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)

Reklamlar
Bu yazı Kategorisiz içinde yayınlandı. Kalıcı bağlantıyı yer imlerinize ekleyin.

Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Log Out / Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Log Out / Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Log Out / Değiştir )

Google+ fotoğrafı

Google+ hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Log Out / Değiştir )

Connecting to %s