Dünya’ dan Başka Yaşam Alternatifleri Var Mı?

Dünya’ da Göremediğimiz Yabancılar Mı Var?

Dünya’da uzaylılar olabilir mi? Bu soru UFO ve yıldızlararası yolculukların hikayelerini ortaya çıkarmaya eğilimli olsa da, bazı astrobiyologlar tarafından tuhaf bir şehir efsanesi olarak kabul edilmez.

Uzaylı ile formları, proteinleri oluşturmak için kullanılan diğer amino asitler, erken Dünya kimyasının birleşebileceği başka herhangi bir araç anlamına gelir.

Aşina olmadığımız bir hayat. Bugün dünyamızda bizimkine benzemeyen bir biyokimya ile yaşam formları varsa, bunu nasıl bileceğiz?

Bilim adamları, bilmediğimiz gibi yaşam hakkında spekülasyon yaptığında, genellikle dünya dışı yaşamı düşünürler. Günümüzde Dünya’nın alternatif bir yaşam biçimini barındırma olasılığı nadiren düşünülmektedir. Biyologların henüz Dünya yaşamının alternatif bir formuyla karşılaşmadıkları göz önüne alındığında, bu makul görünebilir.

Gerçekten de, yeryüzündeki bitki ve hayvanlara benzer alternatif yaşam biçimleri olsaydı, şimdiye kadar kuşkusuz bunlarla karşılaşırdık. Bununla birlikte, çıplak gözle görülemeyecek kadar küçük mikroplar için durum oldukça farklıdır. Çağdaş Dünya, keşfedilmemiş alternatif mikrobiyal yaşam formlarına ev sahipliği yapabilir mi?

Filozoflar ve bilim adamları geleneksel olarak yaşayan bir sistemi canlı olmayan bir sistemden ayıran iki özelliğe odaklanırlar. Birincisi, bir sistemin hem iç hem de dış bozulmalara karşı kendini organize eden bir birim olarak kendini koruma kapasitesi. İkincisi, soyundan uyarlanabilir kalıtsal modifikasyonları çoğaltma ve iletme yeteneği.

Moleküler biyoloji, bilindik Dünya yaşamımızın bu soyut fonksiyonel özellikleri somut bir fiziksel sistemde nasıl gerçekleştirdiğinin bir açıklamasını sunar. Bugün dünyada bildiğimiz hayat, proteinler ve nükleik asitler arasındaki karmaşık bir işbirliği düzenlemesine dayanmaktadır.

Proteinler, yapı gövdeleri için yapısal malzemenin büyük kısmını ve aynı zamanda güç ve bakım için katalitik malzemeyi sağlarlar. Nükleik asitler, bir organizmanın ömrü boyunca ihtiyaç duyduğu muazzam miktarda ve çeşitlilikteki proteinleri çoğaltmak ve sentezlemek için gerekli kalıtsal bilgileri depolar. Nükleik asitlerde depolanan kalıtsal bilgilerin büyüme, bakım ve onarımda kullanılmak üzere proteinlere dönüştürülmesi için bu işlevleri koordine etmenin kritik süreci, ribozomlar, minik fakat hem protein hem de nükleik asitten (RNA) oluşan son derece karmaşık moleküler cihazlar tarafından ele alınır.

Kuşkusuz, bildiğimiz gibi yaşamın hayattan ne kadar farklı olabileceğini bilmiyoruz, çünkü fiziksel bir sistemin yaşama atfedilen fonksiyonları gerçekleştirmesinin tüm yollarını bilmiyoruz. Dahası, yaşamın en önemli özelliklerinin henüz keşfedilmemiş olma olasılığını göz ardı edemeyiz. Geleneksel olarak hayata atfedilen fonksiyonlar, daha temel fakat henüz bilinmeyen özelliklerin semptomlarından biraz daha fazla olabilir.

Proteinlerin ve nükleik asitlerin moleküler yapı taşlarının bazıları biyolojik işlevselliklerini etkilemeden mütevazı bir şekilde farklı olabilirdi.

Abiyotik süreçler 100’den fazla amino asit karışık kiralite (moleküler “el”) üretse de, tanıdık Dünya yaşamı proteinlerini aynı 20 amino asitten yapılandırır ve hepsi aynı “solak” kiraliteye sahiptir. Moleküler ve biyokimyasal açıdan bakıldığında bu gizemli. Laboratuarda alternatif amino asitlerin veya zıt kiral amino asitlerin kombinasyonlarından sentezlenen proteinler, yapısal ve katalitik potansiyele sahip karmaşık üç boyutlu yapılara katlanır. Kuşkusuz uygun ortamlarda işlevsel olacaklardır.

Ayrıca, RNA virüsleri hariç , Dünya üzerindeki tüm yaşam kalıtsal bilgilerini saklamak için DNA’yı kullanır. Dört baz – adenin, timin, guanin ve sitozin bilgiyi kodlamak için birbirini dışlayan iki çift halinde düzenlenmiştir. Ancak DNA’nın moleküler yapı taşları farklı olabilirdi.

Steve Benner ve çalışma arkadaşlarının gösterdiği gibi, çift zincirli DNA, birbirini dışlayan altı çiftte düzenlenmiş en az 12 baz içerebilir. Kalıtsal bilgi nükleik asitler üzerinde, amino asitler ve baz üçlülerinin ( kodonlar ) benzersiz ama biraz gereksiz bir şekilde yazılması yoluyla kodlanır. Ancak bazı kodonların farklı amino asitlerle eşleştirilemeyeceğini düşünmek için çok az neden var. Üçlü kodlama şemasının 4 baz ve 20 amino asit için en verimli olduğu iddia edilmiştir. Bununla birlikte, farklı sayıda baz veya amino asit kullanan bir yaşam biçimi için de bunun geçerli olması pek olası değildir.

Öyleyse neden bugün bildiğimiz hayat, moleküler yapı taşlarının özel kombinasyonlarını kullanıyor? En iyi açıklama, bunların erken Dünya’daki koşulların sonucu olduğudur. Bu sadece proteinler ve nükleik asitler için değil, aynı zamanda ribozomlar için de geçerlidir. Kalıtsal bilginin işlevsel, kendi kendini koruyan organizmalara çevirisini fiziksel olarak fark ettikleri için ribozomlar, tanıdık yaşamın moleküler mimarisinin tam kalbinde yer alır. Onların benzersiz özellikleri neredeyse kesinlikle tarihsel olasılıkların ürünüdür. Bu nedenle, tanıdık yaşam hücrelerinde bulunan ribozomların, nükleik asitler üzerinde depolanan kalıtsal bilgilerin, ilk proto-hücrelerin kullandığı orijinal mekanizmayı bir kenara bırakarak, proteinlere çevirmesi için tek olasılığı temsil etmesi olası değildir.

Yaygın olarak, yaşamın Dünya’da sadece bir kez kaynaklandığı varsayılır. Ancak, yaşamın ortaya çıkışı, erken Dünya’da mevcut olan belirli fiziksel ve kimyasal koşullar altında oldukça muhtemelse, o zaman yaşamın birden fazla beşiği olabilirdi. Erken Dünya’nın farklı bölgelerinde bulunan organik molekül koleksiyonlarında doğal varyasyonlar olmalı. Hayatın Dünya’dan kaynaklandığını ve burada başka bir yerden taşınmadığını varsayarsak, Dünya yaşamının ilk formlarının tamamen aynı moleküler yapı taşlarından yapılmış olması olası değildir.

Birçok biyolog ve biyokimyacı ilk proto-organizmaların farklı moleküller kullanmış olabileceğini kabul etmeye istekli olsa da, çok azı bir sonraki adımı atmaya ve mikrobiyal soylarının bugün hala bizimle olma olasılığını ciddi bir şekilde eğlendirmeye isteklidir. Üç nedenden bahsedilir.

İlk olarak, yaşamın en erken biçimlerindeki herhangi bir varyasyon, tek bir yaşam biçimine lateral gen transferi ile birleştirilirdi. İkincisi, atalarımız, hayati kaynaklar için acımasız Darwinian uzun zaman önce diğer yaşam formlarını ortadan kaldıracaktı. Üçüncüsü, alternatif yaşam formları mevcut olsaydı, onları keşfederdik ya da en azından onların belirtileri üzerine anlayabirdik. Ancak meslektaşım Shelley Copley ve ben tartıştığımız gibi, bu nedenlerin hiçbiri yakından incelenmemektedir.

“Yanal” gen transferi, genlerin ebeveynlerden çocuğa “yatay olarak” aktarılmak yerine bir mikrop genomundan diğerine aktarılmasıdır. Lateral gen transferi, yaşamın farklı alanlarından (Archaea, (Eu) bakteri ve tek hücreli Ökaryya) olanlar da dahil olmak üzere, çok farklı çeşitler arasında meydana gelen mikroplar arasında çok yaygındır. Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, lateral gen transferinin mikrobiyal evrimde merkezi bir rol oynadığı düşünülmektedir. Carl Woese, en eski proto hücrelerinin yalnızca lateral gen transferine girdiğini düşünüyor. Bu sürecin, ilkel yaşamın herhangi bir alternatif biçimini, bugün bildiğimiz yaşamın sonunda ortaya çıktığı tek homojen bir proto hücre havuzuna birleştireceğini iddia ediyor.

Bu senaryodaki sorun, yanal gen transferinin (bugün bildiğimiz gibi) sadece replikasyon, transkripsiyon ve translasyon için aynı çekirdek moleküler makineleri paylaşan mikroplar için mümkün olmasıdır. Bilinen tüm mikroplar bu makineyi paylaşır, bu yüzden lateral gen transferine girebilirler. Ancak, üç alanın herhangi birinden gelen hiçbir mikrop, örneğin kimliğinden veya sayısından farklı bazlar kullanan mütevazı olarak farklı bir yaşam biçiminden bile genleri dahil edemezdi. Böyle bir olayın meydana geleceğini varsayarsak bile, gen kopyalanamaz veya protein yapmak için kullanılamaz.

Woese’nin proto hücreleri arasındaki değişimlerin çoğaltma, transkripsiyon ve çeviri makineleri bulunmadan önce gerçekleştiği varsayılıyor. Fakat yine de, bugün bildiğimiz gibi hayatı karakterize eden proteinler ve nükleik asitler arasındaki karmaşık işbirlikçi düzenlemenin, polipeptitler ve oligonükleotitler gibi düzensiz bir ilkel biyomolekül değişiminden nasıl ortaya çıkabileceğini görmek zordur. Bunu yapabileceğini varsayarsak bile, böyle bir sürecin gezegen genelinde tek bir homojen proto hücre havuzu üretmesi olası değildir. Dünya büyük bir yer ve coğrafi izolasyon, kaçınılmaz olarak, bugün olduğu gibi, temel moleküler yapı taşlarının bazılarında farklı yerel proto hücre havuzları üretiyordu.

Tek bir homojen hücre topluluğundan ziyade, lateral gen transferinin, birçoğu bağımsız olarak daha karmaşık mikrobiyal yaşam formlarına geçiş yapabilen veya bu nedenle hala kalıntıları olarak var olabilen çeşitli izole homojen topluluklar vermesi muhtemeldir. Mesele şu ki, yanal gen transferi hakkındaki mevcut bilgimiz bugün Dünya’da alternatif mikrobiyal yaşam biçimlerinin olamayacağı iddiasını desteklememektedir.

Bazen yaşam biçimimizin o kadar sağlam ve saldırgan olduğu, başka hiçbir yaşam biçiminin onunla rekabet edemeyeceği şekilde korunur.

Ancak bu itiraz dayanmaz. Mikrobiyal topluluklar, çevrelerini önemli şekillerde değiştirerek istikrarlı ekolojik nişler yaratan son derece organize sistemlerdir. Bu tür toplulukların çeşitliliği şaşırtıcıdır. Genellikle yaşamın üç alanından mikroplar içerirler ve belirli bir alandaki farklı türlerin sayısı çok fazladır. Bazı türler çok az sayıda bulunur. Bununla birlikte, nadir bir mikrop olmak evrimsel bir dezavantaj değildir, çünkü nadir bulunan mikroplar, diğer mikrop çeşitleri tarafından kullanılan, üretilen veya göz ardı edilen malzeme üreten veya kullanan, yaygın mikroplardan farklı ekolojik nişler işgal eder.

Ancak hayati kaynaklar için rekabette bir şekilde dezavantajlı olsaydı, alternatif bir mikrobiyal yaşam biçimi, kendisini tanıdık yaşamla rekabetten esasen çıkaracak şekilde evrimleşmiş olabilirdi. Doğal seleksiyon, temel moleküler yapı taşlarında tanıdık yaşamdan en farklı olanların hayatta kalmasını destekleyebilirdi ve bu yüzden tanıdık yaşam onları daha az besleyici bulurdu. Alternatif olarak, farklı bir mikrobik yaşam biçimi, aşırı kuru çöller gibi tanıdık yaşama daha az misafirperver ortamlara adapte olmuş olabilir.

Başka bir deyişle, alternatif bir mikrobiyal yaşam biçiminin, tanıdık mikroplarla rekabette hayatta kalacak şekilde evrimleşemeyeceği açık değildir. Bu bizi belki de bilimsel olarak en zorlayıcı itirazın ne olduğuna getiriyor: Dünyada alternatif bir mikrobiyal yaşam biçimi olsaydı, çağdaş mikrobiyologların kullanabileceği sofistike araçları kullanarak şimdiye kadar ya da en azından onun belirtileriyle karşılaşırdık.

Mikrobiyal dünyayı keşfetmek için kullanılan birincil araçlar, rRNA gen dizilerinin mikroskopisi, yetiştirilmesi ve PCR amplifikasyondur.

Mikroskopla inceleme sınırlı faydaya sahiptir. Yakınsak evrim fenomeni bize vücut yapısındaki yüzeysel benzerliklerin çok yanıltıcı olabileceğini öğretmiştir. Arkaik mikroplar iyi bir örnek sağlar. Bir mikroskop altında, hemen hemen Eubacteria’ya benziyorlar ve aslında oldukça yakın zamana kadar her ikisi de sadece çevrelenmiş hücre içi yapılardan yoksundur ve dolayısıyla çekirdek gibi zarla çevrelenmiş hücre içi yapılara sahip olan tek hücreli Eukarya’dan farklıdır. Bu çarpıcı fark, oldukça yakın zamana kadar tüm prokaryotik mikropları tek bir krallık (“Bakteriler”) altında gruplandırmak için merkezi gerekçesi sağlayan rezil prokaryot-ökaryot ayrımının arkasında yatıyor.

Oysa şimdi, Arkea ve Eubacteria arasında, Arkea ve Ökarya arasında olduğundan daha fazla genetik ve biyokimyasal farklılık olduğunu biliyoruz. Bu keşif, yaşamın geleneksel beş krallığını (Animalia, Plantae, Fungi, Protoctista, Bacteria) üç yaşam alanı (Eukarya, Eubacteria, Archaea) ile değiştirerek biyolojik taksonomide devrim yarattı. Bu nedenle, mikroskop altında tanıdık bir yaşam biçimine benzeyen herhangi bir mikropun aslında tanıdık bir yaşam biçimi olduğu sonucuna varmak yanlış olur.

Bireysel mikroplarla ilgili en kapsamlı bilgimiz, yetiştirme yoluyla elde edilmiştir. Bir mikrop yetiştirmek mikrobiyologların bu mikropların yapısal, enzimatik ve genetik materyallerinin kapsamlı analizlerini yapmalarına izin veren büyük miktarlarda özdeş mikroplar üretir. Bununla birlikte, mikropları kültürleme yeteneğimiz oldukça sınırlıdır. Mikroskop altında görebildiğimiz şeyin yüzde 1’inden daha azının kültürlendiği tahmin edilmektedir.

Sorun, mikropların çok farklı fiziksel ve kimyasal koşullar altında gelişmesidir. Farklı basınçlar, sıcaklıklar, pH vb. Çok çeşitli enerji ve besin kaynaklarından faydalanırlar. Bir laboratuvar ortamında bu karmaşık koşulları çoğaltmak yerine tanımlamak zordur. Alternatif bir mikrobik yaşam biçimi için durum daha da kötüdür, çünkü beklenmedik kimyasal ve fiziksel büyüme koşulları gerektirme olasılığı daha yüksektir. Dolayısıyla, hiç kimse bir petri kabında büyüyen alternatif bir mikrobiyal yaşam biçimi keşfetmediğinden, bu tür mikropların var olmadığı sonucuna varamayız.
Ribozomal RNA genlerinin polimeraz zincir reaksiyonu ( PCR ) amplifikasyonu, çevresel örneklerde kültürü zor mikropları tanımlamak için şu anda mevcut olan en güçlü araçtır. PCR amplifikasyonunun, mikrobiyal yaşamın alternatif formlarını tespit etmek için çok zayıf bir araç olmasını sağlayan iki özelliği vardır. Ribozomal RNA’yı ( rRNA) çoğaltır) genler, bu yüzden ribozomlardan yoksun bir yaşam biçimini tespit etmemize izin vermez. PCR amplifikasyonu ayrıca yaşamın üç alanından birinden evrensel primerlerin (küçük sentetik nükleik asit parçaları) kullanılmasını gerektirir. Mikrobiyal yaşamın alternatif bir formunun, olası görünmeyen ribozomlara sahip olduğunu varsayarsak bile, rRNA’sı PCR ile çoğaltılacak tanıdık yaşamın üç alanından neredeyse kesinlikle farklı olacaktır. Aslında, rRNA genleri PCR ile çoğaltılabilen herhangi bir mikrop bilinen bir yaşam biçimi olmalıdır! Bu nedenle, PCR yoluyla çevresel numunelerdeki alternatif mikrobiyal yaşam formlarını tespit etmememiz, var olmadıklarına inanmak için bize iyi bir neden sağlamaz.

Bu bizi son itiraza getiriyor. Yaşam her zaman çevresini değiştirir, enerji çıkarır, yapıları inşa eder ve atık ürünler üretir.

Ayrıca, şaşırtıcı, biyolojik bir iz ile karşılaşıldığında, varsayılan varsayım, ya tanıdık yaşam ya da biyolojik olmayan süreçler tarafından üretildiğidir. Mikrobiyal yaşamın alternatif bir formunu temsil etme olasılığı asla ciddi şekilde eğlendirilemez. Bugün Dünya’da sadece bir yaşam biçimi olduğu varsayımı modern biyoloji paradigmasının bir parçasıdır.

Thomas Kuhn , bilimsel araştırmanın büyük çoğunluğunun bir paradigmanın sınırları içinde yapıldığını belirtti. Paradigmalar sadece teorileri değil, aynı zamanda yöntemleri, enstrümanları, somut örnekleri, onaylanmış metinleri ve en önemlisi amaçlarımız için yardımcı varsayımları içerir. Bunlar, bilimsel araştırmalar için, hipotezlerin inşasını, deneylerin tasarımını ve sonuçların yorumlanmasını kolaylaştıran çok değerli araçlardır. Bununla birlikte, Kuhn’a göre, paradigmalar doğanın keşfini de engelleyebilir, araştırmacıları belirli araştırma yollarından vazgeçerek ve verilerin yorumlanma yollarına ağırlık vererek önemli olasılıklara bağlayabilir. Sonuç olarak, önemli bilimsel keşifler yıllarca ertelenebilir.

Kuhn, paradigmaların bilim adamlarını yeni keşiflere nasıl kör edebileceğini göstermek için astronomi örnekleri kullandı. Biyolojide, biyolojik taksonomide devrim yaratan tanıdık mikrobiyal yaşamın yeni bir çeşidi olan Archaea’nın keşfi gibi benzer vakalar bulunabilir. Gez, hücre morfolojisindeki önemli benzerliklerine rağmen, bazı prokaryotların diğerlerinden temel olarak farklı olduğuna dair işaretler olduğu açıktır..

Ancak biyologlar, taksonomik ilişkileri anlamak için yol gösterici ilke olarak hücresel morfolojiyi kullanan prokaryot ökaryot paradigması altında çalıştıklarından, bu işaretler tanınmadı. Mikrobiyologlar farkında olmadan yeni bir tür mikrop üzerinde tökezlediler, ancak bunu fark etmediler, çünkü bu tür mikroorganizmaların var olduğunu reddeden prokaryot ökaryot paradigması altında çalışıyorlardı.

Ders açık olmalıdır. Mikrobiyologlar bugün Dünya’da sadece bir yaşam biçimi olduğunu söyleyen bir paradigma altında çalıştıklarından, onlarla karşılaşsalar bile alternatif bir mikrobiyal yaşam formunun izlerinin önemini fark etmeleri pek olası değildir.

Yaşamın bildiğimiz gibi hayattan ne kadar farklı olabileceğini bilmesek de, Dünya’daki yaşamın moleküler mimarisinde ve yapı taşlarında en azından mütevazı derecede farklı olabileceğini düşünmek için iyi nedenler var. Gölge mikropları için özel bir araştırma ciddiye alınmalıdır. Başlangıç ​​noktası , tanıdık yaşam açısından açıklanması zor ve abiyotik süreçler açısından açıklanması zor olan gibi bilinen şaşırtıcı olaylarla ilgilidir.

Gölge mikrobiyal biyosferin keşfi felsefi ve bilimsel olarak önemli olacaktır. Dünya yaşamının ortak bir kökene sahip olduğu ve dolayısıyla yaşamın tek bir örneğini temsil ettiği açıktır. Mantıken konuşmak gerekirse, tek bir örnek temelinde genelleme yapılamaz. Eğer yaşamın genel doğası hakkında tatmin edici bir anlayışa ulaşacaksak, alışılmadık yaşam biçimlerine örneklere ihtiyacımız var.