Başlangıçta, Şeker Vardı

Fotoğraf: Prebiyotik organik moleküller, yaşamın başlangıcında böyle bir ortamda oluşmuş olabilir: Yellowstone Ulusal Parkı, ABD.

Organik moleküller, yaşamın evriminin kaynağını oluşturdu. Ama inorganik öncüller onları nasıl meydana getirebildi? Şimdi LMU da kimyager olan Oliver Trapp, su yokluğunda minerallerin şeker oluşumunu katalize ettiği bir reaksiyon yolunu açıkladı. 

4 milyar yıldan çok önce, Dünya sonradan dönüşeceği Mavi Gezegen olmaktan çok uzaktı. Bu noktada dünya soğumaya yeni başlamıştı ve sürecin gidişatında ayaklarımızın altında her zamankinden daha derin olan eş merkezli yapısal bölgeler oluştu. İlk zamanlardaki gezegen volkanizmaların hakimiyetindeydi ayrıca atmosfer karbondioksit, nitrojen, metan, amonyum, hidrojen sülfür ve su buharından oluşuyordu. Şüphesiz yaşaması zor olan bu çevrede, yaşamın yapı taşları oluştu. Öyleyse bu nasıl gerçekleşmiş olabilir?

Onlarca yıldır bu soru araştırmacıların kafasını kurcalıyor. İlk atılım 1953’te Chicago Üniversitesi’nde Stanley Miller ve Harold C. Urey adlı iki kimyager tarafından yapıldı. Deneylerinde, yukarıda bahsedilen gazları içeren kapalı bir reaksiyon sistemi içinde ilkel Dünya atmosferini simüle ettiler. Minyatür bir ‘okyanus’ su buharı sağlamak için ısıtıldı ve yıldırımın etkilerini taklit etmek için elektriksel boşalma sistemin içinden geçirildi. Miller ve Urey, bu koşullar altında kimyasal ürünleri analiz ettiklerinde, amino asitlerin -proteinin temel bileşeni- yanı sıra bir çok sayıda organik asit keşfettiler. 

Bu deneylerde kullanılan koşulların erken Dünya’da bilenen durumları yansıtmadığı artık biliniyor. Bununla beraber Miller-Urey deneyi, prebiyotik kimya ve kimyasal evrim alanını başlattı. Ancak bu, tüm biyolojik hücrelerde bulunan diğer molekül gruplarının (şekerler, yağlar ve nükleik asitler gibi) nasıl oluşmuş olabileceğine dair pek ışık tutmuyordu. Fakat bu bileşikler, ilk bakteriye ve ardından oksijen üreten fotosentetik siyano bakterilere yol açan sürecin olmazsa olmaz bileşenleridir.  LMU’da Organik Kimya Profesörü olan Oliver Trapp’ın araştırmasını bu maddelerin prebiyotik sentezine odaklamasına karar vermesinin nedeni budur. 

Formaldehitten Şekere

Daha küçük olan öncüllerden şekere giden sentetik yolların hikayesi, Miller-Urey deneyinden neredeyse bir yüzyıl öncesine dayanıyor. 1861’de Rus kimyager Alexander Butlerov, formaldehitin formoz reaksiyonu olarak bilinen yolla çeşitli şekerlerin elde edilebileceğine yol açtığını gösterdi. Miller ve Urey aslında deneylerinde formik asit buldular ve bu da formaldehite kolayca indirgenebilir. Butlerov ayrıca formoz reaksiyonunun; kalsiyum, baryum, talyum ve kurşun da dahil olmak üzere bir dizi metal oksit ve hidroksit tarafından yükseltilebileceğini keşfetti. Özellikle kalsiyum, Dünya yüzeyinin üzerinde ve altında bol miktarda bulunmakta.

Bununla birlikte, şekerlerin formoz reaksiyonu yoluyla üretilebileceği şeklindeki hipotez iki zorluğa yol açar. ‘Klasik’ formoz reaksiyonu, çeşitli bileşikler karışımı üretir ve sadece sulu ortamda gerçekleşir. Bu koşullar, meteorlarda şekerlerin tespit edilmiş olması gerçeğiyle çelişmektedir.  

LMU ve Heidelberg’deki Max Planck Astronomi Enstitüsü’ndeki meslektaşları ile birlikte Trapp, formaldehitin katı fazlı bir sistemde şekeri meydana getirip getiremeyeceğini keşfetmeye karar verdiler. Katı minerallerin maruz kalabileceği mekanik kuvvet türlerini simüle etmek amacıyla, bütün reaksiyon bileşenlerini bir bilyalı değirmende çözücü yokluğunda birleştirildi, ancak toz halindeki katıları doyuracak miktarda formaldehit eklendi.  

Ve hakikaten, formoz reaksiyonu gözlendi ve onu katalize eden çeşitli farklı minareler bulundu.  Formaldehit katı partiküllerin üzerine adsorbe edildi ve etkileşim formaldehit dimer (glikolaldehit) ve ribonükleik asidin (RNA) temel bir bileşeni olan 5 karbonlu şekerin oluşumuyla sonuçlandı. RNA’nın DNA’dan önce birleştiği düşünülüyor ve birçok virüste genetik bilginin deposu olarak iş görmekle birlikte tüm hücresel organizmalarda protein sentezi için şablonlar sağlıyor. Ayrıca daha karmaşık yapılı şekerlerle birlikte laktik asit ve matanol gibi birkaç yan ürün de bu deneyde elde edildi. 

Trapp, “Sonuçlarımız, su yokluğunda dünya dışı ortamlarda bile katı fazda şeker oluşumu için makul bir açıklama sağlıyor” diyor. Ayrıca Trapp’ın da teyit ettiği gibi, yaşamın temel bileşenlerine giden yeni ve beklenmedik prebiyotik rotalara işaret edebilecek yeni sorulara yönlendirir. “Bu yeni kavrayışın prebiyotik, kimyasal evrim üzerine yapılacak araştırmalara tamamen yeni perspektifler yaratacağına inandık” diye de ekliyor Trapp.

Kaynak: phys.org