yaşam nedir

• salt bir soru değil aynı zamanda bir kitap.
  
  günümüz dna teknolojisi ve moleküler biyoloji çağı enteresan şekilde bir fizikçi hem de bir kuantum fizikçisi erwin schrödinger'in 1944 yılında yayınladığı yaşam nedir? kitabı ile başlar.
  kitabında schrödinger iki önemli noktaya dikkat çeker: birincisi, yaşam genel olarak çürüme eğilimine yani entropi yasasına direnen kararlı yapılardır ve ikincisi ise bu direnme eğilimine ait başarının sırrı genlerde yani yaşamı kopyalama ve bilgiyi şifreleme yeteneğinde yatar. bu genetik malzemenin katı bir biçimde tekrarlanan bir yapısı olmayan (aperiyodik) ve düzensiz bir kristal olduğunu öne sürer. bu kristal yapı, tekrarlanan bir yapıda olmadığı için bir tür biyolojik şifre yazılımı olarak kullanılabilir ve aktarılabilir. bu yapı bir çeşit protein olmalıydı. bazların tekrarlı olmayan dizilimi genetik bilgiyi, enformasyonu taşıyabilirdi. yaşam ise bir çeşit enformasyon transferi idi.
  
  tüm bu iddiaları ile fikrinden 10 yıl sonra francis crick ve watson'un kristal bir yapı olarak tarafından dna'nın keşfine ilham olmuştur (sonrasında ise nobel ödülünü almışlardır).
  
  peki bir kuantum fizikçisi olarak schrödinger'in bu düşüncesi nasıl temellenmişti? öyle ya istatistiki bir bilim olan kuantum fiziği ile biyoloji nasıl birleşmişti?
  
  atom altı parçacıklar sürekli olarak düzensiz bir ısı hareketi sergilerler. bu ise klasik makro evrende gördüğümüz düzenli davranışa terstir. halbuki düzenli davranış gösteren büyük moleküller de atom altı parçacıklardan oluşmuşlardır. schrödinger denklemi gibi ya da entropi yasası, brown hareketi veya kapalı bir kaptaki gazların davranışı gibi istatistik yasaları yalnızca büyük sayıda atomun bir araya gelmesi durumunda iş görürler. ya da belirirler diyelim. yani bir nevi makro evrende emergent olarak ortaya çıkarlar. zamanın akış yönü başlığında da bahsettiğim gibi nedensellik de yine makro evrende beliren istatistiksel bir özelliktir. kuantum dünyasında parçacıklar için hareket denklemi aynı zamanda hem başlangıç koşullarından etkilenir hem de bitiş koşullarından. bu açıdan bir parçacık için gelecek geçmişi etkileyebilir. istatistiki olarak belirli miktarda parçacığın ortalama hareketine baktığımızda ise belirli bir yön (geçmişten geleceğe) daha yüksek olasılıkla görülmeye başlar ve istatistiki bir yasa olan entropi yasası ortaya çıkar. nedensellik bu açıdan bizler için bir alışkanlıktır. en yüksek olasılıkların gerçekmiş gibi kabul edildiği bir alışkanlık.
  
  konuya dönersem schrödinger der ki fiziksel olayların gerçek bir düzenlilik kazanması ancak yığınların ortalama bir davranış göstermesi ile mümkün olur.
  organizmanın hayatında rol oynadığı bilinen tüm fizik ve kimya yasaları işte böyle bir istatistiksel doğaya sahiptir.
  bu sebeple istatistiklerin kesinliği (kesin gibi kabul etmemiz) işe karışan atomların çok sayıda olmasını temel alır.
  örneğin manyetik alanda mıknatıslanan oksijen gazı ya da kapalı bir odaya yayılan gazın davranışı gibi.
  bir başka güzel örnek ise brown hareketidir. eğer kapalı bir cam kabın alt kısmını ufak damlacıklardan oluşan bir sisle doldurursanız sisin üst sınırının belirgin bir hızla alçaldığını görürsünüz. bu hızı, havanın vizkozitesi ve damlacıkların boyutu ile ağırlığı belirler.
  öte yandan damlacıklara tek tek mikroskop ile odaklanırsak sürekli ve düzenli bir hız ile aşağı doğru çökmediğini görürsünüz. bu parçacık içsel özelliği sebebiyle her dış etkenden çok fazla etkilenir ve özgül ağırlığına rağmen zaman zaman yer çekimine ters de olsa yukarı şeklinde gidebilir. bazen yan bazen de aşağı doğru. bu kararsız hareket parçacığın savunmasız ve küçük olması sebebiyledir. yüzeyine çarpan darbeler sürekli onu oradan oraya savurur. bu açıdan bakınca onun bir söz hakkı yoktur:) bu sebeple gelişigüzel hareket eder. öte yandan bütüne baktığımızda belirli bir örüntü sergilerler ve belirli bir ortalama hızda aşağı doğru çökerler.
  brown hareketini gözünüzde canlandırmak için kitaptaki şu görsele bakabilirsiniz.
  
  peki bu dengeli davranışların gözlemlenmesi için belirli bir sayı var mıdır?
  aynı zamanda olasılıktaki ölçüm hassasiyetinin sınırlarını belirlediğimiz “karekök n kuralına” başvurur schrödinger.
  
  karekök n kuralına göre n=1milyon ise hata veya sapma oranı 1000dir. yani parçacıklardan 1000 tanesi beklenen dışında davranır. ancak n sayısı az ve 100 ise; hata bu durumda %10dur. ilk durumda ise sapma %0.1dir. bunu organizma düzeyine vurduğumuzda organizmanın hem iç dünyası hem de dış dünya ile etkileşimi açısından yeterli düzeyde kesin işleyen yasalardan (istikrarlı olması mesela.) yararlanmak için görece iri bir yapısının olması gerekir. çünkü tersi durumda, sistemdeki parçacık sayısı küçüldükçe, yasa olarak kabul edilemeyecek derecede “düzensiz” çalışacaktır. örneğin duyu organlarımız. onlar duyuları atom seviyesinde alsaydı ve atom sayısı da az olsaydı brown hareketindeki gibi sürekli değişen sabit kalamayan değerler elde edilecekti ve vücut da ne yapacağına karar veremeyecekti.
  
  öte yandan büyük bir “ama” ile devam eder. kesin istatistik yasalarını sergilemeyecek boyuttaki inanılmaz küçük atom grupların, canlı organizma içinde gelişen düzenli ve yasalara bağlı etkileşimlerde bulunabilir olduğunu biliyoruz. ayrıca bu düzenli gruplar canlı organizma içinde önemli işlevlerde bulunurlar ve burada çok kesin biyoloji yasalarına da uyarlar. bu sebeple karekök n kuralı bir zorunluluk değildir.
  
  birçok biyolojik kısıtlar sebebiyle bir gen, 100 ila 150 atom mesafesi kadar olabilir. bu da kesinlikle karekök n kuralına uymaz. bir gen birkaç milyondan fazla atom içermediği halde düzenli bir davranış gösterir. öte yandan homojen bir yapıda da değildir. her bir atomun farklı bir halkada olduğu ve farklı bir görev üstlendiği büyük bir protein molekülüdür.
  
  vücut ısısı gibi görece yüksek olan bir ortamda atomlar çok fazla çarpışma gerçekleştirirler ve bu da onları kararlı bir durum sergilemelerini engeller. bu yüzden kuantum fiziğinde parçacıkların kararlı bir minimum enerji seviyesinde sabit kalmaları için sıcaklıkları neredeyse mutlak sıfır noktasına kadar düşürülür. diğer yandan bir parçacığın daha üst bir seviyeye kararsız bir şekilde sıçramasını sıcaklıktan bağımsız olarak engelleyen bir etken olabilir. ya da başka bir ifade ile sıcaklık kararsız genleri kararlı genlerden daha az etkileyebilir.
  
  organizmanın yaşam döngüsündeki olaylara baktığımızda cansız maddelerde bulunmayan bir süreklilik ve düzenlilik görülür. bu durum, her hücredeki toplam atom sayısının ancak küçük bir bölümünü temsil eden düzenli bir grup atomun denetimindedir. organizmanın kendi üzerinde bir düzen akışı yoğunlaşması sağlayarak atomik bir kaosa düşüp bozunmaktan kaçınmasına olarak tanıyan dış ortamdan düzenlilik çalması (negatif entropi) yeteneği kromozom molekülleri denilen atomik yapının yüksek düzeydeki “sıralanışı” ile sağlanır. düzenli bir olay akışını sağlayabilmek için bir atomik düzenleniş yapısının periyodik bir kristalde olduğu gibi kendini yinelemesi gerekir der schrödinger. tek bir atom ele alındığında rastgele belirsiz hareketler sergilerken biraraya gelip belirli bir düzenleniş gerçekleştirmek için işbirliği yaptıklarında belirli bir düzenlilik ve kararlılık sergilerler.
  
  schrödinger'e göre bu ortaklığı kurmanın iki farklı yolu vardır: daha basit olan yol, aynı yapıyı üç yönde defalarca tekrarlamaktır. kristalleri büyütmek için kullanılan yol genelde budur. öte yandan periyodiklik sağlandığında oluşturulan yığının boyutu için kesin bir sınır olamaz. sürekli tekrarlamaya devam eder.
  
  ikinci yol ise tekdüze tekrarlama mekanizmasını kullanmadan her bir aşamada daha da gelişen bir yığın inşa etmektir. her bir atom ve atom grubunun diğerlerinkine eşdeğer olmadığı ve bireysel, farklı bir rol üstlendiği giderek karmaşıklaşan (bir nevi hiyerarşik) kristal organik moleküllerde ise istenilen kararlılık ve düzen sağlanabilir. bunlara aperiyodik kristaller der ki bu kristaller bu düzenlenişleri sebebiyle organik bir canlı organizma olma yolunda ilerleme imkanına sahip olurlar.. periyodik tekrarlı organik moleküller ise cansız kristallerde gördüğümüz örüntüler sergilemekle yetinirler.
  
  kitabında ayrıca canlıların çevrelerinden entropi çalarak nasıl da entropiyi düşürebildiklerinden bahseder. ayrıca kromozomlardaki olası kuantum sıçramalarından bahsederek genetik mutasyonların kuantum tünelleme kullanarak gerçekleşebileceklerini birçok mantıklı argüman ile ortaya koyar ki günümüzde kuantum biyoloji denilen bilim dalının ortaya çıkmasına yol açar.
  kitabın son bölümü ise zihin, bilinç ve onun işlevsel faydaları üzerinden devam etmektedir.
  
  fizikten biyolojiye yol açan schrödinger'in bu kitabı ile aynı isimli bir başka kitap ise kuramsal kimyacı addy pross'un kitabıdır. bu kitapta pross, kimyanın biyolojiye dönüşümünden bahseder. ona göre yaşamda iki adet paradoks bulunur.
  
  canlı ve cansız maddeler arasında bir süreklilik olduğunu ve her iki dünyanın da fizikokimyasal kurallar ile yönetildiğini söyler. entropi yasasına göre organize sistemler düzensizliğe gitme eğilimindedirler. dengeden uzak olan bu yaşam yine aynı yasaya göre daha kararlı bir duruma geçmek, yani dengede olmak isterler. dengeden uzak durumlarını sürekli enerji harcamak suretiyle sağlayan sistemler bir yandan entropi yasasına uyarken diğer yandan düzenlilikleri ile düşük entropide kalırlar. bunu birinci paradoks olarak niteleyen pross, daha önemli ikinci bir paradokstan daha bahseder.
  
  aşağıda alıntı olarak verilmiştir:
  “buna göre ilk canlı ortaya nasıl çıkmıştır? dengede olan cansız dünya içinden dengeden uzak ama aynı zamanda organize bir sistem nasıl meydana gelmiştir?
  
  cevabı ise kimyasal tepkimelerden gelmiştir. kimyasal tepkimeler, görece kararsız malzemelerin daha kararlı olanlara dönüşmesi biçiminde olur. bazen daha kararsız malzemelerin tepkimeye girebilmesi için katalizörlere ihtiyaç olur. biyolojik sistemlerde bu katalizörler enzimlerdir.
  ne var ki katalizörlü tepkimeler doğrusal hızda artarlar. ne kadar katalizör varsa o kadar tepkime olur.
  işte böyle gerçekleşmiş bir tepkimede ise sistem kendi kendini katalizörlemiştir. yani katalizör ile kimyasal tepkimenin ürünü aynı şeydir. bu sayede tepkime doğrusal olmayan üstel bir hızda artar ki bu hız ona diğer tepkimelerden farklı olarak seçilim avantajı sağlar. ilk tepkimede ortamda tek ürün ve katalizör varken ikinci tepkimede iki kat katalizör ve ürün ortaya çıkar. bu şekilde kendini kopyalamış olur. işte böylece bu kendini kopyalama özelliği sayesinde bambaşka bir dünyaya kapı açılır: yaşama”