Günümüzde kabul edilen en yaygın görüşe göre ilk canlı organizmalar 3,5 milyar yıldan daha önce ortaya çıktılar ve bu organizmalar kendi çevrelerinde serbest olarak bulunan karbonhidratları, amino asitleri ve diğer organik bileşikleri besin olarak kullandılar. Diğer bir deyişle bu organizmalar, canlılar oluşmadan önce sentezlenmiş organik bileşiklere bağımlıydılar. Fakat organizasyonları arttıkça ve ortamda önceden oluşmuş olan besinleri değiştirmede daha etkin olmaya başlayınca besin kaynakları da tükenmeye başladı. İnorganik ham maddeden, organik maddenin kendiliğinden hücre dışında oluşumu, büyük bir olasılıkla büyük miktarlarda değildi ve bu yolla bir besin kaynağının birikimi ortalama milyarlarca yıl almış olmalıydı. Canlılar ortaya çıkınca büyük bir olasılıkla, bu kaynaklar daha yüksek bir hızla tüketilmiş ve özellikle kullanışlı kaynakların çok daha hızlı tükenmesi ile organizmalar arasındaki rekabet de artmış olmalıdır. Kuşkusuz, besin sağlamakta yetersiz olan formlar ortadan kalkmışlardır. Besin sağlamada etkili olan formlar ise daha büyük oranlarda ayakta kalmışlardır. Bu durumda, doğal seçilim, besin öncüllerini edinme ya da besinlerini sentezleme yeteneğini arttıran yeni mutasyonları taşıyanları destekleyecektir.
İlkel organizmalar, büyük olasılıkla, başlangıçta oransal olarak oldukça basit biyokimyasal transformasyonları başarabilmekteydiler. Gereksinme duydukları maddelerin çoğunu, ortamdaki hazır maddelerden alıyorlardı. Fakat az bir değişimle doğrudan kullanılan maddelerin miktarı ne kadar çok da olsa, yavaş yavaş azalacaktı. Bu nedenle alternatif bir besini kullanabilen herhangi bir organizmanın yararına güçlü bir seçilim olacaktı. Örneğin, hücrelerin yaşamı için gerekli olan A bileşiğinin başlangıçta ortamdan edinildiğini; fakat bu bileşiğinin hızla tükendiğini varsayalım. Eğer bazı hücreler ortamda fazla miktarda bulunan B maddesinden A maddesini sentezleyen a enzimini kodlayacak bir gen içeriyorsa, o zaman bu hücreler bu geni içermeyenlere göre belirgin uyumsal avantajlara sahip olacaklardı. Bu geni taşıyan hücreler, artık ortamdan A maddesi alamıyor olsalar bile, bu reaksiyonla A’yı oluşturarak varlıklarını sürdürebileceklerdir.
Fakat, bundan sonra, serbest B maddesine olan talep artacak ve B’nin kullanım hızı kısa sürede onun abiyotik sentez hızını aşacaktır. Dolayısıyla, B maddesi kaynağı yavaş yavaş azalacak ve bu kez C maddesinden B maddesini b enzimini kodlayan ikinci bir geni içeren hücreler yararına güçlü bir seçilim olacaktır. Bu geni içeren hücreler serbest A ya da B maddelerinin her ikisinin kaynağına bağımlı olmayacaklardır. Çünkü, bunlar yeterli C maddesi edinebildikleri sürece, hem A, hem de B maddesini yapabileceklerdir.
İlk olarak, Kaliforniya Teknoloji Enstitüsünden N. H. Horowitz tarafından varsayılan sentetik yeteneğin evrimi ile ilgili bu genel süreç, uzun bir kimyasal reaksiyon zinciri oluşturarak, hücrelerin gereksinme duydukları tüm karmaşık bileşikleri oluşturuncaya kadar devam ettirilebilir. İlkel hücreler, bu yolla, yavaş yavaş daha ayrıntılı biyokimyasal yetenekler geliştirmişlerdir.
Moleküler hidrojenin parçalanması ya da organik bileşiklerin hidrolizindeki gibi, katabolik tepkimelerden ortaya çıkan kimyasal enerjiyi kullanan bazı mekanizmalara sahip hücreler oluşmadan, daha gelişmiş bir sentetik yeteneğin oluşabilmesi olası görünmemektedir.
Gerçekten, bakteriden insana kadar tüm canlıların temel enerji taşıyıcısı olarak ATP kullanmaları, ATP kullanımının ilk evrimsel gelişmelerden biri olduğunu kuvvetle desteklemektedir. Ancak, ilk organizmalar için ATP’nin kullanışlı olduğunun kanıtları nelerdir?
ATP’nin iki organik öncülü adenin ve 5 karbonlu riboz şekeridir. Bu iki bileşik, nükleik asitlerin yapısında da yer alır ve yapılan deneyler her iki bileşiğin varsayılan prebiyolojik koşullarda abiyotik olarak sentezlenebileceğini göstermiştir. Gerçekten, DNA ve RNA’nın yapısına katılan beş azotlu bazdan biri olan adenin, tahmin edilen prebiyolojik koşullarda en kolay oluşan formlardan biridir.
Dolayısıyla, biyolojik olarak kritik (önemli) bileşiklerin yapısında bulunan temel yapıtaşı olması tesadüfi değildir -yalnız ATP (ve ADP, AMP ve cAMP) değil aynı zamanda elektron taşıyıcılar NAD, NADP ve FAD’nin yapısında da bulunur. Büyük bir olasılıkla ilkel hücreler reaksiyon yapabilir duruma gelir-gelmez, ATP, ekzergonik ve endergonik tepkimeleri eşleştirmede kullanışlı olmuştur.
3,5 milyar yıl önce oluşmuş, ATP kullanan ilk metabolizma formu, bugün yaşayan tüm canlılarda evrensel olan anaerobik süreçler şeklinde olan fermentasyon olduğu hemen hemen kesindir. Enerji üreten üç temel sistemden (fermentasyon, solunum ve fotosentez) yalnız fermentasyon tüm bakteri ve tüm ökaryot hücrelerde bulunmaktadır.
Kaynakça:
https://www.sciencedirect.com
Yazar: Taner Tunç