Heterotrof ve Ototrof Hipotezleri

Yaşamın ortaya çıkışına dair iki temel hipotez vardır. Bunlardan birisi hetetrof hipotezi, diğeri de ototrof hipotezidir. Hetetrof hipotezi, ilkin tüketicilerin ortaya çıktığını savunur. Buna göre ilk ortaya çıkan canlı (proto-bakteri) hetetroftur, yani besinini dışarıdan alır. Kısaca, ilk canlı kendi enerjisini kendisi üretemeyen, dışarıdan doğrudan besin alan bir canlıydı. Ototrof hipotezine göre ilk canlı bir ototroftur, yani kendi besinini kendisi üreten bir bakteri… Buna göre canlı diyebileceğimiz ilk hücre, güneş enerjisini ya da okyanus diplerindeki Hidrojen Sülfür çıkaran volkanik bacaların enerjisini kullanarak kendi besinini üreten bir canlıydı.

Her iki hipotezin de kendi argümanları mantıklıdır. Heterotrof hipotezini savunanlar, ilk canlının bir ototrof olamayacağını, çünkü ototrofların kendiliğinden ortaya çıkamayacak kadar karmaşık olduğunu iddia eder. Ototrof hücrelerin güneş enerjisini ya da hidrojen sülfürü kullanarak enerji elde ettikleri kimyasal süreçlerin ne kadar karmaşık olduğunu bilenler bu hipotezin sorununu hemen kavrayacaklardır. İnternette fotosentezin kimyasal süreci olan Kreps Döngüsünü aratırsanız, ne demek istediğimi hemen anlarsınız. Enerji üretimi gerçekten karmaşık bir kimyasal süreçtir ve böyle bir sürecin birdenbire ortaya çıkması, karmaşık yapıların basit yapılardan türediğini kabul eden evrimin mantığına aykırıdır. Yani evrim teorisine göre karmaşık bir canlı basit bir canlıdan evrimleşmek zorundadır, birden bire ortaya çıkamaz.

Öte yandan, ototrof hipotezini savunanlar, otoroflar olmadan ortada besin olmayacağını, besin olmayınca da heterotrofların (tüketicilerin) ortaya çıkamayacağını savunurlar ki mantıklı bir düşüncedir. Buna göre, eğer ortada ‘yiyecek’ yoksa, heterotroflar nasıl ortaya çıkacaktı? Heterotrafların ortaya çıkabilmesi için yiyebilecekleri canlıların (yani ototrofların) bulunması gereklidir. Ototrof hipotezini savunanlar bütün heterotrofların “asalak” olduğunu kabul ederler. Yani heteretroflar, ototrofların parazitleridir ve bir konak canlı olmadan hayatta kalamaz. O halde ilk canlı bir ototrof olmalıdır. Ayrıca ototrof hipotezi, kendi besinini üreten karmaşık canlıların birden bire nasıl ortaya çıktağını açıklayamaz. Yani sorun “tavuk mu yumurtadan çıkar, yumurta mı tavuktan” sorusudur ve kısır döngüdür. Bilim insanları halen bu soruna tam bir yanıt bulamamışlardır. Hangisi önce ortaya çıktı, heterotroflar mı, ototroflar mı?

Son zamanlarda ototrof hipotezinin daha çok kabul gördüğünü söylemek lazım. Bu hipotezi savunanlar yaşamın ilk olarak okyanus tabanlarındaki fay hatlarında bulunan volkanik bacalarda yaşayan ve hidrojen sülfürden enerji üreten bakterilerin ilk canlıların bir modeli (prototipi) olduğunu kabul ediyorlar. Çünkü bu canlılara ekstremofil (uçsever) olarak adlandırılıyor ve adlarından da anlaşıldığı gibi bu canlılar çok aşırı koşullarda yaşayabiliyorlar. (Aşırı koşul derken, yüksek sıcaklık, asidik ortam vs. kastediliyor.) Bu bilim insanları, dünyanın ilk koşullarının da çok aşırı olduğunu, oksijenin bulunmadığını, bu nedenle ilk canlıların uçsever (ekstremefil) olması gerektiğini düşünüyorlar. Yani ilk canlı gerçekten “yaman” bir canlı olmalıydı.

Buraya kadar mevcut durumu özetledim. Şimdi bu konudaki kendi fikirlerimi açıklayacağım. (Hemen belirteyim ben biyolog falan değilim, sadece biyolojiye meraklı birisiyim.) Bana göre ilk canlı kesinlikle bir heterotroftu, yani kendi besinini üretemeyen, dışarıdan besin alan bir canlı… Neden böyle düşündüğümü açıklamaya çalışacağım.

İlk canlı bir ototrof olamazdı. Benim düşünceme göre, eğer ilkin ototroflar ortaya çıksaydı, heterotroflar ortaya çıkamazdı. Çünkü ototroflar kendi kendilerine yeten canlılardır; var olabilmek için heterotroflara ihtiyaç duymazlar. Evrim teorisinde çok iyi bildiğimiz gibi, çevresine iyi uyum sağlamış bir canlının evrimi hemen hemen durur veya çok yavaşlar. Buna bir çok örnek verebiliriz. Timsahlar, çevrelerine çok iyi uyum sağlamış canlılardır, bu nedenle yüzmilyonlarca yılda pek az evrimleşmişlerdir. Elbette ki evrim süreci asla durmaz ve koşullarda ortaya çıkan küçük değişimler canlıları evrime zorlar. (Buna çevre baskısı denir.) Timsahların yaşama biçimini incelerseniz, bir çok avantaja sahip olduklarını görürsünüz. Birincisi timsahlar soğukkanlı canlılardır ve memeliler gibi fazla enerjiye ihtiyaç duymazlar. Yani az bir besinle, ayda bir ya da bir kaç kez beslenmek, yaşamaları için yeterlidir. İkincisi, timsahlar su birikintilerinde yaşarlar, dolayısıyla susuz kalmazlar. Üçüncüsü, timsahlar su kaynaklarında yaşadıkları için yiyecekleri ayaklarına kadar gelir. Diğer canlılar su içmek zorunda oldukları için yazın kuruyan kaynaklara timsahla dolu olduğunu bile bile gelmek zorundadırlar. Bu nedenle timsahlar yiyeceksiz kalmazlar.

İşte bu üç koşul, timsahların ne kadar avantajlı canlılar olduğunu gösterir. Bu sebepten dolayı timsahların evrim hızları düşüktür; evrimleşmeleri için bir sebep yoktur. Yani onları değişmeye zorlayan çevre baskısı pek azdır. Bu timsahların hiç evrimleşmedikleri anlamına gelmez. Elbette timsahlar da sürekli mutasyona uğruyorlar. Ama büyük ihtimalle yeni ortaya çıkan genler çekinik kalıyor ve timsahın fenotipini çok etkileyemiyor. (Fenotip, bir canlının dıştan görünüşünü ifade eden bir terimdir.) Timsah gibi yavaş evrimleşen başka bir çok canlı vardır ve onların da durumu timsahınki gibidir. Aynı şekilde ilkin ototroflar ortaya çıksaydı, büyük ihtimalle heterotroflar ortaya çıkmayacak, çıksa bile avantajlı olan ototroflar tarafından bastırılacaklardı ya da ototroflar kendileriyle beslenen heterotroflara karşı gerekli önlemleri alacaklardı.

Yeni keşfedilen bir bakteri çeşidi heterotrof hipotezini desteklemektedir. Bu bakteril çeşidinin 8-9 farklı örneği bulunmuştur. Bunlara elektrobakteri denir. Bu bakteriler doğrudan “elektron” yerler. Yani çok basit bir kimyasal süreci kullanarak kayalardan doğrudan doğruya enerji elde ederler. Yaşamak için pek az koşula ihtiyaçları vardır. Elektron maddenin bilinen en basit türüdür, temel parçacıktır, yani iç yapısı yoktur. Bu bakteriler elektronu doğrudan doğruya hücrelerine alır ve onu oksijenle birleştirirler. Aslında bütün canlılar bunu yaparlar ama dolaylı yollardan. Örneğin hetetroflar şekeri oksijenle parçalarlar ve ortaya çıkan elektronu ATP molekülü (temel enerji kaynağımız) sentezlemekte kullanırlar. Ototrofların yaptığı ise havadaki karbondioksiti parçalayarak onu karbon ve oksijene ayırmaktır. Metabolizmaları (hücrelerde gerçekleşen kimyasal süreçler) oksijeni serbest bırakır ve bu yolla havadaki karbondioksidi şekere dönüştürürler. Yani temel olarak bütün canlılar serbest elektronlardan yararlanıyorlar, ama bu işi doğrudan doğruya yapamadıkları için şekeri “aracı” olarak kullanıyorlar. Gerçi ilkel dünyanın atmosferinde oksijen yoktu. (Elektrobakterilerin oksijyene ihtiyacı vardır.) Ama onun yerine başka molekülleri kullanıyor olabilirler.

Sonuç olarak yaşamın ilk ortaya çıktığında dünyanın koşulları çok farklıydı ve ortada serbest elektronlar bulunuyordu. Bu canlılar çok basit bir kimyasal tepkime ile bu serbest elektronlardan (besin) yararlanabiliyorlardı. Ototroflar sonradan ortaya çıkmış olmalıdırlar, çünkü karmaşıktırlar. Daha sonra ilk mavi-yeşil alg benzeri ototroflar evrimleşmiş olmalı. Heterotroflar, bu algleri yemeye sonradan başlamışlardır. Heterotroflar çevrelerindeki besin çeşitliliğine kolayca uyum sağlamış olmalıdırlar. Bildiğimiz gibi, sonradan bir kısım heterotroflar ilkel ototrofları yemiş (hücre içine almış) ancak sindirmemişlerdir. Yani ilkel ototroflarla simbiyotik (ortak) bir yaşam sürmeye başlayarak gelişmiş bitkilere doğru evrimleşmişlerdir.