Nefes alınca akciğerlerimize çektiğimiz havadaki oksijenin, enerji kaynağı olarak kullanılmak üzere bedenimizdeki hücrelere nasıl taşındığını hiç merak ettiniz mi? Ya da yediğimiz ve sindirdiğimiz besinlerdeki yararlı bileşiklerin nasıl seçildiğini? Bağışıklık hücrelerinin, beden için tehlike taşıyan bakteri ya da virüsleri nasıl tanıdığını ya da içtiğiniz bir kalp ilacının nasıl yalnızca kalbiniz üzerinde etkili olduğunu?

Sayısız örnek vermek mümkün; bitki, hayvan ya da insan bir canlı bedenindeki neredeyse her metabolizma sürecinin arkasında çok basit bir mekanizma var. Bu mekanizma son derece yalın ama o kadar iyi çalışıyor ki, ilk ortaya çıktığı zamandan beri neredeyse değişmeden aktarılmış.

Gezegenimizde yaşamın en eski ayak izleri bundan 3,8 milyar yıl öncesine uzanıyor; hatta başlangıcın bundan da eski olabileceğini gösteren ipuçları var. Onları “canlı” olarak adlandırsak da bu ilk organizmalar, birer zarla çevrili basit molekül öbeklerinden başka bir şey değil aslında.

Herhangi bir besin bulma ya da tehlikeden kaçma yeteneği olmayan ilk organizmalar başlangıçta bütünüyle çevreye bağımlı edilgen birer "kimyasal sünger" gibidir. Yağ asitlerinden oluşan ilk hücre zarları, deniz tabanındaki jeotermal bacalardan fışkıran mineral ve organik moleküllerin içeri kendiliğinden sızmasına izin verecek kadar geçirgendir; gereken enerji ise, bu derinliklerdeki hidrojen ve sülfür bileşikleri arasındaki termal enerji farklarından sağlanır. Kısacası, güneş ışığından yoksun bu karanlık dünyada yaşam, gezegenin iç ısısından gelen jeotermal enerjiyi ve çevresindeki zengin kimyasal çorbayı doğrudan “emerek” varlığını sürdürmektedir.

Ne var ki bir süre sonra kimi tek hücrelilerin zarlarındaki protein molekülleri farklı bir işlev kazanır. Bu proteinler, yani reseptörler, belirli bir geometrik şekle ve kimyasal yük dağılımına sahip molekülleri bağlamaya başlar. Farklı türdeki her reseptör, bir “kilit-anahtar” mekanizması gibi yalnızca özel bir molekül türüne bağlanabilmektedir.

Ama asıl çarpıcı olan, bağlanma sonrasında olanlardır. Sudaki şeker veya amino asit moleküllerinin hücre zarındaki uygun reseptörlere bağlanması, reseptörün şeklini değiştirir ve hücre içinde bir mesaj zinciri başlatır. Hücre içinde bir karar verici gibi davranan CheA proteini kendi yapısına fosfat ekler (otofosforilasyon) ve ardından bunu hücre kamçısının yönünü değiştiren CheY’ye aktarır. CheY'deki fosfat miktarı, bakterinin ne yapacağını belirleyen karar verici olarak işlev görür.

Eğer tek hücreli, besin yoğunluğunun arttığı bir yöne doğru gidiyorsa CheA baskılanır ve CheY’ye fosfor eklenmez. Bu durumda bakterinin kamçıları saat yönünün tersine döner ve bakteri düz bir hat boyunca besine doğru ilerler. Besin azalmaya başladığında ise CheY fosfor alır, kamçı dönüş yönü değişir ve bakteri yeni bir yön dener. Bu mekanizma sayesinde bakteri besinin bol olduğu bölgeye doğru ilerler ya da az olduğu bölgelerden uzaklaşır.

Ortamın çok asidik veya bazik olması hücre zarı için fiziksel bir yıkım demektir. Bu bakterilerin zarında, ortamdaki serbest hidrojen iyonlarına bağlanabilen reseptörler bulunur. Ortam asidikleştiğinde (pH düştüğünde), iyonlar kanalı açar. Bu, hücrenin içine ani bir sodyum girişi başlatır. Sodyum girişi, yine tamamen kimyasal tetiklemelerle, organizmaya "Tehlike!” sinyali verir; kamçı asidik bölgeden uzaklaşacak şekilde hareket etmeye başlar.

Tek hücreli bir canlı veya basit bir organizma için dış dünya iki ana sınıftan oluşur: "Besin (Buna doğru git)" ve "Tehlike (Bundan kaç)". Bu kararların arkasında yalnızca, uzmanlaşmış reseptörler ve bunların tetiklediği moleküler süreçler yatar. “Kimyasal Algılama” (kemoresepsiyon) olarak adlandırılan bu süreç, özünde son derece ilkel bir biyolojik “'karar verme” mekanizmasıdır. Ancak yaşamın bu evresinde çok önemli bir eşik aşılmıştır: Besini ya da tehlikeyi edilgen bir biçimde beklemek yerine çevresini “fark eden” bir organizmanın hayatta kalma şansı, eskisine göre çok daha yüksektir.

Bir o kadar da ilginç olan bu mekanizmanın, farklı süreçlere göre uyarlanarak günümüze kadar gelmesi. Öyle ki, tıpkı diğer canlılar gibi insan metabolizmasındaki süreçlerin çok büyük bir bölümü kimyasal algılama ile çalışır.

Girişte sorduğumuz soruların yanıtlarına gelecek olursak...

Akciğerlerdeki alveol adı verilen küçük hava keseciklerinden kan dolaşımına sızan havada bulunan oksijen, kandaki hemoglobin adı verilen özel taşıyıcı proteine “kilitlenir”; hemoglobin azota bağlanacak biçimde evrimleşmediği için bu gaz kanda çözünmez ve basınç farkıyla tekrar akciğerlere geçerek dışarı atılır. Oksijene bağlanmış hemoglobin molekülü, kalbin pompaladığı kanla kılcal damarlara kadar ulaşır ve oksijenini tüketmiş (iç basıncı düşük) hücrelere kargosunu “teslim eder”.

Benzer şekilde, bağırsaklarımızdaki, farklı türden glikoz, amino asit ya da yağ moleküllerine kilitlenmek üzere evrimleşmiş reseptörler sayesinde yararlanabiliyoruz aldığımız besinlerden.

Bağışıklık sistemimiz, vücudun içinde devriye gezen ve tamamen "kimyasal kimlik denetimi" üzerine kurulu moleküler bir ordudur. Bu sistemin gözcüleri olan makrofajlar, dendritik hücreler ve lenfositler, yüzeylerindeki binlerce reseptörle sürekli çevrelerini tarar. Karşılaştıkları her molekülün dost mu (bedenin kendi hücresi), düşman mı (bakteri, virüs) yoksa yok edilmesi gereken bir kalıntı mı (yaşlanmış hücre parçası) olduğunu anında analiz ederler. Bir bakteri vücuda sızdığında, yaydığı yabancı proteinleri (antijenleri) tanıyan reseptörler devreye girer. Aynı anda, enfekte olmuş hücrelerin salgıladığı "yardım çağrısı" sinyallerini (sitokinler) algılayan bağışıklık hücreleri hızla bölgeye yönelir. Bu olağanüstü kimyasal algı ağı, yaşamın en karmaşık denetim sistemlerinden biridir.

İlaçlara gelince, içtiğiniz kalp ilacı kanınıza karıştığında tüm vücudunuzu dolaşarak, karaciğerinize, beyninize ve böbreklerinize de gider; ancak yalnızca kalpte etkisini gösterir. Bunun nedeni ilaç molekülünün, kalp kaslarındaki hücrelerin yüzeyinde bulunan reseptörlere uyacak şekilde geliştirilmesidir. Özellikle beta blokerler gibi kalp ilaçları, vücudun diğer bölgelerinde aynı yoğunlukta veya yapıda bulunmayan belirli protein yapılarını hedef alacak biçimde tasarlandığından, ilaç molekülü kan yoluyla her organa ulaşsa bile yalnızca o özel yuvalara bir yapboz parçası gibi tam uyumla yerleşerek etkisini gösterir.

[Eğer hedeflenen reseptörler kalp dışında başka bir organda da bulunuyorsa, ilaç molekülleri doğal olarak oraya da bağlanır. Örneğin bazı kalp ilaçları akciğerlerdeki benzer reseptörlere de yapıştığı için hastalarda öksürük veya nefes darlığına neden olabilmektedir. İlaçların yol açtığı yan etkilerin temel kaynağı bu benzerliktir.]

Düşünmek, nörobilimsel pencereden bakıldığında soyut bir kavramdan çok, nöronlar arasındaki iletişimin bir sonucudur. Bu iletişim her ne kadar elektriksel bir kıvılcım gibi görünse de çoğunlukla kimyasal bir alışveriştir; nöronlar birbirleriyle sinaps adı verilen köprüleri kullanarak, serotonin, dopamin, glutamat ve GABA gibi moleküler haberciler aracılığıyla konuşur. Dolayısıyla "düşünce" dediğimiz olgu, milyarlarca kimyasal sinyalin durmaksızın birbiriyle etkileşime girdiği dinamik bir süreçten başka bir şey değildir. Eğer kimyasal algılama olmasaydı, nöronlar dilsiz kalır, bellek silinir, duygular sönümlenir ve bilincimiz varlık kazanamazdı. Buradan baktığımız zaman, matematik, felsefe, müzik ya da sanat gibi “bilinç” gerektirdiği düşünülen işlevlerin tümü, belirli uyaranlarla tetiklenen ve milyonlarca nöronun rol aldığı bir dizi kimyasal tepkimeye indirgenebiliyor. Evrenin en derin şiirlerini yazan o “ruh”, belki de kusursuz işleyen bir laboratuvardan ibaret.

Görünüşe göre, o kadar da “özel” değiliz…