Su Yaşam İçin Yıpratıcı Olabilir, Peki Diğer Çözücüler?

45
Gabon’un Oklo bölgesindeki bir “fosil” doğal nükleer reaktör alanı. Burada bulunan büyük uranyum yatağı, yaklaşık 2 milyar yıl önce, yüzbinlerce yıl boyunca nükleer fisyona maruz kaldı. Sarı kaya uranyum oksit.
Fotoğraf: Robert D. Loss

Dünya üzerindeki yaşam bir paradoksla başlamış gibi görünüyor: yaşam bir çözücü olarak suya ihtiyaç duyarken ilk yaşamı oluşturan moleküller için gerekli olan temel kimyasallar suda dağılıyorlar. Görünen o ki evrensel çözücümüz aynı zamanda aşırı derecede aşındırıcı olabilir.

Kimileri bu paradoksun yaşamın, ya da öncüsünün, başka bir yerde başladığı ve buraya kuyruklu yıldızlarla ya da meteoritlerle taşındığının bir işareti olduğunu belirtmişti. Diğerleri ise bu bağ parçalayan aşındırıcılık olmadan suyun gerekli niteliklerine sahip olabilecek başka çözücüler aradılar.

Geçtiğimiz yıllarda uygun alternatif olarak çok defa öne çıkan çözücü hidrojen, karbon, azot ve oksijen içeren berrak ve bir miktar rahatsız edici bir sıvı, formamiddi. Suyun aksine yaşamın anahtar başlangıç el kitabını, RNA’yı oluşturan nükleik asitleri ve proteinleri oluşturmak için gerekli uzun zincirli molekülleri parçalamıyor. Aynı zamanda diğer faydalı reaksiyonlarla nükleik asitleri oluşturmak için gereken bileşenlere dönüşüyor.

Formamid uzaydaki yıldız oluşum bölgelerinde yaygın olsa da bilim insanları bunun Dünya’nın erken zamanlarında mevcut ve hatta lokal olarak yoğun olmasının yollarını bulmak için çok uğraştılar. Gerçekte bugün bir sentetik kimyasal olarak kullanılmasının dışında Dünya’da neredeyse hiç bulunmuyor.

Harvard Üniversitesi’nden bir yer bilimci olan Zachary Adam ve Tokyo Teknoloji Enstitüsü’ndeki Dünya-Yaşam Bilim Enstitüsü’nde (ELSI) bir kompleks sistemler bilim insanı olan Masashi Aono tarafından sunulan yeni bir çalışma, formamidi şaşırtıcı ve tekrarlanabilir bir yolla, radyoaktif parçacık bombardımanıyla üretti.

İkili ve meslektaşları suyu ve Dünya’nın erken dönemlerinde var olduğu bilinen iki kimyasalın (hidrojen siyanür ve sulu asetonitril) bir karışımını, kanser tedavisinde yaygın kullanılan yapay bir radyoaktif izotop olan kobalt-60 silindirinden yayınlanan yüksek enerji parçacıklarına maruz bıraktılar. Bildirdikleri sonuç, önemli miktarda formamidin, araştırmacıların teorik modeller kullanarak ve laboratuvar ortamlarındaki önceki denemelerinden çok daha hızlı üretilmesiydi.

Erken Dünya’da, formamidin oluşumuna yol açan kimyasal reaksiyonları üretmek için doğru yerlerde, yeterli radyoaktif madde olup olmadığı belirsizliğini koruyor. Koşullar doğru olsa bile bilim insanları formamidin yaşamın başlangıcında önemli bir rol oynadığından henüz emin olamıyorlar.

Yine de yeni araştırma alternatif çözücülerin olası rolünün kanıtlarını ileri taşıyor ve yaşamın temeline dair farklı bir resim sunuyor. Dahası; diğer ötegezegenlerde de, su dışındaki çözücülerin, radyoaktif kaynaklar tarafından sağlanan enerjiyle basit bileşiklerin çok daha kompleks yapı bloklarına dönüşmesi için gerekli şartları sağladığı süreçler işliyor olduğu düşünülebilir.

Adam “su temelli yaşam öncesinde, bildiğimiz anlamda yaşama yaklaşan, ama ondan farklı ve başka kimyasal kurallar izleyen, tamamen özgün etkileşen molekül ağlarının olduğunu düşününün” diyor.

Çalışmaları Uluslararası Yaşamın Temeli Araştırması Cemiyeti ve Astrobiyoloji Bilim Konferansı’nın yakın zamanda gerçekleştirilen toplantılarında sunuldu.

Masashi Aono, solda, Tokyo Teknoloji Enstitüsü’nde, ekibinin kimyasalları radyasyona maruz bırakarak formamid ürettiği radyasyon odasında.
Fotoğraf: Nerissa Escanlar

Hepsini bir araya getirmek

Adam ve Aono’nun ekibi su paradoksuna bir çözüm olarak formamid teorisini ilk ileri sürenler denemez ve aynı zamanda yaşamın temelinde, yüksek enerjili radyoaktif parçacıklara ilk kez bir rol biçenler de değiller.

Tuscia Üniversitesi’nden Rafaelle Saladino’nun başında olduğu bir İtalyan ekibi yakın zamanda, formamidi yaşam için gerekli elementleri sağlayacak ve “su paradoksundan” uzak olacak bir kimyasal olarak önerdi. Marie Curie’nin radyoaktivite olgusunu açıklamasından bu yana, bilim insanları parçacık atan atom çekirdeklerinin ışımasının, Dünya’da yaşamı başlatmada oynamış olabilecekleri, büyük ya da küçük, roller için sayısız yıl öne sürdüler.

Adam ve Aono’nun da yaptığı gibi, formamid ve radyoaktiviteyi yan yana koymak, muhtemelen ileri doğru atılan önemli ama yine de daha derinlikli araştırılması gereken bir adım.

Hala ELSI’nin üyesi olsa da Tokyo merkezli Keio Üniversitesi’ne geçen Aono, “eğer elimizde çözücü olarak formamid varsa, bu öncü moleküller istikrarlı, oldukça ilginç ürünleri saklayabilecek bir tür beşikteymiş gibi tutulabilir” diyor.

Kobalt-60’la yürütülen deney, formamid üretimini yoğunlaştırmak için bir yöntem arayışı olarak başlamadı. Bilakis, Adam gama-ışınlarının çeşitli moleküller ve çözücüler üzerindeki etkilerini daha genel olarak incelerken Aono da yaşamın kökeninde bir rol için radyoaktif kaynakları araştırıyordu.

İkili kısmen şans eseri ELSI’de, Japon hükümeti tarafından kurulan bir yaşamın kökenleri araştırma merkezinde bir araya geldi. ELSI, dünyanın her tarafından ve pek çok farklı disiplinden bilim insanının, yaşamın kökeni araştırmasındaki sorunlardan bazılarını çözmeye çalışacağı bir yer olarak tasarlandı. Daha önce Birleşik Devletler’de laboratuvar testleri yürütecek alanlar bulamayan Adam ELSI’de Aono’dan, az kullanılan (ve ücretsiz) bir kobalt-60 laboratuvarının varlığını öğrendi; hemen ardından işbirliği yapmaya başladılar.

Erken Dünya’nın yüksek enerjili kozmik parçacıklar ve gama-ışınları tarafından bombardımana tutulduğu iyi biliniyor. Aynı şekilde, çok sayıda elementin de (alüminyum-26, demir-60, iyot-129), dakikalardan bin yıllara kadar süreler boyunca radyasyon yayınlayan radyoaktif izotoplar olarak bulunduğu ve bu izotopların erken Dünya’da şimdiye kıyasla daha yaygın olduğu da. Gerçekte, yukarıda adı geçen üçlü artık doğal formlarında Dünya’da hiç, ya da neredeyse hiç bulunmuyor.

Daha az bilinense suyun varlığında yüksek bir uranyum yoğunluğunun, kendi kendine devam eden nükleer fisyona yol açtığı alanlar olarak “doğal nükleer reaktörlerin” varlığı. Yalnızca bir adet böyle yer tespit edildi: Gabon’da, tükenmiş radyoaktif maddelerin 16 ayrı alanda belirlendiği Oklo bölgesi. Bilim insanları nihayetinde, yaygın doğal nükleer reaksiyonların bu bölgede, yaklaşık 2 milyar yıl önce meydana geldiği sonucuna ulaştılar.

Bu zaman aralığı bölgenin, Dünya’da yaşam başladıktan çok sonra bile aktif olduğu anlamına geliyor ama aynı zamanda, uzun zaman önce, başka bir yerde var olmuş bir şeyin de kanıtı olabilir.

Harvard Üniversitesi’nde bir yer bilimci olan Zachary Adam kobalt-60 deneyini yönetti.
Fotoğraf: Nerissa Escanlar

Yakın mesafede reaksiyonlar

Adam ve Aono’ya göre formamid üreten radyoaktif parçacıkların nereden geldiği belirsizliğini koruyor. Ama böylesi reaksiyonların gerçekleşmiş ve RNA’nın tüm temel öncüllerinin birbirlerine yakın şekilde hazır bulunduğu bir ortam üretilmesine yardımcı olmuş olmasının fazlasıyla mümkün olduğundan eminler.

Formamidin Dünya’da nasıl ortaya çıktığına dair mevcut bilimsel düşünce, asteroid çarpışmaları yoluyla sınırlı şekilde taşınması ya da kimyasalın çöl benzeri koşullarda, buharlaşmış su-formamid karışımları olarak birikmesi üzerinde yoğunlaşıyor. Adam, ortak bilimsel kanının, erken Dünya’da düşük miktarlarda formamide işaret ettiğini kabul ediyor.

“Aksini ileri sürmeye değil ama bunun önemli olmayabileceğini söylemeye çalışıyoruz.”

Adam’a göre Dünya üzerinde, uzun bir zaman içerisinde radyoliz yoluyla önemli miktarlarda formamid üreten benzersiz bir yere (veya yerlere) sahipseniz, o zaman yaşam için gerekli öncü bileşiklerin üretimini destekleyebilecek eşsiz bir kimyanın başlangıcı için de bir fırsat bulunuyor.

Ve ekliyor: “Böylece, tartışma bu benzersiz yerin var olmuş olma ihtimalinin ne olduğuna kayıyor. Yalnızca, gezegenin tamamında, bu koşullara uyacak tek bir özel konuma ihtiyacımız var.”

Bunun ardından harekete geçen sistem, yaşamın kimyasal yapı taşlarını bir araya getirebilme yeteneğine sahip olacaktır.

Adam “bu, gelecek yıllarda incelemek istediğimiz ihtimal” diyor.

Yine ELSI’de bir organik kimyacı ve kobalt-60 makalesinin yazarlarından olan James Cleaves, çok daha basit bileşiklerden formamid üretilmesi ilerlemeyi temsil ederken yaşamın kökeniyle ilgili çalışmada bir “sihirli değnek” bulunmadığını söylüyor. “Buna benzer bulguları topluyoruz ve hangi tarafa yönlendirdiğine bakıyoruz.”