EXPOSE, Uluslararası Uzay İstasyonu’nun dışına monte edilmiş ve astrobiyolojiye adanmış çok kullanıcılı bir birimdir. Avrupa Uzay Ajansı (ESA) tarafından uzun süreli uzay uçuşları için geliştirilmiştir. Kimyasal ve biyolojik örneklerin uzay ortamına maruz kalmasına olanak vermek ve bu süreç içerisinde sürekli olarak örnek verilerini toplamak için tasarlanmıştır. EXPOSE biriminde yapılan deneylerle, yeryüzündeki laboratuvar olanaklarının yetersiz kaldığı bazı astrobiyoloji konularına açıklama getirilmesi amaçlanmıştır.
Birimde yürütülen kimyasal deneyler, hayatın başlangıcında yıldızlararası, kuyruklu yıldız ve gezegen kimyasının rolünü daha iyi anlamak için tasarlanmıştır. Çünkü kuyruklu yıldızlar ve göktaşları, Dünya tarihinin erken zamanlarındaki prebiyotik moleküllerin kaynakları olabilir.
Şekil 1: Yıldızlar Arası Ortam
Birimde yürütülen biyolojik deneylerle birlikte elde edilen tüm veriler, Dünya’daki yaşamın kökeni ve evriminin yanı sıra, canlılığın uzaydaki başka bir gökcisminde oluşma ve oradan yayılma olasılığının anlaşılmasına da katkı sağlamıştır. Çünkü canlılığın Dünya’da tam olarak nasıl ortaya çıktığını bilmiyoruz ve laboratuvar ortamında canlılığın oluşumunu tekrarlayıp gözlemleyemiyoruz. Bu nedenle, Dünya’daki canlılığın kökeni konusunda fikir birliğine varılmış bir teori dahi yok.
Hangi Canlılık?
Canlılığın kökenine ait temel gerçeklerin kaydının mevcut olmaması, canlılığın kökeninin ne olduğu sorusunu biyolojideki mevcut çetrefilli konulardan biri hâline getiriyor. Nitekim, Dünya’daki canlılığın kökeni gösterir olayların jeolojik kanıtları zaman içerisinde yok olmuş ve bu da canlılığın kökene dair hipotezlerin çeşitliliğine neden olmuştur. Dünya’daki canlılığın ortaya çıkmasına ilişkin mevcut bilimsel teorilerin kategorizasyonu Şekil 2’de gösterilmiştir ve iki temel sınıftan oluşmaktadır. Bunlardan biri canlılığın Dünya’da ortaya çıktığını öne süren teorilerdir (Şekil 2’de Dünya Kökenli Canlılık) ve diğer sınıf ise canlılığın başka bir yerden Dünya’ya taşındığını öne süren teorilerdir (Şekil 2’de Dünya Dışı Kökenli Canlılık).
Şekil 2: Hipotezlerin Şematik Gösterimi
Canlılığın kaynağına dair teorilerinin Dünya kökenli olanları, ilk organizmanın yapısının ne olduğuna göre ikiye ayrılır: organik (karbon bazlı) veya inorganik (mineral bazlı). İnorganik temele dayanan teoriler, yaşamın ilk bileşeninin mineraller olduğunu ve bu minerallerin kil organizmaları tarafından metabolize edildiğini öne sürer. Daha sonra bu organizmalar yerlerini doğal seleksiyon yoluyla bugün gördüğümüz biyokimyasal bileşenlerden oluşan organizmalara bırakmıştır. Organik temele dayanan teoriler, ilk yaşam formlarının bugünkü yaşam formlarında bulunan aynı temel yapı taşlarından, organik materyalden, oluştuğunu öne sürer. Canlılık organik temelli olarak ortaya çıktıysa ilk organizmaların evrimleşebileceği canlılığın yapı taşlarını içeren bir kaynağın olması gerekir. Bazı teoriler, bu organik maddelerin tamamının veya bir kısmının Dünya’nın kendisinde üretildiğini savunurken bazı teoriler ise organik bileşiklerin, kuyruklu yıldızlar veya asteroitlerle uzaydan -dışsal olarak- taşınmış olmasını savunur. Organik temelli teoriler ise birincil enerji kaynağı türündeki farklılıklarına göre üçe ayrılırlar: fotosentetik, kemosentetik veya heterotrofik. Kemotroflar ve fototroflar organik bileşik olmayan enerji kaynaklarını, sırasıyla kimyasal enerjiyi ve Güneş ışığı enerjisini kullanırken, heterotroflar enerjilerini organik bileşikleri tüketerek elde ederler.
Panspermia
Canlılığın kaynağına dair teorilerin Dünya dışı kökenli olanlarına genel olarak “Panspermia Hipotezi” denir. Panspermia kavramı ilk olarak Arrhenius (1908) tarafından önerilmiştir. Bunu öneriyi Güneş ışığının basıncıyla hareket eden ve başka bir gezegen sisteminden gelen sporların Dünya’ya canlılığı getirmiş olabileceğine dayandırmıştır.
Canlılığın uzayda nasıl taşınmış olabileceğine göre Panspermia Hipotezi ikiye ayrılabilir: Doğal (Random) ve Yönlendirilmiş (Directed) Panspermia.
Doğal (Random) Panspermia
Doğal Panspermia, yaşamın uzayda var olduğunu ve canlılığın göktaşları, asteroitler veya kuyruklu yıldızlar aracılığıyla gezegenlere taşındığını savunur. Canlılığın taşınmasının yıldız sisteminin oluşumunun hangi evresine denk gelmiş olacağına göre birçok farklı doğal Panspermia mekanizması gerçekleşebilir. Örnek olarak, canlılık tüm yıldız sistemini etkileyecek şekilde ya da sadece yıldız sistemindeki gezegenler arasında hareketle taşınmış olabilir.
Yıldız Sistemi Geneli (All Solar System) Panspermia
Güneş Sistemi’ndeki tüm gezegenlere aynı şekilde canlılığın taşınabileceği, olası panspermia yolları vardır. Örneğin, 2004 yılında bir grup araştırmacı tarafından, canlılığın yıldızlararası tozla taşınabileceğini öngörülmüştür. Eğer böyle bir toz parçası, gezegen oluşumundan önce yıldızı oluşturan bulutsuya dâhil olursa, yıldız sistemindeki her nesneye canlılık bulaşmış olurdu. Bu duruma Güneş Sistemi’nin genelinde canlılık var olabilirdi.
Güneş Sistemi İçi (Inner Solar System) Panspermia
Alternatif olarak, canlılığın taşınımı yıldızlararası uzaydaki yolculuktan kaynaklı uzun süre hayatta kalma gerekliliği olmadan kendi Güneş Sistemi içerisinde gerçekleşmiş olabilir. Güneş Sistemi’mizdeki başka bir gezegendeki canlılık, bir çarpışma sonucu uzaya fırlamış materyallerle Dünya’ya taşınmış olabilir. Ama bu yaklaşım, diğer tüm gezegenlerin şu anda yaşama elverişsiz olduğu gözlemlenmesine rağmen, herhangi bir nedenle canlılığın Güneş Sistemi’mizdeki başka bir gezegende daha kolay ortaya çıkmasıyla gerçekleşebilir.
SNC göktaşlarıyla yapılan çalışmalar ışığında çarpmalar sonucu Mars’tan Dünya’ya malzeme taşınabileceğini kanıtlamıştır. Bir kayanın Mars’tan Dünya’ya taşınma süresi oldukça kısa olabilir (30.000 yıl veya daha az), bu da göktaşı içindeki bir mikroorganizmanın kozmik radyasyonuna karşı hayatta kalma şansının yüksek olması anlamına gelir. Dış Güneş Sistemi’nden taşınma süreleri tahminen çok daha uzundur ve milyonlarca yıl sürebilir.
Yönlendirilmiş (Directed) Panspermia
Doğal Panspermia görüşüne ek olarak canlılığın başka bir gezegendeki zeki varlıkların kasıtlı eylemleri sonucu uzaya yayılmış olabileceği savunan Yönlendirilmiş Panspermia görüşü de vardır.
Panspermia Hipotezlerine Yönelik EXPOSE’da Yürütülen Deneyler
2008 ile 2015 arasında tamamlanan üç EXPOSE deneyi vardır: EXPOSE-E, EXPOSE-R ve EXPOSE-R2.
EXPOSE-E: Katı moleküllerin, gaz karışımlarının veya biyolojik örneklerin Güneş’in ultraviyole (UV) radyasyonuna, kozmik ışınlara, dış uzayın vakum ve ISS’in Dünya etrafındaki hareketi sırasında karanlık ve aydınlık alanlarda ilerlemesinden kaynaklı sıcaklık dalgalanmalarına maruz bırakıldığı farklı deneyler yürütülmüştü. Test örnekleri üç farklı yerleşim yerinde (tepsi1,2,3) belirli uzay koşullarına örneğin uzay vakumuna, Güneş elektromanyetik radyasyonuna (>110 nm) ve kozmik radyasyona (tepsi 1 ve 3) maruz bırakılmış ya da Mars yüzeyi koşulları (tepsi 2) taklit edilmişti.
Expose-R (‘R’, Rus modülü Zvezda’ya monte edildiği için): Sekiz deney düzeneği ve 3 radyasyon ölçerden oluşan üç tepsi ile donatılmıştı. Her tepsiye, yaklaşık bir buçuk yıl boyunca zorlu uzay ortamına maruz bırakılacak bitki tohumları, bakteri sporları, mantarlar ve eğrelti otları dâhil olmak üzere çeşitli biyolojik organizmalar yüklenmişti.
EXPOSE-R2 adlı üçüncü bir görevde ise bakteri, mantar ve eklembacaklılara ait 46 farklı türünden oluşan 758 farklı örneğin farklı koşullara, farklı filtreler altında ve çeşitli zaman aralıklarında maruz bırakılması hedeflenmişti. BIOMEX deneyi (Biology and Mars Experiment) bu kapsamda yönetilen deneylerden biri ve bu deneyde biyolojik pigmentler, hücresel bileşenler ve biyofilmler gibi biyomoleküllerin uzay ve Mars benzeri koşullara ne kadar dirençli olduğunu gözlemlemek, Dünya’daki uç koşullarda yaşayan canlıların uzay koşullarında ne ölçüde hayatta kalacaklarını analiz etmek ve uzay ya da Mars koşullarında biyolojik örnekler ve seçilen mineraller arasında nasıl bir etkileşim olacağını gözlemlemek amaçlanmıştı.
Yapılan üç EXPOSE görevinden elde edilen veriler ışığında; Dünya’daki uç koşullarda yaşayan canlıların hepsi olmasa da bir kısmının dış uzağın sert karakteristiğine örneğin yüksek vakuma, geniş sıcaklık dalgalanmalarına, elektromanyetik ve kozmik radyasyona kısmen dirençli olduğu gözlemlenmiştir. Ek olarak, SNC göktaşlarının çarpmalar sonucu Mars’tan Dünya’ya malzeme taşınabileceğini kanıtlamış ve bir kayanın Mars’tan Dünya’ya taşınma süresinin kısa olmasından dolayı göktaşı içindeki bir mikroorganizmanın kozmik radyasyona karşı hayatta kalarak canlılığı Güneş Sistemi’mizdeki başka bir gezegenden Dünya’ya taşımış olabileceğini yani Güneş Sistemi içi (Inner Solar System) Panspermia yoluyla canlılığın Dünya’ya taşınmış olabileceğini destekleyecek bulgulardır. Şunu göz ardı etmemek gerekir ki bu yaklaşım, diğer tüm gezegenlerin şu anda yaşama elverişsiz gözlemlenmesine rağmen herhangi bir nedenle canlılığın Güneş Sistemi’mizdeki başka bir gezegende daha kolay ortaya çıkmasıyla mümkündür.
Son olarak, Panspermia Hipotezi canlılığın nasıl başladığı sorusuna yanıt vermez. Sadece evrende canlılığın seyahat edebileceğini ve canlılık barındırmayan gezegenlerde yaşamın temellerini atabileceğini öne sürer.
Not: Bir sonraki yazımızda canlılığın kökenine dair diğer teorileri ve bu teorilere yönelik yürütülen diğer EXPOSE deneylerinden bahsedeceğiz. (Yaşamın Kaynağı ve EXPOSE Deneyleri – II)
Hazırlayan: Mehmet Toprak Cılızlar
İTÜ Astronomi Kulübü Üyesi
Kaynaklar
Rabbow, E., Horneck, G., Rettberg, P., Schott, J. U., Panitz, C., L’Afflitto, A., … & Reitz, G. (2009). EXPOSE, an astrobiological exposure facility on the international space station-from proposal to flight. Origins of Life and Evolution of Biospheres, 39(6), 581-598.
Mayr, E. (1982). The growth of biological thought: Diversity, evolution, and inheritance. Harvard University Press.
Arrhenius, S. (1908). Worlds in the making: the evolution of the universe. Harper.
Davis, W. L., & McKay, C. P. (1996). Origins of life: a comparison of theories and application to Mars. Origins of Life and Evolution of the Biosphere, 26(1), 61-73.
McKay, C. P., Porco, C. C., Altheide, T., Davis, W. L., & Kral, T. A. (2008). The possible origin and persistence of life on Enceladus and detection of biomarkers in the plume. Astrobiology, 8(5), 909-919.
Napier, W. M. (2004). A mechanism for interstellar panspermia. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 348(1), 46-51.
Treiman, A. H., Gleason, J. D., & Bogard, D. D. (2000). The SNC meteorites are from Mars. Planetary and Space Science, 48(12-14), 1213-1230.