Kendiliğinden-Organizasyon, Karmaşıklık ve Dağıtıcı Yapılar

Karmaşık yapıların içinden çıkan düzen adacıkları ve kendiliğinden-organize olabilen denge-dışı sistemler. Evrenin tüm karmaşıklığını yaratan süreçlerin temelinde bu olaylar varmış gibi görünüyor. Evrenin tam bir termodinamik denge, sakinlik ve ölüm halinde bulunmayıp karmaşık ve değişen yapılar ortaya çıkarabiliyor olması, tüm ölçeklerde görülebilen kendiliğinden-organizasyon süreçleriyle bağlantılı. Yani herhangi bir sistem, enerjisi arttıkça karmaşıklığını da artırıyor ve sonunda bozulmadan kalabilen kararlı yapılar ortaya çıkarıyor. Öyle ki bu kendiliğinden-organize yapı örnekleri ısı transferi yapan konveksiyon akımlarından canlılığın kökenindeki minik hücrelere, daha büyük organizmalar ve insanlardan insanların kurduğu şehirlere, atmosferdeki kasırgalar ve okyanuslardaki akıntılardan Jüpiter’in büyük kırmızı lekesine ve evrenin büyük ölçekli yapısındaki galaksilere kadar uzanıyor. Yani içinde bulunduğumuz tüm doku, karmaşıklık ve kendiliğinden-organizasyon yasalarıyla yönetiliyor.

self-organization

Bütün bu denge-dışı organize yapılar, sistemin dışından sürekli bir enerji akışına bağımlılar. Fakat ilginç olan nokta, sisteme dışarıdan sağlanan enerjinin sistemin hareket ölçüsünü artırmakla kalmayıp karmaşık ve lokal olarak kararlı yapılar ortaya çıkartabiliyor olması. Dünya gezegeni durumunda dışarıdan sağlanan enerji, Güneş’in nükleer enerjisine karşılık geliyor. Gezegendeki tüm karmaşıklık, Güneşten sürekli gelen enerji akışının bir sonucu. Bu enerji akışının lokalize olduğu organize bölgeler dağıtıcı yapılar olarak adlandırılıyor. Bu ismin nedeni enerjiyi içerisinde biriktirip işleyerek dışarıya farklı bir formatta tekrar veriyor olmaları. Yani enerjinin durağan bir akış halinde değil, basamaklı bir geçiş biçiminde düzenlenmesini sağlayan yeniden dağıtma mekanizmalarına karşılık gelmeleri.

red-spot

Dağıtıcı yapılar, her sistem için farklı olan belli bir kritik enerji değeri aşıldığında ortaya çıkıyor. Bu kritik değer aşıldığında otokatalitik süreçler devreye giriyor ve lokal kendiliğinden-organize kararlı dağıtıcı yapılar belirmeye başlıyor. Yukarıda bahsettiğimiz hücreler, insanlar, şehirler, kasırgalar, okyanus akıntıları, büyük kırmızı leke ve galaksilerin her biri birer dağıtıcı yapı ve dışarıdan enerji girdisine bağımlılar. Bu enerji girdisi sona erdiğinde de kararlılıklarını yitirip yok oluyorlar.

dissipative-structures

Yaşamın kökeninin de denizlerin derinliklerindeki alkalin hidrotermal menfezlerde var olan enerji akışının, kritik değeri aşması sonucu ortaya çıkan dağıtıcı yapılara dayandığı düşünülüyor. Bu kimyasal dağıtıcı yapıların nasıl canlı hücrelere dönüştüğünden ve alkalin hidrotermal menfezlerin en ünlüsü ‘Kayıp Şehir (Lost City)’ ile ilgili bilgilerden de daha sonra bahsedelim.

Kategorisiz içinde yayınlandı | 1 Yorum

Platonik Katılar, Aptal Altını, Virüsler

Platonik katıların varlığı ve özellikleri çok eski zamanlardan beri biliniyor. Eski Yunan’da yaklaşık MÖ 360 civarında, Platon’un Timeaus adlı eserinde bahsi geçmesi nedeniyle bu isim veriliyor olsa da, zamanında eski bir ezoterik matematik tarikatı kurmuş olan Pisagorcuların bunları ilk teorize edenler oldukları söylenir. Fakat büyük olasılıkla sadece üç tanesinden haberdardılar; tetrahedron (dört yüzlü), hegzahedron (küp – altı yüzlü) ve dodekahedron (on iki yüzlü). oktahedron (sekiz yüzlü) ve ikosahedron (yirmi yüzlü)’un ise Theaetetus tarafından keşfedildiği sanılmaktadır.

platonic-solids

Bunlardan tetrahedron, küp ve oktahedronun doğada görünebilir örneklerinin var olması nedeniyle keşfedilmeleri normal karşılanabilecek bir durumken, dodekahedron ve ikosahedronun soyutlama yoluyla bilinir oldukları tahmin edilmektedir. 16. yüzyılda Kepler de gezegenlerin gerçek elips yörüngelerini keşfetmeden önce gezegen yörüngelerini ve Güneş’e uzaklıklarını Platonik katılar aracılığıyla açıklayan bir model öne sürmüştü. Matematiksel estetiğin doğayı ve özellikle de gökyüzünü açıklayabilmesi gerektiği düşüncesinin sonucuydu bu durum, fakat işlerin çok daha karmaşık olduğu sonradan anlaşılacaktı.

kepler_solids

Peki başka keşfedilmemiş Platonik katılar da var mı? Üç boyutlu uzayda hayır, sayıları sadece beş tane. Bunun da çok basit bir topolojik ispatı var. Platonik katıların tümünün Euler sayısı 2’dir. Yani köşelerinin sayısı (V) eksi kenarlarının sayısı (E) artı yüzlerinin sayısı (F) tümü için 2’ye eşittir;

eq1

Bu özelliği sağlayan bilinen beş Platonik katı dışında herhangi bir çok yüzlü üç boyutta oluşturulamaz. İspat mı? Bir Platonik katıyı oluşturan yüzlerden birinin kenarlarının sayısına p ve her bir köşede birleşen yüzlerin sayısına da q diyelim. Bu arada {p,q} ikilisi o cismin Schlӓfli sembolü olarak adlandırılır. Her bir kenar iki köşeyi birleştirdiğinden ve iki yüze bitişik olduğundan aşağıdaki eşitlikler her zaman geçerlidir (biraz düşünerek görebilirsiniz!)

eq2

Bu eşitlikleri kullanıp yukarıdaki Euler formülünü sadece kenar sayısı E cinsinden yazabiliriz

eq3

E daima sıfırdan büyük olduğundan (daima sıfırdan fazla sayıda kenar sayımız olmalı!) sol taraftaki toplam daima 1/2’den büyük olmalı

eq4

ve üç boyutta bu şartı sağlayan {p,q} ikililerinin sayısı sadece beş tanedir;

eq5

Bunlar da sırasıyla tetrahedron, küp, oktahedron, dodekahedron ve ikosahedrondur, başka bir olasılık da mümkün değildir. Fakat daha yüksek boyutlarda durum değişebilir. Örneğin dört boyutta altı tane düzgün çokyüzlü oluşturulabilir. Boyut arttıkça bunların sayılarının da artacağı akla gelse de dörtten büyük her boyutta yalnıza üç tane düzgün çokyüzlü vardır. Yani en fazla sayıya dört boyutta ulaşılır. Esasında dört boyutun matematiksel olarak diğer boyutlardan başka açılardan da daha zengin olduğu biliniyor. Fakat bunun neden böyle olduğu konusunda henüz kesin bir fikir bulunmuyor. Ve ne tesadüf ki, içinde yaşadığımız uzay-zaman da dört boyutlu!

4d-platonics

Platonik katılardan yalnızca ilk üçünün doğada görünür karşılığı olduğu doğru olsa da bu diğerlerinin hiçbir şekilde doğada ortaya çıkmadıkları anlamına gelmiyor. Sicilya’da yaşayan Pisagorcuların dodekahedronu keşfetmelerine bu adada bol bulunan bir kristalin aracılık ettiği düşünülüyor. Aptal altını da denilen demir pirit kristalleri dodekahedrona çok benzeyen şekiller oluşturabiliyorlar. Esas yapısı küplerin üst üste dizilmeleriyle oluşmuş yaklaşık bir dodekahedron yapısı olsa da, kabaca dodekahedronun varlığını keşfetmeye yarayacak kadar benzerlik gösteriyor. Demir pirit kristallerine aptal altını denmesinin sebebi ise bu maddenin altına neredeyse ayırt edilemeyecek kadar çok benziyor oluşu. Gerçek altınla aptal altınını ayırt etmenin bir yolu ise demir piritin küp ve dodekahedron gibi düzenli şekilli kristallerden oluşmasına karşın gerçek altının düzensiz biçimlerde bulunuyor oluşu.

fools-gold-dodecahedron

Peki ikosahedron doğada karşılığı olmayan tek Platonik katı mı? Cevap hayır. Gözle görünür düzeyde olmasa da mikroskopik ölçeklerde ikosahedronlar doğada mevcutlar. Virüslerin tamamı geometrik şekillere sahipler, bunun nedeni de en basit biyolojik yapı olmalarından kaynaklanıyor. Virüslerin canlı mı yoksa cansız mı oldukları tartışmalı, ikisinin arasında bir yerdeler. Özdeş protein altbirimlerinin tekrarlı üsüste binmesinden oluşan virüslerin bu şekilde oluşturabilecekleri en kolay yapılar Platonik katı biçimleri. Birçok virüsün yapısı da ikosahedron biçiminde, bu şekilde tek bir proteinin tekrar tekrar üst üste konulmasıyla en fazla yer tasarrufu sağlanmış oluyor.

icosahedron-virus

Yani Platonik katılar sadece geometrik soyutlamalara değil, doğanın gerçek yapılarına da karşılık geliyorlar. Peki dört boyutun düzgün çokyüzlülerini görebileceğimiz bir yer var mı?

Kategorisiz içinde yayınlandı | Yorum bırakın

Baharat Tutkusu ya da Okyanusa Açılan Yollar

Şimdilerde yemeklere eklenen küçük çeşniler olmaktan fazlasını ifade etmeyen ve üstelik kolay ve ucuz bir şekilde bulunabilen baharatlar, bir zamanlar dünyanın en değerli nesneleriydiler. Öyle ki, 15. yüzyılda bir tutam karabiber, altından daha değerliydi. Karabiber, tarçın, zencefil, karanfil, safran, muskat, kakule ve daha birçok baharatın esas kaynağı Güney Hindistan, Sri Lanka, Çinhindi, Endonezya ve Çin gibi Asya’nın uzak bölgeleriydi ve Avrupalılar için buradaki nesnelere ulaşabilmek ancak Arap tüccarların aracılığı ile mümkün olabiliyordu. Ulaşılması zor ve az bulunur oldukları için de çok pahalıydılar ve ancak Avrupa’daki üst sınıflar, baharat ticareti için müşteri konumunda bulunabiliyorlardı. Baharata olan bu ısrarlı talep, imparatorlukların kurulmasına ve yıkılmasına, yeni kıtaların keşfedilmesine yol açacaktı.

spices

Baharat ticareti, Hint Okyanusunda gemilerini rahatça gezdirip limandan limana ticari mallar taşıyan Arap tüccarların kontrolündeydi ve o zamanlardan okyanusa bıraktıkları izler şimdilerde bazı kelimelerde yaşamaya devam ediyor. Günümüzde ‘muson’ olarak adlandırılan bu okyanusa özgü hava olayı esasında Arapça ‘mevsim’ kelimesinden türetilmişti, ayrıca Afrika’nın Hint okyanusuna kıyısı olan bölgelerinde konuşulan ‘Swahili’ dili de esasında ‘sahil’ kelimesinin bozulmuş hâlidir. Baharat, Avrupa’ya Mısır’daki İskenderiye limanı aracılığıyla taşınıyordu ve bu ticareti mümkün kılan bir de Avrupalı ortak mevcuttu; Venedik. Öyle ki Venedik Cumhuriyeti’nin en zengin ve onu yöneten Docaların en şaşalı olduğu dönemler işte bu baharat ticaretini tekelinde bulundurduğu 15. yüzyıl civarıydı.

spice-trade

Baharatın fiyatı arttıkça Venedik zenginleşmiş, fakat Avrupa’nın kralları dahi onu almakta zorlanmaya başlamışlardı. Bu da doğuya giden yeni yollar bulma hayallerinin ortaya çıkmasına yol açmıştı. Cristoforo Colombo da dünyayı keşfetmek için değil Hindistan’ın baharatlarını bulmak için yola çıkmıştı ve başka bir kıtaya vardığını hayatının sonuna kadar hiç kabul etmeden yaşama veda etmişti. Fakat baharata giden yeni yolları bulmayı başarabilen kişi Afrika’nın çevresinden dolanıp Hint Okyanusuna ulaşan Vasco da Gama olacaktı. Lâkin bu durum Venedik’in pek hoşuna gitmeyecek ve oluşacak durumu engelleyebilmek için elinden geleni yapacaktı, ne var ki bu çabalar Venedik Cumhuriyeti’nin gücünü ve zenginliğini kaybetmesini engelleyemeyecekti.

vasco-da-gama

Hint Okyanusuna varan Portekiz gemileri ticareti kendi kontrollerine almaya çalışacak ve Güney Hindistan’daki Malabar sahilinde (günümüzde Kerala) koloniler kurmaya başlayacaklardı. Fakat onları pek hoş karşılamayan Calicut’teki Zamorin ile büyük mücadeleler verdikten sonra. Vasco da Gama, Zamorin’in kendine yönelik düşmanca tavırları nedeniyle intikam almak için içinde Mekke’den dönmekte olan hacıların bulunduğu ‘Mîrî’ isimli gemiyi ateşe verip yakarak ticaretin kontrolü konusundaki kararlılığını gösterecekti. Ardından Calicut’te olmasa bile Goa’da Portekiz kolonisi kurulacak, sonrasında da Timor’da ve Macao’daki kolonilerle Portekiz İmparatorluğu zenginleşmeye devam edecekti. Ne var ki bu yeni yolların açılması baharatın değerini düşürecek ve Venedik gibi Portekiz de eski gücünü kaybedecekti.

Kategorisiz içinde yayınlandı | Yorum bırakın

Proxima b, Yaşanabilir Bölge, Temas Penceresi

Dört ışık yılı uzaklığı ile Güneş’e en yakın yıldız olan Proxima Centauri’nin çevresinde bir gezegen keşfedildiğine ilişkin haberler konuyla ilgilenenler arasında büyük heyecan yarattı. Tabii bu heyecanın esas sebebi bu gezegenin Dünyanın 1,5 katı kütleye sahip olması ve yıldız çevresinde ‘yaşanabilir bölge’ olarak adlandırılan ve sıvı suyun var olabileceği bölgede yer almasından kaynaklanıyordu. Ancak, fazla heyecana kapılmadan önce durumun tam olarak ne olduğunu anlamakta fayda var.

proxima b

Son yirmi yıl içerisinde farklı yıldızların çevresinde dönen çok sayıda gezegen keşfedildi. Bu gezegenler doğrudan gözlem yoluyla değil, etraflarında döndükleri yıldızların ışığında yarattıkları periyodik sönümlemeler ya da kütleçekim etkileri nedeniyle yıldızın konumunda yarattıkları tedirgemeler aracılığıyla tespit ediliyorlar. Daha önceden keşfedilen gezegenlerin büyük çoğunluğu Dünyadan çok büyük kütlelere sahip ve gaz devleri oldukları sanılan gezegenler olsa da az sayıda Dünya benzeri olabilecek kayasal gezegenler de bulunmuştu. Ancak bunların tümü Dünya’dan çok uzakta yer alan yıldızların çevresinde yer alıyorlardı.

exoplanets

Proxima Centauri ise Güneş’in en yakın komşusu olan ve Alpha Centauri ve Beta Centauri ile birlikte bir üçlü yıldız sistemi oluşturan bir kırmızı cüce. Bu da onu erişilebilir sınırlar içerisinde kılıyor, her ne kadar yakın bir gelecekte bu pek mümkün görünmese de. Fakat, Proxima b adı verilen bu yeni gezegenin kütlesi biliniyor olmasına karşın onun kayalık bir gezegen olup olmadığı kesin değil, dahası atmosferi hakkında da herhangi bir bilgi bulunmuyor. ‘Yaşanabilir bölge’ kavramı da isminden dolayı yanıltıcı bir kavram. Gezegenin bu bölgede olması, üzerinde sıvı suyun mutlaka bulunacağı ya da yaşama elverişli olacağı ya da Dünya-benzeri olacağı anlamlarına gelmiyor ama bütün bunlar birer olasılık.

habitable zone

Esasında, elde edilen bu bulgular, yıldızların çevrelerinde gezegenlerin yer almalarının evrensel bir olgu olduğunu ve sayısız seçenek içerisinde yaşam benzeri süreçlerin ortaya çıktığı başka yerlerin de istatistiksel olarak mümkün olabileceğini gösteriyor. Tabii bu da, aşılması olanaksız görünen uzaklıklar bir yana bırakılırsa, olası farklı yaşam biçimleri arasındaki iletişim biçimleriyle ilgili spekülasyonları gündeme getiriyor. Burada da ‘temas penceresi’ kavramı ortaya çıkıyor. Yani, bir gezegende yaşam var olsa bile bu onun iletişim kurma yeteneğine sahip olduğunu veya böyle bir isteği bulunduğunu göstermiyor. Örneğin kendi gezegenimizdeki yaşamın elektromanyetik iletişim kurma yeteneği kazanması henüz çok yeni bir olgu ve gezegendeki baskın türün üyelerinin büyük çoğunluğunun gezegen dışı iletişim konusunda isteğe sahip olduğunu düşündüren hiçbir sebep de yok. Türümüz üyeleri daha çok gezegen üzerindeki kaynaklar için birbirleriyle sonu gelmez çıkar çatışmalarına girmekle meşguller.

temas

‘Temas penceresi’ kavramına göre az gelişmiş ya da çok gelişmiş yaşam biçimleri iletişim konusunda isteksiz olurken, henüz gelişme ve merak aşamasında olan kısım iletişime istekli oluyor. Bu da iletişim olasılığı penceresini oldukça daraltıyor. Gezegenimizdeki yaşamın da az gelişmişlik ve merak aşamaları arasında bir yerlerde olduğu düşünülürse, gezegen dışı hayaller kurmak için zamanın henüz erken olduğunu söyleyebiliriz.

Kategorisiz içinde yayınlandı | 1 Yorum

Kuzey Sahilinde Sapa Yollar

Karadeniz’in güneybatı kıyıları pek fazla bilinmeyen güzellikleri barındırır içerisinde. Az bilinmelerinin en önemli nedeni de anayollardan uzak, sapa ve dar kıyı yollarının kenarlarında bulunmalarından kaynaklanır. Bu aynı zamanda insan kalabalıklarından uzak olmalarını da beraberinde getirir. Bafra’daki Leylek Ormanı, Sinop’daki Akliman ve İnceburun ve Amasra’nın biraz doğusundaki Göçkün koyu bunlardan bazıları.

Leylek Ormanı

Bafra’dan içeriye doğru girdiğinizde, Kızılırmak’ın kollarının oluşturduğu delta ovasını mesken edinmiş birçok kuş türüne rastlamanız son derece olasıdır. Kıyıya yakın bir yerde yolun bitiminde bir kuş gözlem istasyonu da olmasına karşın, kameralar ve elektronik aygıtlar pek iyi çalışmadığından en iyi gözlemi yine gözünüzle yapmanız gerekebilir.

DSC02048

Fakat buranın en güzel yanlarından birisi, yol üzerinde bir leylek ormanının bulunmasıdır. Bir tarlanın içerisindeki yüksek ağaçlara yuva yapmış birçok leyleği aynı anda gözlemleyebilirsiniz. Başlangıçta sizden biraz rahatsızlık duysalar da daha sonra size alışıp karşılıklı bakışmaya başlayacaklardır. Yolunuz düşerse bu enteresan deneyimi yaşamadan ayrılmayın.

DSC02050

Akliman – İnceburun

Sinop’un merkezinin biraz dışında kalan Akliman, uzun sahili, güzel kumları ve tenha plajlarıyla keşfedilmemiş bir güzellik. Burada çadırınızı kurup ormanın, kumun, denizin ve gökyüzünün tadını aynı anda çıkarabilirsiniz. Özellikle, her yıl Ağustos ayında gerçekleşen (bu yıl da 11 Ağustos gecesi maksimumdaydı) Perseid meteor yağmurunu gözlemlemek için ideal mekânlardan birisi olduğunu söyleyebilirim. Şehir ışıklarından uzak olması ve tüm gökyüzünü görebileceğiniz düz bir alan olması gece kumlara uzanıp kayan meteorları gözlemlemenize imkân veriyor.

20160817_120530

Buranın biraz ilerisinde ise İnceburun yer alıyor. Türkiye’nin en kuzey ucunda yer alan burna kayalıklardan yürüyerek inip esen rüzgârın kuvvetini hissetmeniz mümkün. Fakat bu güzelliği çok yakında kaybedeceğimizi de hatırlatayım. Maalesef temiz enerjiler yerine nükleer enerjiye yönelen öngörüsüz politikacılar, nükleer santral yapımı için İnceburunu seçmiş durumda. İnsan türü, sonu gelmez hırsının önce doğayı ve ardından da kendi kendisini yok edeceği bu yola eninde sonunda girecek gibi görünüyor.

20160817_093405

Göçkün

Batı Karadeniz’den geçen sahil yolu anayollardan uzak sapa bir yoldur ve fazla bilinmez ama bu sapa yolun da bilinmeyen aralıklarında kalan birçok koy hiç bilinmez. Amasra’nın biraz doğusundaki Çakraz, yol kıyısında olduğu için iyi bilinmesine karşın, yolun biraz içlerinde keşfedilmeyi bekleyen Göçkün koyu, tüm ıssızlığıyla karşılar sizi. Yazın ortasında, gündüz saatlerinde, kimselerin olmadığı, sapsarı kumların çevrelediği bir koyla karşılaşmak her zaman deneyimleyebileceğiniz bir durum değildir. Elbette köylüler ve balıkçı tekneleri bilir burayı, ama bu sadece manzaraya biraz daha güzellik katar o kadar.

20160726_122340

Başka koylar da var elbet, ama bırakın onlar da kıyılarda kendi kâşiflerini beklesin.

Kategorisiz içinde yayınlandı | Yorum bırakın

Böceklerin Canlanışı ya da Ölümlü Makineler

Dünya üzerindeki hayvan türlerinin yaklaşık yüzde seksenini böcekler oluşturuyor. Böceklerin 480 milyon yıl önceki Erken Ordovisyen döneminde deniz kabuklularının karaya çıkıp değişime uğramasıyla ortaya çıktıkları düşünülüyor. 450 milyon yıl önceki tür sayılarında inanılmaz artışların yaşandığı Kambriyen Patlama döneminde ise çeşitleri hızla artıyor ancak 250 milyon yıl önceki Permiyen büyük tür yok oluşu döneminde sayıları azalıyor ve sonrasında bu kalanlar yeniden çeşitlenerek günümüzde gezegeni istila etmiş durumda bulunan yaygınlığı meydana getiriyorlar.

ateş

Esasında böceklerin varlığı bitkilerin varlığıyla doğrudan bağlantılı. Bitkilerin karaları istila ettiği dönemde böcekler ortaya çıkmaya başlıyor ve hızla çeşitlenerek yayılıyorlar. Dünya’nın yaşının 4,5 milyar yıl olduğu düşünüldüğünde, bitkilerin karaları istila etmesi bu sürenin son yüzde onluk dilimine karşılık geliyor ve bu sürede böcekler hızla yayılıp hem karada hem de kanat geliştirerek havada egemenlik kuruyorlar. Dahası, gezegenin şimdiki baskın türü olan insanların muhtemel savaşlar ve nükleer silahlarla kendi kendilerini yok etmelerinden sonra da hayatta kalma olasılıkları yüksek görünüyor. Dünyadaki canlılığın tarihine bir bütün olarak bakıldığında en uzun vadeli ve karmaşık hücreli yapının bitkiler ve böcekler arasında süregiden iletişim olduğu anlaşılıyor. Üstelik gezegen üzerindeki canlılığın tarihi boyunca ilk kez sosyal sistemler kuranlar, tarım yapanlar ve havada uçmayı başarabilenler de böceklerden başkası değil.

güve kantar

Pek farkında olmasak da biraz eğilip detaylara baktığımızda esasında bir böcek gezegeninde yaşadığımızı görmek işten bile değil. Resimlerde görülenler, benim bir çırpıda fark edebildiklerim. İlk resimdeki çok çeşitli ateşböceği türlerinden bir tanesi, ikinci resimde bir güve kelebeği ve boynuzlu kantar böceği var, üçüncü resim ise farklı kara böcek türlerine bir örnek.

kara

Kategorisiz içinde yayınlandı | Yorum bırakın

Canlılık, Kopyalama Hataları, Kuantum Zıplamalar

Temel yapıtaşları aynı olmasına rağmen, kendi kopyalarını üretebilme özelliğine sahip olmasının canlı maddeyi cansız maddeden ayıran en önemli nitelik olduğu söylenebilir. Esasında bu kopyalama işlemi, tam olarak ayırt edici bir durum sayılmaz, çünkü bunu yapan ve cansız olarak adlandırdığımız yapılar da var. Örneğin kristal yapılar, kendi kopyalarını üreterek boyutlarını büyütebilme özelliğine sahip olabiliyorlar. Zaten, canlı maddenin kopyalama süreçlerini yürüten genetik materyallerinin, bu tür kristal yapılardan ortaya çıktığına ilişkin düşünceler de var.

dna strand

Kopyalamanın başarıyla işleyebilmesi için ortaya çıkan kopyanın ilk maddeyle tümüyle aynı olması gerekiyor. Eğer kopyalama aslına sadık bir şekilde işlemez ve ilk durumdan belirgin sapmalar içerirse bu durum iki madde fazı arasında bir geçişe karşılık gelen ve kopyalamadan farklı olan bir sürece karşılık gelir. Dolayısıyla kopyalamanın mükemmelliği canlılığın varlığı açısından önemli bir ön şart. Fakat, doğadaki istatistiksel yasalar nedeniyle bu kopyalama tam bir mükemmellikte olamıyor ve bazen çok küçük hatalar ortaya çıkabiliyor. Esasında canlılığın çok uzun sürelere ve çok farklı ortamlara dayanabilmesinin temelinde de bu kopyalama hataları yatıyor. Çünkü böylelikle genetik materyal farklı özellikler kazanıp varlığını devam ettirebilme olasılığını artırmış oluyor. Dünyadaki tür çeşitliliğinin kaynağı da kopyalamadaki bu hatalara dayanıyor.

DNA Replication

Bilindiği üzere Dünya üzerindeki canlılığın genetik materyali DNA adı verilen ve temel olarak dört molekülün birbiriyle yaptığı bağlardan oluşan bir yapı. Adenin (A), Timin (T), Guanin (G) ve Sitozin (C) adı verilen bu moleküller Karbon, Oksijen, Azot ve Hidrojen atomlarının farklı kombinasyonlarından oluşuyorlar. Dahası bu moleküller, dış kısımlarındaki bir Hidrojenin moleküle bağlandığı yere bağlı olarak kanonik ve tötomerik olmak üzere iki farklı durumda bulunabiliyorlar. Bu iki durum arasında ise Hidrojenin bağlanma enerjisi farkından dolayı bir fark bulunuyor. Enerjisi daha düşük olan kanonik durum molekülün normal şartlarda bulunmasının beklendiği duruma karşılık geliyor. Hidrojen atomu bir kuantum zıplamayla üst enerji seviyesine geçtiğinde ise molekül tötomerik hale geçmiş oluyor, fakat bu durum kararsız olduğundan kısa bir süre içinde tekrar kanonik hale geri dönüyor. Bu zıplamanın özelliği, dışarıdan bir uyarılma aracılığıyla değil kuantum tünelleme yoluyla gerçekleşiyor olması.

jump1

Genetik materyali oluşturan moleküllerin iki farklı durumda bulunabilmesinin kopyalama açısından önemi ise bu iki durumun farklı bağ özelliklerine sahip olmasından kaynaklanıyor. Örneğin bir T molekülü kanonik formunda iken yalnızca A ile bağlanabilirken tötomerik formunda iken G ile bağlanabiliyor. Aynı durum diğer moleküller için de geçerli. Dolayısıyla, genetik materyalin kopyalandığı anda eğer moleküllerden birisi kuantum zıplamayla edindiği tötometik yapısını koruyabilirse bu durumda ortaya çıkan kopya ilkinden farklı bir özelliğe sahip olmuş oluyor (örneğin T’nin A olarak kopyalanması gerekirken bu durumda G olarak kopyalanmış oluyor). Fakat burada önemli olan nokta tötometrik durumun kopyalama süresince kanonik duruma bozunmadan kararlı olarak kalabileceği bir mekanizmanın var olabilmesi. Dış etkenlerin fazla olması nedeniyle genel olarak bu uyarılnış tötometrik durum kopyalamadan çok daha kısa sürede bozunuyor. Bu durum ‘decoherence’ olarak adlandırılıyor. Fakat hücre içerisindeki bazı süreçlerin ‘decoherence’i geciktirerek bu tür küçük hatalara izin verdiği düşünülüyor. Böylelikle çok küçük miktarlarda kopyalama hataları ortaya çıkarak, canlılığın değişik biçimlere bürünüp çok uzun sürelere ve farklı koşullara dayanabilmesinin yolu açılmış oluyor.

jump2

Buna benzer şekilde bitkilerin enerji üretimlerini sağlayan fotosentez mekanizmaları da kuantum zıplamalarını ‘decoherence’den koruyan süreçler aracılığıyla yüzde yüze yakın bir verimle çalışıyor. Yani canlı madde ile cansız madde arasındaki en büyük fark büyük olasılıkla kuantum zıplamalarını ‘decoherence’den yeterli bir süre koruyup koruyamama ile ilgiliymiş gibi görünüyor. Cansız maddedeki kuantum zıplamalar normal ‘decoherence’ yoluyla eski haline dönerken, canlı hücrelerdeki kuantum zıplamalar ‘decoherence’i geciktirerek etkin enerji kullanımına ve çeşitliliğe yol açıyor. Bu sürecin kontrol edilebilir ve daha etkin hale getirilmesi ise maddenin doğasına ilişkin çok farklı ve henüz anlayamadığımız durumlara yol açabilir.

(Son iki şekil: Life on the Edge, Jim Al-Khalili and Johnjoe McFadden)

Kategorisiz içinde yayınlandı | Yorum bırakın