İlk Organik Moleküllere Yol Açmış Olabilecek Süreç

Amerikan Doğa Tarihi Müzesi tarafından yürütülen ve NASA tarafından finanse edilen yeni araştırma, yaşamın başlangıcından yaklaşık 4 milyar yıl önce Dünya’daki ilk organik moleküllerin üretilmesinde anahtar olabilecek bir süreci ortaya çıkarıyor. Bazı eski su altı hidrotermal deliklerinde meydana gelebilecek olana benzer süreç, evrenin başka yerlerinde yaşam arayışıyla da alakalı olabilir. Çalışmanın detayları, Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde 8 Eylül 2020’de yayınlandı. Dünyadaki tüm yaşam organik moleküllerden oluşur – hidrojen, nitrojen ve oksijen gibi diğer elementlerin atomlarına bağlı karbon atomlarından oluşan bileşikler-. Modern yaşamda, bu organik moleküllerin çoğu karbondioksitin (CO₂) çeşitli “karbon sabitleme” yollarıyla (bitkilerdeki fotosentez gibi) indirgenmesinden meydana gelir. Fakat bu yolların çoğu ya çalışmak için hücreden enerji gerektiriyordu ya da nispeten geç evrimleştiği düşünülüyordu. Peki hayatın başlangıcından önce ilk organik moleküller nasıl ortaya çıktı?

Bu soruyu çözebilmek için, Maine’deki College of the Atlantic’ten Victor Sojo ve Reuben Hudson, mikro akışkan reaktörlere dayanan yeni bir kurulum tasarladı. Bilim insanlarının sıvıların – ve bu durumda gazların – davranışını mikro ölçekte incelemelerine olanak sağlayan küçük ve bağımsız laboratuvarlar kuruldu. Reaktörün önceki versiyonları, sıvı içinde hidrojen gazı ve CO₂ kabarcıklarını karıştırmaya çalıştı, ancak herhangi bir azalma meydana gelmedi, çünkü muhtemelen yüksek derecede uçucu olan hidrojen gazı reaksiyon şansı bulamadan önce kaçtı. Saitama, Japonya’daki RIKEN Sürdürülebilir Kaynak Bilimi Merkezi’nde bir laboratuvar tezgahını paylaşan Sojo ve Hudson arasındaki tartışmalar sonucunda çözüm geldi. Son reaktör, Maine’deki Hudson laboratuvarında inşa edildi. Hudson : ‘’ Yeni reaktörün temel yeniliği; reaksiyondan önce sıvıların içindeki gazları köpürtmek yerine, akışkanların gazların kendileri tarafından yönlendirilmesidir. Bu sebeple kaçmaları için çok az şans vardır” dedi. Araştırmacılar tasarımlarını, formik asit (HCOOH) adı verilen organik bir molekül üretmek için hidrojeni CO₂ ile birleştirmek için kullandılar. Bu sentetik süreç, Wood-Ljungdahl asetil-CoA yolu olarak adlandırılan, genel olarak bir enerji kaynağı gerektirmeyen bilinen tek CO₂ fiksasyon yoluna benziyor ve dolayısıyla bu süreç eski okyanus hidrotermal deliklerinde meydana gelmiş olabilecek reaksiyonlara benziyor.

Sojo : “Sonuçlar kendi biyosferimizin çok ötesine uzanıyor. Benzer hidrotermal sistemler bugün güneş sisteminin başka yerlerinde var olabilir. En belirgin şekilde Enceladus’ta (Satürnün uydusu), Europa’da (Jüpiterin uydusu) ve tahmin edilebileceği gibi evrendeki diğer su-kayalık dünyalarda.’’ dedi. NASA Jet Çalıştırma Laboratuvarı’ndan Laurie Barge (çalışmada bir yazar), ‘’Hafif jeolojik koşullar altında karbondioksitin nasıl indirgenebileceğini anlamak, diğer dünyalardaki bir yaşamın kökeni olasılığını değerlendirmek için önemlidir ve bu, evrende yaşamın ne kadar yaygın veya nadir olabileceğini anlamayı besler.” diye ekledi. Araştırmacılar, CO₂‘yi nispeten hafif koşullar kullanarak organik moleküllere dönüştürdüler, ve bu da bulguların çevre kimyasıyla da ilgisi olabileceği anlamına geliyor. Devam eden iklim krizi karşısında, yeni CO₂ azaltma yöntemleri için devam eden bir arayış var. Tokyo Teknoloji Enstitüsü’nden Shawn E. McGlynn (aynı zamanda çalışmanın bir yazarı) :’’ Bu makalenin sonuçları birden fazla temaya değiniyor: ‘’ Metabolizmanın kökenlerini anlamaktan, Dünya’daki hidrojen ve karbon döngülerinin temelini oluşturan jeokimyaya ve ayrıca biyo-jeodan esinlenmiş çalışmanın, hafif koşullar altında kimyasal reaksiyonları teşvik etmeye yardımcı olabileceği yeşil kimya uygulamalarına kadar.’’ diye ekledi.

Bu çalışmanın diğer yazarları arasında College of the Atlantic’ten Ruvan de Graaf ve Mari Strandoo Rodin, Japonya’daki RIKEN Sürdürülebilir Kaynak Bilimi Merkezi’nden Aya Ohno, University College London’dan Nick Lane, RIKEN’den Yoichi M.A. Yamada, RIKEN ve Tokyo Teknoloji Enstitüsü’nden Ryuhei Nakamura ve Münih’teki Ludwig-Maximilians Üniversitesi’nden Dieter Braun da bulunmaktadır. Bu çalışmanın bir parçası NASA’nın Maine Uzay Hibe Konsorsiyumu (SG-19-14 ve SG-20-19), ABD Ulusal Bilim Vakfı (1415189 ve 1724300), Japonya Bilimi Teşvik Topluluğu (FY2016-PE-), 16047 ve FY2016-PE-16721), Ulusal Sağlık Enstitüleri Ulusal Genel Tıp Bilimleri Enstitüsü (P20GM103423), Avrupa Moleküler Biyoloji Örgütü (ALTF-725 1455-2015), Berlin İleri Araştırma Enstitüsü ve Gerstner Family Foundation tarafından desteklenmiştir.

Kaynaklar : sciencedaily.com ve pnas.org