Hareketsiz maddeden hayat nasıl ortaya çıkıyor? Yeni bir teori gizemi açıklamaya çalışıyor

Modern fizik her şeyi açıklayabilir döndürmek en küçük parçacıktan tüm galaksi kümelerinin davranışına kadar. Ama hayatı açıklayamıyor. Canlı bir madde ile ölü bir madde arasındaki farkı ortaya koyan bir formül yoktur. Yaşam, temel parçacıklar gibi cansız bileşenlerden gizemli bir şekilde “ortaya çıkıyor” gibi görünüyor.

Temel çizgileri yakın zamanda yayınlanan toplanma teorisi Doğa, yaşamı en temel ölçekte açıklamaya yönelik cesur bir yaklaşımdır. İki temel kavrama dayanmaktadır: karmaşıklık ve bilgi (DNA’da bulunanlar gibi). Yeni teori, her ikisinin de kimyasal sistemlerde nasıl ortaya çıktığını anlamamızı sağlıyor.

“Acil durum” fizikçilerin parçalarının toplamından daha büyük bir şeyi açıklamak için kullandıkları bir kelimedir. Örneğin, bireysel su molekülleri öyle olmadığı halde suyun nasıl ıslak olarak algılanabildiği. O halde nem, ortaya çıkan bir özelliktir.

Matematiksel açıdan zarif bir teori olmasına rağmen ancak laboratuvarda test edilmesi durumunda güvenilir olabilir. Düzenek hipotezinin soyutlamalarının kimyasal gerçekliğe dayandırılması için, meslektaşlarım ve benim yürüttüğümüz gibi dikkatle tasarlanmış deneylerin gerçekleştirilmesi esastır.

Birleşim teorisinin temelinde nesnelerin değişmez varlıklar olarak değil, nasıl oluştuklarının tarihi üzerinden tanımlanabileceği fikri yer alır. Bu bizi daha basit yapı taşlarından karmaşık konfigürasyonların oluşturulduğu süreçlere getiriyor.

Teori, bir nesneyi inşa etmek için gerekli olan minimum adımları veya en kısa yolu ölçen bir “montaj indeksi” önermektedir. Bu ölçüm, canlıları yaratmak için gerekli olan DNA gibi hafızaya referansla, bir dizi nesneyi üretmek için gerekli olan “seçimin” derecesini ölçer.

Sonuçta canlılar, yıldızlardaki helyum gibi kendiliğinden ortaya çıkmazlar. Yeni versiyonlar yaratmak için şablon olarak DNA’ya ihtiyaç duyuyorlar.

Bir yaşam molekülü yaratmak için on beş adım

Peki bu teorik yapılar deneysel olarak nasıl doğrulanabilir? Yeni teorinin önemli bir yönü halihazırda laboratuvarımızda test edilmiştir. Bu, moleküllerin kütlesi ile yükü arasındaki ilişkinin ölçülmesine olanak tanıyan analitik bir araç olan kütle spektrometrisi kullanılarak montaj indeksinin belirlenmesini içerir.

Molekülleri parçalayarak ve kütle spektrumlarını analiz ederek toplanma hızlarını tahmin edebiliriz. Yani, farklı parçaların bir araya gelerek belirli bir molekülü oluşturması için kaç adıma ihtiyaç duyduğunu kelimenin tam anlamıyla görebiliriz. Bu indeks aynı zamanda kızılötesi spektroskopi ve nükleer manyetik rezonans spektroskopisi gibi diğer tekniklerle de ölçülebilir.

Araştırmamızda bir dizi molekülün toplanma hızını laboratuvarda ve hesaplamalı simülasyonlar yoluyla belirlemeyi başardık. Çalışmamız, hormonlar ve metabolitler (metabolik reaksiyonların ürünleri) gibi yaşamla ilişkili moleküllerin aslında daha karmaşık olduğunu ve bir araya gelmeleri için karbondioksit ve karbon gibi yalnızca yaşamla bağlantılı olmayan moleküllerden daha fazla bilgi gerektirdiğini gösteriyor.

Aslında teorinin öne sürdüğü gibi, 15 adımdan daha büyük bir toplanma hızının yalnızca canlılarla ilgili moleküllerde bulunduğunu göstermiştik.

Montaj hipotezi ayrıca yaşamın kökeni hakkında test edilebilecek fikirler de önermektedir. Onun varsaydığı gibi, moleküllerin kendilerinin kopyalarını yapmak için bilgiyi kullanmaya başlayacakları kadar karmaşık hale geldikleri bir nokta vardır – birdenbire hafıza ve bilgiye ihtiyaç duyarlar – yaşamın cansızdan ortaya çıktığı bir tür eşiktir.

Sonuçta, biyolojik olmayan sistemlerin seçme kapasitesi ve minimum hafıza kazanması mümkündür (tıpkı Güneş’in büyük miktarda kütle toplayarak gezegenleri oluşturması gibi). Ancak Lego’dan uzay bilimine kadar canlı organizmaların varlığı veya yarattıkları teknoloji, yüksek düzeyde hafıza ve seçme kapasitesi olmadan mümkün değildir.

kimyasal çorba

Laboratuvarımızda bir tür kimyasal çorba oluşturarak yaşamın bu kökenini daha fazla araştırmayı planlıyoruz. Böyle bir çorbada, zamanla ya çeşitli reaktiflerin eklenmesiyle ya da tesadüfen tamamen yeni moleküller oluşturulabilir; bu sırada onların bir araya gelme hızları ve sistemin büyümesi kontrol edilir. Reaksiyon hızlarını ve koşullarını ayarlayarak cansızlıktan canlılığa bu büyüleyici geçiş noktasını inceleyebilir ve bunun toplanma teorisinin tahminlerini takip edip etmediğini öğrenebiliriz.

Aynı zamanda basit kimyasalları karıştırıp karmaşık kimyasallar üreten “kimyasal çorba jeneratörleri” de tasarlıyoruz. Bu oluşturucular, karmaşıklığın montaj teorisiyle nasıl oluşturulabileceğini ve seçilimin biyoloji dışında nasıl başlatılabileceğini daha iyi anlamamıza yardımcı olabilir.

Bu bize yaşamın ilk olarak nasıl evrimleştiğine, minimal seçilimle başlayıp giderek daha fazlasını gerektirmeye dair bazı ipuçları verebilir. Aynı koşullar altında nesneler öngörülebilir yollarla mı inşa ediliyor? Yoksa bir noktada şans mı devreye giriyor? Bu, yaşamın ortaya çıkışının deterministik ve öngörülebilir mi, yoksa tam tersine daha kaotik mi olduğunu anlamamıza yardımcı olacaktır.

Montaj teorisi moleküllerin ötesine uygulanabilir; malzeme kümeleri, polimerler veya yapay kimya gibi kombinasyonlara dayanan diğer sistemler üzerine çalışmalara ilham kaynağı olabilir. Bu, yeni bilimsel anlayışlara veya teknolojik yeniliklere yol açabilir. Minimum toplanma hızının üzerindeki moleküllerin orantısız bir şekilde belirli özelliklere sahip olduğu ince kalıpları ortaya çıkarabilir.

Teoriyi evrimi incelemek için kullanmak da mümkün olacaktır. Araştırmacılar, amino asitler ve nükleotidler oluşturmak üzere bir araya gelen daha küçük moleküllerden ortaya çıkan genel bir hücre oluşturma sürecinde hücre parçalarının rolünü keşfedebilirler. Metabolik ve genetik ağların ortaya çıkışını bu şekilde takip etmek, evrim tarihindeki geçişlere dair ipuçları sunabilir.

Nesnelerin nasıl bir araya getirildiğini takip etmek hassas deneysel izleme gerektirir, ancak buna değebilir. Birleşim teorisi, biyolojiyi aşan hiyerarşik yapının evrensel ilkelerini keşfetme olanağıyla birlikte, kökten yeni bir madde anlayışı vaat ediyor.

Maddenin karmaşık konfigürasyonları değişmez nesneler olmayabilir, daha ziyade zaman içinde yayılan açık bir yapım sürecindeki referans noktaları olabilir. Evren belirli fiziksel yasalara uyabilir ama sonuçta yaratıcıdır.