Bakteriler ilk defa karbon ve silikonu bağladı. Peki, bize ne öğretebilirler?
Burada, yani dünyada, silikon; taşların, camın ve bilgisayar çiplerinin maddesi. Bazen yaşam formlarında da kendini gösteriyor. Bitkilerde ve deniz yosunlarında ve hatta bazı izleri vücudumuzda bulunuyor. Fakat bizim bildiğimiz kadarıyla “yaşam” bu elementi çok da kullanmıyor.
Dünya’daki yaşamın temel içeriğini karbon oluşturuyor. Hücrelerimiz baş döndürücü bir şekilde sıralanmış karbonların bir araya gelmesi sonucu oluşuyor. Bu karbon zincirlerinde de birkaç farklı element oluyor.
Ama silikon da bunlar için iyi bir aday olabilir gibi görünüyor. “Eğer bir yaşam formuysan ve bir yerlerde var olmak istiyorsan, kolay bulunan ve kolay ulaşılabilen inşa malzemeleri kullanmak istersin. Bu tabi ki de karbon, ama belli bir dereceye kadar silikon da olabilir.” Diyor Berlin Teknik Üniversitesi’nde bir astrobiyolog olan DirkSchulze-Makuch.
Bilim kurgu, uzaylılar hakkında eski ve sıkıcı karbon hikâyesi yerine silikon üzerinde kafa yormaya bayılıyor. Bilim adamları geçtiğimiz günlerde canlı hücreleri bu iki elementi bağlamak için kandırmayı başardılar. Normalde İzlanda’nın sıcak su bölgelerinde bulunan bir proteinin, silikon merkezli bileşikler sağlandığında karbon-silikon bağları içeren hücreler üretebildiği Science dergisinin 25 Kasım tarihli sayısında bildirildi.
Caltech’te kimya mühendisi olan ortak yazarlardan Frances Arnold “Doğada hali hazırda var olan bir şey, bu yeni kimyasal işleri yapmak için hareket etmeye ve bu işi gerçekten de çok iyi yapmaya hazır,” diyor. “Doğanın daha evvel hiç yapmadığı bileşiklere bir yol açıyor. Bundan sonra bilim bunun yaşamsal faaliyetlere ne gibi artı ve eksilerinin olacağını araştırabilir.”
Silikon bazlı yaşam bizim gezegenimiz için pek uygun değil ama bilim adamları bunun daha uygun olabileceği yerleri hayal edebiliyorlar ve eğer silikonu biyokimyaya daha çok adapte edersek neler olabileceğini keşfetmek istiyorlar.
Karbonun hüküm sürdüğü yer
Karbon ve silikon bazı benzer kimyasal özellikler içeriyor. “Periyodik tabloda tam olarak karbonun altında, dolaysıyla bazı özellikleri karbona çok yakın,” diyor Shulze-Makuch. Tıpkı Karbon gibi silikon da tek seferde dört atoma kadar bağ yapabilir. Bu özellik de onu DNA ve protein gibi karmaşık moleküllerin yapıtaşı olarak cazibeli bir atom haline getiriyor.
Ve etrafta çok sayıda silikon bulunuyor; Dünya’nın kabuğunun neredeyse %30’unu oluşturuyor. Bu özellik de onu oksijenden sonra en bol bulunan element haline getiriyor.
O zaman neden Dünya’da silikon merkezli yaşam yok?
Temel olarak, Dünya karbon bazlı yaşamlar için tam olarak uygun koşulları barındırıyor, bunun yanında silikon için pek de imkân yok.
Saf karbon Dünya üzerinde grafit veya elmas halinde bulunabiliyor. “Kararalı halde ve direk olarak oksijenle temasa girmiyor.” Diyor Schulze-Makuch. Eğer karbon içeren bileşikler yanar ve oksijenle temasa girerse bu durum yaşam tarafından kullanılabilecek karbondioksiti meydana getiriyor.
Diğer taraftan silikon doğada tek başına bulunmuyor. Silikon oksijen ile buluştuğunda o oksijeni de alıp silikat üretme eğilimi gösteriyor. Bunlar Silikon ve Oksijen içeren bileşikler ve Dünya üzerindeki taş ve minerallerin çoğunu oluşturuyorlar. “Silikon ile birlikte oksijen veya su temas ettiğinde taş meydana geliyor ve daha fazlası olmuyor.”
Su, Dünya’daki yaşam için vazgeçilmezken, silikon merkezli yaşam bunu aynı şekilde kullanmayabilir. Onun biyokimyası birçok özellik için başka bir moleküle dayanmasına (metan olabilir) neden olabilir.
Yani benzerliklerine rağmen silikon ve karbon farklı davranıyorlar. “Hiçbir şekilde birebir olarak yerini tutamaz. Normal koşular altında bu gezende silikon merkezli yaşama uygun görünmüyor,” diye bildiriyor Arnold.
Peki silikon merkezli yaşam başka bir yerde yeşerebilir mi?
Satürn’ün en büyük uydusu olan Titan’ın yüzey sıcaklığı -178 derece. Uyduda çok az oksijen var, olan bütün sular donmuş ama garip nehir ve göllerde sıvı metan bulunuyor. Uzaylı yaşam formları üretebilecek silikon merkezli bileşikler bu şartlarda var olabilir.
İlk bakışta Titan silikon merkezli uzaylılar için gerçek ortammış gibi görünüyor. “Ama Titan ile ilgili problem çok fazla karbon ihtiva etmesi, Titan’da Dünya’dakinden bile çok karbon bulunuyor,” diye ifade ediyor Schulze-Makuch. “Modellerimize göre orada çok fazla silikon bulmak mümkün değil.”
Titan’da bulunan silikon uydunun çekirdeğine çok yakın bir derinlikte. “Silikon merkezli bir yaşam istiyorsanız, bu elementin gezegenin yüzeyinde ve kullanıma hazır olması gerekiyor. Bunun olabileceği gezegenler, uydular ve senaryolar da olabilir.”
Bilim adamları çok sıcak magma tabakalarında bulunabilecek taşlaşmış silikatlarda yaşam bulmak üzerine de kafa yordular.
Başka bir olasılık silikona bağımlı ama onu karbon ile değiştirmeyen uzaylılar olabilir. Böyle bir durumda uzaylıların bu ikisini birleştirmesi gerekir. Karbon-silikon bağı içeren materyaller uzayda çoktan bulundu. “Ama onlara nadiren rastlıyoruz, bulduğumuz karbon içerikli maddeler sayıca çok daha fazla.”
Silikona dayanan yaşam dışarıda bir yerlerde olabilir ama böyle bir şeyin yaygın olma ihtimali çok düşük.
Dünya’daki olasılıklar
Arnold ve meslektaşlarının yeni projesi neden Dünya’daki evrimde silikonun bu kadar az kullanıldığını açıklayabilecek bazı ipuçları sunuyor.
Karbon-silikon bileşiklerini üretebilmek için Koli Basili (Escherichia coli) bakterilerini ilk defa kullandıklarında süreç hiç verimli değildi. Fakat birkaç mutasyondan sonra, enzimler silikon moleküllerine laboratuvar ortamında olandan 15 kat verimli şekilde hızlandırdı. 20 tane bileşik ürettiler ve hepsi de kararlıydı.
Yani enzimlerin karbon-silikon bağları yapmak için çok da cesaretlendirilmeye ihtiyaçları yok. Yine de büyük ihtimalle bu doğada meydana gelmiyor. “Bunun biyolojik sistem için çok basit bir şey olduğunu söyleyebilir ve doğada meydana gelme ihtimalini nasıl olur da düşük olarak kategorize ettiğimizi sorabilirsiniz,” diyor Arnold. “Açıkçası kesin bir bilgimiz yok ama böyle bir şeyin olması pek de olası değil.” Silikon içeren bileşikleri laboratuvarda enjekte ettiler, yani yeni hücreler insan yapımıydı.
Fakat laboratuvar ortamında yapılmış karbon-silikon bağları uçarı umutlardan daha öte bir yerde. Bakterilere, ihtiyacımız olan ürünleri yapmaları için benzer metotlarla baskı uygulayabiliriz.
Karbon-silikon bağları içeren yaşam formalarının varlığı şu ana kadar bilinmiyor olsa da sürekli bir şekilde bu bileşikleri üretebilecek yollar buluyoruz. Eczacılıktan elektroniğe bir sürü alanda bu bağlar kullanılıyor. Bu bağlar laboratuvar ortamında üretiliyor, ama Arnold’ın umudu bir gün bu süreçte mikropların kullanılması ve bu bileşiklerin üretiminde daha ucuz ve çevreci bir yol izlenmesi.
Arnold “Bir enzim, kimyacıların sadece kendilerinin yapabileceklerini düşündüğü şeyler yapabilir,” diyor. “Ve şu anda kullandığımız malzemelerden daha iyilerini yapabilmek için yeni materyaller keşfetmemiz gerekiyor. Kimyasal bağlar, kimilerinin yararlı olabileceği binlerce şeklide ortaya çıkabilir. Bunların hepsi tamamıyla yani kimyasal birimler ve sadece bakteriler aracılığı ile elde edilebiliyorlar.”
Kimyagerler, silikon canlı bir hücreye girdiğinde neler olabileceğini inceliyorlar. “Büyük ihtimalle silikon içeren bileşikler yapabiliriz, silikon içeren yağlar ve belki de proteinler, ama asıl soru şu: Hayat bununla ne yapar? Hücre, içinde olan şeyin silikon mu yoksa karbon mu olduğunu anlamayacak kadar kör mü? Hücre silikonu dışarı mı tükürür yoksa yer mi? Silikon, yaşamın daha evvel sahip olmadığı özellikler sunabilir mi?
Eğer silikonu adapte etmek hücreye yardım edecekse, hiç değilse zarar vermeyecekse, bu doğru materyaller ile silikonun daha çok kullanılabileceğine delalet olabilir.
Hatta bilim adamları mikroplar aracılığı karbonu normalde pek de kullanılmayan elementlere bağlamak konusunda adım atabilirler. “Doğa tarafından neredeyse hiç el sürülmemiş geniş bir periyodik cetvel var. Yaşam; karbon, oksijen nitrojen, hidrojen ve az sayıda diğer elementler tarafından domine edilmiş durumda.”
“Diğer elementleri de işin içine sokarsak ne olur? Doğa bunu yapabilir mi?” diye soruyor Arnold. “Açıkçası, kimyagerlerin yaptıkları şeylerin ne kadarını doğaya öğretebileceğimizi görmek isterdim. O zaman kimya fabrikaları yerine bakterileri kullanabilirdik.”
_______________________________________________________________________Çeviren: Şerif Kaya Çınar
