Həyatın mənşəyi: RNT dünyasından bütün canlıların sonuncu ortaq əcdadına qədər
Həyat nədir? Əgər bu sualı Yer Kürəsinin timsalında, yadplanetli nələrəsə toxunmadan nəzərdən keçirsək və təbiətdə insana qədər mövcud olanlarla kifayətlənsək, aydın olar ki, viruslar, bakteriyalar, arxeylər, göbələklər, heyvanlar, bitkilər və onların birhüceyrəli qohumları – canlıdır, yerdə qalan digərləri isə – yox. Deməli, həyatı Darvin təkamülünə qadir kimyəvi sistem kimi xarakterizə eləmək olar.
Bir halda ki sistem kimyəvidir, onda o, aralarında reaksiya gedən atom və molekullardan ibarət olmalıdır. Darvin təkamülünə qadir olmaq isə dörd şərtə əsasən mümkündür. Birinci, çoxalmaq lazımdı: yəni özünə bənzərləri yaratmağı bacaran hansısa orqanizmlər, hüceyrələr və ya hansısa başqa vahidlər qrupu olmalıdır. İkinci, dəyişkənlik lazımdır, yəni xələflər sələflərini olduğu kimi təqlid etməməlidirlər. Üçüncü, irsilik olmalıdır: yəni övladların fərqlilikləri nəvələrdə itməməlidir, gələcək nəsillərə də ötürülməlidir. Və seçim lazımdır, yəni sözügedən fərqlər çoxalmanın davametmə ehtimalına təsir etməlidir.
Təkamülün hansı maddi daşıyıcıda baş verəcəyi o qədər də vacib deyil. Yer üzündə həyat haqqında məlumatın daşıyıcıları nuklein turşularıdı, ancaq, məsələn, təkamül proqramlaşdırılması deyə bir şey də var və orda bütün bu proseslər sıfırlar və birlərin köməyilə kompüterin yaddaşında baş verir. Təkamülün öyrənilməsi məsələsində belə sistemi həyat hesab eləmək olar, amma ekzobioloji anlamda olmaz. Çünki kompüterin, heç kimin iştirakı, müdaxiləsi olmadan öz-özünə yarana biləcəyini təsəvvür eləmək çətindir.
Amma həyatın ekzobioloji anlamı ilə bağlı da problemlər var: əgər biz tək bir işçi qarışqanı götürsək, o, canlı sayıla bilməz, çünki çoxalmağı bacarmır. O zaman təkamül haqqındakı hissə ona aid deyil.
Və ya əgər tibbimiz çox yaxşı inkişaf eləsə, əgər biz irsi xəstəlikləri qabaqcadan təyin eləyə və genetik korreksiya apara bilsək, əgər hər körpə dizayner genomuna sahib olsa, insanlar bir növ olaraq Darvin təkamülündən uzaqlaşacaqlar. Biz, tamamilə fərqli, hətta adı belə olmayan təkamül rejiminə sahib olacağıq. Lakin bu halda insanlar artıq canlı hesab olunmayacaqmı?
CANLININ KİMYƏVİ ƏLAMƏTLƏRİ
Canlını cansızdan daha çox kimyəvi əlamətlərinə görə, tez və asan ayırmaq mümkündür. Birinci əlamət – xiral təmizlikdir. Amin turşularının, nukleotidlərin və bir çox başqa mürəkkəb maddələrin molekulları güzgülü iki formaya sahib ola bilər – sağ və sol. Amma canlı orqanizmlər onlardan birinə üstünlük verirlər, yəni bizim bütün zülallarımız sol amin turşularından təşkil olunub, bütün DNT və RNT-nin tərkibi isə riboza şəkərinin sağ variantından ibarətdi və bu qaydadan istisna yoxdur.
Canlı orqanizmlərdə sağ amin turşularına da rast gəlinir, lakin onlar zülalların tərkibinə daxil deyil və daha sadə funksiyaları yerinə yetirir. Ona görə də, biz başqa planetdə xiral təmizliyi görünən bir ovuc orqanik maddə tapsaq və o tərpənməsə, çoxalmasa, hətta canlı olmasa belə, onun nə vaxtsa canlı olduğunu düşünə bilərik. İkinci əlamət kimyəvidən daha çox fiziki əlamətdir. Bir çox kimyəvi elementlərin bir neçə növ atomları olur, onlar kütlələri ilə fərqlənir və izotop adlanır. Karbonun, atom kütləsi 12 olan adi yüngül izotopu və atom kütləsi 13 olan daha ağır izotopu var. Atom kütləsi 14 olan daha ağır bir izotop da var, amma o, radioaktivdir və tez parçalanır.
Ancaq 12C və 13C stabildir, onlar qeyri-məhdud müddətdə mövcud ola bilir. Təbiətdə yüz adi 12C-yə, təxminən, bir atomluq 13C düşür və bizim yer həyatımız yüngül karbona üstünlük verir. Bitkilərdəki, yaxud heyvanlardakı karbonun izotop tərkibini cansız təbiətdəki karbonun izotop tərkibi ilə müqayisə eləsək, canlı maddədə 13C-nin payının az olduğunu görərik. Karbon biosferə, fotosintezi həyata keçirən və karbondioksit qazından şəkər hazırlayan bitkilər vasitəsilə daxil olur.
Bu, kimyəvi reaksiyaların keçdiyi kifayət qədər uzun bir yoldur və Kalvin dövriyyəsi adlanır. Bu dövriyyənin aralıq məhsulları sadə diffuziya vasitəsilə bir fermentdən o birisinə doğru səfər edir. Molekul nə qədər yüngül olarsa, diffuziya bir o qədər tez baş verir. Ona görə də, tərkibinə ağır karbon atomu düşmüş molekul bu mərhələlərin hər birindən daha ləng keçir və nəticədə finişə gecikir.
Həmin qlükozanı yeyən və onları yağa və zülallara çevirən heyvanlarda bu proses təkrarlanır və 13C-nin payı daha da azalır. Hazırda qida zəncirini bu üsulla analiz edirlər: tropik meşədə və ya okeanın dibində yaşayan hansısa heyvanı tutmaq, izotop analizi ilə onun təbiətdə nələr etdiyini heç vaxt müşahidə etmədən, yalnız bircə ölü örnəyə əsasən, necə qidalandığını təxmini müəyyənləşdirmək mümkündür. Başqa sözlə, heyvanın otyeyən, yırtıcı, ya da leşyeyən olduğunu təyin edə bilərik.
PARALEL HƏYAT
Zülallar və nuklein turşuları xiralılıq (molekulun öz əksi ilə eyni məkanda ola bilməməsi) xüsusiyyətinə malikdir: bu molekullar öz əkslərinə uyğun gəlmirlər, yəni həm sağ, həm də sol formaların mövcudluğu mümkündür. Bununla belə, real hüceyrələrdə zülallar həmişə sol formada, DNT isə sağ formada yerləşir və bu qaydadan istisna yoxdur. Hərçənd sağ zülallara və sol DNT-ə malik paralel həyatı təsəvvür eləyə bilərik. O, bizdən heç nə ilə fərqlənməyə bilər, ancaq bu iki həyat bir-biri ilə uzlaşmayacaq, yəni bizim biosferdəki təbii viruslar parallel hüceyrəyə təhlükəli ola bilməyəcək. Eyni zamanda paralel həyat bizim həyatla genetik materialların mübadiləsini də apara bilməyəcək.
Bu, biotexnologiyalardakı tətbiqlər üçün çox faydalıdır. Məsələn, biz plastiki çox yaxşı udan paralel bakteriya hazırlayırıqsa, onun yalnız zibil emal eləyən zavodda yaşamasını istəyirik. Ki, ətraf mühitə düşə, evlərimizdə plastiki yeyə bilməsin. Ona görə də, əgər biz ona özü üçün hansısa həyati-vacib vitaminlər istehsal eləmək imkanı verməsək, bakteriya, yalnız həmin vitaminləri əldə edə biləcəyi yerlərdə -yəni zavodda yaşayacaq və qaça bilməyəcək. Və özünün plastik yeyən genlərini də yabanı bakteriyalara ötürə bilməyəcək, çünki onların bəzilərində DNT sol, digərlərində sağ formadadır.
Çin alimləri paralel DNT-ni təqlid eləyən paralel işlək Tag-polimeraz fermentini hazırlayıblar. Bu, onların son nailiyyətləridir. Çinli alimlər hələ paralel hüceyrəyə çatmayıblar, amma həmin istiqamətdə irəliləyirlər.
Planetimizdə mövcud olan həyat niyə, məhz, belə assimetriyaya malikdir? Çox mürəkkəb sualdır. Maraqlıdır ki, deyəsən, bu xiral asimmetriya həyatdan daha qədimdi, çünki amin turşuları təkcə canlı hüceyrələrdə deyil. Meteoritlərin də tərkibində orqanik maddələr, həmçinin amin turşuları olan növləri var. Onlarda amin turşularının sol izomerləri, sağ izomerlərdən 1-2% çoxdur. Meteoritlərin də, hüceyrələrin də sırf sol amin turşularından ibarət olduğunu, sağların, ümumiyyətlə, olmadığını demək mümkün deyil. Lakin sollara tərəf müəyyən meyl artıq var. Özü də bunlar biokimyada rast gəlinməyən amin turşularıdır, yəni hüceyrələr onları nə emal eləyir, nə də yeyir. Belə çıxır ki, onlar yerdəki həyatla əlaqəsi olmayan məhsullardır.
Sözügedən meteorit mənşəli amin turşuları 1960-cı illərdə kəşf olunub. Başlanğıcda onların, panspermiyanın (canlı orqanizmlərin və ya onların cücərtilərinin, meteorit, asteroid və s. kimi təbii obyektlər, həmçinin aparatlar vasitəsilə kosmik fəzadan yerə ötürülməsi barədə hipoteza) təsdiqi olduğu ehtimal edilirdi: yəni meteoritlərdə həyat tapılıb. Bəzi skeptiklər də deyirdilər ki, meteoritlər yer mənşəli bakteriyalarla örtülüdür. Lakin daha geniş analizlər göstərdi ki, həmin amin turşularının heç bir həyata – nə yer, nə də yadplanetli- aidiyyatı yoxdur. Onlar abiogen mənşəlidir. Onlarda sol formalara meyllənmənin necə yaranması isə – artıq biologiyanın yox, fizikanın araşdırma dairəsinə daxildir.
Elə mexanizmlər var ki, bəzi optik izomerləri və amin turşularını seçim yolu ilə məhv eləyə və polyarlaşdırılmış şüalanmanın – ultrabənövşəyi, rentgen şüalanması və ya polyarlaşmış elektronlarla şüalandırmanın köməyilə digərlərini saxlaya bilərlər.
Kosmosda polyarlaşmış ultrabənövşəyi şüaların mənbəyi, güclü maqnit sahələrinə malik ulduzların bəzi növləridir.
Məsələn, ulduzlararası tozun yayılması sayəsində, Orionun dumanlarında polyarlaşmış ultrabənövşəyi və gözlə görünən işıq yaranır.
Əgər Günəş sistemi Orion dumanlıqlarına bənzər bir buludda yaranıbsa, bu, planetlər meydana çıxmazdan əvvəl kosmik tozun tərkibində sağ amin turşularının sollardan daha az qalmasına səbəb ola bilərdi.
Polyarlaşmış elektronların mənbəyi- nüvə parçalanmasının növlərindən biri olan beta-parçalanmadır. Beta-parçalanma zamanı həmişə sol polyarizasiyalı elektronlar əmələ gəlir və onlar amin turşularının sağ formalarını daha aktiv şəkildə məhv edirlər. Beta-parçalanma zamanı niyə həmişə elektronların sol polyarizasiyası alınır? Bu, yeni fizikanın, Standart modelin hüdudlarından kənarda cavab verməli olduğu suallardan biridir.
Biz Yerdə olduğumuz üçün bu iki mexanizmi fərqləndirə bilmirik. Onların arasındakı fərq isə budur: beta-parçalanma bütün Kainatda eyni cür işləyir, o, sol polyarlaşmış elektronlar əmələ gətirir və sol amin turşularının artıqlarını verəcək.
Polyarlaşmış ultrabənövşəyinin ulduzlardakı mənbələrində isə hər zaman iki qütblü – şimal və cənub – maqnit sahəsi var. İstənilən belə mənbə bir tərəfdən polyarizasiyanın bir əlamətini, o biri tərəfdən başqa əlamətini verir. Yəni, ola bilər ki, Günəş sistemi sadəcə belə bir mənbənin lazımi tərəfində olub. Başqa tərəfində olsaydı, bəlkə də həyat başqa xirallıqda olardı.
Ən yaxşısı, başqa ulduzlardakı planetlərə uçmaq, fərqli həyat nümunələri tapmaq və orda sağ amin turşulu həyatın olub-olmadığına baxmaqdır. Əgər Qalaktikanın hər yerində sol amin turşulu həyat tapsaq, deməli, günahkar nüvə fizikasıdır. Amma, təxminən, bərabər sayda sol və sağ amin turşulu həyatlara rast gəlinsə, deməli, günahkar ulduzlardır.
HƏYATI NECƏ ARAŞDIRMALI
Biz keçmişdə baş verən hadisələri araşdıranda – istər kosmologiya olsun, istər həyatın mənşəyi, tarix, ya da arxeologiya – alimlər tam konsensusa nail ola bilmirlər, çünki nəticəni yoxlamaq üçün təcrübə aparmaq mümkün deyil: hər şey artıq baş verib. Ona görə də, kriminalistikada olduğu kimi nəyin necə baş verdiyini əyani və dolayı dəlillərlə bərpa eləmək lazım gəlir.
“Həyat necə yaranıb?” sualına cavab tapmağa çalışan hər tədqiqat, bütün prosesin hansısa bir mərhələsini modelləşdirir: ilk molekulların yaranmasından tutmuş həyatın əmələ gəlməsinə qədər. Amma hələlik bütün mərhələləri bir təcrübədə toplamaq mümkün olmayıb. Ən böyük uğuru RNT-dünyanı bərpa eləməyə çalışan insanlar qazanıblar. Onlar ilk növbədə özü-özünün, ya da, heç olmazsa, strukturları müqayisə edilə biləcək başqa RNT molekullarının surətini çıxarmağı bacaran RNT molekulu əldə eləməyə çalışırıblar. Lakin iyirmi ildən də uzun müddətdə istədikləri nəticəni ala bilməyiblər. Deyəsən, saf RNT bunu bacarmır. Onun, kənardan hansısa mineral substratlara, amin turşularına -özü də, yəqin ki, qısa peptidlərdə birləşdirilmiş olanlara- ehtiyacı var. Yəni problemi molekulun bir tipi ilə çözmək alınmır.
Həmçinin həyatın mənşəyi ilə bağlı tədqiqatlarda təşkilati problemlər də var, çünki bu, disiplinlərarası sahədir, ən müxtəlif ixtisasları təmsil eləyən alimlər birlikdə işləməlidilər: Cürbəcür sintezlərin necə aparıldığını hər kəsdən daha yaxşı bilən kimyaçılar; hazırda sahib olduğumuz həyatın, əslində, necə qurulduğunu hər kəsdən yaxşı bilən bioloqlar; qədim dövrlərdə hansı şərtlərin, hansı mineralların ola biləcəyini, hansılarının olmadığını hər kəsdən daha yaxşı bilən geoloqlar. Lakin belə disiplinlərarası komandalar hər zaman yaranmır.
HƏYATIN BEŞİYİ: PALÇIQ TİYANLARI
Disiplinlərarası araşdırmaların ən yaxşı örnəklərindən biri kimi bioloq Armen Mulkicanyanla geoloq Andrey Bıçkovun müşətərək işini göstərmək olar. Armen Mulkicanyan araşdırmalarına 2000-ci illərin əvvəllərində başlamışdı. Alim, həmin vaxt geniş yayılmış, həyatın dənizin dibində, ya da qaranlıq, isti və yüksək təzyiqli mühitə malik hidrotermal bacalar, yaxud qələvi hidroterma kimi qaynar mənbələrdə yarandığını iddia edən fikirləri əsaslandırılmış şəkildə təkzib eləmək istəyirdi. O, nukleotidlərin ultrabənövşəyiyə qarşı dözümlülüyünü sübut eləyən məlumatlar tapmışdı və əlavə təcrübələr apararaq göstərmişdi ki, nukleotidlər RNT, yaxud DNT zəncirinə birləşəndə dözümlülük artır. Hətta ikiqat spirallar tək-tək zəncirlərdən daha dözümlüdür.
Yəni, ultrabənövşəyinin, hələ həyatın hansısa forması meydana gəlməzdən əvvəl də seçim amili olmaq ehtimalı var.
Bundan sonra Mulkicanyan işıqlı bir səthdə RNT dünyasına uyğun məskən axtarmağa başlayır. Bundan ötrü o, biokimyanı və hüceyrələrdəki duzların tərkibini dərinliklərinə qədər araşdırmalı olur.
İnsan qanının dəniz suyuna bənzədiyi barədə geniş yayılmış bir fikir var. Həqiqətən də, onların hər ikisində NaCl – xörək duzu üstünlük təşkil eləyir. Belə alınıb, çünki qanı olan ilk heyvanlar dənizdə əmələ gəliblər və onların, qanın tərkibindəki duza nəzarət eləyən böyrəkləri, ya da başqa orqanları olmayıb. Ona görə də, qan və ümumiyyətlə, hüceyrələri yuyan daxili mayelər, duz tərkiblərinə görə dəniz suyundan fərqlənmirdi. Böyrəklər əməl gələndən sonra isə nəyisə dəyişmək artıq gec idi, çünki müxtəlif vacib proseslər həmin duz tərkibi ilə əlaqəli işləyirdi, məsələn, sinir impulslarının ötürülməsi prosesi kimi. Bu səbəbdən də, heyvanlar, böyrəklərdə qənaət eləmək xətrinə hansısa yeni mexanizmlər kəşf eləmədilər.
Odur ki, biz ayrıca bir hüceyrəni yox, daxili mayeləri ilə birlikdə bütün orqanizmi götürsək, fərz eləyə bilərik ki, həyatın mənşəyi duz tərkibinə görə, hüceyrədaxili mühitə, sitoplazmaya bənzəməlidir, çünki sitoplazmanın duz tərkibini dəstəkləyən hüceyrələr duzu buraxmayan membrana malikdilər. Onların gərəkli duzları daxilə göndərən, lazımsızları isə bayıra çıxardan nəqliyyat zülalları var və onlar bu prosesə kifayət qədər çox enerji sərf eləyir.
Bəs sitoplazma dəniz suyundan nə ilə fərqlənir? Dənizdə natrium və xloridlər çoxdur, sitoplazmada isə – kalium və fosfatlar. Özü də sadəcə qeyri-üzvi fosfatlar yox, üzvi molekullarla birləşdirilmiş fosfatlar: şəkər fosfatları, nukleotidlər, DNT, RNT və sair. Canlı hüceyrələr öz daxillərindəki natriumu qətiyyən sevmirlər, onu bayıra çıxartmaq üçün xeyli enerji sərf eləyirlər və bu zaman içəri kalium vururlar. Ribosomun tərkibində onlarla kalium ionu var və onlar natriumla əvəz olunarsa, ribosom fəaliyyətini dayandırar. Digər vacib fermentlər, məsələn, DNT-ni təkrarlayanlar da fəaliyyətləri üçün tərkiblərində kalium olmasını tələb edirlər. Yəni, natriumla yox, kalium və fosforla (həllolunan formada olması daha yaxşı olardı) zəngin olan həyat mənşəyinə ehtiyac vardı.
Mulkicanyan geoloqlarla görüşür və onlardan təbiətdə, tərkibində çox miqdarda kalium və az miqdarda natrium olan hövzələrin olub-olmadığını soruşur. Və beləcə, vulkanoloq Andrey Bıçkovla tanış olur. Bıçkov elə hövzələri tanıyırdı – o, Kamçatkanın qaynar hövzələrini tədqiq eləyir. Onların arasında tərkibində çoxlu kalium və çoxlu fosfor olanları var, bunlar, əsasən, palçıq tiyanları və bəzi qeyzerlərdir.
Qaynar hövzələrin quruluşu necədir? Soyuq su – yağış suyu, çay suyu, qar suyu – yarıqlardan qaynar vulkanik ocaqlara axır, orda isinir, qismən qaynayır, daha sonra buxara çevrilir və qaynar su başqa yarıqlarla yuxarı qalxır.
Buxar həddindən artıq qaynar olanda fumarola alınır. Qaynamaq həddinə çatmış, lakin qaynamayan qatı su axanda isə termal hövzə yaranır.
Palçıq tiyanlarında buxar stabil çıxır, ancaq onun axını fumarolalarda olduğundan zəifdir və o qədər də qaynar deyil. Ona görə də o, torpaqdan bayıra çıxanda kondensansiya olur və maye yaranır. Bu, kimyadakı distillə prosesinə oxşayır: duzlar sudan ayrılır və distillyat əmələ gəlir. Lakin vulkanik ocaqlardakı distillə şərtlərində temperatur laboratoriya distillyatorunda olduğundan daha yüksəkdir, divarlar isə təmiz şüşədən yox, cürbəcür minerallardan ibarətdir, ona görə də, suda aşqarlar yaranır. Belə aşqarlarda kalium, fosfor (fosfor oksidi şəklində), həmçinin sink, manqan, molibden kimi bəzi metallar ola bilər. Bu metallar hüceyrələr üçün zəruri olan mikroelementlərin siyahısına daxildi. O cümlədən palçıq tiyanlarına uçan silisium turşusu şəklində həddindən çox silisium düşür. O, soyuq suda çökür və xırda, dənəvər gilə çevrilir. Palçıq tiyanları, məhz, buna görə palçıqlıdır. Onlarda şəffaf maye yox, qatı boz, ya da narıncı gil olur və onun arasından buxar və vulkanik qazlar pıqqıldayır. Təbii ki, ora kükürd qazı, hidrogen sulfidi, karbondioksit qazı, vulkanik qazlarda rast gəlinən ammonyak da uçub gəlir və çox yaxşı bir kokteyl alınır. Ki, onun içində cürbəcür maraqlı maddələr əmələ gələ bilər. Duz tərkibinə görə, məhz, palçıq tiyanları həyatın mənşəyinə ideal şəkildə uyğun gəlir. Üstəlik, onlar Yer səthində yerləşir və Günəş tərəfindən işıqlandırılır.
NUKLEİN TURŞULARININ YARANMASI
Nuklein turşularının yaranmasından ötrü ən yaxşı təməl maddələr iki zəhərdir: hidrogen sianid turşusu və formaldehid. Qədim dünyada onlar yerə yağışlarla düşürdü. Biz “Kassini” kosmik zondu sayəsində bu prosesin Saturnun peyki Titanda necə baş verdiyini izləmişik. Titan bizim Aydan böyükdür, metan aşqarlı azot atmosferinə malikdir. Metan mütəmadi olaraq peykin səthindən ayrılır, atmosferə düşür və Günəş tərəfindən şüalanır. Ultrabənövşəyi şüalanma altında metan parçalanır və müxtəlif maraqlı maddələr – asetilen, hidrogen sianid turşusu, sianoasetilen yaranır. Bunun nəticəsi kimi, Titanın atmosferində, daha soyuq hissədə, qütblərdə hidrogen sianid turşularının donmuş kristallarından ibarət buludlar əmələ gəlir.
Azot qədim Yerin atmosferində də vardı, orda da dəniz dibindən metan çıxırdı, səthi isə Günəş şüalandırırdı. Lakin Yer Günəşə daha yaxın olduğuna görə, hər kvadrat metrə düşən ultrabənövşəyi şüanın miqdarı da yüz dəfə çox idi. Ona görə də, əsl hidrogen sionid yağışları yağmalıydı. Günəşin təsiri ilə parçalanan metan su, ya da karbondioksit ilə reaksiyaya girərək formaldehid və asetaldehid əmələ gətirə bilər. Onlar da həll olunan maddədi və yağışla səthə düşəcək.
Kimyaçılar bu bilgilərdən istifadə eləyərək nuklein turşularının abiogen sintezi sahəsində böyük uğurlar qazanıblar. Hər şeydən əvvəl, Mançester Universitetində işləyən Con Sazerlendin komandasını qeyd eləmək lazımdır. Bu yaxınlarda onlar bir sistemdə, kobud desək, bir qabda eyni təməl maddələrdən RNT üçün lazım olan dörd nukleotidin dördünü, həmçinin zülalların tərkibinə daxil olan onlarla amin turşularını eyni vaxta əldə eləməyə nail olublar.
MEMBRANLARIN YARANMASI
DNT və RNT-ni əldə etməyin yolları az-çox bəlli olsa da, membranların necə yarandığı sualı hələlik açıq qalır. Bununla bağlı “ilk pitsa” adlandırılmış bir ideya mövcuddu: ilkin həyat formaları müasir hüceyrələrdə olan lipid membranlarsız keçinə bilirdi. Onlar xarici mühitdən mineral divarlarla ayrılırdı. Yaş və şişmiş gil – son dərəcə laylı materialdı və mineral layların arasında bir neçə molekul qalınlığında yarıqlar yaranır. Ki, RNT zənciri və ya zülal zənciri həmin yarıqlara çox uyğun gəlir.
Hazırda belə laylı gil növlərinə “pişik tualetləri üçün mineral doldurucu” adlı mağazalarda rast gəlmək mümkündür.
“İlk pitsa” ideyasına alternativ olan hipoteza isə “ilk mayonez” adlanır. Bu hipotezə görə, lipidlər, yəni membranları əmələ gətirən maddələr lap əvvəldən mövcud olub və RNT molekullarını əhatələyib. Esktremal variantlarda quraqlıq nəticəsində su, demək olar ki, qalmır və təcrübələrdə elə alınır ki, bu cür mayonezəbənzər mühitdə nukleotidlər zəncirvari formada rahat birləşir. Abiogen RNT rekordu – təxminən, yüz nukleotid uzunluğunda zəncirdi, və o, məhz mayonez, yağ fazasında əldə olunur.
Bu qədər böyük miqdarda yağların hardan peyda olduğu məlum deyil. Yağabənzər maddələr hidrotermal bacaların şərtlərində daha yaxşı alınır: bunun üçün yüksək təzyiq və temperatur lazımdı, təməl maddə isə dəm qazı ola bilər. Bu tip kimyəvi texnologiyanın analoqu Fişer-Tropşa prosesi adlanırdı. II Dünya Müharibəsi zamanı Almaniyada bu prosesin köməyilə daş kömürdən benzin istehsal olunurdu.
PALÇIQ TİYANLARI HİDROTERMAL BACALARA QARŞI
Hidrotermal bacalara əllə toxunmaq mümkün olmasa da, heç olmazsa, batiskafla aşağı enmək, nümunə götürmək, çəkiliş eləyib müqayisə aparmaq mümkün idi. Alimlərin istinad elədiyi formada qədim, oksigensiz palçıq tiyanları isə Yer üzündə qalmayıb: indi oksigen ucbatından onlar tamamilə fərqli kimyaya sahibdir – kükürd turşusu çoxdur, mühit hədsiz turşdu və orda, demək olar ki, heç kim yaşamır.
2013-cü ildə Mülkicanyanla Bıçkovun məqaləsini avstraliyalı geoloq Martin van Kranendonk oxuyur. O, uzun müddət idi ki, Pilbara bölgəsi- Qərbi Avstraliyanın susuz səhraları ilə məşğul olurdu. Hazırda orda, demək olar ki, həyat yoxdur, əvəzində həddindən çox faydalı filizlər var: kömürdən, dəmirdən tutmuş qızıla, urana qədər. Bura Yer qabığının ən qədim bloklarından biridir, 3,5 milyard yaşı var.
Yer qabığı mütəmadi olaraq yaranır və dağılır. Okeanaltı qabıqda bu proseslər daha sürətlə gedir: o, orta okeanik dağ silsilələrində yaranır və materikin altındakı dərinsulu nova dalır. Yer üzündə yaşı 200 milyon ildən çox, yəni mezozoydan qədim okeanaltı qabıq qalmayıb. Materiklərsə bütünlüklə heç yerə getməsə də, erroziyaya məruz qalır: onları külək vurur, buzluqlar qaşıyır, yağışlar yuyur. Qum, qayaları oyur və milyardlarla illər ərzində çox şeyi oya bilər. Qayalarda ağaclar bitir. Onlar, azacıq fosfor tapmaq ümidilə kökləriylə qayaları parçalayır. Yəni materik qabığı da parçalanmaya məruz qalır. Yer qabığının qədim parçaları bir çox yerdə var, amma, demək olar ki, hər yerdə çöküntü altında qalıb. Ancaq Skandinaviyada – Kolsk yarımadasında, Avstraliyada Pilbara bölgəsində və Cənubi Afrikada çox qədim qabığın səthə çıxdığı yerlər var.
Pilbara çoxdan 3,5 milyard illik yerin altından çıxarılan bakterial qatlarıyla məşhurdur. Geoloqlar hesab eləyirdilər ki, Pilbara çöküntülərin yarandığı və bakteriaların fəal inkişafı anında azsulu isti dəniz olub. Lakin Martin van Kranendonk, Mülkicanyan və Bıçkovun məqaləsini oxuyandan sonra həmin bölgədə hərdən dənizdən daha çox yerüstü qaynar hövzələr üçün xarakterik olan minerallar tapdığını xatırlayır. Xoşbəxtıikdən onun həddindən artıq diqqətli bir aspirantı vardı. Gənc xanım orda qeyzerit tapmışdı – bu mineral yalnız yerüstü qaynar hövzələrdə əmələ gəlir. Qeyzerit buxardan yaranır və onu dənizdə əldə eləmək mümkün deyil. Daha sonra eyni yerdə turmalin də tapmışdılar – bu, yalnız qaynar hövzələr bölgəsində meydana çıxan və tərkibində bor olan mineraldır. Turmalin dənizdə həll olunur. Yəni belə çıxır ki, əslində Pilbarada azsulu dəniz yox, Mülkicanyan və Bıçkovun ehtimal etdiyi kimi yerüstü geotermal sahə vardı. Və oksigensiz qeyzerlər, palçıq tiyanları ərazisində olmalı olan minerallar məhz orda tapılmışdı.
FOSFORUN SİRRİ
Hüceyrə yaratmaqdan ötrü çoxlu fosfora ehtiyac var. DNT və RNT-ni fosforsuz əldə eləmək heç cür mümkün deyil. Lakin fosforla bağlı bir problem var: prinsipcə, Yerdə fosfor həddindən çoxdu, amma onların, demək olar ki, hamısı fosforit, kalsium fosfat mineralları şəklindədi və suda, demək olar ki, həll olunmur, kimyəvi baxımdan inertdir. Bitkilər fosfor əldə etməkdən ötrü kökləriylə müxtəlif turşular ifraz eləyirlər və yalnız bundan sonra həmin fosforitlər və apatitlər yavaş-yavaş əriməyə başlayır. İnsanlar da apatitlərdən fosforlu gübrələr hazırlayanda onu güclü turşularla qarışdırırlar. Həyatın mənşəyi üçün fosforun turşularla emal edilməsi uyğun gəlmir, çünki DNT və RNT-nin ikiqatlı spiralları, uotson-krikov cütlüyü və RNT-nin doğru formada burulması yalnız neytral mühitdə mümkündür.
Bu amilləri nəzərə alanda dəniz birmənalı şəkildə uyğun gəlmir: birinci, dəniz suyu hazırda azqələvilidi, o vaxtlar isə daha çox azturşulu idi, çünki atmosferdə coxlu CO2 vardı; ikincisi, kalsium dənizdə həmişə çox olub, həllolunan fosfatlar isə kalsiumla birlikdə fosforit və apatitin həll olunmayan çöküntülərinə düşür.
Lakin palçıq tiyanlarında fosfor çoxdur, özü də məhz həll olunan formalarda. Vulkanda min dərəcədən yüksək temperaturda fosforitlər parçalanır və fosfor, vulkanik qazlarla birlikdə fosfor oksidləri şəklində uçur. P4O10 və P4O6 fosfor oksidləri suya düşəndə polifosfatlar alınır. Polifosfatlar hətta kalsiumla qarışanda belə, yaxşı həll olunur. Dahası, polifosfatlar adi fosfor deyil, həm də ATF kimi (Adenozintrifosfat) enerji mənbəyidir. Bu zəncirlərin ayrı-ayrı fosfat bloklarına parçalanması sayəsində enerji almaq mümkündür.
İşıq, kalium və fosfor – həyatın qaynar yerüstü mənbələrdə yarana biləcəyi ehtimalını sübut eləyən üç dəlildir. Dənizin dibində bu üç şərtdən heç birini təmin eləmək mümkün deyil.
SİNK DÜNYASI
Dəmir, mis, sink, manqan, molibden və kobalt insan orqanizminə mikroelementlər qismində lazımdır. Elə mikroblar var ki, onlarda bu siyahıya nikel və volfram da əlavə olunur. Vanadiuma ehtiyacı olan heyvanlar da var, ancaq bu, artıq ekzotikadı. Maraqlıdır ki, hüceyrələrdə dəmirlə yanaşı çoxlu sink də var. Amma əgər dəmir ətraf mühitdə də çoxdusa, hüceyrələrdə sink müasir dəniz suyunda olduğundan milyon dəfə çoxdur. Çox güman ki, qədim dəniz suyunda sink daha az olub. Yəni sink, hüceyrələri qalan digər elementlərdən daha çox zənginləşdirir. Hüceyrələr bundan həyati-vacib funksiyalar üçün istifadə eləmir. Məsələn, zülal modulu adlanan sink barmaqlar var. O, DNT və RNT-ni birləşdirən müxtəlif zülalların tərkibinə daxildi. Lakin bu, sadəcə zülalın doğru şəkildə qatılaşması üçün lazımdı.
Ancaq zülalları defisit sink olmadan da qatılaşdırmağın bir çox başqa üsulları da var. Bu isə o deməkdi ki, belə zülali elementlər yalnız sinkin çox olduğu yerdə meydana çıxa bilərdi – bu, evləri qızıl kərpicdən tikilən Eldorado kimidir. Təxminən, 60-70 dənə tamamilə universal və çox qədim zülallar var ki, onlar istənilən hüceyrədə mövcuddur. Bu zülallar ən vacib funksiyaları yerinə yetirir və əvəzolunmazdır. Onların tərkibində sink var, amma dəmir yoxdur.
Sinklə zəngin olan mühit necə görünə bilərdi? Oksigensiz zamanlarda sinkin həll olunması çətin idi, çünki istənilən həllolunan sink duzları ilə həll olunmayan sink-sulfidə çevrilən çoxlu hidrogen sulfid vardı. Sink sulfidin kiçik kristallarının işıqla münasibəti çox maraqlıdır. Onlar göy və ya ultrabənövşəyi işığı uda, sonra da, məsələn, işıq saça bilər. İşıqlanan sink sulfidi suda hansısa maddələri, məsələn, karbondioksit qazını bərpa eləyə bilir və mineral fotosintez alınır. Bu zaman sink-sulfid kristalları parçalanır, kükürd oksidləşir, sink isə məhlula çevrilir. Beləcə, tərkibində çoxlu həllolunmuş sink olan mühit yaranır və nə qədər ki işıq var, ora hidrogen sulfid damcılatsaq, sink yenə məhlula çevriləcək. Həllolunmuş sinklə zəngin mühit bu şəkildə əldə olunur.
SONUNCU ORTAQ ƏCDAD
Həyatın tarixi – ətraf mühitə uyğunlaşmaların meydanaçıxma tarixidir. Bizim bildiyimiz və Yerdə müşahidə elədiyimiz həyat, ona görə, məhz, bu şəkildə formalaşıb ki, Yer, elə bizim Günəş sistemi də konkret bir quruluşa malikdir. Əgər Yer, bir qədər Günəşə yaxın mövqedə yerləşsəydi, vəziyyət Veneradakı kimi olardı. Venera maye suyun əmələ gəlməsindən ötrü yetərincə soyuya bilməmişdi. Çox güman ki, başlanğıcda Venerada da Yerdəki qədər su olub, lakin o, hədsiz sıx atmosferdə buxar şəklində idi, buna görə də, günəş küləyi ilə, tədricən, kosmosa sovrulurdu.
Nəticədə Venera quru və cansız planetə çevrildi.
Bu hesablamalardan, Veneradakı kimi effekt əldə eləməkdən ötrü Yeri nə qədər möhkəm tərpətmək lazım gəldiyi aydın deyil. Lakin Yer, Günəşə nə qədər çox yaxın olsaydı, həyat üçün yararlı temperatura kimi soyuması o qədər uzun sürərdi. Ola bilsin ki, o, sonrakı meteorit bombardmanına qədər soyumağa heç macal tapmazdı və həyat yalnız ondan sonra yaranardı.
Çox güman ki, həyat meteorit bombardmanından salamat çıxıb. Bunu aşağıdakı əlamətlərə əsasən görmək mümkündür: DNT ardıcıllığı üzrə müxtəlif mikrobların, bakteriyaların və arxeylərin şəcərə ağacı qurulmağa başlayanda məlum olmuşdu ki, belə ağacların ən qədim və aşağı budaqlarını hipertermofillər – qaynarsevərlər tutur. Və hesablamalar göstərir ki, gecikmiş bombardman zamanı hipertermofillərin bəziləri sağ qala bilərdi. Nəhəng asteroid düşüb bütöv bir okeanı buxarlandıranda Yer səthinin temperaturu 70 dərəcəyə çatır. Hipertermofillər üçün bu, normaldı. Onlar yenə çoxalacaq və planetin yarısını ələ keçirəcək. Ona görə də, bəlkə də, bombardmandan sonra qazandığımız bütün həyat – daha sonra yenidən soyuq şərtlərə alışan hipertemofillərin xələfidir.
Ancaq ortaq əcdadın görünüşünü bərpa eləmək o qədər də asan deyil, çünki genlər sadəcə əcdadlardan xələflərə ötürülmür – onlar həm də horizontal ötürülməyə meyllidir. Bəs hər hansı bir genin müxtəlif mikrob qruplarında yayılmasına əsasən, onun ortaq əcdadda olub-olmadığını indiki zamanda necə müəyyənləşdirə bilərik? Əgər hamısında varsa, onda, yəqin ki, əcdadda da olub.
Lakin bütün orqanizmlərdə olan genlərin sayı yüzdən də azdır. Bütöv bir orqanizm hazırlamaq üçün bu, kifayət deyil, çünki həmin yüz genin arasında maddələr mübadiləsi ilə bağlı olan heç bir gen yoxdur. Onların hamısı zülal sintezi və transkripsiya kimi mərkəz proseslərdə iştirak edir. Üstəlik, bioloqlar, bir hüceyrənin qapalı ekosistem yarada biləcəyi situasiya ilə qarşılamayıblar. Ki, o, həm karbondioksit qazından orqanika hazırlayan produsent olacaq, həm də həmin orqanikanı istehlak eləyən konsument. Hətta təkhüceyrəli orqanizmlər də əmək bölgüsü vasitəsilə hər zaman çoxnövlü ekosistemlər əmələ gətirirlər.
Gen ağacları bizə bütün bakteriya və arxeylərin bir ortaq əcdadını təsvir eləyir- Last universal common ancestor, LUCA. Lakin onun, öz dövründə yeganə orqanizm olduğuna inanmaq çətindir. Çox güman ki, onlarla birlikdə başqa bir çox formalar da yaşayıb.
Əgər, tutaq ki, biz hamımız ribosomları təkcə həmin ortaq əcdaddan –LUCA-dan- miras almışıqsa, onda hüceyrənin hər hansı digər komponentləri- daha az vacib olanlar – horizontal ötürülmə yolu ilə onun icma qonşularından da keçə bilərdi.
Ona görə də biz, müasir bakteriyalar və arxeylərin genomlarına baxaraq LUCA-nı yenidən quranda bir orqanizmi, yoxsa bir neçə növ orqanizmdən ibarət icmanı rekonstruksiya elədiyimizi dəqiq bilmirik.
Bu icma üçün minimal gen dəsti tapmaq mümkündür. O zaman oksigensiz mühitdə 60-80 dərəcə temperaturda – qaynama həddi deyil, amma otaq temperaturu da deyil – yaşayan normal mikrob qrupu alınacaq. Bu qrup kükürdlü birləşmələri çox sevirdi, karbondioksit qazı ilə də, qarışqa turşusu ilə də, dəm qazıyla da, metanolla da qidalanmağa, hansısa hazır yad şəkəri həzm eləməyə də qadir idi. Yəni bu, rəngarəng qidalanma tipinə malik son dərəcə qıvraq sistem idi. Orda orqanika yaradan produsentlər də, onu istehlak eləyən konsumentlər də dəqiq vardı.
Çox güman ki, hüceyrələrin quruluşuna görə, LUCA və onun qonşuları, təxminən, müasir bakteriyalarla eyni mürəkkəblik səviyyəsinə malik struktura sahib idi. Hər halda onlardan sadə deyildi. Artıq onlara artıq normal ribosomlar və spesifik hüceyrəvi membranlar da daxil idi. Onlar, mükəmmək duz mühitinə sahib palçıq tiyanlarında yaşadığına görə, çox güman ki, membranları duzları keçirə bilərdi. Yəni, onlar hələlik duz tərkibini hüceyrə daxilində saxlaya bilmirdi.
Tədricən, hüceyrələrin strukturu mürəkkəbləşir. Bəzi bakteriyalar və arxeylər müstəqil şəkildə dəniz suyunu, hansısa başqa mühitləri mənimsəyir və özlərinə daha qalın membranlar və ion nasosları düzəldirdi. Oksigen alışqanlığı bir qədər sonra meydana çıxmışdı, çünki oksigen özü də dərhal yaranmamışdı. Lakin aerob həyat tərzinə uyğunlaşandan sonra müxtəlif həyat qrupları üçün ümumi olan uyğunlaşmalardan əsər-əlamət qalmamışdı. Cürbəcür fərdi uyğunlaşmalar meydana çıxmışdı: məsələn, bitkilərin və göbələklərin qurunu mənimsəməsi kimi – quraqlığa, torpaqda yaşamağa, bitkilərlə göbələklərin qarşılıqlı münasibətinə, tozcuqların hava ilə, su ilə yayılmasına uyğunlaşmaq. Və təbii ki, belə fərdi adaptasiyalar bu gün də davam eləyir.
Çətin ki, indi ilk əcdadların ilk konqlomeratlarına oxşayan bakterial qruplar olsun: şərtlər həddindən artıq dəyişib. Birincisi, həmin qruplar oksigensiz mühitdə, ikincisi isə, günəşin altında yaşayırdı. İndi bu iki şərt birlikdə mövcud deyil: ya oksigensiz mühit hardasa torpağın, ya da dənizin qaranlıq dərinliklərindədir, ya da günəşin altındadır, ancaq onda da oksigenli atmosfer qaçılmazdır.
Beləliklə, Yer üzündəki bütün canlılar translyasiya proseslərini, yəni zülal sintezini kodlaşdıran eyni gen toplusuna sahibdir. Bu mənada, bəzi kosmetik fərqləri çıxmaqla, insanlar, bakteriyalar və arxeylər tamamilə eyni quruluşa malikdir və bu əlamətləri biz LUCA-dan götürmüşük. Ancaq bu, o demək deyil ki, onda başqa heç nə olmayıb. Bu, yalnız o deməkdi ki, çox güman, LUCA-da maddələr mübadiləsinin yolları mürəkkəb olub. Sadəcə o, indikindən daha primitiv membrana sahib olub.
Bir də DNT-nin surətinin çıxarılması mexanizmi ilə bağlı sirli əhvalat var. İş ondadır ki, bakteriyalarda və arxeylərdə DNT-nin surətinin çıxarılması, demək olar ki, eyni struktura malikdir. Orda, eyni vaxtda ikiqatlı spiralın iki zəncirinin surətini çıxaran replikativ çəngəl var. Lakin replikativ çəngəllərin tərkibinə daxil olan müəyyən zülallar bakteriyalarda və arxeylərdə tamamilə fərqlidir və bir-biriylə əlaqəli deyil. Yəni sanki eyni pyesi başqa aktyorlar oynayır. Bunun viruslarda necə baş verdiyini gözdən keçirsək, DNT-nin surətinin çıxarılması sisteminin başqa variantlarını görərik. Belə çıxır ki, DNT-nin surətinin çıxarılması tarixdə bir neçə dəfə müstəqil şəkildə meydana çıxıb - ən azı, üç, hətta bəlkə dörd dəfə. Və LUCA-da bunlardan hansının olduğu qətiyyən aydın deyil. Amma transkripsiya bircə dəfə meydana çıxıb. Translyasiya və ribosomlar da bir dəfə olub. DNT-nin replikasiyası isə sərbəst şəkildə, müxtəlif zəminlərdə dəfələrlə meydana çıxıb.
Çox güman ki, DNT, daha stabil genetik material kimi ribosom və zülallardan sonra yaranıb. Və ola bilər ki, hansısa aralıq mexanizmlər olub- DNT, RNT-nin matritsası üzərində qurulub, lakin retroviruslardakı kimi. Qısası, DNT-nin hekayəsi çox rəngarəng və dolaşıqdı, biz onu hələ sona qədər başa düşmürük: niyə replikasiya bu qədər çox meydana çıxıb? Niyə bir sistem digərlərindən daha yaxşı olmayıb və digərlərini sıxışdırmayıb?
Çoxalma olmadan heç bir həyat mümkün deyil, ona görə də, nuklein turşuları yaranan kimi dərhal onların surətinin çıxarılması mexanizmi də yaranmalı idi: RNT-dünya olsaydı, RNT-nin replikasiyası meydana çıxmalıydı. Hələlik bu prosesin yaranma ehtimalını təcrübi yolla təsdiqləmək mümkün olmayıb, lakin alimlər get-gedə bu hədəfə yaxınlaşırlar.
Biz Ceyms Uebbin, 2021-ci ildə buraxlması planlaşdırılan teleskopuna böyük ümidlər bəsləyirik. Ondan əvvəlki “Habbl” kosmik teleskopu ilə müqayisədə ikincinin güzgüləri daha çoxdu: 2,5 metrlik yox, altı metrlik. Buna görə də, o, daha çox işıq toplaya bilər. Bu güzgünü soyutmaq mümkündü, ona görə də, teleskop təkcə görünən işıqda yox, infraqırmızı diapazonda da işləyə bilər. Üstəlik o, aşağı yerəyaxın orbitdə yox, kifayət qədər uzaqda, ay orbiti bölgəsində işləyəcək. Ona görə də, Yerin işıqlanması ona mane olmayacaq.
Bu teleskop 100 işıq ili məsafəsində olan ekzoplanetlərin birbaşa təsvirini çəkə biləcək. Bu, irəliyə doğru sıçrayışdı, çünki bizə məlum olan ekzoplanetlərin əksəriyyətini heç vaxt ulduzların yanında görməmişik. Biz ekzoplanetlərin əksəriyyətini tutulma metodu ilə tapırıq: planet sistemini ötəri görürük. Üstəlik planet ulduzun qarşısından keçəndə ulduzun işığı bir qədər tutqunlaşır. Ceyms Uebbin teleskopu kifayət qədər böyük və ulduzlardan uzaq planetləri, bizim Günəş sistemimizdə Yupiter və Saturnu ulduzun yanında ayrıca nöqtə kimi göstərə biləcək.
Teleskop, tutulmaya məruz qalan planetlər ulduzların qarşısından keçəndə onların işığının necə dəyişdiyini kifayət qədər aydın və ətraflı müəyyənləşdirə biləcək. Belə tutulma baş verəndə ulduzun işığının bir hissəsi planetin atmosferindən keçir və atmosferin hansı tezlikləri udduğuna əsasən, orda metan, ozon, oksigen, su buxarı və başqa maraqlı qazların olub-olmadığını anlamaq mümkündür.
Bu üsul bizim Günəş sistemində də tətbiq olunur.
Hazırda Marsın orbitində işləməyə başlayan “Ekzomars” zondu, Günəşin doğuşlarını və qürublarını, planetin diski arxasına keçəndə və ordan çıxanda Günəşin rənginin necə dəyişdiyini müşahidə eləyir.
“Ekzomars”, hər şeydən əvvəl metan axtarır. Çünki Marsda hansısa həyat varsa, Çox güman ki, o, səthin altında gizlənir və yerin dərinliklərindəki mikroblarla analogiya aparmaqla onları nəfəsalmanın izləri ilə tapmaq daha asandır. Onlar isə, çox güman ki, metan buraxırlar. Metan atmosferdə çox qalmır, günəşin altında parçalanır. Ona görə də, əgər Marsda daima metan varsa, deməli, onu nəsə ifraz eləyir. Həmçinin onun cihazları həmin metanın izotop tərkibini ölçməyə və bakteriyaların istehsal elədiyi metanı geoloji proseslərdə yarana biləcək metandan fərqləndirməyə hesablanıb.
postnauka
Səhifəmizdə hər hansı səhv və ya qeyri-dəqiq məlumat gördükdə, həmin mətni seçib Ctrl+Enter düymələrini sıxaraq bu barədə bizə məlumat verməyinizi xahiş edirik.
