Kimyasal tepkimelerin, serbest duran su (örneğin bir su birikintisi veya bir göl gibi) yerine küçük damlacıklarda daha etkili ve çok daha hızlı yürüdüğü bilim adamları tarafından dile getirilmektedir. Bu gelişme gezegenimizde hayatın nasıl oluştuğunu ortaya koyabilir, prebiyotik atmosfer kimyasının sır perdesini aralayabilir ve yeni molekülleri çok daha etkin bir şekilde sentez etmemize yardımcı olabilir.
Hayatın ortaya çıkmasına ilişkin kuramlardan biri, hayatın buharlaşan aerosol damlacıklarında başlaması üzerine kurulu. Bu damlacıklar buharlaştıkça, bunların taşımış olduğu küçük ve basit moleküller serbestçe büzülmektedir. Bu da, söz konusu reaktiflerin derişimini artırarak etkin prebiyotik sentez kimyasını etkin bir şekilde başlatmak için tam olarak gerek duyulan koşulları oluşturmuş olabilir. Bu küçük moleküller birbirleri ile tepkimeye girdikçe büyüyor ve nihayet hayat başlamış oluyor. Ancak bunun nasıl vuku bulduğu hâlâ gizemini koruyor.
“Biyolojik hücre boyutundaki boşluklar, sentez kimyası için uygun ortamlar olabilir”
Birleşik Krallık’taki Imperial College (Londra) kurumunda çalışan Sylvain Ladame liderliğindeki araştırma ekibi, buharlaşmanın gerekli olmayabileceğini ortaya koydu. Ekip, damlacığın yüzeyindeki tepkimelerin, prebiyotik bileşiklerin etkili sentezine imkân sağlayabileceğini düşünüyor. Ladame, şöyle diyor: “Mikro-damlacıkların küçük boyutu, tepkimenin gerçekleşmesi için mevcut yüzeyin düşmesi anlamına gelir ve hareket serbestliğinin sınırlanması söz konusu olur. Bu da küçüklerden giderek daha büyük moleküllerin ve nihayet hayatın oluşmasının küçük damlacıklar içinde tutulduğu zaman daha ileri bir hale geldiğinin sebebini açıklayabilir.
Bu olayı incelemek için, araştırmacılar fluoresan olmayan küçük molekül hedefine uygun olarak bir amin ve bir aldehit sentezledi. İki molekül arasındaki tepkime fluoresan bir imin (Schiff bazı da denir, ÇN) oluşturmaktadır. Ardından, bu tepkimenin farklı koşullar altındaki etkinliği ve kinetiğini inceleyen ekip önce reaktifleri serbest suya ilave etti, daha sonra hacimce 2,5 ile 160 pikolitrelik (pikolitre, litrenin trilyonda biri, nanolitrenin binde biridir, ÇN) küçük damlacıklara hapsetti.
Her sistem için, araştırmacılar tepkimenin gidişini çözeltideki fluoresansa bakarak izledi. Bulgular, serbest suya nazaran mikrodamlacıklarda tepkimenin 45 kat daha hızlı ilerlediğini ortaya koydu.
Sentetik yüzeyler
Bulgularını açıklamak için, ekip dört tersinir işlemi dikkate alan bir matematik model geliştirdi:
1) Damlacığın merkezinde ürünün oluşması,
2) Reaktiflerin soğurulması,
3) Damlacığın yüzeyinde ürünün oluşması ve
4) Yüzeyden ürünün ayrışması.
Bilim adamları büyük bir yüzey alanı ve küçük bir hacme sahip, belli bir boyutun altındaki damlacıkların yüzeyinde zayıf etkileşimlerin tepkimeyi sürdürmek için yeterli olduğunu düşünüyor. Bir ürün oluştuğu zaman, damlacığın içine nüfuz edip yayılabilir ve burada birikebilir. >
Ladame, şöyle diyor: “Bu mekanizma, hayatın başlangıcı için gerekli prebiyotik sentez kimyası sorununa bir çözüm bulabilir. Sonuçlarımıza göre biyolojik hücreler boyutundaki bölmeler sentez kimyası için uygun ortamları oluşturabilir ve bu damlacıklar veya yüksek yüzey alanı / hacim oranına sahip diğer sistemler, prebiyotik dünyadaki sentez kimyasında önemli bir rol almış olabilir”.
Ladame, şöyle devam ediyor: “Sonuçlar, prebiyotik dünyada büyük moleküllerin nasıl oluşabileceğinin anlaşılmasına yardımcı olabilir, başka türlü birbiriyle tepkimeye asla girememiş olan daha küçük yapıtaşlarının bir araya gelmiş olması hayatın başlamasını sağlamış olabilir”.
Daha sonraki aşamada, araştırmacılar küçük parçalardan daha büyük moleküllerin oluşumu gibi, mikro-damlacıklarda çok adımlı kimyasal tepkimelerin çalışılmasını planlıyor. Ayrıca okyanus yüzeyinde aerosol oluşumunu taklit etmek istiyorlar, çünkü damlacıklarda tutulmanın toplu etkisini ve tepkime verimliliği üzerinde buharlaşmayı incelemeyi düşünüyorlar.
Çalışmada görev almamış bir bilim insanı olarak, Tuomas Knowles (Cambridge Üniversitesi, Birleşik Krallık) şunları söylüyor: “Çalışma sentetik tepkimelerin verimini artırmak için yeni stratejileri sağlamak üzere ilham kaynağı olabilir”.
ABD’deki Colorado Boulder Üniversitesi’nde kimyager olarak çalışan Veronica Vaida, sonuçların önemli olduğunu, çünkü hayatın oluşumu ve çağdaş atmosferik aerosollerin gibi alanlarda önemli olan karmaşıklığın oluşturulması için tahmin edilemeyen sonuçlara sahip kimyasal süreçleri oluşturmak için yeni yollar düşünmemize olanak tanıdığını belirtiyor.
Kaynaklar
Çevirenin notu: Dr. Adrian Tuck’un tavsiyesi ile Accounts of Chemical Research, 2012, 45: 2106-2114. Makalenin DOI bağlantısına buradan ulaşabilirsiniz.