Kategoriler
Bilim & İnsan

Mikrobiyolojinin doğuşu | Abiyogenez ve hayatın kökenine dair deneyler

Modern biyolojiye göre canlılar sadece başka canlılardan üreme süreciyle çoğalabilirler. Günümüzde bu görüş tartışmaya açık olmayabilir; fakat biyolojinin temel ilkelerinin emekleme aşamasında olduğu dönemde birçok bilim insanı "Abiyogenez" denilen bir düşünceye – yaşamın kendiliğinden çoğaldığı düşüncesine -inanıyordu. Aristoteles'in yok olmak üzere olan maddeden canlı varlık doğabildiğini iddia etmesinden uzun zaman sonra bazıları cansız şeylerden canlı yapmayı amaçlayan "tariflere" bile inandı. Örneğin 17. yüzyılda Felemenkli doktor Jan Baptista van Helmont, dışarıda bir kavanoza bırakılan buğday taneleri ve kirli iç çamaşırından olgun bir fare meydana geleceğini yazdı. 19. yüzyıla dek hala kendiliğinden üremeyi savunanlar vardı. Neyse ki 1859'da Louis Pasteur adlı bir Fransız mikrobiyolog akıllıca bir deney hazırlayarak tüm hurafelere son verdi.

Louis Pasteur araştırmaları sırasında bulaşıcı hastalıklara canlı mikropların sebep olduğunu da kanıtladı. Pasteur'den önce hastalık ya da bozulmanın organizmalara özgü olduğundan kuşkulanılmıştı ancak kanıtlanamamıştı. Mikroskoplar aksini ispat edene kadar, gözle görülmeyen ufak canlıların olduğu fikri rüya ürünü olarak görülüyordu.

1546'da İtalyan doktor Girolamo Fracastoro "bulaşıcı tohumlar" ifadesini kullanarak mikropları ifade etmeye biraz yaklaştı. Ama canlı ve üreyebilir şeyler olduklarını iyice belirtemedi ve teorisinin net bir etkisi olmadı. İnsanlar bunun yerine çürüyen maddeden gelen miyasmanın yani kötü havanın bulaşıcı hastalıklara sebep olduğuna inandılar. Mikropların yapısının anlaşılması enfeksiyonun taşınması ile yaşamın yayılmasının aslında aynı şeyin iki farklı yüzü olduğunu gösterdi.

İlk bilimsel tespitler

Louis Pasteur kan dolaşımı teorisi
William Harvey kan dolaşımının tanımını yapan ilk bilim insanıydı.

Bilim insanları 17. yüzyılda büyük canlı varlıkların kökenini üreme sürecini ele alarak bulmaya çalıştı. 1661'de İngiliz doktor William Harvey (kan dolaşımını tespit etmiştir) bir ceninin kökenini keşfetme çabasıyla gebe bir geyiği keserek ayırdı ve "omne vivum ex ovo"- her canlı yumurtadan gelir – ifadesini ilan etti. Elindeki geyiğin yumurtasını bulamamış olsa da en azından neler olacağını doğru ima ettiği kesindi.

Kendiliğinden çoğalmanın olanaksızlığının – en azından insan gözünün görebildiği canlılar söz konusu olduğu sürece – deneysel kanıtlarını sunan ilk kişi, İtalyan doktor Francesco Redi'dir. 1668'de etin kurtlanma sürecini inceledi. Bir parça eti parşömenle kapladı, bir parçayı da açıkta bıraktı. Yalnızca açıktaki et kurtlandı; çünkü üstüne sinekler konmuş ve yumurtalarını bırakmıştı. Redi eti tülbentle örterek deneyi tekrarladı. Tülbentten alınan sinek yumurtalarının temiz eti kurtçuklarla "tohumlamak" için kullanabildiğini gördü. Redi kurtçukların kendiliğinden değil, ancak ve ancak sineklerden doğabileceklerini duyurdu.

Ne var ki Redi'nin deneyinin önemi anlaşılmadı ve Redi'nin kendisi bile abiyogenezi tam olarak reddetmedi, belli koşullarda gerçekleştiğine inandı. İlk el yapımı mikroskobu yapan ve ayrıntılı bilimsel inceleme için kullanan Felemenkli bilim insanı Antonie van Leeuwenhoek, bazı canlıların çıplak gözle görülemeyecek kadar ufak olduklarını ve büyük yaratıkların üremesinin sperm gibi küçük mikroskobik canlılara bağlı olduğunu keşfetti.

Lazzaro Spallanzani'nin deneyi

Francesco Redi'nin bu deneyi önemliydi fakat kanıtlayan Louis Pasteur oldu.
Francesco Redi'nin bu deneyi önemliydi fakat kanıtlayan Louis Pasteur oldu.

Yine de abiyogenez düşüncesi bilim insanlarının kafasında o kadar derin şekilde yerleşmişti ki bir çoğu bu mikroskobik organizmaların üreme organına sahip olamayacak kadar küçük olduklarını bu nedenle kendiliğinden doğmaları gerektiğini düşünmeye devam etti. 1745'te İngiliz doğa bilimci John Needham bunu kanıtlamaya koyuldu. Isının mikropları öldürebildiğini biliyordu; bu yüzden bir miktar et suyunu bir deney tüpünde kaynatarak mikroplarını öldürdü ve ardından soğumaya bıraktı. Et suyunu bir süre gözlemledikten sonra, mikropların yeniden çoğaldığını gördü. Canlıların mikroptan arındırılmış et suyunda kendiliğinden doğdukları sonucuna vardı. Yirmi yıl sonra İtalyan fizyolog Lazzaro Spallanzani, Needham'ın deneyini tekrarladı; ancak deney tüpünün havası boşken mikropların tekrar büyümediğini gördü. Spallanzani et suyunu havanın "spermlediğini" zannetti.

Modern biyoloji ile bakıldığında, Needham'ın ve Spallanzani'nin deneylerinin sonuçları basitçe açıklanabilir. Isı pek çok mikrobu gerçekten de öldürmesine karşın, örneğin bazı bakteriler uykuda ısıya dirençli sporlara evrilerek yaşamını sürdürebilir. Pek çok mikrop, pek çok yaşam gibi, besinden enerji almak için havadaki oksijenden beslenir. Ne var ki, bu tür deneyler her zaman enfekte olmaya açıktır – havada asılı milyonlarca mikrop bu tür araçları çok kısa sürede rahatlıkla kolonileştirebilir. O nedenle, bu testlerden hiçbiri ne yazık ki abiyogenez sorununu etkili biçimde ele almamıştı.

Pasteur'ün en net deneyi

Pasteur
Pasteur, Needham ve Spallanzani'nin deneylerini daha doğru şekilde tekrarladı.

Hem mikroskoplar hem de mikrobiyoloji yüzyıllar sonra bu sorunu çözmeye yetecek kadar gelişkin hale geldi. Louis Pasteur'ün deneyi havada asılı ve maruz kalan her yere bulaşmaya hazır bekleyen mikropların varlığını gösterdi. İlk olarak havayı pamukla filtreledi, ardından bu pamuk fitrelerini analiz etti ve filtreye takılan tozlara mikroskopla yakınlaştı. Bozulan ve çürüyen gıdaların mikroplarla kaynadığını fark etti. Mikroplar adeta havadan düşer gibi hastalığa sebep oluyorlardı. Bu Pasteur'ün bir sonraki adımında başarılı olmasını sağlayacağı önemli bir bilgiydi; Fransız Bilimler Akademisi'nin meydan okumasını kabul etti ve kendiliğinden üreme teorisini çürüttü.

Bu deneyde Pasteur besin açısından zengin et suyunu kaynattı – 100 yıl önce Needham ve Spallanzani'nin yaptığı gibi – ama bu kez deney tüpünde ciddi bir değişiklik yaptı. Deney tüpünü ısıtıp gevşetti, sonra aşağı yukarı oynayarak bir kuğu boynu şekline soktu. Düzenek soğuduğunda, sıcaklık mikropların büyümesine uygun ve tüp dış havayla temas halinde olmasına rağmen, tüpün bir kısmı aşağıya doğru kıvrımlı olduğundan mikroplar et suyunun üzerine düşmüyordu. Mikropların tüpte büyümesinin tek bir yolu vardı ve o da kendiliğinden üremeydi – ve bu gerçekleşmedi.

Pasteur, mikropların et suyuna havadan bulaştıklarının önemli bir göstergesi olan deneyi yineledi; ama bu defa kuğu boyunlu tüpü kopardı. Et suyu enfekte olmuştu: Kendiliğinden çoğalmayı nihayet çürütmüş ve her canlının canlıdan geldiğini ispat etmişti. Pis bir kavanozdan sıçan çıkmayacağı gibi, et suyu dolu bir deney tüpünden de kendiliğinden mikrop çıkmayacağı son derece açıktı.

Abiyogenez'in dönüşü

1870'de İngiliz biyolog Thomas Henry Huxley "biyogenez ve abiyogenez" başlıklı bir toplantıda Pasteur'ün çalışmalarını destekledi. Bu hareket kendiliğinden üremenin son destekçilerine ezici bir darbe oldu ve hücre teorisi, biyokimya ve genetik alanlarına dayanan etkili bir biyolojinin doğumuna yol açtı. 1880'lere gelindiğinde Alman doktor Robert Koch, şarbon hastalığının bulaşıcı bir bakterinin üstünden yayıldığını göstermişti. Yine de Huxley'in konuşmasından yaklaşık 100 yıl sonra yeni bir bilim insanı nesli yeryüzünde ilk yaşamın kökeniyle ilgili sorulan sorulara abiyogenez yanıtını vererek akılları tekrar meşgul etmeye başladı.

Yalnızca olguları gözlemlerim; yaşamın kendisinin gösterdiği bilimsel koşullar dışında bir şey aramam.

1953'te Amerikalı kimyacılar Stanley Miller ve Harold Urey, dünyada yaşamın başlangıcındaki atmosfer şartlarını canlandırmak için su, amonyak, metan ve hidrojenden oluşan bir karışıma elektrik akımı verdi. Sadece 1 haftada aminoasitleri – proteinlerin yapı taşları ve canlı hücrelerin temel kimyasal bileşenleri – meydana getirmişlerdi. Miller ve Urey'in deneyi, cansız maddeden yaşayan bir organizma doğabildiğini göstermeyi hedefleyen çalışmaların patlamasına neden oldu; bilim insanları artık biyokimya aletleriyle ve milyarlarca yıl önce gerçekleşen süreçlerin bilgisiyle çok daha donanımlı hale gelmişti.