLife.html "www.science.siu.edu/microbiology/micr425/425Notes/14-OriginLife.html"]. http://www.science.siu.edu/microbiology/micr425/425Notes/14-OriginLife.html. Erişim tarihi: 2007-07-10.
  59. ↑ http://www.aas.org/publications/baas/v35n5/aas203/189.htm Discovery of Blue Fluorescence by Polycyclic Aromatic Hydrocarbon Molecules in the Red Rectangle.] A. N. Witt, et al
  60. ↑ Battersby, S. (2004). Space molecules point to organic origins. Retrieved January 11, 2004 from http://www.newscientist.com/news/news.jsp?id=ns99994552
  61. ↑ http://www.astrobio.net/news/article732.html Astrobiology Mgazine] Accessed 26 April 2008
  62. ↑ http://www.sciam.com/article.cfm?id=are-aliens-among-us&sc=SA_20071119 Are Aliens Among Us? In pursuit of evidence that life arose on Earth more than once, scientists are searching for microbes that are radically different from all known organisms] Scientific American. 19 November 2007
  63. ↑ Hartman, Hyman (1998) "Photosynthesis and the Origin of Life" (Origins of Life and Evolution of Biospheres, Volume 28, Numbers 4–6 / October, 1998)

Kaynak

Ek okuma

Dış bağlantılar

This article is issued from Vikipedi - version of the 12/5/2016. The text is available under the Creative Commons Attribution/Share Alike but additional terms may apply for the media files.