Yaşamın Başlangıcı Hakkında - Çamur(Kil) Teorisi (Clay Theory)

Teorinin Oluşumu

Yıl 1966, yaşamın kökeni hala bir gizem. Darwin Türlerin Kökeni’ni yayınlayalı 1 asır olmuş. Dünyada yaşamın oluşumu hakkında ortaya atılmış pek çok teori yok. En çok kabul görüleni belki çoğunuzun da bildiği, dünyanın oluşumundan sonra denizlerde bulunan moleküllerin güneşten gelen uv ışınları ya da yıldırımlar ile enerji bulması ve yeni bileşikler kurmasıyla, RNA’nın çok düşük bir şans ile şak diye oluştuğunu söyleyen teori.Sonra genç bir bilim adamı geliyor, diyor ki ‘çamurdan geldik’.

Teorinin sahibi Graham Cairns-Smith, Glasgow Üniversitesi’nde bir organik kimyacı aynı zamanda da molekül biyolog.Kendisi bilimin yanında sanatla da ilgilenen birisiymiş,çok iyi bir ressam, fakat Cairns-Smith 30lu yaşlarında teorisini geliştirdikten sonra ömrünü bu teoriye adıyor ve bilim tarafını seçiyor.Graham Cairns-Smith’in teorisi inorganik kristallerin kendini aynı formlarda tekrarlamasının RNA tarzı kendini dolaylı ya da direkt kopyalayabilen organik moleküllerin evrilmesi için bir köprü oluşturması üzerine.

Çamurdan RNA’ya

Kimya iki dala ayrılır: inorganik kimya ve organik kimya. Organik kimya karbon temelli formların incelendiği daldır. İnorganik kimya ise geri kalan elementlerle ilgilenir. Neden karbon için ayrı bir dal var derseniz, karbon yaşamın temelini oluşturur ve çok fazla bileşimi bulunur. O kadar fazla ki incelenmesi yeni bir dal oluşturma gereksinimi oluşturmuş. 20.yy’da yaşamın kökeniyle ilgili teoriler organik kimya alanıyla ilişkilendiriliyordu, dediğim gibi organik kimya yaşam temelli kimya olduğundan bu gayet mantıklı. Cairns-Smith o zamana kadar ortaya atılan ve en çok kabul gören ‘organik molekul çorbası’ teorisini, RNA gibi kompleks bir yapının en azından milyon yıllar kadar kısa bir sürede oluşabileceğini, pek kafasına erdiremiyordu olacak ki inorganik molekül teorisini ortaya attı. Teorisinde Cairns-Smith kristaller gibi kendini kopyalayabilen yapıların, RNA’nın oluşumunu taş kemerin yapılışı gibi birikimli ve destekli bir şekilde sağladığını söylüyor.

Kristal, katı halde bulunan, büyük ve düzenli atom ya da molekül kümeleridir.Atomlar kararlı düzeye yani en düşük enerji seviyesine sahip olabilmek için bağ yaparlar.İyonik bağ elektron almak ve elektron vermek isteyen 2 atomun arasında oluşur.Bağ yapmış bu moleküller belirli düzenlerle bir araya gelerek kristalleri oluştururlar.Dolayısıyla kristalin herhangi bir kısmı(deformasyon yoksa) diğer tüm kısımlarıyla aynıdır.Yani bahsettiğimiz molekül yapıları kristal yapı içinde tekrarlanır.

Bizim ise ilgilenmemiz gereken konu kristallerin kendini kopyalayıp kopyalayamadığı.Evet, kristaller kendini kopyalayabiliyor, tabii bunu herhangi bir şekilde istemli olarak yaptıklarından değil.Yine atomların kararlı düzeye gelmek istemesi(aslında istemek dememem gerek, evren böyle işliyor entropi artar enerji azalır böyle olmasaydı şuan ne siz bu yazıyı okuyabiliyor ne ben yazabiliyor olurdum.) yüzünden. Kristaller tabaka tabaka oluşur ve yeni oluşturulan her tabaka bi alttakiyle aynı olmak zorundadır.

Evrimsel Bir İlerleme

Diyelim ki elimizde bir kristalin aşırı doygun bir çözeltisi var. Bu çözeltiye eğer bir kristal tohumu atarsanız göreceğiniz şey büyüyen ve kopyalanıp birleşen kristaller olacaktır(linkten ilgili deneyi izleyebilirsiniz). Şimdi bu çözeltiye aynı elementlerin farklı dizilimlerini(grafit ve elmas gibi, ikisi de karbon içerir fakat dizilimleri farklıdır.) içeren 3 farklı kristal tohumu attığımızı düşünün.En hızlı büyüyen kristal diğerlerine karşı baskın olacaktır.Bu basit bir doğal seçilime benzer.Peki, elimizde artık evrimin şartlarından bir tanesi var.Sonuçta teorimizin istediği şey evrim teorisiyle açıkladığımız yaşamın başlangıcında, bu kadar fazla rastlantısallık gerektirmeden birikimli bi şekilde RNA’nın oluşumuna neden olacak başka bir madde bulmak.Yani adım adım RNA’ya evrilmek.

Tamam, elimizde doğal seçilime benzer bir model var. Ama evrimsel bir gelişimden bahsedeceksek birkaç şey daha lazım, mesela kalıtsal çeşitlilik ya da mutasyonlar.Doğada kil,çamur ve kayaç kristalleri çok sık görülür. Bu kristallerin çeşitli yapıları vardır. Bazıları kaktüse benzer, bazıları çiçek gibi açar, ama hepsi doğal yolla oluştuğu için kusur bulundurma olasılıkları çok yüksek olur. Kristalin bir tabakasında kusur varsa diğer tabakalar da bu kusurla oluşturulur, dolayısıyla bir kısım mutasyon geçirmiş gibi görülebilir.Eğer ki bu tabaka uygun şekilde kristalden koparsa artık elimizde yeni bir kristal yapısı var demektir.

Bir özellik daha eklendi, gittikçe modele yaklaşmaya başlıyoruz.Elimizde kendini kopyalayan ve mutasyona uğrayıp çeşitlenebilen kurgusal bir kristal imgesi var.Son bir şey daha gerekiyor.Bu kristallerin yapısının bir şekilde kendi kopyalanma olasılıklarını etkilemesi lazım. Bu kısım için teorinin çok güzel anlatıldığı, Richard Dawkins’in Kör Saatçi kitabından bir alıntı yapmak istiyorum :

‘Killer akarsuların akışı boyunca kayaçlardan aşındırıp çözelti halinde taşıdığı metal iyonları ve silisik asit gibi yapıtaşlarından oluşur. Akarsuyun akış yönünde, aşağıda bir yerlerde doğru koşullar oluştuğunda, bu yapıtaşları tekrar kristalize olarak killeri oluşturur.Belirli bir kil çeşidinin birikip birikmeyeceği, birçok şeyin yanı sıra, akarsuyun hızına ve akış biçimine bağlıdır. Öte yandan, kil birikimleri de akarsuyun akışını etkileyebilir.Toprağın yapısını yeniden şekillendirerek akışı hızlandırma özelliğine sahip bir kil çeşidi düşünün. Elde edilecek sonuç, bu kilin yeniden aşındırılarak taşınması olacaktır. Bu kil çeşidi, tanım gereği, pek başarılı değildir. Rakip bir kil çeşidi lehine akışı değiştiren bir kil çeşidi de başarısız olacaktır.’

Bu kadar çabamız aslında Cairns-Smith’in teorisinin küçük ama önemli bir kısmını açıklamak içindi: İnorganik bir molekülün birikimli seçilim ile nasıl evrilip değişebileceğini anlamak.Şimdi diğer kısma geçelim, inorganik moleküller nasıl oldu da organik bir yapının oluşmasına yol açtı ?

Organik moleküller inorganik kimya endüstrisinde yaygın olarak kullanılır, çünkü akışkanların akışını ve inorganik parçacıkların parçalanması ya da çoğalmasını etkilerler.Mesela petrol mühendisleri çamurun temizlenmesi ve akışının denetlenmesi için organik molekülleri kullanıyorsa, birikimli seçilimin kendini kopyalayan minerallerde benzeri bir kullanıma yol açmaması için hiçbir neden yok.Bu şekilde kullanılan organik moleküller zamanla nükleik asitlerin oluşmasına pekala yol açabilir. Üstelik RNA’nın elektron yüklü yapısının kristallerin birbirine daha sıkı bağlanması için kullanılıyor olabildiği üzerine hipotezler var.

Genetik Devralış

Bu olayların gerçekleşmesi tabii ki milyonlarca yıl sürüyor. İnorganik moleküller organik moleküller ile birleşiyor, kendini kopyalayan yeni yapılar oluşuyor. Bir noktadan sonra nükleik asitlerin oluştuğunu varsayalım. Bu noktadan sonra nükleik asitler kendini kopyalama sırasında o kadar işlevli olacaktır ki inorganik moleküllere artk gerek kalmadan nükleik asitler RNA’yı , RNA proteinleri oluşturacak ve en sonunda DNA oluşacak.İşte buna ‘genetik devralma’ denir.Bu noktadan sonra inorganik kopyalayıcılardan çok daha iyi işlev gören organik kopyalayıcılar sayıca çok fazla olacak ve evrimleşerek hayatı oluşturabileceklerdir.


Kaynaklar ve İleri Okuma

  • DAWKINS Richard, Kör Saatçi, TÜBİTAK Yayınları, 1998
  • Martha Henriques, The idea that life began as clay crystals is 50 years old, BBC,24 Ağustos 2016
  • Scripps Research Institute,How Did Life Begin? RNA That Replicates Itself Indefinitely Developed For First Time,January 10 2009
Paylaş Yorumlar

Karar Ağaçları (Decision Trees)

Karar Ağacı Nedir ? Ne İşe Yarar ?

Karar ağaçları, basitçe, bir durum hakkında yapabileceğiniz seçimler ve bu seçimlerin neden olacağı çıktıların dallanmalar şeklinde ayrılmış şemasına verilen isimdir.Karar ağaçları olayların sınıflandırılmasını, hakkında çıkarımlar yapılmasını oldukça kolaylıştırır. Karışık grafik analizleri yerine bir karar ağacı çıkarttığınızda seçtiğiniz verinin hangi çıktıyı vereceğini çok daha kısa bir sürede görebilirsiniz.

Mantıksal İfadeler ile Karar Ağaçları

Karar ağaçları mantıksal operatörler kullanılarak oluşturulurlar.

Mesela ‘ve’ yani ‘and’ operatörünü ele alalım. A ve B olasılığımız olsun. Yukarıdaki tabloda gördüğünüz gibi sadece A ve B olasılığının ikisi de doğruysa çıktımız doğru oluyor.Yani
bu ağacın yapısı aşağıdaki gibi olacak :



Eğer elimizde bir ‘veya’ yani ‘or’ durumu varsa, tablonun gösterdiği üzere sadece A ve B olasılıklarının ikisinin de yanlış olduğu durumlarda çıktımız yanlış olacak.Yani bu ağaç oluşturulmak istendiğinde yapısı şöyle olur :

ID3 Algoritması ve Özellik Seçimi

Karar ağaçlarının oluşturulması sırasında her dallanmada sorulacak soruların veriyi doğru parçalara ayırması gerekir.Dolayısıyla dallanma sayısını olabildiğince az tutarak, olabildiğince efektif sorular sormak gerekir. ID3 algoritmasıyla bu tür bir karar ağacı oluşturmak mümkün.Bu algoritmada her adımda elimizdeki veri hakkında bize en fazla bilgiyi sağlayabilcek olan özellikler soru olarak seçilir. Bir özelliğin bize kazandıracağı bilginin miktarı gain() fonksiyonuyla bulunur.Fakat burada bilgisayar bilimlerinde yabancı olabileceğimiz bir terim ortaya çıkıyor: “Entropi” ya da formulde gösterilen şeklliyle Info() fonksiyonu. En basit şekilde anlatmak gerekirse entropi, bir olayın,sistemin rastgeleliğinin ölçüsüdür. Burda entropinin bilgi edinimiyle ilişkilendirilmesinin nedenini şöyle açıklayayım.

Diyelim elimizde hilesiz bir para var, bir yüzünde tura diğer yüzünde ise yazı tarafı bulunuyor. Bu parayla bir yazı-tura oyunu oynadığımızda tura ya da yazı gelme olasılığı 50%’dir. Entropi cinsinden tanımlamak gerekirse buna 1 entropi birimi diyelim. Bu parayı attıktan sonra başta sahip olmadığımız bir bilgi edinme şansımız var, paranın atıldıktan sonra yazı ya da tura gelmesi üstüne bir bilgi.Bu bilgiyi 1 entropi birimi kazancı olarak da düşünebiliriz. Şimdi elimizde iki tarafı da tura olan hileli bir para olduğunuve bununla oynadığımızı düşünelim. Bu sefer biliriz ki kaç kere atarsak atalım hep tura gelecek, (ya dik gelirse? demeyin çünkü bu olasılığı çok küçük olduğu için dahil etmeyelim.) yani bu parayı attıktan sonra başta bilmediğimiz hiçbir bilgi elde edilmeyecek. Dolayısıyla olayın entropi birimi 0 olacak.

Aşağıdaki görselde bir grup insanın bilgisayar alıp almaması üzerine yapılan bir çalışmada elde edilen verilerin bir karar ağacına dönüştürülmesi sırasında yaş özelliğinin gain() fonksiyonunun hesaplanmasını görebilirsiniz :

Karar ağaçları hakkında daha fazla ve spesifik bilgiyi ilgili wikipedia sayfasında bulabilirsiniz.

Paylaş Yorumlar

Empati ve Öğrenmenin Temeli - Ayna Nöronları

Öncelikle, nedir bu ayna nöronları ?

Ayna nöronlarının büyük çoğunluğu beynimizin ön kısımlarındaki premotor kortekste bulunur. Bu nöronlar siz veya başkası bir eylem gerçekliştirdiğinde (yani sizin su içmeniz ya da birini su içerken gördüğünüz zaman) ateşlenirler.Bizi bu kadar sosyal hayvanlar yapan temel taşlardan biri ayna nöronlarımız. En önemli fonksiyonları ise empati kurmamızı sağlıyor olmaları. Televizyonda yemek programı izlerken acıkmanız, birisi kolunu kırdığında yüzünüzün buruşması, sanki siz kolunuzu kırmışsınız gibi hissetmeniz ve empati kurabildiğiniz her durum ayna nöronları sayesinde.

Ayna nöronları 1990 yılı civarlarında Giovanni Rizzolatti, Vittoro Gallese ve ekibi tarafında bulunuyor. Bilim insanları makak türünde maymunların beyinlerine elektrotlar yerleştirip bazı deneyler yapıyorlar ama olay asllında ayna nöronlarını bulmak değil, sadece maymunların beynini daha iyi anlamak. Deney sırasında makak maymunlarının premotor korktekslerindeki F5 bölgesini izleyen bilim insanları, maymunların bir şeyleri tuttuğunda veya tutmaya çalıştığında buradaki nöronların ateşlendiğini görüyorlar. Sonrasında ilginç bir şey farkediliyor. Bir obje alıp ‘bu bir ceviz’ dedikleri sırada da maymun bir şeyi tutmamasına rağmen nöronlar ateşleniyor ve bunların yeni bir tür nöron olduğu anlaşılıyor. Aslında ayna nöronları epey yeni keşfedilen bir sistem dolayısıyla üzerlerinde hala bir sürü araştırma yapılıyor ve hala anlaşılmaya çalışılınıyor.

Nasıl Çalışır ? Ne Gibi Etkileri Var ?

Homo sapiens olarak doğadaki en sosyal tür bizleriz, zaten bizi dünyadaki baskın tür yapan başlıca özelliklerimizden biri de bu kadar sosyal olmamız. Sapiensin sosyal bir tür olmasını sağlayan faktörlerden biri de ayna nöronlarına sahip olması çünkü sosyalliğin temelinde yatan özellikler empati kurabilme, karşıdakinin hareketlerini ve duygularını anlayabilme yetisidir.

Ayna nöronları başta söylediğimiz gibi başkalarının hareketlerini gözlemlediğimizde de ateşlenirler.Ateşlenen bu nöronlar beynin başka kısımlarıyla da etkileşime girerek karşımızda gördüğümüz canlının yaşadıklarını sanki biz de hissediyormuşuz gibi bir etki yaratır.

Bu etkiyi basitçe anlatmak istiyorum. Beynimizdeki nöronların hepsi birbirlerine bağlı bir sinir ağı oluşturur, bir nöronun bağlı olduğu milyonlarca nöron bulunur. Bu nöronlar birbiriyle ilişkili durumlarda ne kadar fazla ateşlenirse, aralarındaki bağlantı daha da güçlenir ve bir süre sonra bir nöronun ateşlenmesi diğeri üstünde direkt etkiye sebep olabilir. Öğrenciyken bazı şeyleri melodilerle ezberlememizin tavsiye edilmesi,eski anılarımızı renklerle ya da kokularla bağdaştırmamız basitçe bu yüzdendir.

Aklınızda soru işaretleri oluştuğunu farkettim, madem birisi elini kaldırdığında benim de kaldırmam için ayna nöronlarım ateşleniyor o zaman ben niye elimi kaldırmıyorum? Şöyle ki, ayna nöronlarından gelen motor nöronlara giden iletiler motor nöronlarının ateşlenme eşiğini genelde geçmez(Nöronların vücuda bir komut iletmesi için eşik değerinin aşılması gerekir.Eşik değerini aşmayan sinyaller vücuda gönderilmez). Prefrontal korteks tarafından vücudumuzu hareket ettirmemiz yasaklanır anlayacağınız. Mesela tike sahip olan insanların prefrontal korteksleri bu şekilde gelen bazı iletileri engelleyemez ve istemdışı hareketlerde bulunurlar.

Günlük Yaşam ve Ayna Nöronları:

-Manipule ediliyoruz?

Tabii insanların bu şekilde etkilenebilmesi ve karşılarındakini etkileyebilmesi biliniyor olunca, bir şekilde manipule edilmek de kaçınılmaz oluyor. Bu manipulasyonun yaygınca görülen örneği pazarlama üzerine yapılanları. Şirketler reklamlarında size acıkmayı hatırlatan renkleri,çok susayıp susuzluğunu muhteşem ve soğuk bir kolayla dindirip, sonunda güzel bir oh çeken birini göstererek bu ürünü satın almanızı pekala sağlayabilir.Artık neden olduğunu biliyorsunuz, bu tür reklamlar ayna nöronlarımızı ateşlenmesine yol açarak reklamla empati kurmamızı sağlar.

-Gör ve Öğren

Hiç bir kurbağanın diğerinin hareketlerine bakıp onları taklit ederek bi şeyler öğrendiğini gördünüz mü? Çoğu hayvan bu yetiye sahip değildir. İnsan ve primatlarda ise durum farklı, bizler dans ederken birini gördüğümüzde böyle bir şey ilk defa yapışımız olsa bile az çok taklit edebiliyoruz.Bu taklit yeteneğimiz, öğrenme süremizin diğer hayvanlara göre çok daha kısa olmasını sağlıyor.

Örnek verecek olursak konuşmayı öğrenmek bu konuda en önemli durumlardan birisi. İnsanlar olarak ayna nöronlarına sahip olmasaydık konuşmayı büyük ihtimal hiç başaramayacaktık. Bir bebek konuşmayı öğrenirken etrafındakilerin eylemlerini gözlemler. Bir anne bebeğini eline alıp “an-ne” dediğinde bebeğin ayna nöronları ateşlenir ve premotor korteksine giden uyartılar bebeğin belli belirsiz ağız hareketleriyle annesinin yaptığını taklit etmesini sağlar. Birlikte ateşlenen nöronlar zamanla daha çok pekişerek düzgün sesler çıkarabilmeyi sağlar.

Benim anlatacaklarım bu kadardı. Bu muhteşem yapılar hakkında daha spesifik bilgi almak için ilgili Wikipedia sayfasını ziyaret edebilirsiniz.

Geçen sene yazın okuduğum kitaplardan biri olan Empatik Beyin'den
 esinlenerek bu yazıyı yazmak istedim.Kitabın yazarı 
   Christian Keysers okumanızı kesinlikle tavsiye ederim.
Paylaş Yorumlar