Temel Bulmacalar: Yaşamın Kozmik Kökenlerini Laboratuvarda Çözmek
Bilim insanları hidrotermal bacalar, meteoritler, Satürn’ün uydusundaki potansiyel egzotik yaşam ve laboratuvar tabanlı Darwinci evrim gibi senaryoları araştırarak yaşamın kimyasal kökenlerini ve kozmik ortamlardaki potansiyel gelişimini anlamaya çalışıyorlar. Araştırma, hidrotermal bacaların simülasyonunu, yaşamın yapı taşları için meteoritlerin incelenmesini ve Titan’ın alışılmadık yaşam formlarını destekleme potansiyelinin araştırılmasını içeriyor. Laboratuvar çalışmaları ile uzay araştırmalarını harmanlayan bu çabalar, astrobiyolojide umut verici bir geleceğe işaret ediyor.
Kimyasal bahçeler yetiştirmek. Meteoritlerde yaşamın yapı taşlarını aramak. Satürn’ün bir uydusunda egzotik yaşama giden yolu çizmek.
Gezegenler arası sondalar ve uzay teleskopları Dünya dışında yaşam arayışını yeni boyutlara taşıyor. Ancak Dünya’daki laboratuvar çalışmaları da bir o kadar vazgeçilmezdir. Deneyciler yaşamın kimyasal kökenlerini çözmeye ya da güneş sistemindeki diğer cisimlerden alınan örneklerde canlılarda ortak olan moleküllerin kanıtlarını yakalamaya çalışıyor.
Bir Test Tüpünde Darwinci Evrim
Hatta bazıları Darwinci evrimi bir test tüpünde başlatmıştır. Charles Darwin’in meşhur ettiği doğal seçilim süreci bu ünlü deneyde görüldü ve en azından teknik olarak NASA’nın yaşam tanımını karşıladığı görüldü: “Darwinci evrim geçirebilen, kendi kendini idame ettiren kimyasal bir sistem.”
NASA bilim insanları gezegenimizde yaşamın nasıl başladığını, başka gezegenlerde nasıl gelişebileceğini ve güneş sistemimizde ya da ötesindeki yıldızlarda yaşamı tespit etmek için teknolojiyi nasıl kullanabileceğimizi anlamaya yönelik küresel bir çabanın parçasıdır.
Kuş bakışı bir görüntü – belki de 3,7 milyar yıl önce kuşların henüz var olmadığı bir zamana ait olsa da Dünya’nın yüzeyini akan bir nehir ve ilk yaşam formlarından bazılarına ev sahipliği yapmış olabilecek ilkbahar göletleri ile gösteriyor. Kredi: NASA/JPL-Caltech/Lizbeth B. De La Torre
NASA’nın Güney Kaliforniya’daki Jet İtki Laboratuvarı’ndaki Kökenler ve Yaşanabilirlik Laboratuvarı’nın eş lideri Laurie Barge, “Yaşamın kökeni çalışmalarım, jeokimyasal bir ortamdan organik kimyanın başlangıcına nasıl ulaşılacağına odaklanıyor” dedi. “İlk yaşamın hangi parçalarının ne zaman geldiğini bilmiyoruz. Önce ne geldi? Ne daha sonra geldi? Hücre ortaya çıkmadan önce mi sonra mı?”
Barge kimyasal bahçeleriyle tanınıyor – ilkel okyanusların tabanlarındaki hidrotermal bacaların ortamını, kimyasını ve hatta elektrik yükünü simüle etmeye çalışan malzemelerle dolu şişeler. Tüm yaşamın kritik bir bileşeni olan metabolizmanın yaklaşık 4 milyar yıl önce bu tür bacalarda nasıl faaliyete geçmiş olabileceğini araştırmak için tasarlandılar.
Astrobiyolojik Teoriler ve Hidrotermal Bacalar
Hidrotermal bacalar, astrobiyologların nihai yaşama giden erken yollar olarak önerdikleri birkaç senaryodan sadece biridir ve metabolizma yaşamın kendisi bile değildir – sadece organik bileşikleri enerjiye dönüştürmenin bir yoludur, herhangi bir canlı için temel bir gerekliliktir. Süreç daha sonra fırsatçı, yeni başlayan yaşam formları tarafından ele geçirilmiş olabilir, ancak bunun nasıl gerçekleşmiş olabileceğini kimse bilmiyor.
Bu hidrotermal bacalar ya da “bacalar” Satürn’ün uydusu Enceladus’un deniz tabanında ya da küresel okyanusları buz kabuklarının altında saklayan diğer “okyanus dünyalarında” da mevcut olabilir.
“Bu bacalar Dünya’nın ilk zamanlarında da vardı, Enceladus’ta da: Bunlar ne tür ortamları, ne tür kimyayı yönlendiriyor?” Barge soruyor. “Ne tür bir enerji üretiyorlar?”
Nihai yaşamın unsurları ister bir deniz tabanında, ister kara yüzeyindeki bir gölette başlamış olsun, yukarıdan gelen malzemelerle aşılanmış olabilirler.
Zaman Yolcuları Olarak Kayalar
Dünya’nın ilk zamanlarına zamanda yolculuk yapamasak da, birçok asteroit milyarlarca yıldır değişmeden kalmıştır, bu da onları bebek güneş sisteminin zaman kapsüllerine benzetmektedir. Dahası, Dünya’ya düşen ve meteorit adı verilen uzay taşı parçaları da ilk gezegenlerin yapı taşları ve hatta belki de yaşam hakkında ipuçları içeriyor.
NASA’nın Greenbelt, Maryland’deki Goddard Uzay Uçuş Merkezi’nde astrobiyolojiden sorumlu kıdemli bilim adamı Jason Dworkin meteoritlerin bileşimini ve kimyasını araştırıyor.
Dworkin’in laboratuvarı ayrıca Japon uzay ajansı JAXA’nın Hayabusa2, NASA’nın Stardust ve Apollo gibi görevleriyle Dünya’ya dönen diğer güneş sistemi cisimlerinin örneklerini ve NASA’nın OSIRIS-REx’inden yakında teslim edilecek asteroit örneklerini de analiz ediyor.
Uzaydan gelen kayalardaki organik bileşikler, kendi başlarına biyoloji belirtileri olmasa da, Dünya’daki yaşamın kökeni için önemli olabilir – özellikle de Dünya’nın oluşumundan sonraki erken dönemde, büyük asteroitler yüzeye daha sık çarparken.
Dworkin, “Dünya’da gerçekleşmiş olabilecek kimyayı anlamaya çalışıyoruz” dedi. “Dünya dışı materyallerin Dünya’ya yağdığını bilmemize rağmen, yaşam için ne kadar önemli olduğunu bilmiyoruz. Bunun büyük mü yoksa küçük bir bileşen mi olduğunu ya da bunun gerçekleşmesine neden olan sihirli bir değnek mi olduğunu bilmiyoruz.”
Yine de Dworkin ve diğerlerinin araştırmaları potansiyel olarak önemli ipuçları vermiştir. 2009 yılında Dworkin’in laboratuvarı, NASA’nın Stardust uzay aracı tarafından gönderilen örnekleri analiz ettikten sonra, bir kuyruklu yıldızda yaşamın yapı taşı olan glisin adlı bir amino asidi tespit eden ilk laboratuvar oldu.
Hayabusa2 tarafından kayalık Ryugu asteroidinden 2020’de gönderilen daha yeni bir örnek, amino asitlerin, sülfür bileşiklerinin ve hatta Dünya yaşamında bulunan RNA’da önemli bir bilgi birimi olan urasil ve bir B3 vitamini formu olan niasinin kanıtlarını sağladı.
Ve şu anda Bennu asteroidinden bir materyal örneğini Dünya’ya geri taşıyan OSIRIS-REx, asteroidin yüzeyinde karbonat damarlarını ortaya çıkardı. Örnek, belki de Dünya’daki erken kimyaya benzer şekilde, bu tür cisimlerin kimyasına ışık tutabilir.
Asteroitlerin bileşimi bile Dünya’nın ve diğer gezegenlerin erken oluşumuna dair fikir verebilir.
İnsanları Ay’a geri götürecek olan Artemis görevleri, Artemis III tarafından örneklerin toplanmasını da içerecek; Mars’a planlanan bir başka “Örnek Dönüşü” görevi ise önbelleğe alınmış örnek tüplerini toplayacak ve bunları Dünya’ya geri getirecek.
Dworkin, “Bir nesneden alınan örneğe doğrudan bakabilmeyi ve onu sorgulayabilmeyi seviyorum” dedi. “Hayabusa2, OSIRIS-REx, Artemis III yaklaşıyor, Mars’tan örnek getirme yaklaşıyor, bakacak çok şey olacak. Farklı nesneler arasında karşılaştırmalı jeokimya, karşılaştırmalı astrobiyoloji yapacağız.”
Dünya’daki Titan
Güneş sistemi içinde ya da ötesinde, bir başka ilgi çekici – belki de daha az olası – olasılık bazen “bilmediğimiz yaşam” olarak adlandırılır: alışılmadık moleküler bileşenlere dayanan ya da su dışında bir çözücü kullanan yaşam formları. Satürn’ün uydusu Titan, sık sık bu tür egzotik formlar için potansiyel bir ortam olarak gösterilmektedir.
Titan’ın yüzeyi o kadar derin bir donma halindedir ki, su esasen kayadır. Yine de Ay’ın kalın bir atmosferi, gölleri, nehirleri ve yağışları vardır – Dünya dışında böyle bir sıvı döngüsüne sahip tek güneş sistemi cismi.
Göller ve nehirler metan ve etandan oluşur. Dünya’da suda olduğu gibi bu sıvılarda da bir tür yaşam gelişebilir mi?
Laboratuvar çalışmaları bazı şaşırtıcı ipuçları sağlamıştır. Titan’ın son derece düşük yüzey sıcaklıkları – eksi 290 Fahrenheit derece (eksi 179 Santigrat) – kimya için ısı enerjisinin elde edilmesini zorlaştırır. Cornell Üniversitesi’nde astronomi profesörü olan ve Titan’ın yüzeyinde kimyanın olası yollarını inceleyen Jonathan Lunine, kimyasal reaksiyonlar için çözücü olarak sıvıya ihtiyaç duyulduğunu, ancak metanın zayıf, etanın ise sadece marjinal olarak daha iyi olduğunu söyledi.
Lunine, “Eğer bir şeyleri sıvı içinde çözdüremezseniz, pek bir şey olmaz” dedi.
Ancak JPL’deki araştırmacılar tarafından yapılan deneyler, en azından bazı koşullar altında organik maddelerin bu sıvılardan yoğunlaşabileceğini gösterdi. Bir olasılık, bu sıvılardan kristal yapıların çökelmesini içeriyor. Bu yapılar daha sonra benzer kristaller oluşturmak için şablon görevi görebilir, özünde kendilerini yeniden üretebilirler.
JPL’de laboratuvar çalışmaları grup şefi olan Robert Hodyss, “Belki de bu tür şeyler gerçeğe benzer bir şeye yol açabilir” dedi.
Hodyss, laboratuar çalışmalarının fikir verici olduğunu, ancak Titan’ın kendisinden çok daha fazla veriye ihtiyaç duyulacağını söyledi. Bunun da NASA’nın Dragonfly uzay aracından gelmesi bekleniyor; bu araç Titan’ın yüzeyinde bir bölgeden diğerine uçarak kendi “laboratuar çalışmasını” yürütecek olan ikili bir quadcopter. Dragonfly’ın yedi yıllık bir yolculuğun ardından 2030’ların ortalarında sisli uyduya ulaşması bekleniyor.
NASA Goddard’da görevin baş araştırmacı yardımcısı olan Melissa Trainer, “Dragonfly görevi bize tanıdık gelen prebiyotik moleküller arıyor” dedi. “Oraya ulaştığımızda kimyasal envantere bakıyoruz, göreceli bolluklar ve onları bulduğumuz bağlam hakkında bir fikir edinmek için.”
Bu, araştırmacıların bulguları yorumlamasına ve belki de moleküllerin ve kimyanın yaşam potansiyeline işaret edip etmediğini belirlemesine olanak tanıyacak. “En iyi anlayışımızla, tanıdık olmayan bir biyokimya olsa bile, bir tür biyokimya ile ilgili olabilecek bir gösterge görebiliriz” dedi.
Bununla birlikte, metan veya etan üzerinde gelişen egzotik yaşam formlarının kanıtlarını, Titan’ın yüzeyinde bir şekilde gelişmiş olsalar bile tespit etmek zor olabilir.
Trainer, “Bir kez ‘bilmediğimiz yaşam’ konusuna girdiğinizde, orada pek çok açık soru vardır” dedi.
Yine de Titan’ın – Jüpiter’in uydusu Europa ya da Satürn’ün Enceladus’u gibi – buzla kaplı bir yüzeyin altında sıvı su barındıran bir okyanus dünyası olması muhtemeldir. Bu da başka bir olasılığı gündeme getiriyor: Yüzeyden gelen organik madde uydunun derinliklerine doğru itilmiş, yüzey altı okyanusla temas etmiş ve daha yüksek sıcaklıklar ve basınçlar bularak yaşanabilir bir ortam oluşturabilecek şekilde etkileşime girmiştir.
Bilim insanları ayrıca yüzey darbelerinin organik maddeleri yüzeyden alttaki okyanusa itebileceğini öne sürmüşlerdir.
Trainer, böyle bir etkinin, hatta donmuş materyalin volkanik patlamalarının – “kriyovolkanlar” – sıvı su ortamlarının bir süreliğine gelişmesine izin veren sıcak koşullar yaratabileceğini söyledi. Laboratuvar çalışmaları, biyokimyanın yapı taşları olabilecek karbon, hidrojen ve nitrojen içeren bileşiklerin bu koşullar altında yüzeyde birikebileceğini göstermiştir.
Hayat Nasıl Başladı?
Bu tür bulgular önemli içgörüler sağlayabilirken, laboratuvardaki astrobiyoloji egzotik ya da başka türlü potansiyel olarak yaşanabilir koşulların yaratılmasıyla sınırlı değildir. Diğer deneyler yaşamın başlangıcına giden yolları araştırmaktadır.
Bunların en bilinenlerinden biri Kaliforniya, La Jolla’daki Salk Enstitüsü’nde araştırma profesörü olan Gerald Joyce ve işbirlikçisi Tracey Lincoln tarafından gerçekleştirilmiştir. RNA temelli bir sistem yarattılar ve daha sonra bunu bir test tüpünde sürekli Darwinci evrime ikna ettiler. O sırada Joyce’un doktora öğrencisi olan başyazar Lincoln, bulguyu 2009 yılında yayınladı.
Teknik olarak NASA’nın yaşam tanımını (Darwinci evrim geçirebilen, kendi kendini idame ettiren kimyasal bir sistem) karşılamasına rağmen Joyce’a göre bu sistem hala gerçek bir yaşam formu olarak nitelendirilemezdi.
Joyce, “Bunu ilk söyleyen bendim, ‘Bunu yapamaz,'” dedi. Kendi haline bırakıldığında, kırılgan, düşük kapasiteli RNA molekülüyle sistemin başladığı yerden evrimleşmesi pek mümkün olmazdı.
“Ölmesi çok uzun sürmezdi” dedi. Kullanılan nispeten kısa RNA iplikçiklerinde “yeterli bilgi taşıma kapasitesi yoktu”.
Joyce’a göre, yaşamın bilgi kaydetme ve iletme sistemi, kendi içinde, örneğin vücut zırhı, hareket veya üreme stratejileri gibi tamamen yeni süreçler evrimleştirmek için yeterli bilgi kapasitesine sahip olmalıdır.
“Darwinci evrim geçirme ‘yeteneğine’ sahip olmaktan daha fazlasından bahsediyoruz” dedi. “Darwinci evrim geçirebilmek için -işin zorlaştığı nokta da burası- geniş bir kapasiteye sahip olması gerekiyor. Evrimleşmeye devam etmek için yeterli bilgiye ihtiyacınız var: duyu sistemleri, sinir sistemleri, fotosentez gibi şeyler. Eğer yeni bir biyokimyasal işlev icat etmek için yeterli karmaşıklık varsa, bu benim için yeterli olacaktır.”
Yine de, onun sistemi yaşamın en eski formlarından bazılarına en azından geçici bir benzerlik göstermiş olabilir. Araştırmalar, DNA’nın egemen olduğu günümüzden önce bir “RNA” dünyasının var olabileceğini düşündürüyor. Bilgi depolama kapasitesi çok daha düşük olan daha hassas bir molekül olmasına rağmen, RNA bildiğimiz yaşama doğru ilk, duraklayan adımları atmış olabilir.
Joyce, “Biyolojinin ortaya çıkış biçimine dayanarak, RNA temelli yaşamın DNA’dan önce geldiğine dair çok iyi ikinci derece kanıtlar var” dedi.
Son Düşünceler
Geniş açıdan bakıldığında, astrobiyolojideki ivme artıyor gibi görünüyor. Yaşamın bileşenlerine ilişkin laboratuvar anlayışındaki ilerlemeler, güneş sistemimizin çığır açan keşfi ve diğer yıldızların etrafındaki gezegenlerin daha derinlemesine gözlemlenmesiyle birleşmeye başlıyor.
“Çok heyecan verici şeyler oluyor” dedi. “Güneş dışı gezegenlere odaklanılıyor, ancak Mars’ta olanlar da inanılmaz; gezginler, bir helikopter ve bir numune geri dönüş görevi geliyor. Ve bir sonraki hedef buzlu dış uydular olacak. Astrobiyoloji için gerçekten eğlenceli bir dönem.”
Kaynak: https://scitechdaily.com
Derleyen: Figen Berber