Zehirli Gaz ile Yaşayan Canlılar

Deniz dibinin güneş ışığı alamayacak kadar derin bölgeleri tıpkı karalardaki çöllere benzer. Güneşten yoksun bu sularda besin kaynakları oldukça sınırlıdır, bu yüzden de buralarda canlılara rastlayamazsınız. Ancak 1977 yılında bilim adamları Galapagos Adaları’nın 320 km kuzeydoğusunda, deniz yüzeyinin 1600 m. altında bu durumun tam aksi ile karşılaştılar. Burada benzeri diğer yerlerden farklı olarak omurgasız türlerden büyük bir canlı topluluğu yaşıyordu: uzunluğu bir metreye kadar varan ve bazalt kayalara yapışmış halde yaşayan dev deniz solucanları, 30 cm büyüklüğünde koca beyaz istiridyeler ve midye kümeleri, yengeçler, karidesler ve balıklar.
Buradaki canlıları ilginç kılan şey ise, sadece deniz dibinin çok derinlerindeki karanlık sularında yaşamaları değildi. Bu canlı topluluğu deniz altında yer alan volkan ağzının yakınında yaşamlarını sürdürüyorlardı. Oysa burası, canlıları pişirecek kadar sıcak, paramparça edecek kadar da asitli sularla kaplıydı.1 Peki ama bu kadar çok canlı türü nasıl oluyor da hem güneş ışığı dolayısıyla besin sağlanamayan, hem de son derece zehirli olan bir ortamda yaşayabiliyordu?

 Hidrojen sülfür + Oksijen −−> Su + Sülfatlar

Bu kimyasal işlem kükürdü işleyebilen özel bir bakteri ile kurulan özel bir organizasyon ile mümkün olmaktadır.

Çoğu hayvan için sülfür son derece zehirleyicidir. Sülfür, kandaki hemoglobine bağlanarak solunumun yapılması için gerekli olan “sitokrom C oksidaz” enzimini engelleyerek canlının ölümüne neden olur (A). Allah, sülfürce zengin hidrotermal ağızlarda yaşayan hayvanları sülfür zehirlenmesinden korunmalarını sağlayacak bir tasarım ile yaratmıştır. Tüp solucanı da (Riftia pachyptila) bu canlılardan biridir. Riftia’daki hemoglobin molekülünde sülfürün bağlanabilmesi için özel bir bölge vardır. Bu sayede oksijenle sülfür aynı anda kanda taşınabilmektedir (B). Hidrotermal ağızlarda yaşayan ve bilimsel adı Calyptogena magnifica olan istiridye türünde ise sülfür canlının içindeki bakterilere taşıyan özel bir protein vardır. İstiridye bu protein sayesinde zehirli gazlardan korunur (C). Başka bir hidrotermal ağız canlısı olan bir tür yengeçte (Bytbograea thermydron) da iç ortak yaşam bakterileri yoktur; bu yengeç, karaciğere benzeyen hepatopankreasında sülfürü zehirleyici olmayan bir kimyasal yapıya (tiyosülfat) dönüştürerek zehirleyici etkisini yok eder (D).

Zehirli Gaz Uzmanı Bakteriler

Kükürtçe zengin ortamlar pek çok canlı için öldürücü nitelikte iken bazı bakteriler için buralar eşsiz yaşam alanlarıdır. Bu bakteriler bitkiler gibi kendi besinlerini kendileri üretirler. Bilim adamları bu nedenle onları “kendibeslek” olarak adlandırırlar. Ancak bu bakteriler, besin üretimi sırasında karbondan bitkiler gibi güneş ışığını değil, hidrojen sülfürü kullanırlar. Bilindiği gibi bitkiler, karbondioksiti besin maddesi olarak kullanabilecekleri organik moleküllere dönüştürmek için gereken enerjiyi güneşten temin ederler. Bu nedenle bitkiler “ışık kullanan kendibeslek” olarak bilinirken; bu bakteriler ise “bakterilere kimyasal-kendibeslekler” olarak adlandırılırlar.
Sülfürü gerçekleştirdikleri kimyasal işlemler sayesinde kullanıma uygun hale getiren bu bakteriler, diğer hayvan türleri için yiyecek sağlayarak volkanik ağızdaki besin zincirinin temelini oluştururlar. Yeşil bitkilerle kükürt bakterilerinin önemli bir ortak özellikleri her ikisinin de besin zincirindeki birincil üretici olmalarıdır. Bu bakteriler deniz dibinde volkan ağzında yaşayan diğer canlıların varlığı için çok önemlidir. Kimyasal-kendibeslek bakteriler ile diğer canlılar  arsında nasıl bir ilişki vardır?

Fotosentez ve kemosentez yapan canlıların kullandıkları enerji kaynakları farklıdır, ancak dönüşüm süreci ve son ürünler aynıdır. Fotosentezde ışık, bitkilerin kloroplastları tarafından emilir ve besin zincirine girerek otçulardan etçilere geçen şeker, yağ ve amino asitleri üreten bir süreç olan Kalvin döngüsüyle karbon sabitlenmesini yürütür. Kemosentezde ise, enerji, okyanus tabanındaki ağızlardan gelen hidrojen sülfür tarafından sağlanır. Hidrojen sülfür bakteriler tarafından alınır: Ayrıca, tüp solucanları gibi volkanik ağız hayvanları da bu bileşiği emer ve solucanların içindeki ortak yaşam bakterilerine taşırlar. Bakterilerde hidrojen sülfür yükseltgenir ve Kalvin çevrimine enerji sağlar. Son ürünler besin zincirine girer, doğrudan doğruya alt sıradaki etçillerden üst sıradaki etçillere geçer.

Tüp Solucanın Bakterilerle Yaşam Birliği Oluşturmasını Sağlayan Tasarımı

Bilim adamları James J. Childress, Horst Felbeck ve George N. Somero Scietific American dergisinde yazdıkları bir makalede deniz dibindeki volkan ağızlarında yaşayan canlıları üstün özellikleri nedeniyle olağan dışı olarak nitelerler:

“Geleneksel anatomik standartlara göre Riftia olağandışı bir yaratık. Bu solucan, temelde, ağzı ya da bir sindirim sistemi ve parçacık halindeki besinleri yutacak hiçbir sistemi olmayan, kapalı bir kesedir. Üst ucunda oksijen, karbondioksit ve hidrojen sülfürün değişimi sağlanır. Sorgucun altında, solucanın tutunmasını sağlayan bir kas halkası –yaka- bulunur. Hayvanın geri kalan kısmı, iç organlarını içeren ince duvarlı bir keseden oluşur denebilir. Bu organların en büyüğü, vücut boşluğunun çoğunu kaplayan trofozomdur. İsminden de anlaşılacağı gibi, trofozom (besleyici gövde) solucanın beslenmesine önemli ölçüde katkıda bulunur; ancak bu organda dış dünyadaki parçacıkların solucanın içine girebilecekleri bir kanal yoktur. İşte asıl soru, olağandışı anatomisine bakıldığında Riftia’nın yaşamda kalabilmesi için gerekli besin maddelerini nasıl elde edebildiği idi.ˮ2

Riftia’nın trafozom isimli organında çok sayıda kimyasal-kendibeslek bakteri bulunur. Bu bakteriler ile Riftia arasında mükemmel bir ortak yaşam ilişkisi mevcuttur. Ortak yaşam, iki farklı türün bir arada bulunduğu ve türlerden birinin yaşamının diğerinin yaşamıyla iç içe olduğu bir ilişkidir. Bir tür (konuk), diğer bir türün (konakçı) vücudu içerisinde yaşıyorsa, bu ilişkiye “içsel ortak yaşam” denir.
Riftia ile bakteriler arasındaki içsel ortak yaşam karşılıklı yarar ilkesine dayanır. Tüp solucanı bakteriden, indirgenmiş karbon molekülleri alır ve bunun karşılığında bakteriye kimyasal-kendibeslek mekanizmasına yakıt sağlayacak hammaddeleri verir. Bu maddeler karbondioksit, oksijen ve hidrojen sülfürdür. Riftia bu kimyasalları sorgucu aracılığıyla emer ve daha sonra dolaşım sistemi yoluyla trofozomdaki bakterilere taşır.

“Solucanın trofozomuna, bakterilerin indirgenmiş karbon bileşikleri üreten ve bunları konakçı hayvana yiyecek olarak aktaran işçilerin çalıştığı fabrika-içi bir tesis olarak bakabiliriz.ˮ3

Hidrojen sülfür yüksek derecede zehirleyici bir bileşiktir ve solunumu sekteye uğratma konusunda siyanürle kıyaslanabilir. Sülfür, hayvanların çoğunda, solunumu iki yoldan engeller: Ana taşıyıcı olan hemoglobin molekülündeki bağlanma bölgelerini kapatır ve önemli bir solunma enzimi olan sitokrom C oksidazı zehirler. Ancak, Riftia’da sülfür kimyasal olarak oksijenin bağlanmasını etkilemez ve çoğu hayvan için öldürücü olabilecek sülfür derişimlerinde bile solucanın solunum hızı oldukça yüksek düzeylerde seyreder.
Riftia’nın yaşayabilmesi için tasarımında üç önemli özelliğin aynı anda var olması şarttır:

1.  Volkanik ağızdan gelen sudan sülfürü alacak özel bir taşıma sistemi,
2.  Sülfürün kanda hemoglobin molekülü üzerindeki bağlanma bölgeleri için oksijenle rekabete girmeksizin veya oksijenle tepkimesine izin vermeksizin taşınması,3
3.  Riftia’nın, sülfürün hücrelere sızmasını ve solunumu zehirlemesini engelleyecek mekanizma.

Tüp solucanı Riftia, koruyucu dış tüpünün içindeki bir kas halkası ile bazalt kayalara tutunur.
Riftia’nın ön ucunda bir solunum sorgucu yer alır.
Oksijen, sülfür ve karbondioksit, sorguç iplikçileri (a) yoluyla emilir, kan (kırmızı ile gösterilmiştir) yoluyla trofozom hücrelerine (mavi ile gösterilmiştir) taşınır.
Trofozom, kemosentez bölgesi, hayvanın kütlesinin altıda birine karşılık gelir ve vücut boşluğunun çoğunu doldurur.
Trofozom hücreleri içinde içsel ortak yaşam bakterilerinden oluşan yoğun koloniler yaşar (b).
Oksijen, sülfür ve karbondioksit solucanın kılcal damarlarından bakteriye aktarılır (c).
Besin maddeleri, bakteriden kılcal damarlara geçerek hayvanın içerisinde dağılır.

 Oksijen kullanan organizmalarda en önemli enerji değişim birimi kısaca ATP olarak bilinen adenozin trifosattır. ATP’nin sentezlendiği süreçteki son basamaktan sitokrom C oksidaz enzimi sorumludur. Birçok hayvan için, ufacık sülfür derişimleri bile, sitokrom C oksidazının işlevinin engellenmesi ve nihayetinde de canlının ölmesi için yeterlidir. Oysa Riftia’da sitokrom C oksidaz, sülfürün olumsuz etkilerinden korunur.
Riftia kan bakımından zengindir; solungacın sorgucuna koyu kırmızı rengi veren, solucanın toplam hacminin yüzde 30’dan fazlasını içeren, hemoglobindir. Tüp solucanın hemoglobini ile diğer hemoglobinler arasındaki en önemli fark, hem oksijen  hem de sülfüre aynı anda bağlanabilmesidir. Tüp solucanının hemoglobininde sülfürün bağlandığı bölge oksijenin bağlandığı bölgeden farklı bir bölgedir.  Bu sayede sülfür hayvanın vücudunda diğer canlılarda olduğu gibi öldürücü etki gösteren kimyasal tepkimeyi gerçekleştiremez. Ayrıca sülfür korunarak kan aracılığıyla bakteriler tarafından işleneceği trofozoma taşınır. 4
İşte Riftia’yı da sülfürün öldürücü etkilerinden koruyan hemoglobinindeki bu özel tasarımdır.

Sülfür Soluyan Canlılar Evrimi İmkansız Kılıyor

Resimde Doğu Pasifik yükseltisi üzerindeki bir bölgede, sülfürce zengin deniz tabanındaki çatlaklar boyunca tüp solucanlarının çevresinde kümelenmiş büyük istiridyeler (Calyptogena magnifica) görünüyor.

Hemoglobin

Bilim adamları kimyasal maddeleri çoğu zaman “yapısal formül” adı verilen bir gösterim ile yazarlar. Örneğin su için H2O ya da sülfürik asit için H2SO4. Yapısal formüllere bakılarak bir kimyasal maddede hangi elementin atomundan kaç tane olduğunu anlayabilirsiniz. Mesela suda 2 hidrojen ve 1 oksijen atomu bulunur. Sülfürik asitte ise 2 hidrojen, 1 kükürt ve 4 oksijen atomu bulunur.
Peki ya hemoglobin adlı proteininin yapısal formülünü yazmaya kalkışsaydık? Hemoglobin içinde çok sayıda atom bulunan oldukça karmaşık bir yapıya sahiptir. Eğer yazmaya kalkışsaydık onun yapısal formülü bu sayfanın tamamına ancak sığardı. 5
Şüphesiz hemoglobinin karmaşık yapısı yaptığı çok özel işle ilgilidir. Hemoglobinin en önemli özelliği, oksijen atomlarını yakalama yeteneğidir. Bu yetenekli molekül, kandaki milyonlarca molekül içinden özellikle oksijen moleküllerini seçer ve onları yakalar. Bunu bir yetenek olarak nitelendiriyoruz çünkü rastgele oksijen molekülüne bağlanan bir molekül okside olur ve işlev göremez hale gelir. Bu nedenle hemoglobin, usta bir avcı gibi, avına hiç dokunmadan, onu sanki bir maşa ile tutar gibi yakalar. Hemoglobine bu özelliği kazandıran ise Allah’ın yarattığı kendine has tasarımıdır.
Dünyaca ünlü mikrobiyolog Michael Denton, Nature’s Destiny isimli kitabında hemoglobinlerin kusursuz tasarımlarından şöyle söz eder:

Michael Denton

“Yüksek metabolik seviyesi olan organizmalar için etkin bir oksijen taşıma sistemi gerekir. Bu nedenle hemoglobin gibi özelliklere sahip bir molekül, organizma için son derece önemlidir. Hemoglobinin yerine başka alternatifler olabilir mi? Bilinen oksijen taşıyan sistemlerinin hiçbiri hemoglobinin oksijen taşımadaki etkinliğine yaklaşamamışlardır bile.
Peki böyle bir molekül James J. Childress, Horst Felbeck ve George N. Somero gibi bilim adamlarının iddia ettiği gibi evrimleşerek ortaya çıkmış olabilir mi? Evrimciler hemoglobinin zaman içinde aşama aşama gelişmelerle meydana geldiğini iddia ederler. Yani bu iddiaya göre kanın var olduğu ama içinde hemoglobin molekülünün henüz bulunmadığı bir dönem vardır. Oysa bu evrim teorisi açısından büyük bir çelişkidir. Kan denen sıvı, hemoglobin molekülü olmadan işlevini yerine getiremez ve hücrelerine oksijen ulaşmayan canlı ise hemen ölür. Bu canlının hemoglobin molekülünün oluşumunu bekleyecek zamanı yoktur. Görüldüğü gibi kan oluştuğu anda hemoglobinin de oluşması gerekmektedir. Yani kanın, tüm özellikleri ve yapıları ile birlikte tek bir anda ortaya çıkması şarttır.
Tüp solucanın hemoglobini ise evrimciler açısından daha büyük bir açmazdır. Bu canlıda kanın sadece oksijeni tutma özelliğinin var olması yeterli değildir. Hemoglobinin üzerinde sülfürü yakalayarak kendini bağlayacağı özel bir yer olmalıdır. Tüp solucanındaki hemoglobin ile taşıdığı oksijen ve arasındaki ilişki bir kapının üzerindeki iki kilit gibidir.  Kapıyı açabilmeniz için elinizde her iki kilide de uygun anahtar olmalıdır. Bu uygunluk anahtardaki her bir diş için kilitte de olmalıdır. Herhangi bir anahtardaki herhangi bir dişte farklılık olduğunda kapının önünde kalırsınız.ˮ

Kısacası solucanın volkan ağzında yaşayabilmek için gerçekleşmesi için aşamaları beklemesi gibi bir durum söz konusu değildir.  Evrimcilerin aşamalı oluşum iddiaları bu noktada tamamen çökmekte ve kanı Allah’ın tek bir anda yarattığı ortaya çıkmaktadır.
Hemoglobinin oksijen ve sülfür taşıma şekli olabilecek en ideal taşıma şeklidir. Hemoglobin molekülünün, hayvanın vücudundaki karanlıkta, kendi boyutlarına göre inanılmaz büyüklükteki bir yerin içinde oksijen ve sülfür ayrımını yapabilmesi imkânsızdır. Üstelik hem ayrım yapılacak hem de sülfür diğer moleküllerden izole edilerek en uygun biçimde yolculuğa çıkarılacak uygun yere (bakteriye) geldiğinde de bırakılacaktır. Tüm bunlar çok üstün bir aklın ve tasarımın varlığını ortaya koymaktadır.
Bir molekülün düşünme, karar verme, seçme ve tercih yapma gibi özellikler gerektiren bu gibi davranışlarda bulunması elbette ki düşündürücüdür. Bu molekülün sergilediği olağanüstü şuur sayesinde tüp solucanı yaşamını rahatlıkla sürdürebilmektedir. Tüp solucanın vücudunda yüz milyonlarca hemoglobin molekülü bulunur. Bu moleküllerin tümü bu işlemleri hiçbir karışıklık çıkmadan yapabilecek özelliklere sahiptir. Hemoglobin moleküllerinin sayısı ve bu moleküllerin hepsinin istisnasız aynı yeteneklere sahip oldukları düşünüldüğünde konunun önemi daha net anlaşılmaktadır.
Böyle bir seçiciliğin tesadüfen ortaya çıkamayacağı, tesadüflerin insan vücudundaki milyarlarca hemoglobine bu özellikleri kazandıramayacağı akıl sahibi her insan için çok açık bir gerçektir. Hemoglobin molekülünü yaratan ve her insanın vücuduna tüm özellikleriyle birlikte yerleştiren Allah’tır.

“İşte Rabbiniz olan Allah budur. O’ndan başka İlah yoktur. Herşeyin Yaratıcısı’dır, öyleyse O’na kulluk edin. O, herşeyin üstünde bir Vekil’dir.ˮ (En’am Suresi, 102)

Yazar / Aylin Yılmaz /  İstanbul Üniversitesi Fizik Bölümü

       Alıntılar

1. James J. Childress, Horst Felbeck ve Goeorge N. Somero, Scinetific American, Mayıs 1987
2. A.g.e.
3. Ortamda oksijen olduğunda, sülfür son derece kararsızdır ve hızla bozunarak tiyosülfat ve elementsel kükürt gibi biçimlere yükseltgenir.
4. James L. Gould ve Carol Grant Gould, Life at the Edge, W. H. Freeman and Company, 1989.
5. L. Vlasov ve D. Trifonov, 107 Kimya Öyküsü, TUBİTAK, Ankara Haziran 2001, 16.Basım, s.140.
6. Michael Denton, Nature’s Destiny, Free Press, New York, s. 201-202