Canlı Organizmalar ve Cansız Cisimler Arasındaki Fark

Fizikçilerin bakış açısına göre, canlı organizmalar ve cansız cisimler arasında tek bir fark var: İlkinin karbon atomları, çevrelerinde oluşan enerjiyi emerek ısıya çevirmek konusunda çok daha verimli bir çalışma sergiliyor.

Yaşam, kendini devam ettirebilen kimyasal bir süreç. Peki nasıl ve neden ortaya çıktı? Popüler görüş, önce içinde çeşitli mineraller ve amino asitlerin olduğu ilksel bir çorba oluştuğu ve ilk canlı organizmanın bir şekilde bu çorbamsı karışımda meydana geldiği yönünde. Böyle bir karışımı neyin tetiklediği, yani ilk organizmanın hangi nedenle oluştuğu bilinmiyor. Tabii ki konuyu aydınlatmak için öne sürülmüş birkaç iyi hipotez mevcut. Ama bunların hiçbiri şans unsurunu da içermekten öteye gidemiyor. Özetle bir çeşit mucize gerçekleşti ve ilksel çorba bir anda yaşamın filizlendiği zengin bir kaynağa dönüştü. Ancak Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) fizikçilerinden Jeremy England, yaşamın rastlantısal ya da nadir oluşan bir ihtimal olmadığını, aksine kaçınılmaz olarak ortaya çıktığını söylüyor.

England, yaşamın başlangıcına dair oluşturulan biyolojik yaklaşımlara bir fizikçi gözüyle bakarak yepyeni bir teori öne sürdü. Fizikçilerin bakış açısına göre, canlı organizmalar ve cansız cisimler arasında tek bir fark var: İlkinin karbon atomları, çevrelerinde oluşan enerjiyi emerek ısıya çevirmek konusunda çok daha verimli bir çalışma sergiliyor. Jeremy England’a göre; madde kendini doğal bir dönüşümle değişime uğratarak yaşamın kaçınılmaz karakteristik özelliklerini kazanabilir. Fizikçi, tamamen fizik kanunları çerçevesinde oluşturduğu teorisinde bunun mümkün olduğunu gösteriyor. Teori özetle şunu anlatıyor: Atmosfer veya okyanus gibi ısıyı tutan bir ortamda bir grup atoma dışarıdan ekstra enerji uygulandığında (bu güneş ışınları da olabilir, kimyasal bir yakıtla elde edilen bir enerji de), atomlar genellikle bu enerjiyi daha fazla yaymak için kendilerini tekrar yapılandırırlar. “Sıradan bir atom yığınına yeterince uzun süre ışık tutun, kaçınılmaz olarak ortaya bir bitki çıkacaktır,” diyor England.

Entropi meselesi

Fizikçinin bahsettiği bu durum, termodinamiğin ikinci yasası uyarmca meydana gelmekte. Daha yaygın olarak kullanılan adıyla ifade edecek olursak: entropi. Evrendeki entropi git gide artıyor. Tıpkı sıcak olan her şeyin soğuma yönünde eğilim göstermesi gibi, enerjinin zaman aktıkça dağılma gibi bir özelliği var. Entropi bu eğilimi ölçmek adına kullanılan bir terim; bir sistemi oluşturan parçalar arasındaki enerjinin dağılım miktarını belirliyor. Bu parçalar birbirleriyle etkileşmeye devam ettikleri sürece enerjinin daha büyük miktarlarda yayılmasını sağlayacak değişimler oluşmaya başlıyor. Bu, sistem maksimum entropi adı verilen düzeye erişip homojen bir dağılım oluşmaya başlayana dek böyle devam ediyor. Örneğin, bir bardak sıcak çayı odada bir süre bekletirseniz, çay soğuyacak ve nihayetinde oda sıcaklığıyla eşitlenecektir. Ancak izole edilmiş olan kapalı sistemlerde entropinin zaman içinde artışı kaçınılmaz olsa da, açık sistemler entropi düzeylerini düşük seviyede tutabiliyorlar. Bu durum, böyle sistemlerde atomların paylaştıkları enerji seviyelerinin düzensiz olmasından kaynaklanıyor. Dünya da açık bir sistem. Açık sistemler yapılarım sürekli enerji girdisiyle koruyorlar.

Neticede; enerjinin kendiliğinden ve rastgele bir araya gelip kümelenme ihtimali yok Bu nedenle, örneğin bitkiler güneş ışınlarından elde ettikleri enerjiyi klorofil molekülleri sayesinde organik bileşiklere çevirirken, klorofil molekülleri hareketlendikleri için enerji kaybederek elektron alıcı duruma geçiyorlar. Ayrılan elektronlar nedeniyle açığa çıkan enerji, daha düşük yoğunlukta bir enerji formu olan kızılötesi ışıma olarak yayılıyor. Fotosentez gerçekleşirken evrenin genel entropisi, güneş ışınlarının dönüşüp çevreye kızılötesi ışıma olarak yayılmasıyla artış gösteriyor. Buna rağmen, bitkiler yaydıkları enerjiye oranla daha fazlasını tuttukları için termodinamiğin ikinci yasasıyla çelişen bir fenomen yaratıp yapılarını sürekli enerji girdisiyle korumuş oluyorlar. İşte bu açık sistemlerin farkına dair güzel bir örnek oluşturuyor.

90’h yılların başlarında fizikçi Chris Jarzynski ve kimyager Gavin Crooks, entropiyi tüm yaşam formlarına uygulanabilecek şekilde tekrar ele almış ve bu fenomeni şöyle açıklamışlardı: Bitkiler büyümeleri için gereken enerjiyi güneşten aldıklarında evrene bir miktar düzen katılır ve entropi azalır ama onu azaltan şey gelen enerji değil, bitkinin enerjiyi işleme kabiliyetidir. Jarzynski ve Crooks, atomların yüksek sıcaklık seviyesine sahip ortamlarda çevrelerine uyum sağlamak adına git gide artan bir şekilde enerji yaymaya başladıklarını keşfetti. Hem biyokimya hem de fizik alanında eğitim görmüş olan England da bu keşiften yola çıkarak; daha fazla enerji yaymaya başlama durumunun, yaşamın ilksel çorba içinde bir anda meydana gelmiş olmasının nedenini açıkladığını söylüyor.

Yaşamın beşiği

İlksel çorbanın yaşamı destekleyen bir ısıya sahip olduğu tahmin edilmekte. England, bunun sebebinin de sürekli olarak güneş ışınlarıyla beslenerek daha fazla enerji yaymaya başlayan atomlardan kaynaklandığını, böylece yaşam için avantajlı koşulların oluştuğunu düşünüyor. Ona göre; normalden fazla enerji emip bunu daha yüksek oranlarda yaymaya başlayan atomlar, evrimin ilk basamaklarını temsil ediyorlar. Yani, evrim süreci doğal seleksiyon-da açıklandığı üzere sadece çevreye uyum sağlayanın ayakta kalması anlamına gelmiyor. Doğa öncelikle hangi organizmanın enerji açısından daha aktif olduğuna bakarak seçim yapıyor. İkinci aşama ise kendini kopyalamaya başlamakla şekilleniyor. Çünkü belli bir noktadan sonra bir organizmanın yaydığı enerji miktarını artırmasının tek yolu kendini çoğaltmak. Zaten Ca-lifornia Berkeley Üniversitesi bilim insanlarının geçtiğimiz aylarda yaptığı bir çalışmada, cansız sistemlerde de kendini kopyalayabilme becerisi olduğunu kanıtlandı.

Sonuçta, fizik kuralları canlı veya cansız diye ayırt etmeden, her şeyin maksimum enerji üretmek için adaptasyon geçirmesi gerektiğini söylüyor. Jeremy England’ın teorisi, Darwiriin adaptasyonlar hakkındaki açıklamalarına bir alternatif doğurmuş oldu. Darvvinci bakış açısına göre, türleri değişim geçirmeye zorlayan mekanizma doğal seleksiyon. Ancak England’ın öne sürdüğü bu teori, cansızdan canlıya doğru başlayan ve gelişerek devam eden bu değişimin ardında termodinamiğin ikinci yasası olduğunu söylüyor. Fizikçiye göre bu iki durum bir arada gerçekleşti: “Ben Darvvin’in yaklaşımının yanlış olduğunu söylemiyorum. Aksine, fiziğin perspektifinden bakılınca, benim açıklamamın çok daha olası bir tabloyu, Darwinci yaklaşımınsa nadiren oluşabilecek özel bir durumu temsil ettiği görülüyor.” England’ın teorisinin Darwinci evrim teorisine oranla büyük bir artısı var: Bu teori canlı ya da cansız, madde ve enerji içeren tüm sistemlere uygulanabilir. Örneğin, volkanların oluşumu ya da kar kristallerinin yapısı gibi durumlar da bu bakış açışıyla yeniden ele alınabilecek.

Bu yeni teorinin en çarpıcı tarafı, canlı ve cansız arasındaki ayrımın sanıldığı gibi keskin olmadığını gösteriyor oluşu. Günümüz biyologları evrimin gerçek olduğundan, devam ettiğinden ve tüm canlıların birbirlerinin kuzenleri olduğundan şüphe duymuyor. Peki ya cansız nesnelerle de kuzensek? İşte bu her şeyi kökünden değiştirebilir. Teori, yayınlandığı günden bu yana bilim dünyasında büyük fırtınalar koparıyor. Bazı bilim insanları, onun mevcut algıyı yerinden sarsacak kadar cesur bir adım ve mükemmel bir yaklaşım olduğunu düşünürken, bazıları da umut vadeden ancak geliştirilmesi gereken bir teori olduğunu söylüyor. Tabii geçerli olabilmesi için öncelikle biyolojik sistemler üzerinde test edilmesi gerek. Fizikçi şu anda teorisini test edebileceği bir bilgisayar simülasyo-nu üzerinde çalışıyor. Bu yeni yaklaşım, testler sonrasında başarıyla ayakta kalabilmeyi başarırsa evrim konusunda yepyeni bir algıya sahip olacağız demektir. Böylece yaşamın başlangıcı, sonu ve amacına dair yeni sorular da üretebiliriz.