Yaşamın Kaynağı ve EXPOSE Deneyleri- II

  1. Canlılığın Kökeni ve EXPOSE Deneyleri – I
  2. Yaşamın Kaynağı ve EXPOSE Deneyleri- II
Okuma Süresi: 10 dakika


EXPOSE biriminde yapılan deneyler yeryüzündeki laboratuvar olanaklarının yetersiz kaldığı bazı astrobiyoloji konularına açıklama getirilmesi amacıyla Uluslararası Uzay İstasyonunun dışına monte edilmiş çok kullanıcılı bir birimdir. Bu birimde yürütülen kimyasal ve biyolojik deneylerin ışığında, canlılığın nasıl oluşabileceğini anlamaya çalışmaktayız çünkü canlılığın Dünya’da tam olarak nasıl ortaya çıktığını bilmiyoruz. Dahası neyin canlı neyin cansız olduğuna karar verebileceğimiz evrensel kıstaslara/kanunlara da sahip değiliz. Ama -farklı tanımlarla birlikte- canlılık, Dünya’daki canlılık üzerinden, “Darwinist evrim mekanizmalarıyla varlığını devam ettirebilen kimyasal süper-yapı” olarak tanımlanabilir.

Şu anki canlılığı inceleyerek bir tanım yapmış olsak da Dünya’daki canlılığın kökeninin ne olduğundan kesin olarak emin değiliz çünkü aradan geçen uzun zaman günümüze çok az jeolojik kanıtın ulaşmasına neden olmuştur. Eldeki az olan jeolojik kanıtlar Dünya’daki canlılığın ~3,8 milyar yıl önce ortaya çıktığını işaret etse de olay örgüsünün tam olarak nasıl gerçekleştiğini anlatamıyor. Bunun neticesinde ise canlılık için birçok oluşum teorisi ortaya çıkmıştır.

Canlılığın kökenine dair savunulan bilimsel teorileri Şekil 1’de görüldüğü gibi iki temel sınıfa ayırabiliriz. Bunlar, canlılığın başka bir yerden Dünya’ya taşındığını öne süren teoriler (Dünya Dışı Kökenli Canlılık) ve canlılığın Dünya’da ortaya çıktığını öne süren teorilerdir (Dünya Kökenli Canlılık). Canlılığın kaynağına dair teorilerin Dünya dışı kökenli olanlarına genel olarak “Panspermia Teorisi” denir ve canlılığın, Dünya’ya yakın ya da uzak bir gökcisminden bir şekilde taşınmış ya da evrendeki başka bir canlı varlığın kasti olarak evrene canlılığı yaymış olduğunu savunur. Lakin, Panspermia Teori ’si, canlılığın Dünya’da ilk ortaya çıkışını açıklasa da canlılığın nasıl oluştuğunu açıklamaz. 

Canlılığın kaynağına dair teorilerin Dünya kökenli olanlarına genel olarak “Abiyogenez Teorisi” denir ve ilk canlı organizmanın Dünya’daki organik (karbon bazlı) veya inorganik (mineral bazlı) kimyasal bileşiklerin bir süper-yapı oluşturarak yani canlılığın cansız elementlerden/bileşiklerden köken alarak oluştuğunu savunur. 

Peki canlı dediğimiz kimyasal süper-yapıyı oluşturan bileşikler, Dünya’daki elementlerden veya basit bileşiklerden Dünya’nın kendi sistemlerinin sonucu mu oluştu; yoksa evrende kendiliğinden oluşan ve etrafa dağılmış olan elementlerin veya basit bileşiklerin Dünya’ya taşınması sonucu mu?

Biraz Kimya

Kimya, elementleri ve bunların oluşturduğu yapıları tanır, bu yapıların birbirleri arasındaki ilişkilerini inceler ve de yorumlar. Elementler tek cins atomdan oluşan saf bir maddeyken, bileşikler iki ya da daha fazla atom cinsinin bir araya gelerek oluşturduğu yeni ve saf bir maddedir. Elementler bileşiklerdeki davranışlarına göre üçe ayrılabilir. Bunlardan soy gazlar bileşik oluşturmazlar ve doğada tek atomlu hâlde bulunurlar. Bir diğeri olan metaller ise elektronlarını vererek genellikle ametallerle (iyonik bağlı) bileşik oluştururlar. Başka bir diğeri olan ametaller ise elektron alarak metallerle (iyonik bağlı), elektron ortaklaşmasıyla da kendiyle veya diğer ametallerle (kovalent bağlı) bileşik oluştururlar. Bu tepkimeler sonucunda oluşan bileşiklerin fiziksel ve kimyasal özellikleri kendini oluşturan elementlerden farklı olabilir. Genelde bileşiğin karakteristiği bağın çeşidine (iyonik, polar kovalent, nonpolar kovalent, peptit bağı, ester bağı vb.) veya bileşikte bulunan fonksiyonel bir grubun (-OH, -COOH, -NH3, vb.) varlığına bağlı olarak belirlenir/değişir.

Elementlerin ve bileşiklerin arasındaki bu gibi ilişkilere göre kimyayı, organik kimya ve inorganik (organik olmayan) kimya olarak iki temek sınıfa ayırabiliriz. Organik kimya dâhilindeki bileşiklerin temel yapısı karbon-karbon (C-C) veya karbon-hidrojen (C-H) bağlarından oluşur ve bu bileşikler çoğunlukla karbon, hidrojen, oksijen ve nitrojen (azot) elementlerini içeren kovalent bağlı bileşiklerdir. Başka bir deyişle, organik kimya Dünya’da gözlemlediğimiz canlılığın kimyasıdır. 

Nereden geldin, nereye gidiyorsun?

“Evrenimizdeki Elementlerin Kökeni” yazımızda bahsettiğimiz gibi, elementler yıldızların kalbindeki füzyon tepkisiyle oluşur ve yıldız bir süpernova patlaması sonucu öldüğünde etrafa saçılır. Yapılan uzay araştırmaları/gözlemleri sonucu, prebiyotik bileşiklerin ve bu bileşiklerin öncü atom veya bileşiklerinin -örneğin hidrojen (H), amonyak (NH3), su (H2O), formaldehite (CH2O), hidrojen siyanür (HCN), siyanür etilen (HC3N), karbon monoksit (CO), hidrojen sülfit (H2S), aromatik hidrokarbonlar (PAHs), ikili-peptitler, basit karbonhidratlar vb. gibi- evrende kendiliğinden oluşabildiğini ve -farklı miktarlarda olsa da- evrene yayılmış durumda olduğunu biliyoruz. Ek olarak, “Güneş Sistemi” yazı dizimizde bahsettiğimiz gibi, Dünya’mızın bir süpernova kalıntısı olan gaz ve toz dolu bir bulutsunun (Bulutsu Teorisi), kütle merkezindeki çekim sonucu merkezinde bir yıldızın (Güneş); yıldızın da zaman içerisinde yıldıza yaklaşan ve düzenli dönmeye başlayan bulutsudaki materyallerin soğuma ve yığılma sonucu (Yoğunlaşma Teorisi / Condensation Theory) gezegenleri oluşturmasıyla meydana geldiğini düşünüyoruz. Bulutsu içindeki materyaller çarpışmalar sonucu bazen dağılarak bazen de birleşerek, aynı bir çığ düşerken çığın giderek büyümesi gibi, gezegencikleri oluşturur ve bu gezegencikler de zamanla gezegenleri oluşturur. Bu oluşum sırasında bulutsudaki elementler, bileşikler ve organik bileşikler Dünya’nın yapısına katılmış ve sonrasında Dünya’nın sistemlerince değiştirilmiş ve neticesinde yaşamın temel taşlarını barındıran prebiyotik çorbayı oluşturmuş olabilir. Ama canlılık için uygun şartları ~4,5 milyar yıl önce oluşmaya başlayan Dünya’mızın, Ay’ımızın oluşmasıyla sonuçlanan Mars büyüklüğündeki kuzeni “Thea” ile çarpışmasından sonra ve akabinde “Geç Dönem Ağır Meteor Bombardımanı” sürecini atlatıp soğumaya başlamasıyla -yani yaklaşık 4 milyar yıl önce- oluştu. Elimizdeki jeolojik kayıtların ilk canlılığın ~3,8 milyar yıl önce ortaya çıktını işaret etmesi canlılığın ~0.2 milyar yıllık bir süreçte oluşmasını gerektirir. Canlılık evrende hâlâ rastlayamadığımız bir durumken Dünya’da bu kadar kısa bir sürede ortaya çıkması canlılığın ya da canlılığı oluşturan temel prebiyotik bileşiklerin Dünya’ya taşınmış olabileceğini düşündürür.

Yaşamın Kaynağının Ne Olduğuna Yönelik EXPOSE’da Yürütülen Deneyler

EXPOSE biriminde yapılan deneylerle canlılığın Dünya’da mı yoksa Dünya dışından mı olduğuna yönelik bilimsel teorileri temellendirmeye, daha doğrusu yaşamın kaynağını ve canlılığın bu kaynak içerisinden nasıl filizlendiğini anlamaya çalışıyoruz. 2008 ile 2015 arasında tamamlanan EXPOSE-E, EXPOSE-R ve EXPOSE-R2 görevlerindeki kimyasal deneyler, hayatın başlangıcında yıldızlararası ortam, kuyrukluyıldız ve gezegen kimyasının rolünü daha iyi anlamak için tasarlanmıştı. Çünkü kuyrukluyıldızlar ve göktaşları organik bileşik yönünden zengin olabilirler ve Dünya tarihinin erken zamanlarında Dünya’ya düşen bu gibi cisimler canlılığın köken aldığı prebiyotik moleküllerin kaynağı olabilir. Bu noktadan hareketle, organik bileşiklerin uzay ortamında nasıl davrandığını görmek için saf hâldeki organik bileşiklerin meteorit tozuyla karıştırılmış ve karıştırılmamış versiyonları 18 ay boyunca uzay ortamına (UV ve kozmik radyasyona) maruz bırakıldı. Yapılan analizler sunucunda, uzayın tahribatının, maruz bırakılan bileşiğe ve UV radyasyonunun dalga boyuna göre değiştiği tespit edildi. Dahası, ikili-peptitlerin ve aspartik asit bileşiğinin (temel 20 amino asitten biri) uzay ortamından çok etkilendiğini; hidrokarbon zincirleri, aminobutirik asit, alanin, valine ve glisin (temel 20 amino asitten üçü) bileşiklerinin ise uzay ortamına daha dayanıklı olduğu anlaşıldı. Hidrokarbon zincirlerinden ise kompakt yapıya sahip çoklu-halkalı aromatik hidrokarbonların (PAHs) kompakt yapıda olmayanlara göre, kompakt yapıda olmayanların ise yapısında farklı atom içerenlere göre uzay ortamına daha dayanıklı olduğu gözlemlendi. Ek olarak Güneş ışınları ve vakum ortamının metanın (CH4) parçalanmasına neden olduğu, sadece Güneş ışınlarının RNA (ribo nükleik asit) zincirinin ve RNA bazlarının parçalanması için yeterli olduğu gözlemlendi. Aynı zamanda, meteorit tozunun test edilen organik bileşiklere fazladan koruma sağladığı da gözlemlendi. Tüm bu sonuçlar erken zamanlarda Dünya’ya düşen ve organik bileşik içeren meteorların yaşamın prebiyotik kaynağı olabileceğini veya canlılığın Dünya’ya dışarından taşınmış olabileceğini destekler niteliktedir.

Not: Bir sonraki yazımızda yaşamın kaynağı olan prebiyotik çorbanın erken zaman Dünya koşullarında nasıl oluştuğunu ve canlılığın kimyasal süper-yapısının bu organik bileşik çorbasından nasıl oluştuğunu ve diğer EXPOSE deneylerinden bahsedeceğiz. (Hayatın Başlangıcı ve EXPOSE Deneyleri- III)

Hazırlayan: Mehmet Toprak Cılızlar

İTÜ Astronomi Kulübü Üyesi

Kaynaklar

https://astrobiology.nasa.gov/research/life-detection/about/#:~:text=The%20NASA%20definition%20of%20life,life%20we%20know%20%E2%80%94Terran%20life.

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.

McMurry, J. E. (2010). Fundamentals of organic chemistry. Cengage Learning.

Chela-Flores, J. (2011). The science of astrobiology: a personal view on learning to read the book of life (Vol. 20). Springer Science & Business Media.

Chaisson, E., McMillan, S. (2008), Astronomy Today, San Francisco CA: Pearson Addison-Wesley.

Bertrand, M., Chabin, A., Brack, A., Cottin, H., Chaput, D., & Westall, F. (2012). The PROCESS experiment: exposure of amino acids in the EXPOSE-E experiment on the International Space Station and in laboratory simulations. Astrobiology, 12(5), 426-435.

Bertrand, M., Chabin, A., Colas, C., Cadène, M., Chaput, D., Brack, A., … & Westall, F. (2015). The AMINO experiment: exposure of amino acids in the EXPOSE-R experiment on the International Space Station and in laboratory. International Journal of Astrobiology, 14(1), 89-97.

Bryson, K. L., Salama, F., Elsaesser, A., Peeters, Z., Ricco, A. J., Foing, B. H., … & Martins, Z. (2015). First results of the ORGANIC experiment on EXPOSE-R on the ISS. International Journal of Astrobiology, 14(1), 55.

Yorumlar kapatıldı.

WordPress gururla sunar | Theme: Baskerville 2 by Anders Noren.

Yukarı ↑