Abiyogenez
Biyolojide abiyogenez ya da yaşamın kökeni, yaşamın basit organik bileşikler gibi cansız maddelerden ortaya çıktığı doğal bir süreçtir. Hakim bilimsel hipotez, cansız varlıklardan canlı varlıklara geçişin tek bir olay değil, yaşanabilir bir gezegenin oluşumu, organik moleküllerin prebiyotik sentezi, moleküler kendini kopyalama, kendini birleştirme, otokataliz ve hücre zarlarının ortaya çıkışını içeren artan karmaşıklıkta evrimsel bir süreç olduğudur. Sürecin farklı aşamaları için birçok öneri yapılmıştır. ⓘ
Abiyogenez çalışması, yaşam öncesi kimyasal reaksiyonların, bugün Dünya'dakinden çarpıcı biçimde farklı koşullar altında yaşamı nasıl ortaya çıkardığını belirlemeyi amaçlamaktadır. Öncelikli olarak biyoloji ve kimya bilimlerinin araçlarını kullanırken, daha yeni yaklaşımlar birçok bilimin sentezini yapmaya çalışmaktadır. Yaşam, karbon ve suyun özelleşmiş kimyası aracılığıyla işler ve büyük ölçüde dört temel kimyasal ailesine dayanır: hücre zarları için lipidler, şekerler gibi karbonhidratlar, protein metabolizması için amino asitler ve kalıtım mekanizmaları için nükleik asitler DNA ve RNA. Başarılı bir abiyogenez teorisi, bu molekül sınıflarının kökenlerini ve etkileşimlerini açıklamalıdır. Abiyogeneze yönelik pek çok yaklaşım, kendini kopyalayan moleküllerin ya da bileşenlerinin nasıl ortaya çıktığını araştırmaktadır. Araştırmacılar genellikle mevcut yaşamın bir RNA dünyasından türediğini düşünse de, kendi kendini kopyalayan diğer moleküller RNA'dan önce var olmuş olabilir. ⓘ
Klasik 1952 Miller-Urey deneyi, proteinlerin kimyasal bileşenleri olan amino asitlerin çoğunun, Dünya'nın ilk zamanlarını taklit etmeye yönelik koşullar altında inorganik bileşiklerden sentezlenebileceğini göstermiştir. Yıldırım, radyasyon, mikro meteorların atmosferik girişleri ve deniz ve okyanus dalgalarındaki kabarcıkların patlaması gibi dış enerji kaynakları bu reaksiyonları tetiklemiş olabilir. Diğer yaklaşımlar ("önce metabolizma" hipotezleri), erken Dünya'daki kimyasal sistemlerdeki katalizin kendi kendini kopyalamak için gerekli öncü molekülleri nasıl sağlamış olabileceğini anlamaya odaklanmaktadır. ⓘ
Genomik bir yaklaşım, yaşamın iki ana kolunun üyeleri olan (Ökaryotların arke koluna ait olduğu) Arke ve Bakteriler tarafından paylaşılan genleri tanımlayarak modern organizmaların son evrensel ortak atasını (LUCA) karakterize etmeye çalışmıştır. 355 genin tüm yaşam için ortak olduğu görülmektedir; bu genlerin doğası, LUCA'nın Wood-Ljungdahl yolu ile anaerobik olduğunu, kemiyozmoz ile enerji elde ettiğini ve DNA, genetik kod ve ribozomlar ile kalıtsal materyalini koruduğunu ima etmektedir. LUCA 4 milyar yıl önce (Gya) yaşamış olmasına rağmen, araştırmacılar bunun yaşamın ilk formu olduğuna inanmamaktadır. Daha önceki hücreler sızdıran bir zara sahip olabilir ve derin denizlerdeki beyaz dumanlı bir hidrotermal bacanın yakınında doğal olarak oluşan bir proton gradyanından güç almış olabilir. ⓘ
Dünya, evrende yaşam barındırdığı bilinen tek yer olmaya devam etmektedir ve Dünya'dan elde edilen fosil kanıtlar, abiyogenez çalışmalarının çoğunu bilgilendirmektedir. Dünya 4,54 Gya'da oluşmuştur; Dünya'daki yaşamın tartışmasız en eski kanıtları en az 3,5 Gya'dan kalmadır. Fosil mikro-organizmaların, Hadean sırasında 4.4 Gya okyanus oluşumundan hemen sonra, Quebec'ten 3.77 ila 4.28 Gya'ya tarihlenen hidrotermal havalandırma çökeltileri içinde yaşadığı görülmektedir. ⓘ
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. 2,7 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, biyolojik göstergelerin ise fotosenteze 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. ⓘ
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. ⓘ
Genel bakış
Yaşam (kalıtsal) varyasyonlarla üremeden oluşur. NASA yaşamı "Darwinci evrim geçirebilen, kendi kendini idame ettiren kimyasal bir sistem" olarak tanımlamaktadır. Böyle bir sistem karmaşıktır; muhtemelen yaklaşık 4 milyar yıl önce yaşamış tek hücreli bir organizma olan son evrensel ortak ata (LUCA), bugün evrensel olan DNA genetik kodunda kodlanmış yüzlerce gene zaten sahipti. Bu da mesajcı RNA, transfer RNA'ları ve kodu proteinlere çevirmek için ribozomları içeren bir dizi hücresel mekanizma anlamına gelmektedir. Bu proteinler, Wood-Ljungdahl metabolik yolu aracılığıyla anaerobik solunumunu çalıştıracak enzimleri ve genetik materyalini çoğaltacak bir DNA polimerazı içeriyordu. ⓘ
Abiyogenez (yaşamın kökeni) araştırmacıları için zorluk, ilk bakışta tüm parçaları işlevini yerine getirebilmesi için gerekli olan böylesine karmaşık ve birbirine sıkı sıkıya bağlı bir sistemin evrimsel adımlarla nasıl gelişebildiğini açıklamaktır. Örneğin, ister LUCA ister modern bir organizma olsun, bir hücre DNA'sını DNA polimeraz enzimi ile kopyalar ve bu enzim de DNA'daki DNA polimeraz geninin tercüme edilmesiyle üretilir. Biri olmadan ne enzim ne de DNA üretilebilir. Evrimsel süreç, moleküler kendi kendini kopyalama, hücre zarları gibi kendi kendini birleştirme ve otokatalizi içermiş olabilir. ⓘ
LUCA gibi canlı bir hücrenin gelişiminin öncülleri, ayrıntıları tartışmalı olsa da yeterince açıktır: mineral ve sıvı su kaynağı ile yaşanabilir bir dünya oluşur. Prebiyotik sentez, proteinler ve RNA gibi polimerler halinde bir araya getirilen bir dizi basit organik bileşik yaratır. LUCA'dan sonraki süreç de kolayca anlaşılabilir: Darwinci evrim, çeşitli formlara ve biyokimyasal yeteneklere sahip çok çeşitli türlerin gelişmesine neden olmuştur. Bununla birlikte, LUCA gibi canlıların basit bileşenlerden türetilmesi anlaşılmaktan uzaktır. ⓘ
Dünya yaşamın bilindiği tek yer olmaya devam etse de, astrobiyoloji bilimi diğer gezegenlerde yaşam olduğuna dair kanıtlar aramaktadır. Yaşamın kökenine ilişkin 2015 NASA stratejisi, evrimleşebilen makromoleküler sistemlerin çeşitliliğine, seçimine ve çoğalmasına katkıda bulunan etkileşimleri, aracı yapıları ve işlevleri, enerji kaynaklarını ve çevresel faktörleri belirleyerek ve potansiyel ilkel bilgi polimerlerinin kimyasal manzarasını haritalandırarak bulmacayı çözmeyi amaçlamıştır. Çoğalabilen, genetik bilgi depolayabilen ve seçilime tabi özellikler sergileyebilen polimerlerin ortaya çıkışının, büyük olasılıkla prebiyotik kimyasal evrimin ortaya çıkışında kritik bir adım olduğu öne sürülmüştür. Bu polimerler de, çevredeki reaksiyonlarla oluşmuş olabilecek nükleobazlar, amino asitler ve şekerler gibi basit organik bileşiklerden türemiştir. Yaşamın kökenine ilişkin başarılı bir teori, tüm bu kimyasalların nasıl ortaya çıktığını açıklamalıdır. ⓘ
1960'lara kadar kavramsal tarihçe
Spontane üretim
Aristo'dan 19. yüzyıla kadar yaşamın kökenine ilişkin eski görüşlerden biri kendiliğinden oluşumdur. Bu teori, "aşağı" hayvanların çürüyen organik maddeler tarafından üretildiğini ve yaşamın tesadüfen ortaya çıktığını savunuyordu. Bu teori 17. yüzyıldan itibaren Thomas Browne'un Pseudodoxia Epidemica'sı gibi eserlerde sorgulanmıştır. 1665 yılında Robert Hooke bir mikroorganizmanın ilk çizimlerini yayınladı. 1676'da Antonie van Leeuwenhoek, muhtemelen protozoa ve bakteri olan mikroorganizmaları çizdi ve tanımladı. Van Leeuwenhoek kendiliğinden oluşuma karşı çıktı ve 1680'lerde kapalı ve açık et inkübasyonundan böcek üremesinin yakından incelenmesine kadar çeşitli deneyler kullanarak teorinin yanlış olduğuna kendini ikna etti. 1668 yılında Francesco Redi, sineklerin yumurtlaması engellendiğinde ette kurtçuk oluşmadığını göstermiştir. 19. yüzyılın ortalarına gelindiğinde, kendiliğinden oluşumun kanıtlanmadığı düşünülüyordu. ⓘ
Panspermia
MÖ 5. yüzyılda Anaxagoras'a kadar uzanan bir başka eski fikir de panspermia, yani yaşamın meteoroidler, asteroidler, kuyruklu yıldızlar ve gezegenimsiler tarafından dağıtılmış olarak evrenin her yerinde var olduğu fikridir. Yaşamın kendi içinde nasıl ortaya çıktığını açıklamaya çalışmaz, ancak Dünya'daki yaşamın kökenini başka bir gök cismine kaydırır. Bunun avantajı, yaşamın oluştuğu her gezegende değil, daha sınırlı bir dizi yerde (hatta potansiyel olarak tek bir yerde) oluşmuş olması ve daha sonra kuyruklu yıldız ya da meteor çarpması yoluyla galaksideki diğer yıldız sistemlerine yayılmış olmasıdır. ⓘ
"Sıcak küçük bir göl": ilkel çorba
Yaşamın cansız maddelerden yavaş aşamalarla oluştuğu fikri, Herbert Spencer'ın 1864-1867 yılları arasında yayımlanan Biyolojinin İlkeleri adlı kitabında ve William Turner Thiselton-Dyer'ın 1879 tarihli "Kendiliğinden Oluşum ve Evrim Üzerine" adlı makalesinde yer almıştır. Charles Darwin 1 Şubat 1871'de Joseph Hooker'a bu yayınlar hakkında yazdı ve kendi spekülasyonunu ortaya koyarak yaşamın ilk kıvılcımının "her türlü amonyak ve fosforik tuzun, ışığın, ısının, elektriğin vb. bulunduğu, daha karmaşık değişimlere uğramaya hazır bir protein bileşiğinin kimyasal olarak oluştuğu sıcak küçük bir havuzda" başlamış olabileceğini öne sürdü. Darwin, "günümüzde böyle bir maddenin anında yutulacağını ya da emileceğini, oysa canlılar oluşmadan önce böyle bir şeyin söz konusu olamayacağını" açıklamaya devam etmiştir. ⓘ
1924'te Alexander Oparin ve 1929'da J. B. S. Haldane, ilk hücreleri oluşturan ilk moleküllerin ilkel bir çorbadan yavaşça kendi kendine organize olduğunu öne sürmüşlerdir. Haldane, Dünya'nın prebiyotik okyanuslarının, içinde organik bileşiklerin oluşmuş olabileceği "sıcak seyreltik bir çorbadan" oluştuğunu öne sürdü. J. D. Bernal, bu tür mekanizmaların yaşam için gerekli moleküllerin çoğunu inorganik öncülerden oluşturabileceğini gösterdi. 1967'de üç "aşama" önerdi: biyolojik monomerlerin kökeni; biyolojik polimerlerin kökeni; ve moleküllerden hücrelere evrim. ⓘ
19. yüzyılın ortalarında yaşamın doğal yollardan nasıl meydana geldiği sorusu ortaya çıktı. ⓘ
Miller-Urey deneyi
1952 yılında Stanley Miller ve Harold Urey, Oparin-Haldane hipotezinin öne sürdüğü gibi prebiyotik koşullar altında organik moleküllerin inorganik öncüllerden kendiliğinden nasıl oluşabileceğini göstermek için kimyasal bir deney gerçekleştirdiler. Amino asitler gibi basit organik monomerleri oluşturmak için metan, amonyak ve hidrojenin yanı sıra su buharı gibi yüksek oranda indirgeyici (oksijenden yoksun) bir gaz karışımı kullandı. Bernal, Miller-Urey deneyi için "bu tür moleküllerin oluşumunu açıklamak yeterli değildir, gerekli olan, bu moleküllerin kökenlerinin, serbest enerji için uygun kaynakların ve yutakların varlığını öne süren fiziksel-kimyasal bir açıklamasıdır" demiştir. Bununla birlikte, mevcut bilimsel fikir birliği ilkel atmosferi zayıf indirgeyici veya nötr olarak tanımlamakta, bu da üretilebilecek amino asitlerin miktarını ve çeşitliliğini azaltmaktadır. Bununla birlikte, erken okyanuslarda bulunan demir ve karbonat minerallerinin eklenmesi, çok çeşitli amino asitler üretmektedir. Daha sonraki çalışmalar diğer iki potansiyel indirgeyici ortama odaklanmıştır: dış uzay ve derin deniz hidrotermal bacaları. ⓘ
Yaşanabilir bir Dünya üretmek
Yaşamın kökeni zaman çizelgesi ⓘ | ||||||||||||||||||||||||
−13 — – −12 — – −11 — – −10 — – −9 — – −8 — – −7 — – −6 — – −5 — – −4 — – −3 — – −2 — – −1 — – 0 — | Karanlık Çağlar Reiyonizasyon Organik bileşikler Tek hücreli yaşam Fotosentez Çok hücreli hayat |
| ||||||||||||||||||||||
(milyar yıl önce) | ||||||||||||||||||||||||
İlk yıldızlarla birlikte erken evren
Yaklaşık 14 Gya'da meydana gelen Büyük Patlama'dan kısa bir süre sonra, evrende mevcut olan tek kimyasal elementler periyodik tablodaki en hafif üç atom olan hidrojen, helyum ve lityumdu. Bu elementler yavaş yavaş bir araya gelerek yıldızları oluşturdu. Bu ilk yıldızlar büyük kütleli ve kısa ömürlüydü ve yıldız nükleosentezi yoluyla tüm ağır elementleri üretiyorlardı. Şu anda evrende en bol bulunan dördüncü kimyasal element olan karbon (hidrojen, helyum ve oksijenden sonra), esas olarak beyaz cüce yıldızlarda, özellikle de Güneş'in kütlesinin iki katından daha büyük olanlarda oluşmuştur. Bu yıldızlar yaşam döngülerinin sonuna ulaştıklarında, aralarında karbon ve oksijenin de bulunduğu bu daha ağır elementleri evrenin dört bir yanına fırlattılar. Bu daha ağır elementler, kayalık gezegenler ve diğer cisimler de dahil olmak üzere yeni cisimlerin oluşumuna olanak sağladı. Nebular hipoteze göre, Güneş Sistemi'nin oluşumu ve evrimi 4,6 Gya'da dev bir moleküler bulutun küçük bir bölümünün yerçekimsel çöküşüyle başladı. Çöken kütlenin çoğu merkezde toplanarak Güneş'i oluştururken, geri kalanı düzleşerek gezegenlerin, uyduların, asteroitlerin ve diğer küçük Güneş Sistemi cisimlerinin oluştuğu bir protoplanetary diske dönüştü. ⓘ
Dünya'nın Ortaya Çıkışı
Dünya 4.54 Gya'da oluşmuştur. Hadean Dünyası (oluşumundan 4 Gya'ya kadar) ilk başta herhangi bir canlı organizma için uygun değildi. Oluşumu sırasında Dünya başlangıçtaki kütlesinin önemli bir kısmını kaybetti ve sonuç olarak moleküler hidrojeni ve orijinal inert gazların büyük kısmını tutacak yerçekiminden yoksun kaldı. Atmosfer büyük ölçüde su buharı, nitrojen ve karbondioksitten, daha az miktarda da karbon monoksit, hidrojen ve sülfür bileşiklerinden oluşuyordu. Karbondioksitin sudaki çözeltisinin, denizleri yaklaşık 5,5 pH ile hafif asidik hale getirdiği düşünülmektedir. Hadean atmosferi, günümüzde hala bazı abiyotik kimyayı destekleyen volkanik gazlara benzer şekilde "devasa, üretken bir açık hava kimya laboratuvarı" olarak nitelendirilmiştir. ⓘ
Okyanuslar, Dünya'nın oluşumundan 200 milyon yıl kadar sonra, sıcak, 100 C'lik, indirgeyici bir ortamda, 5.8'lik pH hızla nötre doğru yükselirken ortaya çıkmış olabilir. Bu senaryo, Batı Avustralya'daki Narryer Dağı'nın metamorfize kuvarsitinden elde edilen 4.404 Gya zirkon kristallerinin tarihlendirilmesiyle destek bulmuştur. Muhtemelen artan volkanizmaya rağmen, Dünya 4.4 ve 4.3 Gya arasında, kıtasal kabuğun çok az olduğu, çalkantılı bir atmosfere ve T Tauri evresindeki Güneş'ten, kozmik radyasyondan ve devam eden asteroit ve kuyruklu yıldız çarpmalarından gelen yoğun ultraviyole ışığa maruz kalan bir hidrosfere sahip bir su dünyası olabilir. ⓘ
Geç Ağır Bombardıman hipotezi, 4.28 ve 3.8 Gya arasındaki Hadean ortamının yaşam için oldukça tehlikeli olduğunu öne sürmektedir. Nice modelini takiben, dev gezegenlerin yörüngelerindeki değişiklikler Dünya'yı, Ay'ı ve iç gezegenleri çukurlaştıran asteroit ve kuyruklu yıldızlarla bombardımana tutmuş olabilir. Sık çarpışmalar fotosentezi yaşanmaz hale getirebilirdi. Bu tür yıkıcı olaylar arasındaki dönemler, erken ortamlarda yaşamın olası kökeni için zaman pencereleri verir. Eğer yaşamın ortaya çıktığı yer derin deniz hidrotermal ortamı ise, abiyogenez 4.0-4.2 Gya kadar erken bir zamanda gerçekleşmiş olabilir. Eğer bölge Dünya yüzeyindeyse, abiyogenez sadece 3.7 ila 4.0 Gya arasında gerçekleşmiş olabilir. Ancak, yeni Ay araştırmaları ve örnekleri, Nice modelinin mimarlarından biri de dahil olmak üzere bilim insanlarının Geç Ağır Bombardıman'ın önemini azaltmalarına yol açmıştır. ⓘ
Eğer yaşam okyanusta on metreden daha derinlerde evrimleştiyse, hem geç çarpmalardan hem de o zamanlar güneşten gelen yüksek seviyedeki ultraviyole radyasyondan korunmuş olacaktır. Jeotermal olarak ısıtılan okyanus kabuğu, derin hidrotermal bacalar yoluyla Miller-Urey deneylerinin gösterdiğinden çok daha fazla organik bileşik üretmiş olabilir. Mevcut enerji, hipertermofilik bakterilerin ve termoasidofilik arkelerin yaşadığı sıcaklıklar olan 100-150 °C'de en üst düzeye çıkar. Bu modern organizmalar, LUCA'nın hayatta kalan en yakın akrabaları arasında olabilir. ⓘ
Yaşamın en eski kanıtları
Dünya'da yaşam, erimiş Hadean'ın ardından yeterli kabuğun katılaştığı Eoarkean döneminde, 3,5 Gya'dan daha uzun bir süre var olmuştur. Şimdiye kadar bulunan en eski fiziksel kanıt, Kuzey Quebec'in Nuvvuagittuq Yeşiltaş Kuşağı'nda, en az 3.77 ve muhtemelen 4.28 Gya'da bantlı demir oluşum kayalarındaki mikrofosillerden oluşmaktadır. Mikro organizmalar, Hadean sırasında okyanusların 4.4 Gya oluşumundan kısa bir süre sonra hidrotermal menfez çökeltileri içinde yaşamıştır. Mikroplar modern hidrotermal havalandırma bakterilerine benzemektedir ve abiyogenezin böyle bir ortamda başladığı görüşünü desteklemektedir. ⓘ
Biyojenik grafit, güneybatı Grönland'dan 3.7 Gya metasedimenter kayalarda ve 3.49 Gya Batı Avustralya kumtaşından mikrobiyal mat fosillerinde bulunmuştur. Grönland'ın güneybatısındaki Isua suprakrustal kuşağı yakınlarındaki Akilia Adası'ndan 3.7 Gya'ya tarihlenen kayalarda erken yaşamın kanıtları biyojenik karbon izotopları göstermiştir. Isua suprakrustal kuşağının diğer kısımlarında, granat kristalleri içinde hapsolmuş grafit kalıntıları yaşamın diğer elementleriyle bağlantılıdır: oksijen, nitrojen ve muhtemelen fosfat formundaki fosfor, 3.7 Gya yaşamı için daha fazla kanıt sağlar. Batı Avustralya'nın Pilbara bölgesinde, fosilleşmiş bir plajdaki pirit içeren kumtaşında, oksijen yokluğunda fotosentez yoluyla sülfürü oksitleyen yuvarlak boru şeklindeki hücrelerle erken yaşamın ikna edici kanıtları bulunmuştur. Batı Avustralya'dan elde edilen zirkonlar, Dünya'da yaşamın en az 4.1 Gya'da var olduğunu göstermektedir. ⓘ
Batı Avustralya'nın Pilbara bölgesi, stromatolit adı verilen katmanlı yapılar da dahil olmak üzere 3.48 Gya kayaları içeren Dresser Formasyonunu içermektedir. Bunların modern benzerleri siyanobakteriler de dahil olmak üzere fotosentetik mikro organizmalar tarafından oluşturulmuştur. Bunlar deforme olmamış hidrotermal-sedimanter tabakalar içinde yer alır; dokuları biyojenik bir kökene işaret eder. Dresser formasyonunun bazı kısımları karadaki sıcak su kaynaklarını korumaktadır, ancak diğer bölgeler sığ denizler gibi görünmektedir. ⓘ
Glacier Ulusal Parkı'ndaki Siyeh Formasyonu'nda bulunan stromatolitler 3,5 Gya'ya tarihlenmektedir ve bu da onları en eski yaşam formları arasına yerleştirmektedir.
Shark Körfezi'ndeki modern stromatolitler, fotosentetik siyanobakteriler tarafından yaratılmıştır. ⓘ
Molekül üretimi: prebiyotik sentez
Hidrojen ve helyum dışındaki tüm kimyasal elementler yıldız nükleosentezinden türemiştir. Yaşamın temel kimyasal bileşenleri - karbon-hidrojen molekülü (CH), karbon-hidrojen pozitif iyonu (CH+) ve karbon iyonu (C+) - yıldızlardan gelen ultraviyole ışıkla üretilmiştir. Organik moleküller de dahil olmak üzere karmaşık moleküller hem uzayda hem de gezegenlerde doğal olarak oluşur. Dünya'nın erken dönemlerindeki organik moleküller ya çarpma şokları ya da ultraviyole ışık, redoks eşleşmesi veya elektrik deşarjları gibi diğer enerji kaynakları tarafından yönlendirilen organik molekül sentezi ile karasal kökenli olabilir; ya da gezegene yağan yıldızlararası toz bulutlarında oluşan organik moleküllerle dünya dışı kökenli (sözde panspermi) olabilir. ⓘ
Gözlemlenen dünya dışı organik moleküller
Organik bir bileşik, molekülleri karbon içeren bir kimyasaldır. Karbon Güneş'te, yıldızlarda, kuyruklu yıldızlarda ve çoğu gezegenin atmosferinde bol miktarda bulunur. Organik bileşikler uzayda nispeten yaygındır, moleküler bulutlarda ve yıldız çevresi zarflarda meydana gelen "karmaşık moleküler sentez fabrikaları" tarafından oluşturulur ve reaksiyonlar çoğunlukla iyonlaştırıcı radyasyon tarafından başlatıldıktan sonra kimyasal olarak gelişir. Meteoritlerde guanin, adenin, sitozin, urasil ve timin gibi pürin ve pirimidin nükleobazları bulunmuştur. Bunlar Dünya'nın ilk zamanlarında DNA ve RNA'nın oluşması için gerekli materyalleri sağlamış olabilir. Amino asit glisin Wild 2 kuyruklu yıldızından fırlatılan materyalde bulundu; daha önce meteoritlerde tespit edilmişti. Kuyruklu yıldızlar, iyonlaştırıcı radyasyon altında basit karbon bileşiklerinden oluşan katran benzeri organik bir madde olduğu düşünülen koyu renkli malzemeyle kaplıdır. Kuyruklu yıldızlardan gelen bir malzeme yağmuru bu tür karmaşık organik molekülleri Dünya'ya getirmiş olabilir. Geç Ağır Bombardıman sırasında meteorların Dünya'ya yılda beş milyon tona kadar organik prebiyotik element getirmiş olabileceği tahmin edilmektedir. ⓘ
PAH dünyası hipotezi
Yeşil alanlar, sıcak yıldızlardan gelen radyasyonun "polisiklik aromatik hidrokarbonlar" (PAH'lar) adı verilen büyük moleküller ve küçük toz tanecikleriyle çarpışarak floresan oluşturdukları bölgeleri göstermektedir.
(Spitzer Uzay Teleskobu, 2018) ⓘ
Polisiklik aromatik hidrokarbonlar (PAH) gözlemlenebilir evrende en yaygın ve bol bulunan çok atomlu moleküllerdir ve önemli bir karbon deposudur. Büyük Patlama'dan kısa bir süre sonra oluşmuş gibi görünmektedirler ve yeni yıldızlar ve dış gezegenlerle ilişkilidirler. Dünya'nın ilkel denizinin muhtemel bir bileşenidirler. PAH'lar nebulalarda, yıldızlararası ortamda, kuyruklu yıldızlarda ve meteoritlerde tespit edilmiştir. ⓘ
PAH dünyası hipotezi, PAH'ların RNA dünyasının öncülleri olduğunu öne sürmektedir. Yaşamının erken dönemlerinde Güneş'e benzeyen HH 46-IR adlı bir yıldız, siyanür bileşikleri, hidrokarbonlar ve karbon monoksit gibi moleküller içeren bir malzeme diski ile çevrilidir. Yıldızlararası ortamdaki PAH'lar hidrojenasyon, oksijenasyon ve hidroksilasyon yoluyla canlı hücrelerde kullanılan daha karmaşık organik bileşiklere dönüştürülebilir. ⓘ
Nükleobazlar
Yıldızlararası toz partikülleri tarafından Dünya'ya getirilen organik bileşiklerin çoğu, kendilerine özgü yüzey-katalitik aktiviteleri sayesinde karmaşık moleküllerin oluşmasına yardımcı olmuştur. Murchison meteoritindeki organik bileşiklerin 12C/13C izotopik oranları üzerine yapılan çalışmalar, RNA bileşeni urasil ve ksantin de dahil olmak üzere ilgili moleküllerin dünya dışında oluştuğunu göstermektedir. NASA'nın meteoritler üzerinde yaptığı çalışmalar, dört DNA nükleobazının (adenin, guanin ve ilgili organik moleküller) da uzayda oluştuğunu göstermektedir. Evrene nüfuz eden kozmik toz, yıldızlar tarafından hızla yaratılabilecek karmaşık organikler ("karışık aromatik-alifatik yapıya sahip amorf organik katılar") içerir. Bir şeker molekülü ve RNA öncüsü olan glikolaldehit, protostarların çevresi ve meteoritler de dahil olmak üzere uzay bölgelerinde tespit edilmiştir. ⓘ
Laboratuvar sentezi
1860'ların başlarında yapılan deneyler, basit karbon kaynaklarının bol miktarda inorganik katalizörle etkileşiminden biyolojik olarak ilgili moleküllerin üretilebileceğini göstermiştir. "Çorba" teorisinin öne sürdüğü koşullar altında abiyotik olarak üretilen monomerlerden karmaşık polimerlerin kendiliğinden oluşması kolay değildir. Gerekli temel organik monomerlerin yanı sıra, Miller-Urey ve Joan Oró deneyleri sırasında polimer oluşumunu engelleyecek bileşikler de yüksek konsantrasyonlarda oluşmuştur. Biyoloji, kodlanmış protein enzimleri için esasen 20 amino asit kullanır ve bu da yapısal olarak mümkün olan ürünlerin çok küçük bir alt kümesini temsil eder. Yaşam mevcut olanı kullanma eğiliminde olduğundan, kullanılan kümenin neden bu kadar küçük olduğuna dair bir açıklamaya ihtiyaç vardır. ⓘ
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. ⓘ
Şekerler
Alexander Butlerov 1861'de formaldehitin bazik koşullar altında kalsiyum gibi iki değerli metal iyonları ile ısıtıldığında formoz reaksiyonunun tetrozlar, pentozlar ve heksozlar dahil şekerler oluşturduğunu göstermiştir. R. Breslow 1959'da reaksiyonun otokatalitik olduğunu öne sürmüştür. ⓘ
Nükleobazlar
Guanin ve adenin gibi nükleobazlar, hidrojen siyanür (HCN) ve amonyak gibi basit karbon ve azot kaynaklarından sentezlenebilir. Formamid, karasal minerallerle ısıtıldığında dört ribonükleotidin tamamını üretir. Formamid evrende her yerde bulunur ve su ile HCN'nin reaksiyonuyla üretilir. Suyun buharlaştırılmasıyla konsantre edilebilir. HCN sadece henüz var olmayan aerobik organizmalar (ökaryotlar ve aerobik bakteriler) için zehirlidir. Glisin amino asidinin sentezi gibi diğer kimyasal süreçlerde rol oynayabilir. ⓘ
Urasil, sitozin ve timin gibi DNA ve RNA bileşenleri, meteoritlerde bulunan pirimidin gibi başlangıç kimyasalları kullanılarak uzay koşulları altında sentezlenebilir. Pirimidin kırmızı dev yıldızlarda ya da yıldızlararası toz ve gaz bulutlarında oluşmuş olabilir. Dört RNA bazının tümü, dünya dışı çarpmalar gibi yüksek enerji yoğunluklu olaylarda formamitten sentezlenebilir. ⓘ
Bazların inorganik malzemelerden sentezlenmesi için başka yollar da bildirilmiştir. Donma sıcaklıkları, hidrojen siyanür gibi temel öncüller için yoğunlaştırma etkisi nedeniyle pürinlerin sentezi için avantajlıdır. Bununla birlikte, adenin ve guanin sentez için donma koşulları gerektirirken, sitozin ve urasil kaynama sıcaklıkları gerektirebilir. Amonyak ve siyanür 25 yıl boyunca bir dondurucuda bırakıldığında buzda yedi farklı amino asit ve on bir çeşit nükleobaz oluşmuştur. S-triazinler (alternatif nükleobazlar), sitozin ve urasil dahil pirimidinler ve adenin, bir üre çözeltisi indirgeyici bir atmosfer altında donma-çözülme döngülerine tabi tutularak ve enerji kaynağı olarak kıvılcım deşarjları kullanılarak sentezlenebilir. Bu kadar düşük bir sıcaklıkta bu reaksiyonların olağandışı hızına getirilen açıklama, buz içindeki mikroskobik sıvı ceplerinde safsızlıkları toplayarak moleküllerin daha sık çarpışmasına neden olan ötektik dondurmadır. ⓘ
Uygun veziküllerin üretilmesi
Lipid dünyası teorisi, kendi kendini kopyalayan ilk nesnenin lipid benzeri olduğunu varsayar. Fosfolipidler suda çalkalanırken lipid çift tabakaları oluşturur - hücre zarlarında olduğu gibi aynı yapı. Bu moleküller Dünya'nın erken dönemlerinde mevcut değildi, ancak diğer amfifilik uzun zincirli moleküller de membranlar oluşturur. Bu cisimler ilave lipitlerin eklenmesiyle genişleyebilir ve kendiliğinden benzer boyut ve bileşimde iki yavruya bölünebilir. Ana fikir, lipid gövdelerinin moleküler bileşiminin bilgi depolamanın bir ön hazırlığı olduğu ve evrimin bilgi depolayan RNA gibi polimerlerin ortaya çıkmasına yol açtığıdır. Prebiyotik dünyada var olmuş olabilecek amfifillerden veziküller üzerine yapılan çalışmalar şimdiye kadar bir ya da iki tip amfifilden oluşan sistemlerle sınırlı kalmıştır. ⓘ
Bir lipit çift katmanlı zar, çok sayıda amfifil düzenlemesi kombinasyonundan oluşabilir. Bunların en iyisi, bir membran bölgesi ve vezikül içinde hapsolmuş belirli bir bileşik tarafından temsil edilen iki karşılıklı katalizörden oluşan bir pozitif geri besleme olan bir hiper döngünün oluşumunu tercih ederdi. Bu tür bölge/bileşik çiftleri yavru veziküllere aktarılabilir ve bu da Darwinci doğal seçilime izin verecek farklı vezikül soylarının ortaya çıkmasına neden olur. ⓘ
Bir protosel, yaşamın kökeni için bir basamak taşı olarak önerilen, kendi kendine organize olmuş, küresel bir lipid topluluğudur. Klasik tersinmez termodinamik teorisi, genelleştirilmiş bir kimyasal potansiyel altında kendi kendine birleşmeyi dağıtıcı sistemler çerçevesinde ele alır. ⓘ
Evrimdeki temel sorulardan biri, basit protosellerin ilk olarak nasıl ortaya çıktığı ve bir sonraki nesle üreme katkısı açısından nasıl farklılaştığı ve böylece yaşamın evrimini nasıl yönlendirdiğidir. İşlevsel bir protosel (2014 itibariyle) henüz laboratuvar ortamında elde edilememiştir. Kendiliğinden bir araya gelen kesecikler ilkel hücrelerin temel bileşenleridir. Termodinamiğin ikinci yasası, evrenin entropinin arttığı bir yönde hareket etmesini gerektirir, ancak yaşam, büyük organizasyon derecesi ile ayırt edilir. Bu nedenle, yaşam süreçlerini cansız maddeden ayırmak için bir sınıra ihtiyaç vardır. Irene Chen ve Jack W. Szostak, temel protosellerin, diferansiyel üreme, rekabet ve enerji depolamanın ilkel biçimleri de dahil olmak üzere hücresel davranışlara yol açabileceğini öne sürmektedir. Membran molekülleri için rekabet, stabilize membranları tercih ederek çapraz bağlı yağ asitlerinin ve hatta günümüz fosfolipitlerinin evrimi için seçici bir avantaj sağlayacaktır. Bu tür bir mikro kapsülleme, büyük biyomolekülleri içeride tutarken, zar içinde metabolizmaya ve küçük moleküllerin değişimine izin verecektir. Böyle bir zar, bir hücrenin iyonları zar boyunca pompalayarak enerji depolamak üzere kendi elektrokimyasal gradyanını yaratması için gereklidir. ⓘ
Biyoloji üretmek
Enerji ve entropi
Yaşam, moleküller kendilerini canlı madde olarak organize ettiklerinde entropi ya da düzensizlik kaybını gerektirir. Yaşamın ortaya çıkması ve karmaşıklığın artması, genel entropinin asla azalmayacağını belirten termodinamiğin ikinci yasasıyla çelişmez, çünkü canlı bir organizma başka yerlerde entropinin artması pahasına (örneğin ısı ve atık üretimi) bazı yerlerde (örneğin canlı vücudu) düzen yaratır. ⓘ
Dünya'nın erken dönemlerinde kimyasal reaksiyonlar için birden fazla enerji kaynağı mevcuttu. Jeotermal süreçlerden gelen ısı, kimya için standart bir enerji kaynağıdır. Diğer örnekler arasında güneş ışığı, şimşek, mikro-meteorların atmosferik girişleri ve deniz ve okyanus dalgalarındaki kabarcıkların patlaması sayılabilir. Bu durum deneyler ve simülasyonlarla doğrulanmıştır. Demir-kükürt kimyasında olduğu gibi, elverişsiz reaksiyonlar son derece elverişli reaksiyonlar tarafından yönlendirilebilir. Örneğin, bu muhtemelen karbon fiksasyonu için önemliydi. Demir-sülfür kimyası yoluyla CO2'nin H2S ile reaksiyonu yoluyla karbon fiksasyonu elverişlidir ve nötr pH ve 100 °C'de gerçekleşir. Hidrotermal bacaların yakınında bol miktarda bulunan demir-kükürt yüzeyleri, az miktarda amino asit ve diğer biyomoleküllerin üretimini sağlayabilir. ⓘ
Kemiyozmoz
1961 yılında Peter Mitchell, bir hücrenin birincil enerji dönüşüm sistemi olarak kemiyozmozu önermiştir. Artık canlı hücrelerde her yerde bulunan bu mekanizma, mikroorganizmalarda ve ökaryotların mitokondrilerinde enerji dönüşümüne güç sağlar ve bu da onu yaşamın erken dönemleri için olası bir aday haline getirir. Mitokondri, kimyasal sentezler gibi hücresel süreçleri yürütmek için kullanılan hücrenin enerji para birimi olan adenozin trifosfat (ATP) üretir. ATP sentez mekanizması, ATP sentaz enziminin gömülü olduğu kapalı bir zarı içerir. Güçlü bir şekilde bağlanmış ATP'yi serbest bırakmak için gereken enerji, membran boyunca hareket eden protonlardan kaynaklanır. Modern hücrelerde bu proton hareketleri, elektrokimyasal bir gradyanı koruyarak iyonların zar boyunca pompalanmasından kaynaklanır. İlk organizmalarda bu gradyan, hidrotermal bir menfezden gelen akış ile çevredeki deniz suyu arasındaki kimyasal bileşim farkıyla sağlanmış olabilir. ⓘ
RNA dünyası
RNA dünyası hipotezi, kendi kendini kopyalayan ve katalitik RNA'ya sahip ancak DNA veya protein içermeyen erken bir Dünya'yı tanımlamaktadır. Birçok araştırmacı, RNA dünyasının şu anda hakim olan DNA temelli yaşamdan önce gelmiş olması gerektiği konusunda hemfikirdir. Ancak, RNA temelli yaşam ilk var olan yaşam olmayabilir. Bir başka model de Darwin'in ıslanma ve kuruma döngülerine sahip "sıcak küçük göletini" yansıtmaktadır. ⓘ
RNA çeviri sürecinin merkezinde yer alır. Küçük RNA'lar yaşam için gerekli tüm kimyasal grupları ve bilgi transferlerini katalize edebilir. RNA modern organizmalarda genetik bilgiyi hem ifade eder hem de muhafaza eder; ve RNA'nın kimyasal bileşenleri, bugünkünden çok farklı olan Dünya'nın ilk zamanlarına yakın koşullar altında kolayca sentezlenebilir. Ribozimin yapısı, merkezi bir RNA çekirdeği ve peptit bağı oluşumunu katalize eden aktif bölgenin 18 Å yakınında hiçbir amino asit yan zincirinin bulunmaması nedeniyle "dumanı tüten silah" olarak adlandırılmıştır. ⓘ
RNA dünyası kavramı 1962 yılında Alexander Rich tarafından ortaya atılmış ve bu terim 1986 yılında Walter Gilbert tarafından kullanılmıştır. Sitozin ve urasil nükleotidlerinin abiyotik sentezinin açıklanmasında başlangıçta zorluklar vardı. Daha sonraki araştırmalar olası sentez yollarını göstermiştir; örneğin formamid, çeşitli karasal minerallerin varlığında ısıtıldığında dört ribonükleotidin tamamını ve diğer biyolojik molekülleri üretmektedir. ⓘ
RNA replikaz, daha ileri RNA replikasyonu için hem kod hem de katalizör olarak işlev görebilir, yani otokatalitik olabilir. Jack Szostak, bazı katalitik RNA'ların daha küçük RNA dizilerini bir araya getirerek kendi kendini kopyalama potansiyeli yaratabildiğini göstermiştir. Birbirlerinin sentezini katalize eden iki ribozim içeren RNA replikasyon sistemleri, ürünün yaklaşık bir saatlik bir ikiye katlanma süresi göstermiş ve deneysel koşullar altında Darwinci doğal seçilime tabi olmuştur. Eğer Dünya'nın erken dönemlerinde bu tür koşullar mevcut olsaydı, doğal seçilim bu tür otokatalitik setlerin çoğalmasını destekleyecek ve bunlara başka işlevler de eklenebilecekti. RNA'nın kendiliğinden bir araya gelmesi hidrotermal bacalarda kendiliğinden gerçekleşebilir. Bir tRNA ön formu böyle bir çoğaltıcı molekül halinde bir araya gelmiş olabilir. ⓘ
Protein sentezinin olası öncüleri arasında kısa peptit kofaktörlerinin sentezi ya da RNA'nın kendi kendini katalize ederek çoğalması yer alır. Her ne kadar bazı roller proteinler tarafından devralınmış olsa da, atasal ribozomun tamamen RNA'dan oluşması muhtemeldir. Bu konuda geriye kalan başlıca sorular arasında ribozomun evrimi için seçici gücün tanımlanması ve genetik kodun nasıl ortaya çıktığının belirlenmesi yer almaktadır. ⓘ
Eugene Koonin, "biyolojik sistemlerin çekirdeğini oluşturan ve biyolojik evrimin görünürdeki ön koşulu olan kilit süreçler olan replikasyon ve translasyonun kökeni için şu anda ikna edici bir senaryo bulunmadığını" savunmuştur. RNA Dünyası kavramı bu muammanın çözümü için en iyi şansı sunabilir ancak şu ana kadar etkin bir RNA replikazının ya da çeviri sisteminin ortaya çıkışını yeterince açıklayamamaktadır." ⓘ
Filogeni ve LUCA
1977'den itibaren Carl Woese'nin çalışmalarıyla başlayan genomik çalışmalar, tüm modern yaşam formlarının son evrensel ortak atasını (LUCA) filogenetik yaşam ağacında Bakteriler ile Archaea ve Eukaryota'dan oluşan bir kladın arasına yerleştirmiştir. 4 Gya'nın üzerinde yaşamıştır. Az sayıda çalışma LUCA'yı Bakterilerin içine yerleştirmiş, Archaea ve Eukaryota'nın evrimsel olarak Eubacteria'nın içinden türediğini öne sürmüştür; Thomas Cavalier-Smith fenotipik olarak çeşitlilik gösteren bakteriyel filum Chloroflexota'nın LUCA'yı içerdiğini öne sürmüştür. ⓘ
2016 yılında, LUCA'da bulunması muhtemel 355 genden oluşan bir set tanımlanmıştır. Bakteri ve Arkelerden toplam 6,1 milyon prokaryotik gen dizilenmiş ve LUCA'da muhtemelen ortak olan 286.514 protein kümesi arasından 355 protein kümesi belirlenmiştir. Sonuçlar, LUCA'nın Wood-Ljungdahl yolağı ile anaerobik, azot ve karbon sabitleyici, termofilik olduğunu göstermektedir. Kofaktörleri hidrojen, karbondioksit, demir ve geçiş metalleri açısından zengin bir ortama bağımlı olduğunu göstermektedir. Genetik materyali muhtemelen DNA idi ve 4 nükleotid genetik kod, haberci RNA, transfer RNA'ları ve kodu enzimler gibi proteinlere çevirmek için ribozomlar gerektiriyordu. LUCA muhtemelen jeokimyasal olarak aktif bir ortamda anaerobik bir hidrotermal havalandırma ortamında yaşıyordu. Belli ki zaten karmaşık bir organizmaydı ve öncülleri olmalıydı; ilk canlı değildi. ⓘ
LUCA sistemleri ve çevresi ⓘ
Leslie Orgel, genetik kod için ilk çeviri mekanizmalarının hata felaketine açık olacağını savunmuştur. Ancak Geoffrey Hoffmann, "Orgel'in paradoksuna" karşı bu tür makinelerin istikrarlı bir şekilde çalışabileceğini göstermiştir. ⓘ
Uygun jeolojik ortamlar
Derin deniz hidrotermal bacaları
Erken dönem mikro fosiller, metan, amonyak, karbondioksit ve hidrojen sülfür gibi mevcut yaşam için zehirli gazların bulunduğu sıcak bir dünyadan gelmiş olabilir. Yaşam ağacının analizi, termofilik ve hipertermofilik bakteri ve arkeaları köke en yakın yere yerleştirerek yaşamın sıcak bir ortamda evrimleşmiş olabileceğini düşündürmektedir. Derin deniz ya da alkali hidrotermal baca teorisi, yaşamın denizaltı hidrotermal bacalarında başladığını ileri sürmektedir. Martin ve Russell, "yaşamın, sülfit bakımından zengin hidrotermal sıvı ile Hadean okyanus tabanının demir (II) içeren suları arasındaki redoks, pH ve sıcaklık gradyanında bir sızıntı bölgesi hidrotermal höyüğündeki yapılandırılmış demir monosülfit çökeltilerinde evrimleştiğini" öne sürmüşlerdir. Fosilleşmiş sızıntı bölgesi metal sülfür çökeltilerinde gözlemlenen doğal olarak ortaya çıkan üç boyutlu bölmeler, bu inorganik bölmelerin serbest yaşayan prokaryotlarda bulunan hücre duvarlarının ve zarlarının öncüleri olduğunu göstermektedir. FeS ve NiS'in hidrotermal sıvının bileşenleri olan karbon monoksit ve metilsülfürden asetil-metilsülfür sentezini katalize etme konusundaki bilinen kabiliyeti, biyotik öncesi sentezlerin bu metal-sülfür duvarlı bölmelerin iç yüzeylerinde meydana geldiğini göstermektedir". ⓘ
Bunlar, ultra-mafik olivinin deniz suyuyla serpantinleşmesi ve karbondioksit bakımından zengin okyanus suyuyla pH arayüzeyinin bir sonucu olarak hidrojen bakımından zengin sıvıların deniz tabanının altından çıktığı yerlerde oluşur. Bacalar, elektron vericilerin (moleküler hidrojen) elektron alıcılarla (karbondioksit) reaksiyona girdiği redoks reaksiyonlarından türetilen sürekli bir kimyasal enerji kaynağı oluşturur; bkz. Bunlar ekzotermik reaksiyonlardır. ⓘ
Russell, alkali menfezlerin abiyogenez için ideal olan abiyojenik bir proton itici güç kemiyosmotik gradyanı yarattığını göstermiştir. Mackinawite gibi demir-sülfür minerallerinden oluşan mikroskobik bölmeleri "organik molekülleri yoğunlaştırmak için doğal bir araç sağlar" ve bu mineral hücrelere Günter Wächtershäuser tarafından öngörülen katalitik özellikleri kazandırır. İyonların membran boyunca bu hareketi iki faktörün kombinasyonuna bağlıdır:
- Konsantrasyon gradyanının neden olduğu difüzyon kuvveti - iyonlar dahil tüm partiküller yüksek konsantrasyondan düşük konsantrasyona doğru yayılma eğilimindedir.
- Elektriksel potansiyel gradyanının neden olduğu elektrostatik kuvvet - protonlar H+ gibi katyonlar elektriksel potansiyelden aşağıya doğru, anyonlar ise ters yönde difüze olma eğilimindedir. ⓘ
Bu iki gradyan birlikte ele alındığında elektrokimyasal gradyan olarak ifade edilebilir ve abiyojenik sentez için enerji sağlar. Proton itici gücü, bir membran boyunca proton ve voltaj gradyanlarının (proton konsantrasyonu ve elektrik potansiyelindeki farklılıklar) bir kombinasyonu olarak depolanan potansiyel enerjinin ölçüsü olarak tanımlanabilir. ⓘ
Derin okyanus hidrotermal bacalarındaki mineral parçacıklarının yüzeyleri, enzimlerinkine benzer katalitik özelliklere sahiptir ve uygulanan bir voltajla veya H2 veya H2S ile reaksiyona girerek sudaki çözünmüş CO2'den metanol (CH3OH), formik, asetik ve pirüvik asitler gibi basit organik moleküller oluşturabilir. ⓘ
Martin tarafından 2016 yılında rapor edilen araştırma, yaşamın hidrotermal bacalarda ortaya çıktığı, yerkabuğunda termodinamik dengesizlikteki kaya-su etkileşimleri tarafından yönlendirilen spontane kimyanın yaşamın kökenini desteklediği ve arkea ve bakterilerin kurucu soylarının, enerji metabolizmasında terminal alıcı olarak CO2 kullanan H2'ye bağımlı ototroflar olduğu tezini desteklemektedir. Martin, bu kanıtlara dayanarak, LUCA'nın "hayatta kalmak için havalandırmanın jeotermal enerjisine büyük ölçüde bağımlı olabileceğini" öne sürmektedir. ⓘ
Dalgalanan hidrotermal havuzlar
Mulkidjanian ve ortak yazarlar, deniz ortamlarının hücrelerde evrensel olarak bulunan iyonik dengeyi ve bileşimi ya da özellikle K+/Na+ oranı, Mn2+, Zn2+ ve fosfat konsantrasyonları açısından neredeyse tüm canlı organizmalarda bulunan temel proteinler ve ribozimler için gerekli iyonları sağlamadığını düşünüyor. Dünya'da ihtiyaç duyulan koşulları taklit eden tek ortamın buhar bacaları tarafından beslenen karasal hidrotermal havuzlar olduğunu savunuyorlar. Anoksik bir atmosfer altındaki bu ortamlardaki maden yatakları uygun pH değerine sahip olacak (oksijenli bir atmosferdeki mevcut havuzlar ise olmayacak), zararlı ultraviyole radyasyonu engelleyen sülfür mineralleri çökeltileri içerecek, substrat çözeltilerini hem hidrotermal ortamdaki kimyasal reaksiyonlar hem de bacalardan bitişik havuzlara taşınma sırasında UV ışığına maruz kalma yoluyla oluşturulan nükleik asit, polyester ve depsipeptit polimerlerinin kendiliğinden oluşumuna uygun konsantrasyonlara yoğunlaştıran ıslatma/kurutma döngülerine sahip olacaktır. Varsayılan biyotik öncesi ortamlar, LUCA'nın özelliklerini açıklamaya yardımcı olan ek bileşenlerle birlikte derin okyanus havalandırma ortamlarına benzer. Colín-García ve meslektaşları, hidrotermal bacalardaki ekzergonik reaksiyonların kimyasal reaksiyonları ve birçok farklı minerali teşvik etmek için serbest enerji sağlayabileceğini belirtmektedir. Bunlar, elektron vericileri ve alıcıları arasındaki etkileşimi destekleyen kimyasal gradyanları indükler. ⓘ
Kil
Dünyanın tarihinin başlarında farklı yaşam biçimleri yaklaşık eş zamanlı olarak belirmiş olabilir. 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 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. ⓘ
Demir-sülfür dünyası
1980'lerde Günter Wächtershäuser ve Karl Popper, biyotik öncesi kimyasal yolların evrimi için Demir-sülfür dünyası hipotezini ortaya atmıştır. Bu hipotez, günümüz biyokimyasını gazlardan organik yapı taşları sentezleyen ilkel reaksiyonlara kadar götürmektedir. Wächtershäuser sistemleri yerleşik bir enerji kaynağına sahiptir: pirit gibi demir sülfitler. Bu metal sülfürlerin oksitlenmesiyle açığa çıkan enerji organik moleküllerin sentezini destekleyebilir. Bu tür sistemler, modern yaşam formlarından önce kendi kendini kopyalayan, metabolik olarak aktif varlıkları oluşturan otokatalitik setlere dönüşmüş olabilir. 100°C'de sulu ortamda sülfitlerle yapılan deneyler, küçük bir dipeptit verimi (%0,4 ila %12,4) ve daha küçük bir tripeptit verimi (%0,10) üretmiştir. Bununla birlikte, aynı koşullar altında dipeptitler hızla parçalanmıştır. ⓘ
Çeşitli modeller, RNA replikasyonunun daha sonra ortaya çıkmasına izin veren ilkel bir metabolizma varsaymaktadır. Krebs döngüsünün (sitrik asit döngüsü) aerobik organizmalarda enerji üretimindeki ve karmaşık organik kimyasalların biyosentezinde karbondioksit ve hidrojen iyonlarının çekilmesindeki merkezi önemi, metabolizmanın evrimleşen ilk parçalarından biri olduğunu düşündürmektedir. Buna paralel olarak jeokimyacı Jack W. Szostak ve Kate Adamala, ilkel protosellerde enzimatik olmayan RNA replikasyonunun yalnızca sitrik asit gibi zayıf katyon şelatörlerinin varlığında mümkün olduğunu göstermiştir. Bu, sitrik asidin ilkel metabolizmadaki merkezi rolüne dair daha fazla kanıt sağlamaktadır. Russell "yaşamın amacının karbondioksiti hidrojenize etmek" olduğunu öne sürmüştür ("önce genetik" senaryosundan ziyade "önce metabolizma" senaryosunun bir parçası olarak). Fizikçi Jeremy England, genel termodinamik değerlendirmelerden yola çıkarak yaşamın kaçınılmaz olduğunu savunmuştur. Bu fikrin erken bir versiyonu Oparin'in 1924'te kendi kendini kopyalayan kesecikler için yaptığı öneriydi. 1980'lerde ve 1990'larda Wächtershäuser'in demir-kükürt dünyası teorisi ve Christian de Duve'nin tiyoester modelleri ortaya çıktı. Genler olmadan metabolizma için daha soyut ve teorik argümanlar arasında Freeman Dyson'ın matematiksel modeli ve Stuart Kauffman'ın 1980'lerdeki toplu otokatalitik kümeleri yer almaktadır. Kauffman'ın çalışması, hücrelerdeki biyokimyasal reaksiyonları yönlendirmede enerjinin rolünü göz ardı ettiği için eleştirilmiştir. ⓘ
Krebs döngüsü gibi çok adımlı bir biyokimyasal yol, bir mineralin yüzeyinde kendiliğinden organize olmamıştır; öncesinde daha basit yolların olması gerekir. Wood-Ljungdahl yolu, bir metal sülfit yüzeyinde kendi kendine örgütlenme ile uyumludur. Temel enzim birimi olan karbon monoksit dehidrojenaz/asetil-CoA sentaz, reaksiyon merkezlerinde karışık nikel-demir-sülfür kümeleri içerir ve asetil-CoA oluşumunu katalize eder. Bununla birlikte, prebiyotik tiyolatlı ve tiyoester bileşiklerin hidrotermal bacaların varsayılan prebiyotik koşullarında birikmesi termodinamik ve kinetik olarak olası değildir. Bir olasılık, sistein ve homosisteinin Stecker reaksiyonundan gelen nitrillerle reaksiyona girerek katalitik tiyol bakımından zengin poplypeptidler oluşturmuş olabileceğidir. ⓘ
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 1980'lerin başında Freeman Dyson tarafından ortaya konan bir matematiksel model ve bu on yılın sonuna doğru tartışılan Stuart Kauffman'ın toplu otokatalitik kümeler kavramıdır. ⓘ
Çinko dünyası
Armen Mulkidjanian'ın çinko dünyası (Zn-dünyası) hipotezi Wächtershäuser'in pirit hipotezini genişletmektedir. Zn-dünya teorisi, H2S bakımından zengin hidrotermal akışkanların soğuk ilkel okyanus (veya Darwin'in "sıcak küçük göleti") suyuyla etkileşime girerek metal sülfür parçacıklarını çökelttiğini öne sürer. Okyanus hidrotermal sistemleri, eski volkanojenik masif sülfit cevheri yataklarına yansıyan bölgesel bir yapıya sahiptir. Kilometrelerce çapa ulaşırlar ve Arkean'a kadar uzanırlar. En bol bulunanlar pirit (FeS2), kalkopirit (CuFeS2) ve sfalerit (ZnS) olup bunlara galen (PbS) ve alabandit (MnS) de eklenir. ZnS ve MnS, örneğin ultraviyole ışıktan gelen radyasyon enerjisini depolamak için benzersiz bir yeteneğe sahiptir. Çoğalan moleküller ortaya çıktığında, ilkel atmosferik basınç Dünya yüzeyinin yakınında çökelmeye yetecek kadar yüksekti (>100 bar) ve morötesi ışınım şimdikinden 10 ila 100 kat daha yoğundu; dolayısıyla ZnS'nin aracılık ettiği fotosentetik özellikler, bilgi ve metabolik moleküllerin sentezi ve fotostabil nükleobazların seçimi için doğru enerji koşullarını sağlamıştır. ⓘ
Zn-dünya teorisi, ilk proto-hücrelerin iç kısmının iyonik yapısına ilişkin kanıtlarla doldurulmuştur. Archibald Macallum, kan ve lenf gibi vücut sıvılarının deniz suyuna benzerliğine dikkat çekmiştir; ancak tüm hücrelerin inorganik bileşimi modern deniz suyundan farklıdır ve bu da Mulkidjanian ve meslektaşlarını, jeokimyasal analizi modern hücrelerin inorganik iyon gereksinimlerinin filogenomik incelemesiyle birleştirerek ilk hücrelerin "kuluçkahanelerini" yeniden inşa etmeye yöneltmiştir. Yazarlar, her yerde bulunan ve çıkarım yoluyla ilkel olan proteinlerin ve işlevsel sistemlerin K+, Zn2+, Mn2+ ve [PO
4]3−
. Jeokimyasal yeniden yapılandırma, bu iyonik bileşimin okyanusta var olamayacağını, ancak iç jeotermal sistemlerle uyumlu olduğunu göstermektedir. Oksijeni tükenmiş, CO2 ağırlıklı ilkel atmosferde, jeotermal alanların yakınındaki su yoğuşmalarının kimyası modern hücrelerin iç ortamına benzeyecektir. Bu nedenle, hücre öncesi evrim, metal sülfürlerle karışık gözenekli silikat mineralleriyle kaplı ve K+, Zn2+ ve fosfor bileşikleri bakımından zengin sığ "Darwin havuzlarında" gerçekleşmiş olabilir. ⓘ
Homokirallik
Homokirallik, kiral (ayna simetrisi olmayan) birimlerden oluşan malzemelerin geometrik tekdüzeliğidir. Canlı organizmalar aynı kiraliteye (elli olma durumu) sahip molekülleri kullanır: neredeyse istisnasız olarak amino asitler sol elli iken nükleotidler ve şekerler sağ ellidir. Kiral moleküller sentezlenebilir, ancak kiral bir kaynak veya kiral bir katalizör olmadığında, her iki formun 50/50 (rasemik) karışımında oluşurlar. Rasemik başlangıç malzemelerinden rasemik olmayan karışımların üretimi için bilinen mekanizmalar şunları içerir: elektrozayıf etkileşim gibi asimetrik fiziksel yasalar; dairesel polarize ışık, kuvars kristalleri veya Dünya'nın dönüşünden kaynaklananlar gibi asimetrik ortamlar, rasemik sentez sırasında istatistiksel dalgalanmalar ve kendiliğinden simetri kırılması. Bir kez oluşturulduktan sonra, kiralite için seçim yapılacaktır. Popülasyondaki küçük bir sapma (enantiyomerik fazlalık), Soai reaksiyonunda olduğu gibi asimetrik otokataliz ile büyük bir sapmaya dönüştürülebilir. Asimetrik otokatalizde katalizör kiral bir moleküldür, bu da kiral bir molekülün kendi üretimini katalizlediği anlamına gelir. Polarize ışıkla üretilebileceği gibi başlangıçtaki bir enantiyomerik fazlalık, daha sonra daha bol olan enantiyomerin diğerine üstün gelmesini sağlar. Murchison meteoritinde L-alanin amino asidi D formundan iki kat daha sık ve L-glutamik asit D muadilinden üç kat daha fazla olduğu için homokirallik uzayda başlamış olabilir. Meteoritlerdeki amino asitler sol-elli bir eğilim gösterirken, şekerler canlı organizmalarda olduğu gibi ağırlıklı olarak sağ-elli bir eğilim göstermekte ve bu da bu bileşiklerin abiyojenik bir kökene sahip olduğunu düşündürmektedir. ⓘ
Kavramın bilimsel tarihi
19. yüzyılın başına kadar insanlar yaygın olarak yaşamın canlı olmayan maddeden kaynaklandığına inanıyorlardı. ⓘ
Günümüzdeki modeller
Organik moleküllerin kökeni
Dünyanın oluşumunda organik moleküllerin üç adet kökeni vardı:
- diğer enerji kaynakları (ultraviyole ışığı veya elektrik boşalmaları gibi) aracılığıyla organik sentez (örnek:Miller'ın deneyleri).
- dünyadışı nesneler (ör: karbon kondirit);
- 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. ⓘ
Derin deniz sıcak su kaynağı teorisi
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.. ⓘ
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)” ⓘ
Radyoaktif sahil teorisi
Washington Üniversitesi, Seattle'dan Zachary Adam 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. ⓘ
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 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 proto hücrelere (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. ⓘ
Kabarcık teorisi
Sahilde sonlanan dalgalar kabarcıklardan oluşan kırılgan bir köpük oluşturur. Okyanus boyunca esen rüzgârların 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. ⓘ
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 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. 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. ". ⓘ
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 ⓘ
Günümüzde mikrobiyal yaşamın Yeryüzünün sığ derinliklerinde (yüzeyden itibaren beş kilometre) 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. ⓘ
Polifosfat Dünyası
Abiogenezin 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. 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. ⓘ
Ek okuma
- Buehler, Lukas K. (2000–2005) The physico-chemical basis of life, http://www.whatislife.com/about.html]26 Mart 2008 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. accessed 27 October 2005.
- Pitsch, S. Krishnamurthy, R. Arrhenius, G. (2000). Concentration of simple aldehydes by sulfite-containing double-layer hydroxide minerals: implications for biopoesis. http://www3.interscience.wiley.com/cgi]-bin/abstract/73501648/ABSTRACT Helvetica chimica acta. Sep-Oct. 83(9):2398–411].
- Hartman, H. (1998). Photosynthesis and the origin of life. http://www.kluweronline.com/article.asp?PIPS=130560&PDF=1] Orig Life Evol Biosph. Oct. 28(4–6):515–21].
- Things Come to Life by Henry Harris (2002) ISBN 0-19-851538-3
- Arrhenius, G. Sales, B. Mojzsis, S. Lee, T. (1997). Entropy and charge in molecular evolution — the case of phosphate. http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6WMD]-45KKS26-30&_coverDate=08%2F21%2F1997&_alid=207952210&_rdoc=1&_fmt=&_orig=search&_qd=1&_cdi=6932&_sort=d&view=c&_acct=C000050221&_version=1&_urlVersion=0&_userid=10&md5=b479dc1b44ba7db55790640aaf059006 J Theor Biol. Aug 21. 187(4):503–22].
- NASA Astrobiology Institute: https://web.archive.org/web/20120217040600/http://astrobiology.ucla.edu/pages/res3b.html] Earth's Early Environment and Life]
- NASA Specialized Center of Research and Training in Exobiology: https://web.archive.org/web/20071221000659/http://exobio.ucsd.edu/arrhenius.htm] Gustaf O. Arrhenius]
- Zlobin, A.E. (2013). Tunguska similar impacts and origin of life. Modern scientific researches and innovations. No.1217 Aralık 2013 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. ⓘ