Hayat n K kleri� � Mahlon B. Hoagland
indekiler
�� ns z� � Giri�
Yal nl k Ger e in Belirtisidir� � � � Bilgi
Ba lang� ��
Enerji De i me� � Do al Se me� � Embryogenesis Kanser
Ara t rma� �
Kitapta Kullan lan Terimler� NS Z� �
Canl lar n ya amlar n d zenleyen kanunlar anlamak� � � � � � � yolunda yap lan heyecan verici bulu larda� �
etkin katk m n olmas benim i in b y k bir ans.� � � � � � � Ayd nlat lan ger eklerin yal nl� � � � ��� ve g zelli i bana� � mutluluk kayna�� olmu tur. Bu kanunlar t p � � � ��rencilerine
retirken, bilimle u ra mayan arkada lar ma
�� � � � �
a��klarken, deney zevkinin bir ok ki iyle� � hatta fen e itimi g rmemi ki ilerle bile� � � � payla��labildi ine inand m. Kitab m kendisine� � � � adad���m kar m, bilginin payla� ��lmas n n tutkulu� �
bir savunucusudur. O, bilim insanlar n n yapt klar n ,� � � � � konular d� ��ndakilere de a��klamak zorunda
olduklar n d� � �� �n r. Bu k���k kitab n yaz l p� � � bi imlenmesi de onun yo un srarlar yla� � � � ger ekle ti.� �
Y zy l m za kadar bilim insanlar , monar ilere,� � � � � � zengin ki ilere, h k metlere, hay r kurulu lar na,� � � � � � bazan da kendi m tevazi kaynaklar na dayanarak,� � genellikle ba��ms z al� � ��rlard . nsanlar n her� � �
yerde durmadan artan beklentileriyle bilimsel teknolojinin artan maliyeti ve karma��kl���, bilim insanlar n� �
h k metlerle ve halkla daha yak n ili kilere� � � � soktu. Bilgi biriktik e, giderek insan� �
ilgilendiren pratik konulara uygulanabilirli i artt .� � G n m zde herkes bilim insanlar n n yapt klar yla� � � � � � � daha ok ilgileniyor, bunlar n yararlar n , risklerini� � � � bilmek istiyor.
Yine de bilimle u ra mayanlar n, onun do as� � � � � gere i anla� ��lmaz ve esrarl oldu unu d� � ��nmeleri
beni a� ��rt yor. Bunda, profesyonel bilim insanlar n n� � � kulland klar dili g nl k dile evirmek� � � � �
istemeyi lerinin etkisi olmakla beraber, fen bilimleri� d��ndaki konularda e itilmi insanlar n entellekt el� � � � tembelliklerinin a��rl��� daha b y kt r.� � �
Asl nda bu "bilim sevmeme" saplant s do al bir� � � � d��nce bi imi de ildir. Bilim, kendi i imizde ve� � �
evremizde olan bitene a klama aramakt r. Anla lmaz,
� �� � ��
karanl k, esrarl olan , temel kanunlar� � �
ke federek a� ��klama ve anla�� �l r yapma i lemidir;� dizginlenmi merakt r. Merak, insandaki en temel� �
d rt lerden biridir. ocukken meraklar m zla, serbest e,� � � � � � hi utan p ekinmeden bir t r "bilim yapar z".� � � � �
Ya land k a, bize zevk veren, bilgi sa layan� � � � bir d rt m z bast r r z. Bu d� � � � � � � ��ncelerle bilimi ba kalar i in de zevkli yapma a r s n ho nutlukla� � � � � � � � � kabulleniyorum.
Vinalhaven, 1999
Giri�
Bu kitap, her yerde biyolojide devrim olarak bilinen ya am n temel ger eklerini sunuyor. Bu devrime� � �
etkin katk s olan bir ki i taraf ndan yaz lm t r.� � � � � � � Yaln zca ger ekleri anlatmakla kalmay p,� � �
yeni bulu lara katk da bulunman n sevincini, bu� � �
sevin ten kaynaklanan estetik zevki ve bilimsel al malar n� � � � y ntemini de incelikle iziyor.� �
Bilimle u ra mayanlar, bilimin, zellikle de� � � biyolojinin ok ince eleyip s k dokudu undan,� � � ayr nt larda ok karma� � � ��k oldu undan ve konu� d��ndakiler taraf ndan zor kavrand� ���ndan
yak n rlar. Di er yandan, bilim insanlar , toplumun,� � � � temel ara t rma bulgular n n de erini ok� � � � � �
az takdir etti inden, ok az ilgilendi inden s z� � � �
ederler. Her iki yak nma da yanl d� � ��ncelere dayan yor.� Dr. Hoagland' n kitab yla aradaki duvar n� � �
iki y z de onar lacakt r. Art k "canl olu " konusunda� � � � � � �
a��k ve net bilgiye sahibiz ve bu bilgi, sahip oldu umuz kadar ile olduk a anlaml d r. "Sahip� � � � �
oldu umuz kadar ile" deyimi nemli bir de erlendirme.� � � � Do an n her y n yle anla� � � � ��lmas ndan�
hen z ok uza� � ��z. Anlamay gereksindi imiz eylerin� � � o u ( rne in insan d ncesinin ve dilinin
� � � � ��
do as veya geli mekte olan embryo h crelerinin� � � �
doku mu yoksa organ m olaca� �� �n y nlendiren mekanizmalar),� hala anla��lamam durumda ve gidilecek�
yolumuz ok ok uzun.� �
Ama bir ba lang� �� yap ld . imdi biyoloji alan nda� � � � canl , istekli, nlerinde ara t rma i in engel� � � � �
tan mayan bir s r gen ara t rmac var. Heyecanlar n n� � � � � � � � � kayna�� ve iyimserliklerinin temeli
olan canl do a, bu kitab n da konusunu olu turuyor.� � � � Lewis Thomas
Memorial Sloan-Kettering Kanser Merkezi Ba kan� � . B L M� � �
Yal nl k Ger e in Belirtisidir� � � �
ok eskiden ss z bir kumsalda babamla yapt� � � ���m bir y r y� � �� hat rlar m. Deniz griydi, par a par a� � � �
bulutlar, erken esen so uk k r zgar yla s r kleniyordu.� � � � � � Bir ke if g n yd o g n. Gelgit s n r nda� � � � � � � �
y���lm , � �� �r yen yosunlar aras nda her boy�
ve bi imde i eler yat yordu. ilerledik e yava yava� � � � � � � b t n i elerin kapakl oldu unu g rd k, kapaks z� � � � � � � � �
bir tek i e bile yoktu. i eler aras ndaki bu a� � � � � � ��rt c� � benzerli e sonunda babam bir a� ��klama getirdi ve
keyifle beni bu olguda daha b y k bir anlam aramaya� � zorlad . Sonu , bilincime ya am boyu s k ca� � � � �
yerle en "evrim zerine bir ders" oldu: A� � �� �k a g r l yordu� � � ki, bunlar okyanus yolculu una dayanabilmi� �
birka i eydi, en uygun birka i e.� � � � � �
nsan eliyle denize at lan bir s r bo i eden, kapa
� � � � � � � ��
tesad fen kapat lm birka tane; Raslant ,� � � � �
bunlara batmazl k zelli ini sa lam t . ok daha� � � � � � � b y k say daki kapaks z kurbanlar, okyanusun� � � �
h r� ��nl���na dayanamay p, oktan derinleri boylam lard .� � � � Bilimdeki yarat c l k, biraz gen li imdeki bu i eler� � � � � � � bulu una benzer. in p f noktas ; basit bir� � � �
yasay g rmek veya karma� � ��k, anlams z g r nen� � � verileri d zene sokup, derleyip toplamakt r. Bir� �
y zy l nce Charles Darwin ve Alfred Russen Wallace' n� � � � yapt��� da buydu. Ayr ayr incelemeleriyle,� �
yery z ndeki canl lar n a� � � � � ��rt c da� � �� � �l m ve e itlili inin hen z bilinmeyen a klam s n
� � � � �� � � �
ar yorlard . Vard klar nokta, son derece yal n bir� � � � � kavram ve yarat c d� � ��ncenin parlak bir at l m yd .� � � � Canl lar n yap lar nda rastlant sal de i meler� � � � � � � ortaya ��kt��� �n , bu de i melerle evrelerine� � � en iyi uyum sa layabilen canl lar n,� � �
hayatta kal p reyebildiklerini d� � ��nd ler. Onlar n� � bulduklar bu a� ��klama, ok miktarda basit ve anla� �� �l r biyolojik bilginin birikmesini sa lad .� �
Ama sezgilere dayal esin, ok dikkatli ve titiz� � g zlem olmazsa i e yaramaz. Titiz g zlemleri bile,� � � e er ara t rmac g zlem zerine fikir y r temiyorsa� � � � � � � � ve fikirlerini deney ile irdelemiyorsa
bo unad r. Ancak fikir iyi, deney de ak ll caysa,� � � � cevaplar n imdiye kadar bilinmeyin eyleri a� � � ���a
kartmas olas d r.
�� � � �
Din adamlar ve filozoflar n bilinen geni kapsaml� � � � sorular, yine kapsaml olduklar ileri s r len� � � �
ama ender olarak kan tlanabilen ve evrensel kabul� g ren yan tlara yol a arlar. Halbuki do aya do rudan� � � � � ve a�� �k a y neltilen sorulardan; tart mas z,� � �
herkes e kabullenilebilen, yal n sonu lar elde� � � etmek m mk nd r. Bilim alan nda bilgi birikimi� � � � b ylece a a� � ��dan yukar kurulur. Her yeni deneyle� evrensel olarak kan tlanabildi i i in "ger ek" olan,� � � � ufak fakat sa lam bilgi par alar ndan olu ur. "Ger e i"� � � � � � bilim adamlar n n kabul etti i anlamda tan ml yorum.� � � � �
nsan deneyimlerinin ger e in ba ka
� � � �
e itlerini ortaya karaca ileri s r lecektir. Ama
� � �� �� � �
bu "ger eklerin" ba kalar taraf ndan onaylan p,� � � � � kan tlanabilmesi beklenemez. Bunlar, baz insanlar� �
i in ger ek olsalar da baz lar na g re yaln zca kanaatlard r.� � � � � � � Bu kitap, canl olma durumunu ve s recini belirleyen� �
temel ilkeler zerine yo unla acakt r. Bu� � � �
ya am yasalar , b t n Biyolojiyi ve T bb ayd nlat p� � � � � � � � canl olman n anlam n , g r n teki b t n karma� � � � � � � � � ��k olgular anlamay kolayla t rmaktad r. Ayr ca� � � � � � bu ilkelerin; insana ho gelen bir estetik yan da� � vard r; Romal lar n dedi i gibi "Simplex sigillum� � � � veri: Yal nl k ger e in belirtisidir."� � � �
H cre zerinde Odakla ma� � �
Ya am zerinde yal n ve ger ek olan eyler zerinde� � � � � � duracaksak h cre ile ba lamal y z. � � � � ��nk�
h cre her bi imiyle ya am n en k� � � � ���k rg tlenmi� � � yap s d r. H creden daha basit hi bir canl� � � � � � yoktur ve hi bir canl , h cre a amas ndan� � � � � ge meden karma� ��k bir yap ya ula amaz.� �
Bu nemli s z n do rulu unu size kan tlayabilmek� � � � � � i in, ad m ad m, sizin kendi canl l� � � � ��� � �n z n
z ne varmaya al ay m. Bu z, sizi
� � � � � �
olu turan yap n n ba ka b t n canl lar da bulunan� � � � � � � vazge ilmez k sm d r.� � � �
1. Siz, kendinizin, evrenizin, bu kitab okuman z� � � da dahil ne yapt��� � �n z n bilincindesiniz. Bilin , ok� �
zel bir organ n, yani beynin i idir. Bilincin varl
� � � ���
tek ba��na karma��k, geli mi bir biyolojik olgudur.� � Asl nda bilincin nas l al t� � � � ��� hakk nda hi bir ey� � � bilmiyoruz. Belki daha uzun bir s re i in de, belki� � de hi bir zaman bilemeyece iz. Ancak, canl t rlerin� � � � b y k o unlu unun, beyinlerinin varl� � � � � ��� �n n bilincinde olmad klar n san yoruz.� � � �
2. Bedeniniz bir organlar toplulu udur. Beyin,�
kalp, akci erler, karaci er, b brekler, kaslar, kemikler,� � � deri, endokrin bezleri vs. organlar hep birlikte
titizlikle ayarlanm bir uyum i inde al� � � ��rlar.
Beden s n z normal olarak s rekli 37 derece civar ndad r.� � � � � � Beyniniz, sinirleriniz, adaleleriniz hareketlerinizi
ayarlar ve sizi tam dengede tutar, belli bir metabolik denge i inde g da ve oksijen al p, at klar� � � � �
atarak toplam a��rl��� � �n z sabit tutars n z. Hemen� � hemen b t n memelilerde; ku lar, kurba alar ve� � � � bal klarda b yle e siz bir uyumla i leyen organlar� � � � vard r. Di er yanda, ok daha basit baz canl t rleri,� � � � � � bunlars z da pekala ge inip giderler.� �
3. Organlar n z n her biri ve dokular n z, zel i levleri� � � � � � � olan kalabal k h cre topluluklar ndan olu mu� � � � �
canl par alar n zd r. Beyin h creleriniz iplik� � � � � � gibi uzay p bir yerden bir yere elektrik mesajlar� � iletme g revini y klenirler. Deri h creleri dayan kl� � � � � ve esnek hale gelerek bedenin d korunmas n sa larlar.� � � � Kemik h creleri kendilerini sertle tirip bedeni� �
ta��yabilmek i in i lerinde kalsiyum fosfat biriktirirler.� � i ar lar ve asker kar ncalar gibi zel
�� � � �
i levi olan h creler, bir b t n olarak, sizi olu turmak� � � � � i in belli baz g revleri payla� � � ��rlar. ocuklar n zda� � � kendinizi yeniden yaratmak, yani
retmek i i de v cudunuz da zel bir h creler toplulu unun
� � � � � �
nemli bir g revidir. H crelerin uzmanla mas
� � � � �
( zelle mesi), bitkiler ve denizlerdeki� �
daha basit ya am bi imleri dahil, b t n ok h creli� � � � � � canl varl klar aras nda ok yayg nd r. Ama bir s r� � � � � � � � ufak tefek yarat klar da ba ka h crelerle birle mez� � � � ve uzmanla mazlar. Harikulade bir beceriklilikle�
reme ve ok basit maddelerle beslenmek gereksinimlerini
� �
ba��ms zca kar� ��layabilirler.
4. Ya amaya ba lad� � ��� �n zda, t pk tek h creli� � � basit yarat klar gibi sizin kendi h creleriniz de� �
zerkti, kendi kendilerine yetip zg rce b l n p
� � � � � �
art yorlard . Ana rahminin duvar na yerle ti iniz� � � � � zaman durum buydu. Bu h crelere bak nca size� � benzer hi bir yanlar yoktu ama sizi olu turmak� � �
i in gerekli b t n bilgiyi ta� � � ��yorlard . D llenmi bir� � � yumurtan n b l nmesiyle olu an o ufac k h cre� � � � � �
k tlesi i indeki her bir h cre bir re eteyi i eriyordu.� � � � � Ve siz daha ortada yokken ileri de sizi olu turacak� projenin yap m na oktan ba lanm t .� � � � � �
Annenizin v cudunda ya am n za ba lad� � � � � ��� �n z zaman ki durumunuz, b t n di er yarat klarla a� � � � krabal��� � �n z ortaya ��karan ortak odak noktas d r.� � Sizin ya ama ba lang c n z n, bu kitaptaki� � � � � �
incelemelerde zel bir anlam vard r. En� � �
geli mi inden en ilkeline kadar her canl varl k,� � � � kendi kendisinin kopyas n yaratmak i in b l nebilme� � � � � yetkisine sahip bir h creydi veya�
h credir. Daha karma� ��k "geli mi " ok h creli� � � �
yarat klar, kendi kopyalar n olu turmak istediklerinde� � � � tek h creler yapmak zorundad rlar� �
(yumurta veya sperm). De i ik yarat klar n bu t r� � � � � h creleri aras ndaki en b y k fark, bunlar n ileri de� � � � � bakteri mi, sivrisinek mi, kurba a veya insan m� � olaca�� �n belirleyen i mekanizmay anlatan� �
"bilgi'yi i ermeleridir.�
H creler Nelerden Yap lm lard r� � � �
yleyse dikkatimiz, canl l k niteli i ta� � � � ��yan en
k���k, en basit d zen olarak h cre zerine odakla mal d r.� � � � � � O halde h crenin nelerden olu tu u� � �
zerinde a k bir fikrimiz olmas gerekir. Bunlar
� �� �
artan karma��kl k s ras na g re � � � � ��yledir:
1. Atomlar: Bilmemiz gereken be temel atom�
unlard r: karbon, hidrojen, oksijen, nitrojen ve fosfor.
� �
Daha k���k miktarlarda bir s r ba kalar da� � � �
vard r. Atomlar evrenin do al elemanlar d r ve hayat n� � � � � olu turdu u en k� � ���k varl klard r. Canl lar n� � � �
bu be temel atomununun ortalama a� ��rl��� 15 atom a��rl��� birimidir. yleyse bunlar n b y kl� � � � ���ne
"15" deyip biraz sonra s zedece im daha b y k molek llerden� � � � � ay ral m.� �
2. Basit molek ller: Bunlar atomlar n birle imidir.� � � Bazan canl h crelerdeki molek llere organik� � �
molek ller de denir. H creler i inde y zlerce� � � �
farkl t rden molek l vard r. Ortalama olarak bunlar� � � � 150 b y kl� � ���nde, yani atomlardan on defa
daha b y kt r.� � �
3. Zincir molek ller: Bunlara da "molek l" deniyor.� � Zincirler olu turacak ekilde birbirine eklenmi� � � basit molek llerden olu uyorlar. Bu zincirlerin� � en nemlileri ortalama 75.000 b y kl� � � ���ndedir.
Basit molek llerden 500 defa,�
atomlardan 5000 defa daha b y kt rler. Birka� � � �
milyon birime ula abilen zincir molek llerin en b y kleri,� � � � en g�� �l elektron mikroskoplar yla g r lebilirler.� � �
4. Str kt rler: Bunlar h cre i inde bir mimari� � � � d zeni olan, birbirine ba l zincir molek llerdir.� � � � Str kt rlerin en k� � ����� 7.5 milyon b y kl� � ���nde, ba ka bir deyi le ortalama zincir molek llerden 100� � � defa daha b y kt r. En b y k str kt rler bundan� � � � � � �
10 kat ya da daha b y kt r. S radan � � � � ��k mikroskoplar yla� g r lebilirler.� �
5. H creler: Bunlar, daha nce de s yledi imiz� � � � gibi, en k���k canl str kt r rg tlenmeleridir� � � � � (organizasyon). o u h creler g zle g r lemeyecek� � � � � � kadar k���kt r ama basit bir mikroskopla, hatta iyi� bir b y te le de kolayl kla g r lebilirler.� � � � � �
6. Organlar: zel bir i levi yerine getirmek i in� � � organizma i inde ortakla a al an h cre gruplar d r.� � � � � � � 7. Organizmalar: Belirli bir canl formunun tam� i lemesini sa lamak i in gerekli en k� � � ���k h creler� d zenidir. Bir bakteri h cresi veya maya h cresi de� � � bir organizmad r. � ��nk bu yarat klar i in tek bir� � � h cre, kendi kendilerine yeterek ya amlar ve zellikle� � � � de remeleri i in kafidir. nsanlarsa "tam" bir� � �
varl k olmak i in 60 trilyon h crenin uyumlu i birli ine� � � � � ihtiya duyarlar.�
Karga a (Kaos) � ��inde D zen�
Atomlar bir araya getirip molek l, molek lleri� � � ekleyip zincir, zincirleri d zenleyip str kt r,� � � str kt rleri d zenleyip canl h cre yapmak, ok� � � � � � b y k bir rg tlenme (organizasyon) i idir. Bu i� � � � � � insanlar n beyinleri, elleri ve bilgisayarlar yla� � ba arabileceklerinden kat kat daha b y kt r. Ama bu� � � � inan lmaz olay, her an d nyan n her yan nda ya an yor.� � � � � � Ku kusuz ya am n temelinde, canl h crelerin� � � � �
s rekli olarak yaratmaya, d zeni sa lamaya,� � � rg tlenmeye, karma kl a adanmas vard r.
� � �� �� � �
Fizik ilerin bize bildirdi ine g re, cans z evren� � � � s rekli olarak d zenini yitiriyor. Her ey milyarlarca� � � y ll k zaman l e inde karga aya (kaos) do ru� � � � � � �
gidiyor. Termodinami in kinci Kanunu, entropinin� �
(d zensizli in fizikteki ad ) evrende her yerde s rekli� � � � artt��� �n belirtir.
Evren neden d zensizli e y nelmektedir? Bu, ilk� � � bak ta g r ld� � � ��� kadar garip de ildir. � ��yle bir
rnek d nelim: Suland r lm biraz mavi, biraz da
� �� � � �
sar boyan z var ve bu iki boyay ayn kaba bo altt n z;� � � � � � � boya molek lleri, molek llere zg z plamalarla,� � � � �
d zg n bir ye il kar� � � ��m olu ana kadar�
hareket edeceklerdir. Molek ller t m yle rasgele� � � d zensiz da� ��lm lar, ama kendileri i in olabilecek� � en dengeli bi imi alm lard r. E er i lemi tersine� � � � �
evirmek; d zenli, raslant sal olmayan bir durum,
� � �
yani ayr ayr mavi ve sar s v lar elde etmek isterseniz� � � � �
(diyelim ki altta mavi, stte sar olmak� �
zere ay rmak istiyorsunuz), sistemin kar maya,
� � �
rasgele, dengeli ve d zensiz ye il haline varmaya� � y nelen ok g� � �� �l "iste ine" kar� �� sava mak zorunda� kalabilirsiniz.
Evrendeki b t n atomlar ve mol keller i in bu� � � �
b yledir. Raslant sall� � ���n Nirvana's n , tam anlam yla� � � d zensizli i, eri ilebilecek en son dengeyi� � �
ararlar. Kumdan yapt��� �m z kale yava yava bozulur,� � zelli ini yitirip d md z olur. Yanarda lar,
� � � � �
tekd zeli in dengesini aramada d nyan n g r lt l� � � � � � � � s zc leridir. Kayalar biz farketmeden� �
kuma; kum da denizdeki tuza d n� �� �l r. Ka�� �n lmaz bir ekilde evrende her ey son dengeye� �
do ru ilerler.�
imdi; rasgele karma� ��kl k durumu ile denge,�
cans z maddeler i in aym ey oldu u halde, biz insanlar� � � � bu iki zelli i zde g rmeyi sezgilerimize� � � � �
g re zor buluyoruz. Bu da ok do al, � � � ��nk ya ayan� � organizman n b t n y nlendirmesi (d rt s ), cans z� � � � � � � � do an n raslant sall k g d s ne kar� � � � � � � �� �d r. Canl�
varl k, s rekli olarak "dengesizlik" durumunu yaratmaya� � al r, Ya am, raslant sall k kar s ndad r
� �� � � � �� � �
ve d zen yarat r. ok ok b y k l ekte, s rekli� � � � � � � � � olarak ye il boyay ayr t rma y n nde al� � � � � � � ��r.
D zeni Sa lamak � � ��in Enerji Gerekir
Cans z do an n d zensizli e itmesine kar� � � � � ��, durmadan d zen kurmaya al an bir i lem ancak yard mla� � � � �
ba ar l olabilir; "enerji"� � �
bi imindeki yard mla. Ufac k bir h crenin ola an st� � � � � � � karma��k, zarif i yap s n n olu umu enerji� � � � �
gerektirir. Enerji g ne ten gelir. Bitkiler g ne � � � � ���� �n emerler. Bu ��k karbondioksidi ekere d n t rmekte� � � �
kullan l r. eker, karbondioksitten� � �
daha karma��kt r (komplekstir), yani daha d zenlidir.� � Ba ka bir deyi le, g ne � � � � ���� � eker yapma
makinesini al t racak d zeni yarat r. ekeri yapmak� � � � � � i in enerji (g ne � � � ����) gerekti ine g re, ekerin� � �
z lmesi de enerjiyi geri verecektir.
�� �
Bitkiler ve hayvanlar, ekeri oksijenle "yakarak"� zerler, b ylece karbondioksit serbest kal r. Bu
�� � �
retilmi enerjiyi, hayvan ve bitkiler kendi z maddelerini
� � �
yapmakta kullan rlar. Canl h creler,� � �
b t n karma� � ��k str kt rlerini bu enerji ile yaparlar.� � yleyse eker, d zenli yap s nedeniyle ok daha� � � � � � fazla canl d zen yaratmakta kullan lacak enerjiyi� � � sa lar. Canl bir h crenin d zeni, eker molek llerinin� � � � � � d zeninden binlerce defa daha b y kt r.� � � �
Enerji dengesini sa lamak i in canl nesneler,� � � kendilerini olu turmak i in binlerce eker� � � molek l t ketmek zorundad rlar.� � � �
Canl olman n anlam , yaln zca d zen, organizasyon� � � � � ( rg t), karma� � ��kl k (komplekslik) de ildir.� �
Daha nemlisi; kendisine kar� �� � al an d man� � bir evrede yaratma yetene i, d zeni kurma,� � � organizasyonu sa lama demektir. Bir bak ma yeni� � bir hayat n yarat lmas mucize niteli indedir.� � � � D zeni Yaratmak � ��in Plan Gereklidir
Hayat, evrende ger ekten d zen olu turabilen� � �
tek ey midir? Cans z rneklere bakal m: Su so uyunca� � � � � kat olur. Buz molek lleri kendilerini ok� � �
g zel, narin ve karma� ��k bi imlerde d zenleyebilirler.� � zelti i indeki bir tuz, zeltiden
�� � ��
ayr arak kristalle ebilir ve bu i lem tuz molek lleri� � � � aras ndaki d zeni artt r r. Bu t rden bir� � � � �
ok izole rnek olmakla beraber, bunlar en basit
� �
h crenin ba ar lar yla kar� � � � ��la t r l nca tek ba lar na� � � � � � hi de etkileyici de ildir. Dahas , canl h crelerin� � � � � d zen kuru u, temelde bu kristalle me i leminden� � � � farkl d r. H creler, daha nceden var olan� � � �
bir plan izleyerek d zen kurarlar.� �
Bo lukta nesnelerin bir d zene girmeleri i in,� � � nce bir plan n bulunmas gerekti ini d nmek
� � � � ��
akla yak nd r. "Bir eyler"in ger ekle ecek d zen� � � � � � hakk nda bir " nbilgisi" olmas gerekir.� � �
rne in kareler, emberler ve � � � ��genlerin,
rasgele olmayan herhangi bir ekilde d zenlenmesi� � istenirse, birilerinin veya bir eylerin ne�
yap lmas gerekti ini bilmesi gerekir. Plan oldu u� � � �
zaman, teorik olarak i ba ar labilir. Daha nce belirtti imiz� � � � �
gibi yaln zca enerjiye gerek vard r.� �
Bir h creye, tam bir canl h cre olmas i in,� � � � �
atomlar n , molek llerini, zincirlerini, str kt rlerini� � � � � hatas z olarak d zenlemesini � � ��reten ve
bu s recin devaml l� � ��� �n sa lamak zere gelecek� � ku aklara aktar lan bilgi nas l bir eydir? Bunun� � � � a��klamas n bilmemiz bana ok hu u verici geliyor.� � � �
A��klama hem de ok ak ll ca ve basit. Biyolojik bilginin� � � zelli inin a a kart lmas ku kusuz modern
� � ��� �� � � �
biyolojinin en heyecanland r c y n d r. Bilim� � � � � �
tarihinin en nemli olaylar ndan biri olan bu bulu u� � � n m zdeki b l mde tart aca z.
� � � � � � ��
��. B L M� � Bilgi
ocuklar m z n y z ne aynaya bakar gibi bak yoruz.� � � � � � � Onlar bizim yeniden dirili imizdir. Kendileri�
t pk bize benzer yapabilmeleri i in h crelerinde� � � � bulunan, bizim fiziksel yap m z belirleyen� � �
bilgiyi, onlara sperm ve yumurta olarak veriyoruz.
Bu bilgi bizim gelece e arma an m zd r.� � � � �
H cre yap m i in gerekli bilgi; harita, plan veya� � � � taslak niteli indedir. Bir rehber, bir kitap, bir bro� ��r gibi de denebilir. Bu rehber ok zel bir yaratmay� � � ger ekle tirecek olan arac n n veya makinenin,� � � � canl retme makinesinin, "anlayaca� � ��"
eksiksiz bir bilgi anahtar olmal d r.� � � Genler
Genetik bilimi, her canl n n zelliklerinin ( rne in� � � � � g z rengi) kal t mla ge ti ini, yani yavruda� � � � �
hassas bir ekilde yeniden ortaya � ��kt��� �n g stermi tir.� � Ki isel zelliklerini d zenleyen bilgi,� � �
"genler" denilen zel varl klarla nesilden nesile� � ge er. Her belirgin kal t msal zelli in ayr bir geni� � � � � � vard r. Genetik bilimin kurucusu Gregor Mendel�
1860'larda, genlerin kal t mla ger ek eyler gibi;� � � � suland r lmadan; b l nmeden, kar madan aktar ld� � � � � � ��� �n a���a ��kard . yleyse genler, her biri organizman n� � � belirli bir zelli ini i eren, kal t mla� � � � �
yavruya aktar labilen k� ���k bilgi paketleridir diyebiliriz.
1920'lerde b y k genetik i Thomas Hunt Morgan,� � � genlerin h cre i indeki yerlerini buldu. B t n� � � �
h crelerde, ekirdek dedi imiz kapal bir kap vard r.� � � � � H cre b l n p iki h cre haline gelirken, ilk� � � � �
nce bu ekirde in b l nd , dolay s yla h cre
� � � � � ��� � � �
i inde nemli bir rol oldu u daha nce de biliniyordu.� � � � � Yani, tek h crenin servetini yeni h crelere� �
e it b l t rme i lemi, ekirdekte ba l yordu.� � � � � � � � Dahas ; mikroskop, ekirde in i inde kromozom� � � � denilen iplik gibi str kt rleri a� � ���a ��kard . Bu� str kt rler, ekirdek b l nmeden kendilerini bir� � � � � kat art r yorlar ve her kromozom dizini, bir yeni� �
"yavru" h crenin i ine yerle iyordu. Bu d zenleme� � � � y z nden, kromozomlar n genlerin yuvalar olmalar ndan� � � � � ku kulan yorlard . Morgan, adi meyve� � �
sineklerini deney hayvan olarak kullanarak bunun� ger ekten de do ru oldu unu, bir dizi ince deneyle� � � kan tlad . Bu i tamamland� � � ���nda, genlerin kromozom ipliklerinin etraf nda top top sar lm olduklar� � � � art k biliniyordu.�
Genler Neden Yap lm lard r?� � �
Bu 1830'larda ��renildi. ok ge meden bilim� �
adamlar n heyecan verici bir soru sarm t ; Kromozomlar� � � � (genler) neden yap lm lard ?� � �
Biyolojide ku kusuz ok nemli bir yeri olan Oswald� � � Avery'nin deneyleri, bu soruya ok a� ��k ve
parlak bir yan t getirdi. al malar , imdi "molek ler� � � � � � biyoloji" dedi imiz modern a� � �� a t .� �
1940'lar n ba� ��nda Avery, iki tarafl zat rreye (akci er� � � iltihab ) neden olan bakteriyle u ra� � ��yordu
(penisilin bulunmadan nce, en b y k l m nedenlerinden� � � � � biriydi bu hastal k). Yapt� ��� deneylerde
a��klayamad��� � �� a rt c sonu lar buldu. l zat rree� � � � � � bakterileri, k t niteliklerini, zat rree yapmayan� � � t rden canl bakterilere ge irebiliyorlard .� � � �
Bu, tehlikeli l bakterilerin, canl ve zarars z bakterileri� � � � tehlikeli hale getirebilmeleri demekti. Bu
nitelik bir defa ge irilince art k kal c oluyor ve bir� � � � zamanlar iyi huylu olan bakterilerin gelecek ku aklar na� �
kal t mla ge iyordu. Hastal� � � ��a neden olabilme
kapasitesi, bir veya bir grup zellikten kaynaklan r.� � Bu zellikler, genler taraf ndan kontrol� �
edilir ve kal t mla ge irilirler. Avery, l bakterilerin� � � � � par aland klar n , v cutlar n n bilgi ta� � � � � � � ��yan
kimsayal maddeler ��kard��� �n , canl bakterilerin� de bunlar besin olarak kulland klar n� � � �
d��nd . Yani genler, canl bakterilere girip onlar n� � � kal t mlar n belirliyorlard . Avery ve arkada lar ,� � � � � � � bu gene benzer maddeyi kesin olarak belirlemek
zere al maya ba lad lar.
� � � � �
nsan, T p bilimi i in, genlerin kimyasal zelliklerinin� � � � bulunmas ndan daha nemli bir problem� �
olabilece ini d� ��nemez. Ancak bu kesinlikle insanlar, hatta hayvanlar zerinde de incelenebileck�
bir problem de ildi. Neyse ki zat rree yapan bakteriler,� � Avery'e uygun bir sistem getirdiler. Bu iyi ve
de erli bir model-deney sistemi rne i olu turuyordu.� � � � Asl nda, b t n genetik bilgi birikimi,� � �
100 y l nce Gregor Mendel'le ba lang c ndan bug nk� � � � � � � ara t rmalara kadar, b y k l� � � � � ��de basit
deney modellerine dayan r. Bezelyeler, meyve sinekleri,� ekmek k f ve bakteriler... Avery'nin zerinde� � �
al t bakteriler genetik olarak birbirinin
� � ���
t pk s yd . Ba ka cinslerle kar mam , safkan bakterilerdi� � � � � � � bunlar. H zla reyebiliyorlard , yle ki kal t m� � � � � �
zelliklerini bir ok ku a n zerinde izlemek
� � � �� �
olanakl yd . Zat rreeye neden olma yetenekleri, farelere� � � verilerek kolayca l� ��lebiliyordu. Avery'nin
yapt��� � nemli deneylerden biri, probleme a��k bir yan t getirdi. l bakterilerden da� � � ��lan bir molek l� kar�� � �m n ald ve i ine DNA'y "bozan" bir enzim� � �
ekledi. DNA'n n bozulmas , kar� � �� �m n zarars z bakterileri� zararl bakteriye evirebilme yetene ine bir� � �
son verdi. Buna ek bir deneyle Avery ve arkada lar ,� � zarars z bakterileri hastal k yapan bakteriye eviren� � � maddenin, "deoksiribon kleik" asit veya DNA�
oldu unu kan tlad lar.� � �
DNA: Deoksiribon kleik Asit�
Asl nda, DNA'y Avery bulmam t r. Bu i ,� � � � �
Avery'den altm y l nce Friedrich Miescher ad nda� � � � bir ara t rmac taraf ndan yap lm t . O ve onu izleyen� � � � � � � bilim adamlar bu konuda bir s r kimyasal� � �
bilgi toplam lard . DNA'n n; zincir eklinde birbirine� � � � ba l , b y k miktarlarda fosforik asit i eren� � � � �
"n kleotid" denilen molek llerden olu tu u biliniyordu.� � � � Bunlar, o zamana kadar h crede bilinen�
en b y k molek llerdi. Avery, DNA'n n kal t m n� � � � � � � temel maddesi oldu unu g sterdi. Ba ka bir deyi le,� � � �
"bir eyi kal t mla ge irmek demek, bir par a DNA� � � � � aktarmak demektir". Genler DNA'd r. Bilgi�
DNA'd r ve DNA bilgidir.�
Avery'nin ispat ndan beri, DNA konusunda bilinenler� yle a rt c bir h zla artt ki, 1960'larda
� � �� � � � �
art k bilginin DNA'da nas l kodland� � ��� �n bu bilginin nas l h cre maddesine d n t� � � � ��� ve DNA'n n gelecek� ku akla payla� ��lmak zere nas l kopya edildi ini� � � biliyorduk. Bu zorlu yar a bir ok bilim� �
adam kat ld , ama James Watson ve Francis� � �
Crick'in DNA'n n do ru yap s n n ikili sarmal, yani� � � � � i i e d nen iki zincir oldu unu d� � � � �� �n p bulmalar� en b y k a amalardan biridir.� � �
yleyse, i te DNA'n n temel zellikleri.� � � �
1. Zincir molek ld r. (De i ik basit molek l e itlerinin� � � � � � � birbirine eklenmesinden olu mu zincir� �
eklinde bir madde).
�
2. Ola an st uzun ve son derece incedir. H crenin� � � � ekirdi i 100 defa b y t lseydi a a yukar
� � � � � � �� �
i ne ucu b y kl� � � ��� civar nda olacakt , yani g z n� � � � ancak se ebilece i kadar. te bu k� � � ��� �c k ekirdek� i inde katlanm durumda bulunan DNA a� � �� �l rsa, boyu, bir futbol sahas n n boyu kadar olur.� �
3. Zincirde d rt e it halka vard r (n kleotid denilen� � � � � molek ller). simleri adenilik asit, guanilik� �
asit, sitidilik asit ve timidilik asit; k saltmalar A,� � G, C ve T.
4. Bu d rt t r halkan n ba lanma bi imi, adi bir� � � � � zincirin halkalar gibi birbirinin ayn d r.� � �
5. Halkalar n a maz bir d zeni vard r, bu kitaptaki� � � � � harflerin d zeni gibi.�
Bundan sonra, zincirler zerine s yleyecek ok� � � eyimiz olacak. Bir zinciri her resimleyi imizde,
� �
buradaki be bi imden hangisi en uygun, en a� � ��klay c ysa� � onu kullanaca��z. Ku kusuz, ger ek zincirler� �
bizim resimlerde g sterdiklerimizden ok� � daha uzundur.
DNA=Dil=Bilgi
imdi, d rt e it halkas olan bir zincirimiz olsa� � � � � ve bunun yeni bir bireyin olu mas i in gerekli� � �
b t n bilgiyi i erdi ini bilsek, bu s rr n halkalar n� � � � � � � s ralanmas nda veya d zeninde yatt� � � ��� sonucunu
karmam z gerekir.
�� �
Zincirin bu kadar ok anlam ta� ��mas n n ba ka� � � bir a��klamas olamaz. Bilgi, b ylece harita veya� � plan olmak yerine, d z bir y zey zerinde iki boyutlu� � � bir eye, daha do rusu tek boyutlu "yaz l "� � � �
talimat dizinine d n� ��r. Burada dille-benzetme
(analoji) yap labilir. DNA alfabesinin d rt harfi var,� � ama bunlarla yaz labilecek mesajlar n say s sonsuzdur.� � � � T pk iki harfli Mors alfabesiyIe (nokta- izgi)� � �
s ylenebileceklerin s n r olmad� � � � ��� gibi.
Kitaplardaki harfler ka��t zerindeki yerlerine� g re diziler halinde ba lanm lard r. DNA i indeki� � � � � d rt n kleotid halkas ise ger ek kimsayal ba larla� � � � � dizi halinde ba lanm t r. Belli bir organizma i indeki� � � � toplam DNA'da bir kitap gibi d�� �n lebilir. Bu
kitapta; b t n harfler, s zc kler, deyimler, c mleler� � � � � ve paragraflar bir zincir olu turacak bi imde� �
birbirine eklidir. Organizman n b t n b l mleri ve� � � � � b t n i levleri b ylece tan mlan r. Bu organizman n� � � � � � �
zde bir ikizi varsa, o da ayn DNA'lar
� � � �
i erir, ayn kitaptan bir tane daha diye d� � �� �n lebilir;
ne bir harf, ne bir s zc k farkl d r ikisi� � � � aras nda. Ayn t r n ba ka bir organizmas da,� � � � � � gramerde s k s k ve g ze arp c farklar oldu u� � � � � � � halde, benzer bir kitab olu turur. De i ik t rlerin� � � � � kitaplar , i lerinde bir s r benzer c mleler de olsa� � � � � olduk a de i ik yk ler anlat rlar.� � � � � �
Yukar daki benzetmede zincirin par alar olan� � � genler, a a� �� yukar c mlelerin kar� � �� ��� �l d rlar. Bir gen, organizman n belirli bir yap s n olu turan� � � � �
veya i levini g ren bir harf (n kleotid) dizidir. Genler,� � � ok uzun bir DNA molek l nde arka arkaya
� � �
eklenmi c mleler gibidirler.� �
Bir nsan n Olu mas � � � � ��in Ne Kadar Bilgi Gerekli?
Bilginin ne oldu unu g rd kten sonra isterseniz,� � � canl lar olu turmak i in ne kadar bilgi gerekti i� � � � �
zerine kabaca bir fikir edinelim:
�
1. Bir bakteri, canl yarat klar n en basitlerindendir,� � � 2000 civar nda geni vard r. Her gen� �
100 civar nda harf (halka) i erir. Buna g re, bir� � �
bakterinin DNA's en az ndan iki milyon harf uzunlu unda� � � olmal d r.� �
2. nsan n, bakteriden 500 kat fazla geni vard r.� � � yleyse DNA en az ndan bir milyar harf uzunlu undad r.
� � � �
3. Bir bakterinin DNA's bu hesaba g re, her biri� � 100.000 kelimelik 20 ortalama uzunlukta romana,
insan n ki ise bu romanlardan 10.000 tanesine e ittir!� � Dilden Maddeye
DNA dilinin anlam , belirli bir canl organizmay� � � tan mlamas ndad r. Ba ka bir deyi le genler; maddenin,� � � � � ya am n ger ek z n n, ger ek canl unsurun� � � � � � � �
yarat lmas i in gerekli bilgiyi verirler. DNA� � � dili fizik olarak ya amaya, nefes almaya, hareket� etmeye, et retmeye nas l evrilebiliyor? Bu soruyu� � � yan tlamadan nce, nelerden yap lm oldu umuzu� � � � � bilmemiz gerekir.
Proteinler
Bu konu zor g r nebilir ama asl nda yle de il.� � � � �
Bizi olu turan en nemli malzeme proteindir denilebilir.� � Di er yap maddelerimiz (su, tuzlar, vitaminler,� �
metaller, karbonhidratlar, ya lar, vb.),�
proteinlere destek olmak zere bulunurlar. Proteinler� yaln zca k tlemizin (suyu saymazsak) o unu� � � �
olu turmakla kalmay p, ayn zamanda v cut� � � �
s m z , hareketlerimizi ayarlarlar, d ncelerimizin
� � � � ��
ve duygular m z n da temelini olu tururlar.� � � �
K sacas bizi olu turan ve yapt� � � ��� �m z her ey� proteinlere dayan r. rne in, kedimi� � �
g zl yorum: b t n k tlesi proteindir: Ne g r yorsam� � � � � � � (k rk , g zleri, hareket etmesi bile) proteindir.� � � ��indeki her ey de proteindir. Ayr ca kedime ok� � �
zel bir ki ilik veren her ey de zel proteinlerle
� � � �
belirlenmi tir. DNA'n n y nlendirilmesiyle yap lan� � � � proteinler birey olman n, tek olman n, b t n t rlerin� � � � � fiziksel temelidir. Metal, otomobil i in neyse,�
protein bizim i in odur. Otomobilde ba ka malzemeler� � de vard r, ama yap y ve i levi sa layan en� � � � �
nemli eleman metaldir. Hem g r n , hem de i leme
� � � �� �
yetene ini belirler. Bir araban n di erinden� � �
fark n ; bi imi, niteli i ve metal k s mlar n durumu� � � � � � � belirler.
imdi, yeni bir soru ve ba ka bir ayr nt l inceleme� � � � � i in haz r z. Proteinler neden yap lm lard r?� � � � � �
te zelliklerinin listesi:� � 1. Zincir molek ld rler.� �
2. Uzundurlar ama DNA kadar de il.�
3. Yirmi e it protein halkas vard r. Bunlara� � � � amino asitler denir.
4. Yirmi birimin de ba lant bi imi tamamen ayn d r.� � � � � 5. Yirmi birimin veya halkan n d zeni veya dizili� � � s ras hassas ve kesindir.� �
Bu d zen, hangi protein oldu unu ve sonu ta i levinin� � � � ne oldu unu belirler.�
Amino asitler, isimlerinin ilk �� harfi eklenmi� zincir halkalar yla g sterilirler. Yirmi amino asit� �
unlard r: fenilalanin, leusin, izoleusin, metyonin,
� �
valin, serine, prolin, treoinin, alanin, tirosin, histidin, glutamin, asparajin, lisin, aspartik asit, glutamik
asit, sistein, triptofan, arjinin, glisin.
eviri�
Bu be zelli in DNA zincirininkine ne kadar� � � benzedi ini g rd n z. Halkalar zel bir d zende� � � � � � �
olan zincirler, protein alfabesinde yirmi e it harften� � olu uyor; DNA alfabesinde ise d rt harf var.� �
DNA bilgisinin protein maddesine d n mesinin� �
asl nda dildeki gibi bir eviri i lemi oldu u hemen� � � � g r lebilir. D rt harfli bir alfabedeki harf dizisinden,� � � yirmi harfli bir alfabenin harf dizisine ge ilmektedir.� Mors dilinden (iki harfli nokta- izgi alfabesinden)� ingilizce gibi yirmisekiz harfli alfabesi
olan bir dile eviri yapmaya da benzetilebilir bu.� B t n olan biten asl nda bu kadar. H crelerin� � � �
protein zincirleri i inde binlerce ok ufak, son derece� � basit eviri makinesi var. Bunlara "ribosomlar"�
deniyor. u ekilde al� � � ��rlar: nce DNA bilgisinin� bir b l m , bir gen, bir enzim� � �
(bu i lemin h zlanmas na yard m eden bir protein)� � � �
taraf ndan kopye ediliyor. Mesajc RNA (mesajc -ribon kleik� � � � asit) denilen bu gen kopyas da bir zincirdir.�
RNA molek lleri, DNA molek llerinin� �
hemen hemen ayn zincir molek llerdir, ama onlar� � kadar uzun de ildirler. Bir DNA molek l bir ok� � � � geni i erir, bir mesajc RNA molek l ise yaln zca� � � � � bir tek genin kopyas d r. Bu RNA molek llerine� � �
"mesajc " denir, � ��nk , genin mesaj n , ribosomlar� � � yolu ile DNA'n n h credeki yeri olan ekirdekten� � � proteinlerin yap ld klar h crenin ekirdek d� � � � � ��ndaki k sm na (stoplazma) ta� � ��rlar.
Gen kopyas mesajc RNA bir ucunu ribosoma ba lar.� � � Ribosom okuyucudur; mesajc RNA'n n i indeki� � �
n kleotidlerin (harflerin) dizili ini okur, ama bildi imiz� � � anlaml bir s zc k � � � ��karmak yerine protein
kar r. Bu u ekilde ger ekle ir: zel enzimler
�� � � � � � �
amino asitleri "transfex" RNA (tRNA) denilen k���k bir RNA molek l ne ba larlar. Yirmi amino asidin� � � her biri zel RNA molek l ne ba lan r.� � � � �
Amino aside ba lanm tRNA'lar kendilerini ribosoma� � y neltirler.�
Ribosom, gerekli tRNA'y (ba l amino asitlerle� � � birlikte) o anda mesajc RNA'dan okudu u deyimlere� � uygun olarak se er. Yani, e er ribosom mesajc dan� � �
ala amino asitini (alanin) belirleyen bir
grup n kleotid mesaj n okumu sa, bu amino asitin� � � � ba l oldu u gruba uygun n kleotidleri olan bir� � � � tRNA se er. Mesajc n kleotidin, belli bir amino� � � aside uygunlu u, n kleotidlerin do al uygunluk� � �
ili kilerine dayan r. Mesajc zerindeki her n kleotid� � � � � dizisi, transfer RNA zerindeki uygun n kleotid� �
dizisiyle m kemmel bir ekilde e le ir. Her� � � � yeni amino asit ve onun tRNA's ribosoma gelip� uygun bi imde yerle tik e, amino asit kendisinden� � �
nce ribosoma gelmi olan amino asitle kimyasal
� �
olarak birle ir.�
B ylece, halkalar s rayla birer birer ba lan rlar.� � � � Ribosom mesaj okuduk a protein zincirinin boyu� � durmadan uzar.
Mesaj zincirinin okunmas bitince, b t n protein� � � halkas serbest b rak l r.� � � �
B ylece yeni bir protein do mu olur. Bir genboyu� � � DNA'n n i indeki n kleotid dizili i, bir protein� � � � i indeki amino asit dizisini tam olarak belirler. Bir� gen; bir protein. Bir gen; bir protein kavram bizim� proteinlerin nas l olu tu unu � � � ��renmemizden ok� uzun zaman nce bulunmu tu. 1930'larda ekmek� �
k f zerine bir dizi parlak deney yapan biokimyac� � � � George Beadle, bir tek gen i indeki de i ikliklerin,� � � bir tek proteinde bozulmaya yol a t� ��� �n g stermi ti.� � Buna dayan larak yap lan al malar bakteri kullan larak� � � � � ilerletildi ve geni letildi. Bu b y k al ma� � � � �
ve burada anlataca�� �m z niceleri, Herman
M llex'in 1920'lerdeki DNA'daki de i melerin (mutasyon),� � � istenildi inde canl sistemleri X-� � ��nlar na�
tutarak sa lanabilece ini g steren nemli bulu u� � � � � olmasayd ba ar lamazd . DNA, bir h crede bulunan� � � � � de i ik proteinler kadar gen i erir (bakteride� � � 2000; insanda 200.000).
Protein yapan makinenin bu eviri i lemindeki� � a mayan hatas zl , ku kusuz dikkate de er. Bir
� � � ��� � �
h crenin ya amas i in gerekli binlerce proteinin� � � � retilmesinde ancak bir-iki yanl l a yer olabilir.
� � ��
nsanlar n yapt hi bir makine, bunun gibi 200
� � ��� �
romana e de er bir yaz y bu kadar az yanl la yazamaz.� � � � � tRNA'n n Bulunmas� �
Hocam Paul Zamecnik ve ben, 1956'da transfer
RNA'y birlikte bulduk ve neye yarad� ��� �n a��klad k.� Zamecnik daha nce ribosomlar n, zerinde proteinlerin� � � biraraya getirildi i str kt rler oldu unu� � � �
g stermi ti. Ben de bu tarihten bir y l nce amino� � � �
asitlerin zel bir dizi enzimle aktif hale getirilebildi ini� � (yani di er amino asitlerle reaksoyona�
haz rland� ��� �n ) kan tlam t m (bu d rd nc b l mde� � � � � � � � anlat l yor). Ama arada eksik bir ey vard :� � � �
amino asitlerin ba lanabilece i ve onlara, mesajc� � � RNA'lar n g sterdi i yerlere yerle tirilmelerini� � � � sa layan kimli i kazand racak bir ey.� � � �
Paul Zamecnikle birlikte, h creler i inde amino� �
asitlere nemli bir yatk nl� � ��� olan, yani onlarla ola and� ��
bir s k l kla ba lanabilen k� � � � ���k RNA molek lleri� oldu unu g rd k. Proteinin yap l� � � � ��nda ki
eksik olan halkay buldu umuzu hemen anlad k.� � � Bir s r yo un ve zevkli deneyden sonra, ondan� � �
sonraki y l n sonlar na do ru, tRNA'n n protein yap m na� � � � � � � kat l m y nteminin size daha nce a� � � � ��klad���m
olduk a tam bir resmini elde ettik.� Zincirlerden �� Boyutlu Varl klara�
Buraya kadar yk yeterince doyurucu; canl� � � mekanizmalar, zincirleri dil olarak kullan rlar.�
Plandan bitmi retime ge mek, basit bir eviri i idir.� � � � � Ama hala a mam z gereken bir engelemiz var.� �
eviri bir simgeyi ba ka bir simgeye, tek boyutu tek
� �
boyuta, bir zinciri ba ka bir zincire, n kleotidleri� � amino asidlere d n t r yor. Zincirden "maddeye"� � � �
nas l varabiliriz?... Protein molek llerinin g revlerini� � � yerine getirmelerine, dokunabildi imiz,�
kavrayabildi imiz eylere, tohumlara, i eklere,� � � �
kurba alara, size, bana bir boyuttan � �� boyuta s��ramak zorunday z demek ki.�
Yan t, protein zincirleri i indeki halkalar n yani� � � amino asitlerin zelli inde yat yor.� � �
Protein molek lleri, zincir olduklar halde asl nda� � � (fiziki olarak) ger ek zincirlerde oldu u gibi � � ��
boyutlu str kt rlerdir. Proteinin yirmi de i ik� � � �
amino asidi, etkisiz simgeler de ildirler. Herbirinin� kendine zg kimyasal zellikleri vard r. Baz lar� � � � � � zincirdeki ikiz e leriyle kimyasal ba lar yapmay� � � ye lerken, baz lar daha ok asit, baz lar da alkali� � � � � �
zelli ini g sterir. Kimi suyu aramak e ilimindeyken,
� � � �
kimi de sudan ka ar. Baz lar yle bi imlendirilmi lerdir� � � � � � ki zinciri b kebilirler. Birka� �
tanesinin de bir proteinin yaln zca bir tek i e yaramas na� � � katk da bulunacak zel marifetleri vard r.� � �
Bu amino asitler zincirdeki yerlerine g re zincirin� son bi imini belirlerler. Zincirler tamamland klar� � � zaman, bir e it ip yuma� � �� olu turmak i in kendi� �
kendilerine i i e dolan p katlan rlar. � � � � �� �z lm zincirdeki� amino asitlerin "s ras ", molek l n katlanmak� � � �
i in haz r oldu u zaman nas l davranaca� � � � �� �n , ne yapaca�� �n " a maz" bir ekilde� � �
belirler. Katlanma bi imi de protein molek l n n� � � � eklini, zelliklerini, i levini belirler.
� � �
Kas proteinler i in, bir gen, protein yapar makinelere� son bitmi bi iminde katlanabilecek ve� �
kom u liflerin zerinden kayabilecek ok uzun bir� � � protein zinciri yapmas n emreder. B ylece kas labilen� � � � uzun lifler olu ur. Kan h crelerindeki oksijen� �
ta��yan protein zinciri hemoglobin, zel bir � ��
boyutlu katlanma bi imine sahiptir. B ylece yaln zca� � � kendisine zg bir yolla oksijeni tutma ve� �
serbest b rakma i levini yerine getirebilir. Sonu� � �
olarak herbirinin s ralan� ��, genler i indeki n kleotidlerin� � s ralan� ��yla belirlenmi binlerce protein�
zinciri, zel bi imlerde katlan p, zel i levler elde� � � � � ederler.
D zen Yaratmak o u Kez Zincir Yapmakt r� � � �
Birinci b l mde d zen konusunda s ylediklerimizi� � � � hat rlay n: Ya am, s rekli d zensizli e� � � � � �
giden bir evrende d zene y nelik al� � � ��r.
imdi bunun ne demek oldu unu ok daha a k a
� � � �� �
g rebiliriz. Canl olmak, daha nceden a maz bir� � � � � kesinlikle tan mlanm bir d zenle, halkalar zincire� � � � eklemektir. D zen bir defa kurulunca, son bi imin� � ve i levin elde edilmesi hemen hemen kendili inden� � gelir diye d�� �n lebilir. sterseniz, bir�
par ay bir ba ka par an n n ne koymak, kendili inden� � � � � � � � sonuca g t r yor diye d� � � ��nebiliriz bu d zeni.�
Zay f Kimyasal Ba lant lar n nemi� � � � �
H crenin nemli molek lleri yani DNA, RNA ve� � � proteinler zerine yap lan bir al madan ok ilgin� � � � � � bir genelleme ortaya ��km t r. Asl nda "zay f" kimyasal� � � � ba lant lar, ya am i in son derece nemli i levler� � � � � � ta��rlar. G�� �l ba lant lar, amino asitleri� �
protein i inde birbirine ba layanlar cinsinden veya� � RNA ve DNA i inde n kleotidleri ba layanlar cinsinden� � � olanlard r. Bunlar zincirin her halkas nda� �
kom uyu s k ca tutarlar. Zay f ba lant lar ise b t n� � � � � � � � b y k zincirlerde katlanma noktalar n belirleyen� � � � ve molek l n bi imini sa layanlard r. DNA'da iki� � � � � zinciri, ift sarmal olu turmak i in birarada tutan� � � � n kleotidler aras nda zay f halkalar vard r. Bunlar� � � �
ilerde g rece imiz gibi RNA retiminde ok gereklidirler.� � � � Proteinin i inde, onu i levine uygun� �
katlanm bi imlerde tutan amino asitler aras ndaki� � � ba lant larda zay ft r. Ribosomlar zerinde� � � � �
yeni protein yap m nda, transfer RNA molek lleri,� � � n kleotidlerini mesajc RNA zerinde tamamlay c� � � � � bi imdeki n kleotidlere uydurarak, tam yerlerini� �
"bulurlar". Bu nemli ba lant lar n zelli i, zay f� � � � � � � olu lar y z nden ok k sa s rmeleridir. G revlerini� � � � � � � � yaparlar ve sonra kolayca �� � �z l p yeniden
kullan labilirler.�
Hayatla ��li D l Cans z Varl klar: Vir sler� � � � � Vir sler, ya DNA'l ya da RNA'l proteinden� � � yap lm lard r. Yani ya DNA ya da RNA bi iminde� � � � bilgiyi i erirler ve protein bi iminde bir eylerin� � � yerine ge ebilen bir kimlikleri vard r. Ama yard mc s z� � � � � kendi kendilerine reyemezler. Yard m� �
canl h creler taraf ndan sa lan r. Vir s n proteinleri,� � � � � � � onun bir h cre bulup i ine girmesine yol� �
a ar. Vir s, orada kendisini retecek makinalar ;� � � � h crenin makinalar n bulur. reme i ini tamamlad ktan� � � � � � sonra kendisi ve yeni vir sler, ayn� �
tats z i i ba ka h crelerde yinelemek zere o h creden� � � � � � karlar. Bu olaylar s ras nda vir s, "ev sahibi"
�� � � �
h creyi ld rebilir, ona zarar verebilir, de i tirebilir� � � � � veya hi bir ey yapmaz; bu vir s n ve� � � �
h crenin cinsine ba l d r. Bir vir s n h crede� � � � � � �
neden olabilece i nemli bir de i iklik de onu kansere� � � � d n t rmesidir. Bu esrarl olay, sekizinci b l mde� � � � � � g rece imiz gibi en son kanser ara t rmalar ndaki� � � � � yo un abalar n temelinde� � �
yatmaktad r. H crelerden daha basit olduklar� � �
halde, vir slerin daha ilkel olmad klar n san yoruz.� � � � � ok uzak ge mi te bir zaman, normal h crelerin
� � � �
par alar yken kopup kendi asalak "ya ama" bi imlerini� � � � kurmu olmalar m mk n g r n yor. Vir slerin� � � � � � � �
ba��ms z olarak reme yetenekleri olmad� � ���
i in kendi ba lar na canl olduklar n� � � � � � d��nemiyoruz.
l ml l k ve l ms zl k� � � � � � � �
imdi, bir bireyin yarat lmas n n bir dizi yaz l� � � � � � talimat gerektirdi ini biliyoruz. Bunlar milyonlarca� y ld r dikkate de er bir ba l l kla tekrar tekrar� � � � � � kopye edilmi lerdir, ama her birey yaln zca birka� � � on y l i inde ya ar ve l r. O zaman bu talimatlar n� � � � � �
l ms z olup olmad klar n sorabiliriz. En az ndan,
� � � � � � �
bir biyolog i in her hangi bir ey ne kadar l ms z� � � � �
olabilirse, genetik bilgi de o kadar l ms zd r diyebiliriz.� � � � Asl nda l ml her birey, gelecek ku aklara� � � � �
ge irilecek tarifnamenin ge ici koruyucusudur;� � sopan n DNA oldu u bir bayrak� �
yar�� �s nda ko ucu... Bir birey ya am n n, ancak� � � � atalar ndan ocuklar na ge irdi i bilgi kadar nemi� � � � � � vard r. Baz g veler a� � � ��zs z do arlar ve do duklar� � � � andan ba layarak a l ktan l me mahkumdurlar.� � � � �
Tek i levleri, iftle ip daha abucak yumurtlayarak� � � � g ve bilgisini gelecek ku a a ge irmektir.� � � �
E er DNA l ml n n l ms zl� � � � � � � � ��� ise, insanlar� inat�� merak , daha tesini de sormadan edemez;� � B t n bunlar nas l ba lad ?� � � � �
���. B L M� � Ba lang� ��
Hangisi nce geldi, tavuk mu yumurta m ? Bu ok� � �
duyulmu bir sorudur, ama yan tlanamaz. Yan tlanamamas n n� � � � � sebebi "tavuk yumurtadan, yumurta
tavuktan, vs." diye zaman i inde bitmez t kenmez� � bir geriye do ru say gerektirmesi de il, bu� � �
ekilde geriye giderken biriken k k de i ikliklerle
� ��� � �
tavu un tavukluktan, yumurtan n da� �
yumurta olmaktan ��kmas d r. Tavu un bir milyar� � �
y l gerilere giden soy a ac n incelersek; t yl arkada� � � � � � �� � �m z , hayal g c m z ne l� � � � � ��de zorlarsak
zorlayal m ad na "tavuk" diyemeyece imiz atalara� � � ba layan bir de i imle kar� � � ��la�� �r z. Benim tahminim, bir milyar y l nceki tavuk atas n n herhalde,� � � �
toplu i ne ba� ��ndan k���k ve okyanusta ya ayan� bir yarat k oldu u. Kendi soyumuzu gerilere� �
do ru izlersek, yine buna benzer bir sonu la kar� � ��la�� �r z.
Ne kadar geriye gidebiliriz? Bir ba lang� �� oldu unu� d��nmemiz gerek. Bundan nceki b l mde� � �
s z edilen, DNA'n n l ms zl� � � � � � ��� �n benzetmesine imdi daha iyi bir perspektiften bakmal y z.
� � �
D nyam z n imdiki canl bi imlerini do uracak� � � � � � � t m bilgiyi ta� ��yan bu kocaman molek llerin,�
ok uzak bir ge mi zamanda, al akg n ll
� � � � � � �
bir ba lang� ��lar olmas gerek.� �
En iyi tahminlere g re ya am; bundan � � �� milyar y l nce, o zamanlar iki milyar ya� � ��nda olan d nya� canl lar bar nd racak kadar so udu unda ba lad .� � � � � � � � Son derece k���k ve olduk a basit deniz yarat klar n n� � � � iki milyar y ldan daha eski fosilleri var.�
Bu fosille mi yarat klar n atalar herhalde daha da� � � � � k���kt . En ilkel canl bi imi, belki de bug n bolca� � � � bulunan basit tek h creli canl lara hi benzemeyen� � � bir tek-h creydi.�
yleyse bizim yo unla aca� � � �� �m z soru u: bir� h cre, ya amaya ilk olarak nas l ba lam olabilir,� � � � � bu nas l m mk n olabilir? Soru "h cre nas l ya amaya� � � � � � ba lad ?" de il; bu hi bir zaman yan tlanamayacak� � � � � bir sorudur. ��nk bu olaya tan kl k� � �
edecek kimse yoktu o zaman. Ama ya am n� �
nas l olu abilece ini sormak hakk m zd r. Ak ll ca� � � � � � � �
tahminler ve olas l klar g steren deneyler yapabiliriz.� � � � Gerekli Maddeler
Jeologlar n, paleontologlar n, fizik ilerin,� � � biyologlar n al malar na dayanarak, d nyan n � � � � � � ��
milyar y l nce nas l bir yer olabilece i konusunda� � � � olduk a iyi bir fikrimiz var. Bilim kurgu kitaplar ve� � filmleri olay ok canl ve belki de do ru resimliyorlar;� � � � lav ve kayalardan olu mu , gri, t m yle� � � �
k s r, hi ye ili olmayan manzaralar, patlayan� � � � yanarda lar, sivri da tepeleri, buharla an� � �
denizler, al ak bulutlar, arada akan im eklerle� � � � g r lt yle par alanan ve s rekli ya an ya murlar.� � � � � � � Herhangi bir canl taraf ndan g r lmemi ve duyulmam� � � � � � olaylar. Ku kusuz bu, sizin ve benim i in� �
ok sefil bir ortam olurdu. Ama ya am n ba lang c
� � � � � �
i in iyi bir d zendi. Her eyi harekete ge irmek i in� � � � � gerekenler unlard :� �
1. Il k bir ortam.� 2. ok miktarda su.�
3. Gerekli atomlar n kaynaklar (karbon, hidrojen,� � oksijen, nitrojen ve fosfor).
4. Enerji kayna��.
Su ve s , sorun de ildi. D nya so urken, milyonlarca� � � � � y ll k ya mur okyanuslar doldurmu hala� � � � �
s cak olan d nya bu okyanuslar s tm t . im ekler� � � � � � � � � bol bol enerji sa l yorlard . Bulutlar araland� � � ���
s ralarda da g ne ten utraviyole � � � ��nlar geliyordu.� (Bu ��nlar o zaman imdi olduklar ndan� �
ok daha g l yd ler, nk atmosferimizi saran
� �� � � �� �
ozon tabakas hen z olu mam . Ozon, yery z nde� � � � � � bitki ya am n n sonucu olarak yava yava birikmi� � � � � �
bir oksijen tabakas d r. Bu tabaka ultraviyole � � ��nlar n� � ge irmez.)�
Bu ko ullar; ku kusuz ba lang� � � ��ta, en basit birimlerin, bilgi zincirlerinin (DNA) ve h cre maddesi�
zincirlerinin (protein) olu mas i in yeterince basitti.� � � Ama zincirlerimiz olmadan nce halkalar m z n� � � �
olmas gerekir. nce DNA n kleotidleri� � �
ve proteinlerin amino asitleri olu mal d r. Bildi imiz� � � � gibi, bu halkalar ufak molek llerdir. Bunlar,�
karbon, hidrojen, oksijen, nitrojen ve fosfor elemanlar n n� � kimyasal olarak ba lan p d zenlenmeleriyle olu urlar.� � � �
Basit Molek llerin Do u u� � �
yleyse i te senaryomuz: Deniz suyunda erimi� � � karbon, hidrojen, oksijen, nitrojen ve fosfor i eren� basit bile ikler, ultraviyole � ��nlar ve im eklerle� � � s rekli bombard man ediliyorlar. Bu arada bir� �
k sm kal c ve dengede olan, de i ik kombinasyonlara� � � � � � da zorlan yorlar.�
lem y z milyonlarca y l boyunca s rerken,� � � �
deniz, elemanlar n n de i ik kombinasyonlar y n nden� � � � � � � giderek zenginle iyor. Yeni molek ller, bu� �
arada n kleotidler ve amino asitler birikiyor. Sonunda,� denizin son derece bol ve b t n yeni molek l� � �
e itlerini i eren koyu bir orbaya d n t bir
� � � � � � ���
zaman geliyor.
Zaman n nemi� �
S zkonusu s re te zaman n nemini kavramak� � � � � i in biraz dural m. Zaman ne kadar uzun olursa� � bir eylerin olmas da o kadar olas d r. Kimyasal� � � � reaksiyonlar i in de bu do rudur. Zaman s n rlamas� � � � � olmazsa, yeterince uzun s re beklenirse en olanaks z� � reaksiyonlar ger ekle ebilir. E er bu reaksiyonlar n� � � �
rettikleri bile ikler kal c (dengeli)
� � � �
iseler, deniz suyunun nispeten de i mez maddeleri� � haline geleceklerdir.
��inde Canl Olmad� ��� ��in orba Varl� ��� �n S rd rebilir� � imdi denizin orba gibi olmas d� � � ��ncesi size
a�� �r g r nebilir. Bunun bug nk deneyimlerimizle� � � � kar��la t r labilecek hi bir yan yoktur. B yle zengin� � � � � � bir olu umun birikmesi, canl lar onu hemen� �
yiyip bitirece i i in bug n belki de, olanaks zd r.� � � � � Bakteriler ve di er a g zl yarat klar imdi ok� � � � � � �
kalabal klar ve ne zaman iyi bir besin kayna� �� belirse, hemen onu t ketiyorlar. Kaynak kuruyana�
kadar reyip say lar n artt r yorlar. G r yorsunuz� � � � � � � � ki eskiden ya am olmad� ��� i in okyanuslar orba� � gibi olabilirdi.
Eski Olaylar n Laboratuvardaki Benzerleri�
Asl nda, anlatt klar m z hi bir zaman kan tlanamayacak� � � � � � bir hipotez. Yine de biz, laboratuvarda
bunlar n olabilece ini g sterebiliriz.� � �
Eskiden oldu u ne s r len ko ullar n laboratuvarda� � � � � � istenen tepkiyi sa lamas ku kusuz� � �
olanakl d r. � � �� milyar y l nce denizde bulundu u� � �
d�� �n len basit bile ikler bir cam kapta suda eritilebilirler.� Kap, im eklerin enerji katk s n sa lamak� � � � � �
zere bir elektrik kayna na ba lan r.
� �� � �
Sistemin b t n par alar hi bir canl h cre olmad� � � � � � � ���ndan emin olabilmemiz i in nceden strezile� �
edilir. Sonra kaptakilerin bir s re pi mesi i in� � � elektrik verilmeye ba lanabilir. Sonunda kap a� �� �l p i indekiler incelenir.�
Bu deneyin yap lm oldu unu ve sonucun t m yle� � � � � inand r c oldu unu sevinerek s yleyebilirim.� � � � � Hem n kleotidler hem amino asitler be elemandan� �
bu ekilde olu turulabildiler. Yani ya am zincirlerinin� � � halkalar , deniz ve benzeri bir ortamda�
im ekleri enerji kayna olarak kullan lmas yla
� � �� � �
retildi.
�
Zincir Molek llerin Do u u� � �
Bundan sonraki ad m, a� �� �k a g r l yor ki halkalar ,� � � � DNA gibi ve protein gibi zincirler olu turmak�
i in birle tirmektir. lkel ko ullar n laboratuvarda� � � � � yap lm benzerlerinin, halkalar n olu umu a amas n� � � � � � � sa lamas na bakarak, al ma ilerletilirse� � � �
halkalar n zincir bi iminde eklenebilece ini de d� � � ��nmek akla yak nd r.� �
Nitekim k sa zincirlerin olu tu unu g r yoruz.� � � � �
Basit kimyalar yla bug n n DNA'lar na ve proteinlerine� � � � benziyorlar.
Yine de hat rlayal m, bu deneyler yaln zca ne� � � olabilece ini g sterir, ne oldu unu de il.� � � � Durum Thor Heyerdahl'in; Polinezya adalar�
halk n n G ney Amerika'dan bat ya yelken a arak,� � � � � imdiki yurtlar n bulduklar sav n kan tlamaya
� � � � � � �
al rken kar la t ndan farkl de il. Sal zerinde
� �� �� � ��� � � �
ayn yolculu a ba ar yla yaparak, yaln zca Polinezyal lar n� � � � � � � ger ekten bu yolculu u yapt� � ��� �n kan tlam� �
olmad , benzer ta� ��t kullanan herhangi birinin de ayn i i yapabilece ini g sterdi.� � � �
Bir H creye Do ru� �
Bu noktadan sonra, h creyi daha ok tan mak� � � i in be nemli ad ma daha g z atabiliriz.� � � � � 1. Enzimlerin ortaya ��kmas : Enzimler, h cre� � i indeki b t n kimyasal reaksoyunlar h zland racak� � � � � �
zel protein molek lleridir. Bug n canl
� � � �
h cre; herbiri kendi zel i ini yapan, besin maddelerini� � � par alayan, besinden enerji reten, basit� �
molek llerden zincir yap m n kolayla t ran ve say s z� � � � � � � � ba ka i ler yapan binlerce enzim i erir. Olaylar n� � � � denizdeki ba lang� �� � � a lar nda yava geli imleri,� � � ancak enzimlerle h zland r labilirdi. lk� � � �
enzimler, raslant sal olarak birbirine eklenmi k sa� � � amino asit zincirleri olsa gerek. Tekrar tekrar
"deneme-yan lmayla" bu kombinasyonlar n baz lar ;� � � � birtak m reaksiyonlar h zland rabilecek, yaln z� � � � � kendilerine has bir yetene i elde etmi olmal lar.� � � 2. DNA'n n ift kat olu u: Okyanuslar boyunca� � � DNA zincirinin rasgele eklenen n kleotidlerle yava� � yava uzamas n g z n z n n ne getirmeye al t� � � � � � � � � � � ��� �n zda baz anlaml diziler olu acakt r. Burada� � � �
"anlaml ", birka yeni ilkel proteini yapmak i in gereken� � � bilgiyi i ermek olarak kullan lm t r. Bunlardan� � � �
baz lar , yararl enzimler veya nemli str kt rlerin� � � � � � par alar olacaklard r. Bu narin DNA molek lleri� � � � ne kadar uzun olurlarsa, kopma tehlikesi
de o kadar b y kt r. Bir korunma yolunun raslant� � � � olarak belirmesi ve onlar dengeye ula t rmas iyi� � � � olacakt r. Basit bir ift kat halinde birle me bunu� � � sa lad . Birbirine sar lm ipliklerin zarar g rmesi,� � � � � ayr ayr tek ba lar na olduklar zamandan daha az� � � � � olas yd . Dahas , ift kat olmak, DNA'n n remesi� � � � � � i in gereklidir.�
3. DNA'n n o almas : Bu, ift sarmal DNA� � � � �
zincirindeki her ipli in, kendisinin t pat p bir kopyas n� � � � �
