Birçok astronom ve jeokimyacının inandığı gibi, eğer ilkel dünya oksijence zayıf bir atmosfere sahipse ve ilkel denizler de tuzlar, CO2, H2S, HCN, H2CO ve N2 gibi maddeleri içeriyorsa, karmaşık organik moleküller nasıl şekillendi?
İlkel denizlerde bulunduğu düşünülen bu karışım, termodinamik olarak dengededir. Başka bileşikler oluşturmak üzere bu maddelerin birbirleri ile reaksiyona girme eğilimleri yoktur. Ancak, yaşamın ortaya çıkması için öyle görülmektedir ki en azından kritik yapı taşları, özellikle amino asit ve pürin ve primidin bazları gerekliydi.
Abiyotik İlkel Bir Dünyada Bu Bileşikler Nasıl Oluştular?
Karmaşık organik bileşiklerin, ilkin dünyada birikimi ile ilgili, iki temel hipotez vardır. Bu teorilerden 1990’da son şeklini alan biri, kuyruklu yıldızların da, asteroyit ve meteoritler kadar, milyarlarca yılönce güneş sisteminin oluşumu sırasında oluşan karmaşık organik moleküllerce zengin olduğunu vurgulamaktadır. İlkin dünyada, kalın bir atmosfer olduğu (cisimlerin dünya yüzeyine çarpmadan, atmosferden yavaş yavaş girişine izin vereceğinden dolayı böyle bir atmosfer daha uygundur) ve yörüngesi dünyanın yörüngesi ile kesişen çok fazla sayıda kuyruklu yıldız ve meteor tahmin edildiğinden, bazı astronomistler karmaşık organik molekülün girebileceğini ve bozulmadan kalabileceğini tahmin etmektedirler.
Zamanla hem atmosferin incelmesi, hem de kuyruklu yıldız ve meteor popülasyonlarının azalması kabul edildiğinden, dünya kaynaklı olmayan organik moleküllerin bir milyar yıldaki birikimi ihmal edilebilecek, hatta hiç denilebilecek düzeylerde azalmıştır.
Bu senaryo ile birikmiş olabilecek toplam kütle, 2×10^14 ile 20×10^14 kg arasındadır. Şu anda var olan canlıların toplam organik kütlesinin 6×10^14 kg’dan daha fazla olmadığı tahmin edilmektedir. Dolayısıyla, basit maddelerden sentezlemeye gereksinme olmaksızın, ilkin dünyada yaşamın evrimleşmesi için gerekli olan çok daha fazla miktarda karmaşık molekül kaynağına ulaşılmış olması olasıdır.
Canlı formların evrimleşmesi ile ilgili daha geleneksel görüş, dünya dışı bir kaynağın olmadığını varsayar. Bu hipoteze göre, karmaşık organik moleküller dünyada var olan küçük bileşiklerden oluşur. Eğer karmaşık organik bileşikler, küçük moleküller arasındaki tepkimelerle oluşturulmuşsa, bazı dış enerji kaynakları karışımı etkilemiş olmalıdırlar. Dünyanın ilkin evrelerinde, böylesi enerji kıtlığı söz konusu değildir. Enerji kaynaklarından biri, görülebilir ışık, morötesi ışınlar ve x ışınlarını içeren güneş radyasyonu olmuş olmalıdır. Bunlardan morötesi ışınlar büyük olasılıkla bunlardan en önemlisi olmuştur. İkinci önemli bir kaynak, büyük bir olasılıkla şimşek gibi elektrik deşarjlarının enerjisi olmuştur. Üçüncüsü, dünyanın çekirdeğinden ve güneşten gelen enerjidir. Bunların dışında, kozmik ışınlar, dünyanın başlangıcında atomların parçalanmasından oluşan radyoaktivite ve volkan patlamaları gibi enerji kaynakları vardır. Ancak organik moleküllerin sentezinde büyük bir olasılıkla bunların rolü küçüktür.
Morötesi ışınlar, elektrik deşarjları, ısı ya da bunların bir kombinasyonunun, karmaşık organik bileşikleri verecek tepkimelere yol açabilecek yetenekte olup olmadıklarını nasıl bileceğiz? Bu soruya, 1953’de Şikago Üniversitesinde Harold C. Urey’in danışmanlığında çalışan lisans öğrencisi Stanly L. Miller yanıt vermiştir. Miller, hava geçirmeyen bir cam balonda, içinde amonyak, metan, su ve hidrojenin dolaştığı bir karışımı, tungusten elektrotlarından çıkan elektrik deşarjlarının uygulandığı bir düzenek oluşturmuştur. Miller, gaz akışının sürekli olduğu bu düzeneği, bir hafta boyunca elektrik deşarjlarına tutmuş ve sonra bu düzenekte oluşan bileşikleri analiz etmiştir. Karışımda şaşırtıcı sayıda ve çeşitlilikte organik bileşik bulmuştur. Bunlar arasında biyolojik olarak önemli bazı amino asitler ve de üre, hidrojen siyanit, asetik asit ve laktik asit gibi bileşikler vardı. Gaz karışımının ve sentezlenen ürünlerin mikroorganizmalar tarafından kontamine edilme olasılığı ile ilgili kuşkuları ortadan kaldırmak için, Miller, elektrik deşarjı vermeksizin, gazı aynı yoldan sirküle etti ve hiç bir önemli organik bileşik yoktu. Hatta, ayrı bir deneyde, yine gaz karışımını içeren bir düzenek hazırladı ve bu gaz karışımını elektrik kıvılcımlarına tutmadan önce, 130 °C’de 18 saat sterilize etti. Oluşan karmaşık bileşikler, ilk deneydekinin aynısı idi ve çok sayıda farklı organik bileşik oluşmuştu. Açıkça, bu çeşitliliğin sentezine mikroorganizmalar neden olmamıştı. Herhangi bir canlı organizmanın yokluğunda ve de ilkin dünyanın koşullarına benzemesi nedeniyle olası olan bir sentezdir. Oparin’in hipotezine ilk defa kesin kanıtlar sağlayan Miller’in bu deneyi, yaşamın nasıl oluştuğu konusundaki bilimsel yaklaşımlarda gerçekten belirgin bir dönüm noktası oluşturmuştur.
1953’den sonraki yıllarda çok sayıda araştırmacı, volkanlardan çıkan maddeler niteliğinde ve ayrıca hidrojen siyanit gaz karışımlarını kullanmışlar. Çok yaygın bir kanıyla ilk atmosfer, bu ya da benzeri gazlar içeriyordu ve aynı sonuçları bulmuşlardır. Morötesi ışınlar, ısı ya da her ikisinin birden bulunması gibi, değişik enerji kaynaklarını kullanan bu araştırmacılar, yine çok sayıda ürün elde etmişlerdir; bu sonuçlar çok önemlidir; çünkü, büyük olasılıkla ilkin atmosferde UV (morötesi ışınlar) şimşeklerden daha bol bulunmaktaydı. Daha önemlisi, abiyotik koşullarda gerçekleştirilen tüm bu deneylerde, en kolay sentezlenen amino asitler bugünün proteinlerinde en bol bulunan amino asitlerdi ve aynı şekilde en önemli azotlu baz (adenin) abiyotik olarak en kolay üretilenlerden biriydi.
Az önce tartıştığımız, yaşam için gerekli organik bileşiklerin abiyotik sentezinin yapıldığı koşulların geniş çeşitliliği, ilkin dünyanın koşullarına kabaca benzer olsa ve dünya dışı hiç bir molekül sağlam kalmazsa bile, bu bileşiklerin kesin olarak oluşabileceği ve deniz sularında çözünmeye başlayacağı varsayımını daha inandırıcı hale getirmiştir.
İlkin dünyada organik bileşikler oluşsa bile, daha sonra canlıların kökenini oluşturmak üzere yeterli miktarda birikebilmesinden daha hızlı bir şekilde parçalanmış olamaz mı? Her şey bir yana, bu organik bileşiklerin çoğunun oldukça kolay bozulabildiği bilinmektedir.
Peki, neden bunlar bozulabilir? Nedenlerden biri, bunların oksijenle yavaş olarak tepkimeye girme ve oksitlenme eğiliminde olmalarıdır. Diğeri, bu moleküller çürükçül organizmalar, özellikle mikroorganizmalar, tarafından yıkılırlar. Prebiyotik atmosfer, hiç serbest oksijen içermediğinden ve herhangi bir organizma bulunmadığından dolayı, ne oksidasyonla ne de çürükçüllerle bu organik moleküller parçalanmaya uğramamışlardır ve böylece bu moleküller yüz milyon yıllar boyunca denizlerde birikebilmişlerdir. Böyle bir birikim, bugün mümkün değildir.
Kaynakça:
https://www.sciencedirect.com
Yazar: Taner Tunç