Neden Bütün Canlılar Sol Elli?

Bölüm metni

Sol elini sağ eline bindiremezsin — aynı parmaklar, aynı sıra, ama asla üst üste oturmaz. Doğadaki moleküllerin çoğu da böyle iki yüzlüdür ve laboratuvarda ürettiğinizde ikisi tam yarı yarıya çıkar. Peki dünyadaki her canlı, dört milyar yıldır neden ısrarla yalnızca birini kullanıyor?

Ellerinizi önünüze koyun, avuç içleri yukarı baksın. İki el de aynı: beş parmak, aynı eklemler, aynı sıra. Şimdi birini diğerinin üstüne, aynı yöne bakacak şekilde koymayı deneyin. Olmuyor. Baş parmaklar zıt yönlere kaçıyor. İki el birbirinin aynısı değil, birbirinin aynadaki görüntüsü. Ne kadar döndürürseniz döndürün üst üste bindiremezsiniz. Lord Kelvin bu özelliğe 1893'te Yunanca "el" anlamına gelen kelimeden yola çıkarak bir ad verdi: kiralite. Türkçede el-lilik diyebileceğimiz bu kavram, sizce basit bir geometri oyunu olabilir. Aslında hayatın bildiğimiz haliyle var olmasının önkoşulu.

Çünkü moleküller de elli olabiliyor. Bir karbon atomunun dört bağı varsa ve bu dörde dört farklı grup takılıysa, o molekülü iki farklı biçimde kurabilirsiniz. Formülleri harfi harfine aynıdır, atom sayıları aynıdır, kaynama noktaları aynıdır, ağırlıkları aynıdır. Yine de üst üste binmezler. Sağ el ve sol el.

Bunu ilk gören adam 26 yaşında bir kimyagerdi. 1848'de Paris'te, Louis Pasteur şarap fıçılarının dibinde biriken tartarik asit tuzlarıyla uğraşıyordu. Şarapçıların bildiği bir tuhaflık vardı: bu tuzun bir çeşidi, içinden geçen polarize ışığın düzlemini sağa çeviriyordu; başka bir kaynaktan gelen ve kimyasal olarak tıpatıp aynı görünen çeşidi ise ışığa hiç dokunmuyordu. Pasteur çözeltiyi kristallendirdi ve mikroskobunun altına eğildi. Kristallerin küçük, eğik bir yüzeyi vardı ve bu yüzey bazılarında sağa, bazılarında sola bakıyordu. Cımbızla, tek tek, aylarca ayırdı onları. İki ayrı yığın yaptı. Sonra her yığını ayrı ayrı suda çözüp ışığın karşısına koydu. Biri ışığı sağa çevirdi. Diğeri tam aynı açıyla sola. Karıştırdığında etki sıfırlandı. Işığa dokunmayan tuz, aslında birbirini iptal eden iki elin karışımıydı. Anlatılana göre Pasteur laboratuvardan fırlayıp koridordaki ilk kişiye sarıldı. Sonuçları o dönemin en büyük otoritesi Jean-Baptiste Biot'ya götürdüğünde, yaşlı bilim insanı deneyi kendi elleriyle baştan yaptırdı ve dönüş açısını gördüğünde genç adamın koluna yapıştı.

Şimdi bu bilgiyi canlıya taşıyalım. Proteinlerinizi kuran amino asitlerin neredeyse tamamı elli moleküllerdir. Ve dünyadaki bütün canlılarda, bakteriden mantara, çam ağacından size kadar, bu amino asitlerin hepsi sol ellidir. İstisnasız denecek kadar az istisnayla. Bu bölümün başlığındaki soru tam da burayı işaret ediyor. Ama başlık aslında yarım bir doğru, çünkü hikâyenin ikinci yarısı şu: DNA'nızın ve RNA'nızın omurgasını taşıyan şekerler, riboz ve deoksiriboz, hepsi sağ ellidir. Yani hayat sol elli değil. Hayat tutarlı. Bir yerde solu seçmiş, başka yerde sağı seçmiş ve 4 milyar yıl boyunca o seçimden hiç şaşmamış.

Bu tutarlılık bir kaprisin ürünü değil. Enzimler, hücrenin bütün işini yapan protein makineleri, üç boyutlu cepler halinde katlanır ve bu cepler de ellidir. Bir molekülün doğru elini o cebe yerleştirebilirsiniz, ayna görüntüsünü yerleştiremezsiniz. Sol eldivenin sağ ele geçmemesi gibi. Etkisi gündelik hayatta bile burnunuzun ucunda: karvon adlı molekülün bir eli size nane kokar, ayna görüntüsü olan diğer eli karaman kimyonu kokar. Aynı atomlar, aynı bağlar, tamamen farklı iki koku. Çünkü burnunuzdaki koku alıcıları da elli.

Ve işte buradan asıl sorun doğuyor. Bir laboratuvarda, elli olmayan basit başlangıç maddelerinden amino asit üretirseniz, ne yaparsanız yapın sonuç hep aynıdır: tam yarı yarıya sol ve sağ. Kimyanın bir tercihi yok. Enerji bakımından iki el birbirine denk; birini üretmenin diğerini üretmekten hiçbir avantajı yok. Evrenin fizik yasaları bu masada tarafsız oturuyor. Ama hayat tarafsız değil. Hayat yüzde 100 kararlı. Bir yerlerde, bir zamanlar, tarafsız bir kimyadan taraflı bir biyoloji çıktı ve bunun nasıl olduğu, kökene dair en inatçı sorulardan biri olarak duruyor.

Önce şunu görmek gerekiyor: hayat bu konuda özensiz olamazdı. Yüzde 60 sol, yüzde 40 sağ bir dünya işe yaramaz, sadece daha yavaş işleyen bir dünya değildir. Çalışmayan bir dünyadır.

1984'te Gerald Joyce ve arkadaşlarının yaptığı deney bunu acımasız bir netlikle gösterdi. Kendi kendini kopyalayabilen bir RNA benzeri zincire, doğru elli yapı taşlarının yanına yanlış elli olanları da koydular. Zincir uzamaya başladı, sonra durdu. Çünkü yanlış elli bir taş dizinin ucuna oturduğunda, bir sonraki doğru taşın geometrisi tutmuyor, zincir orada kilitleniyordu. Yanlış eldeki molekül sadece işe yaramaz bir seyirci değil, aktif bir sabotajcıydı. Bu olguya karşılıklı ket vurma denir ve anlamı şudur: kökendeki kimyanın kopyalanma aşamasına geçebilmesi için, el birliğinin daha o aşamadan önce sağlanmış olması gerekir. Yani homokiralite hayatın bir süsü değil, kapısındaki şifre.

Peki tarafsız bir evrende bu şifre nasıl kuruldu? Cevabın yarısı 1953'te, deneyle değil kâğıt üstünde geldi. Fizikçi Charles Frank çok basit bir düzenek hayal etti: kendi üretimini hızlandıran bir molekül. Kendisi kendi katalizörü olan, üstelik ayna ikizinin üremesini de baskılayan bir molekül. Frank böyle bir sistemde matematiği işletti ve gördü ki, başlangıçtaki fark ne kadar küçük olursa olsun, hatta rastgele bir dalgalanmadan ibaret olsa bile, sistem er ya da geç tamamen tek ele düşüyor. Yarı yarıya durum kararsız bir denge; iğnenin ucunda duran bir kalem gibi. Bir kere devrilmeye başladı mı geri dönüşü yok. Kartopu etkisi.

40 yıl boyunca bu güzel bir denklemdi, o kadar. Sonra 1995'te Kenso Soai laboratuvarda gerçek bir örneğini buldu. Belli bir aldehit ile çinko bileşiğinin tepkimesinde ortaya çıkan alkol, kendi oluşumunu katalizliyordu. Soai tepkimeyi ölçülemeyecek kadar küçük bir dengesizlikle başlattı; öyle küçük ki neredeyse gürültü seviyesindeydi. Birkaç çevrim sonra ürünün yüzde 99'undan fazlası tek eldeydi. Dahası, tepkimeyi eğri büğrü tohumlarla da yönlendirebiliyordunuz: elli bir kuvars kristalinin varlığı yetiyordu, hatta bir molekülde karbonun ağır ve hafif izotoplarını farklı yerlere yerleştirmek bile yetiyordu. Bu, kimyanın tanıdığı en hassas yükselteçlerden biri.

Kristaller de aynı numarayı yapabiliyor. 1990'da Dilip Kondepudi ve ekibi sodyum klorat çözeltisini kristallendirdi. Çözelti kıpırdatılmadan bırakıldığında beklenen çıktı: kristallerin yarısı sağ, yarısı sol. Ama çözelti karıştırılarak kristallendirildiğinde, tabaktaki kristallerin neredeyse tamamı tek elde çıkıyordu. Sebebi şu: karıştırma, ilk oluşan kristalden kopan minik parçacıkları çözeltiye dağıtıyor ve bunların her biri kendi elinden yeni kristaller doğuruyordu. İlk tanenin eli, bütün kabın kaderi oluyordu. 2005'te Cristóbal Viedma bunu bir adım ileri taşıdı: karışık elli kristal bulamacını cam boncuklarla sürekli öğüterek, sistemi saatler içinde tamamen tek ele çekmeyi başardı.

Yani doğa bu kartopunu birden çok yolla yuvarlayabiliyor. Serin adlı amino asidin sulu çözeltilerinde, katı ile sıvı arasındaki denge öyle işliyor ki, elinde yüzde birkaçlık bir fazlalık olan bir karışım, üstteki sıvıda neredeyse saf tek el bırakabiliyor. Kurumakta olan bir su birikintisi bile bir saflaştırıcıya dönüşebiliyor.

Geriye tek ve en zor soru kalıyor. Kartopunu nasıl büyüteceğimizi biliyoruz. İlk tanenin hangi tarafa devrildiğini bilmiyoruz.

Bir olasılık, hiçbir sebebin olmaması. Saf rastlantı, moleküler bir yazı tura. Bu doğruysa, hayat bir bozuk paranın havada dönüşüne bağlanmış demektir ve para sağ da gelebilirdi. İkinci olasılık, evrenin gizli bir kaprisi. Doğanın dört temel kuvvetinden zayıf nükleer kuvvet, ayna simetrisini gerçekten bozan tek kuvvettir; 1956'da bunun gösterilmesi fizikte bir depremdi. Hesaplar, bu kuvvetin sol elli amino asitleri sağ ellilere göre bir tutam daha kararlı kılabileceğini söylüyor. Ama farkın büyüklüğü akıl almaz derecede küçük: milyonda birin milyonda birinin yüz binde biri mertebesinde. Böyle bir farkın herhangi bir kartopu tarafından büyütülüp büyütülemeyeceği bugün kanıtlanmış değil; bu bir hipotez, doğrulanmış bir mekanizma değil.

Üçüncü olasılık ise ötekilerden farklı bir şey vaat ediyordu: sınanabilirlik. Yıldızların doğduğu dev gaz bulutlarında, örneğin NGC 6334 diye anılan, yani Kedi Pençesi Bulutsusu adıyla bilinen bölgede, astronomlar geniş alanlara yayılmış dairesel polarize ışık ölçtüler. Laboratuvarda buzlu amino asit karışımlarını bu tür ışığa tuttuğunuzda, ışık ellerden birini diğerinden biraz daha hızlı parçalıyor ve geriye yüzde birkaçlık bir fazlalık kalıyor. Küçük bir fazlalık. Ama kartopu için yeterli olabilecek bir fazlalık.

Ve bu senaryonun çok net bir öngörüsü vardı. Eğer eğrilik uzayda doğduysa, uzaydan gelen taşların içinde de sol elli bir eğilim bulmalıydık.

28 Eylül 1969'un sabahı Avustralya'nın Victoria eyaletinde gökyüzünü turuncu bir top yardı ve parçalar bir kasabanın tarlalarına saçıldı. Kasabanın adıyla anılan Murchison göktaşı, yani bundan sonra kısaca Murchison taşı diyeceğimiz o kaya, sonraki yarım yüzyılın en çok incelenen numunesi oldu. İçinden 90'dan fazla amino asit çıktı ve bunların çoğu dünyadaki hiçbir canlının kullanmadığı türdendi. İzovalin, alfa-aminoizobütirik asit gibi. Bu önemliydi, çünkü dünyaya ait olmayan moleküllerin dünyadan bulaşmış olması mümkün değildi.

Sonra asıl heyecan geldi. Daniel Glavin ve Jason Dworkin'in 2009'da yayımladığı ölçümlerde, Murchison taşındaki izovalinin sol elli biçimi sağ ellisinden yüzde 18,5 kadar fazlaydı. Benzer taşlarda bu fark yüzde 20'ye kadar çıkıyordu. Dahası bir örüntü vardı: göktaşının ana gövdesi geçmişte ne kadar çok sıvı suyla temas etmişse, sol elli fazlalık o kadar büyüktü. Tablo tamamlanıyor gibiydi. Uzaydaki ışık ilk eğriliği vermiş, ana gövdedeki su onu büyütmüş, göktaşları da bu tohumu genç Dünya'ya taşımıştı.

Tek bir kusur vardı ve herkes bunu biliyordu. Göktaşları atmosferden geçiyor, toprağa düşüyor, çıplak elle toplanıyor, çekmecelerde bekliyor. Dünya'nın kendisi sol elli amino asitlerle kaplı bir gezegen. Bulaşma şüphesi asla tam olarak dağılmıyordu. Cevabı temiz almanın tek yolu, taşı düşmeden yakalamaktı.

NASA'nın 2016'da fırlattığı OSIRIS-REx, yani kısaca Osiris-Reks adlı sonda tam bunun için gitti. 2018'de Bennu asteroidine vardı, iki yıl boyunca haritaladı, sonra 2020'nin ekim ayında yüzeye saniyeler süren bir dokunuş yaptı ve azot gazı püskürterek çakılları hazneye üfledi. 24 Eylül 2023'te kapsül Utah çölüne indi. İçinde 121,6 gram malzeme vardı. Mühürlü, azot altında saklanan, Dünya havasına neredeyse hiç değmemiş bir örnek. Bennu ise tam aranan cinsti: geçmişte suyla dönüşüme uğramış daha büyük bir gövdenin parçalanmasından kalma bir moloz yığını.

2025'te açıklanan sonuçlar bir yönüyle beklentiyi aştı. Örnekte, dünyadaki proteinlerin kullandığı 20 amino asidin 14'ü vardı. DNA ve RNA'nın 5 bazının hepsi vardı. Amonyak şaşırtıcı derecede boldu. Buharlaşmış tuzlu suyun geride bıraktığı mineral kabuklar bulundu; yani o asteroidin atası bir zamanlar üstünde su birikintileri olan, o birikintilerin kuruduğu bir yerdi. Hayatın malzeme listesi, en temiz haliyle, bir asteroidin içinde duruyordu.

Sonra kiralite ölçüldü. Ellerine ayrılabilen bütün amino asitler, izovalin, norvalin, aminobütirik asitler, 3-aminopentanoik asit, hepsi rasemikti. Yani tam yarı yarıya. Sol ve sağ, ölçüm hatası sınırları içinde eşit.

Gökyüzü, sorulan soruya "benim bir tercihim yok" diye cevap verdi.

Bu yalnız bir sonuç da değil. Japon uzay ajansının 2020'de Ryugu asteroidinden getirdiği örneklerde de amino asitler eşit ellilikte çıkmıştı. Elimizdeki iki temiz, bulaşmasız, doğrudan uzaydan alınmış numune de aynı şeyi söylüyor.

Bunun anlamı, hikâyenin çökmesi değil; ağırlık merkezinin kayması. Murchison taşındaki sol elli fazlalık büyük ihtimalle evrensel bir yasa değil, tek bir ana gövdenin kendine özgü su ve sıcaklık geçmişinin ürettiği yerel bir olay. Kimi araştırmacılar o farkın bir kısmının dünyevi bulaşmadan gelmiş olabileceğini de artık daha yüksek sesle söylüyor, çünkü Bennu bu ihtimali eskisi kadar kolay kenara itemeyeceğimizi gösterdi. Ve eğer uzay tarafsızsa, simetrinin kırıldığı an uzaydan Dünya'ya doğru çekiliyor demektir: bir kil yüzeyine, bir kuvars kristalinin elli yüzüne, donup çözülen bir gölete. Yani cevabı gökte değil, ayağımızın altında aramamız gerekebilir.

Bir de daha rahatsız edici olasılık var. Eğer başlangıçtaki eğriliği rastlantı verdiyse, sol elli olmamız bir yasa değil, donmuş bir kaza. Başka bir gezegende hayat sıfırdan başlasa, aynı olasılıkla sağ elli olurdu. Onların proteinleri bizim enzimlerimize girmezdi, bizim şekerlerimizi sindiremezlerdi. Aynı kimyayı konuşan, ama birbirini yiyemeyen iki biyosfer.

Bu düşüncenin pratik bir karşılığı da var ve belki de Bennu'nun en kalıcı armağanı bu. Elli olmak artık bir hayat dedektörü. Enceladus'un su püskürtülerinde, Mars'ın tortul kayalarında ya da Titan'ın yüzeyinde amino asit bulursak, ilk soracağımız şey ne kadar bulduğumuz değil; hangi elden bulduğumuz olacak. Yarı yarıya çıkarsa, oradaki yalnızca kimyadır. Bir tarafa eğilmişse, bu bildiğimiz en güçlü ipuçlarından biri olur. Bennu tam da bu yüzden değerli: bize cansız kimyanın nasıl göründüğünün temiz ölçüsünü verdi.

Elinizi bir kez daha açıp bakın. İçindeki her enzim, her kas lifi, her sinyal molekülü, 4 milyar yıl önce verilmiş tek bir karara sadık kalıyor. O kararı kimin verdiğini, ne zaman verdiğini, hatta bir sebebi olup olmadığını bilmiyoruz. Kartopunun nasıl büyüdüğünü çözdük. İlk tanenin nereden düştüğünü hâlâ bilmiyoruz.

Nöron Bilim'de bugünkü bölümün sonuna geldik. Yeni bir hikâyede yeniden buluşmak üzere.