Dünyadaki yaşamdan önce, temel organik moleküller nitrojen, kükürt, karbon ve fosfor gibi kıt elementlerden oluşuyordu. Yeni araştırmalar, bu elementler açısından zengin kozmik tozun, Dünya üzerinde, özellikle de buz tabakasının erime deliklerinde yüksek konsantrasyonlarda birikerek, potansiyel olarak yaşamın yapı taşlarının oluşumuna yol açarak, prebiyotik kimyayı hızlı bir şekilde başlatmış olabileceğini öne sürüyor. Kredi bilgileri: NASA / JPL-Caltech
Dünya üzerinde yaşamın ortaya çıkmasından önce, nitrojen, kükürt, karbon ve fosfordan oluşan temel yapı taşlarından organik moleküller yaratmak için temel kimya gerekliydi. İlgili kimyasal reaksiyonların başlaması ve sürdürülmesi için bu elementlerin bol miktarda mevcut olması ve sürekli olarak yenilenmesi gerekiyordu. Ancak Dünya’da bu elementler yetersizdi ve hala da yetersiz bulunuyor.
Aslına bakılırsa yaşamın temel yapı taşları o kadar nadirdi ki kimyasal reaksiyonlar, eğer gerçekten başlamayı başarabilselerdi, hızla tükenirdi. Dünya’yı oluşturan kayaların aşınması ve aşınması gibi jeolojik süreçler de yeterli kaynağı sağlayamadı; çünkü Dünya’nın kabuğu bu elementlerden çok azını içeriyordu. Bununla birlikte, Dünya tarihinin ilk 500 milyon yılında, aşağıdaki gibi organik molekülleri üreten bir prebiyotik kimya gelişti: RNA, DNAyağ asitleri ve tüm yaşamın dayandığı proteinler.
Malzemeler uzaydan mı geldi?
Gerekli miktarlarda kükürt, fosfor, nitrojen ve karbon nereden geldi? Jeolog ve Nomis Üyesi Craig Walton, bu elementlerin Dünya’ya öncelikle kozmik toz olarak geldiğine inanıyor.
Bu toz uzayda, örneğin asteroitler birbiriyle çarpıştığında oluşur. Bugün bile her yıl uzaydan Dünya’ya yaklaşık 30.000 ton toz düşüyor. Ancak Dünya’nın ilk zamanlarında, toz çok daha büyük miktarlarda yağıyordu; yılda milyonlarca tona ulaşıyordu. Ancak her şeyden önce toz parçacıkları bol miktarda nitrojen, karbon, kükürt ve fosfor içerir. Bu nedenle kimyasal bir çağlayanı harekete geçirme potansiyeline sahip olacaklar.
Ancak tozun çok geniş bir alana dağılması ve herhangi bir yerde yalnızca çok küçük miktarlarda bulunabilmesi bu durumun aksini gösteriyor. Walton, “Fakat nakliye süreçlerini de dahil ederseniz işler farklı görünüyor” diyor. Rüzgar, yağmur veya nehirler kozmik tozu geniş bir alanda toplar ve belirli yerlerde yoğunlaşmış halde biriktirir.
Soruyu netleştirmek için yeni model
Walton, prebiyotik kimyayı (reaksiyonları) hızla başlatan kaynağın kozmik toz olup olmadığını öğrenmek için Cambridge Üniversitesi’nden meslektaşlarıyla birlikte bir model geliştirdi.
Modeli kullanarak araştırmacılar, gezegenimizin tarihinin ilk 500 milyon yılında Dünya’ya ne kadar kozmik toz düştüğünü ve bunun Dünya yüzeyinde nerede birikmiş olabileceğini simüle etti. Çalışmaları artık bilimsel dergide yayınlandı Doğa Astronomi.
Model, Cambridge Üniversitesi’nden sedimantasyon uzmanları ve astrofizikçilerle işbirliği içinde geliştirildi. İngiliz araştırmacılar gezegen ve asteroit sistemlerinin simülasyonunda uzmanlaşıyor.
Simülasyonları, Dünya’nın erken dönemlerinde son derece yüksek kozmik toz konsantrasyonuna sahip yerler olabileceğini gösteriyor. Ve bu malzemeler uzaydan sürekli olarak yenileniyordu. Bununla birlikte, Dünya’nın oluşumundan sonra toz yağmurları hızla ve keskin bir şekilde azaldı: 500 milyon yıl sonra toz akışı, sıfır yılına göre çok daha küçüktü. Araştırmacılar ara sıra yukarıya doğru ani yükselişleri, parçalanan ve Dünya’ya doğru bir toz kuyruğu gönderen asteroitlere bağlıyor.
Toz tutucu olarak buz tabakalarındaki delikleri eritin
Çoğu bilim adamı ve sıradan insanlar, Dünya’nın milyonlarca yıl boyunca magma okyanusu ile kaplı olduğunu varsaymaktadır; bu, kozmik tozun taşınmasını ve birikmesini uzun süre engelleyecekti. Walton, “Ancak daha yeni araştırmalar, Dünya yüzeyinin çok hızlı bir şekilde soğuyup katılaştığına ve büyük buz tabakalarının oluştuğuna dair kanıtlar buldu” diyor.
Simülasyonlara göre bu buz tabakaları kozmik tozun birikmesi için en iyi ortam olabilir. Buzul yüzeyindeki (kriyokonit delikleri olarak bilinen) eriyik delikleri, yalnızca çökeltilerin değil, aynı zamanda uzaydan gelen toz taneciklerinin de birikmesine olanak tanıyordu.
Zamanla ilgili elementler toz parçacıklarından salındı. Buzul suyundaki konsantrasyonları kritik bir eşik değerine ulaştığında, kimyasal reaksiyonlar kendiliğinden başlıyor ve yaşamın kökeni olan organik moleküllerin oluşumuna yol açıyor.
Erime deliklerinde hakim olan buz gibi sıcaklıklarda bile kimyasal süreçlerin başlamış olması oldukça muhtemeldir: “Soğuk, organik kimyayı bozmaz – tam tersine: düşük sıcaklıklarda reaksiyonlar, yüksek sıcaklıklara göre daha seçici ve spesifiktir,” Walton diyor. Diğer araştırmacılar laboratuvarda basit halka şeklindeki ribonükleik asitlerin (RNA) bu tür eriyik su çorbalarında donma civarındaki sıcaklıklarda kendiliğinden oluştuğunu ve daha sonra kendilerini kopyaladığını gösterdi. Tartışmanın zayıf noktası, düşük sıcaklıklarda organik molekülleri oluşturmak için gereken elementlerin toz parçacıklarından çok yavaş çözünmesi olabilir.
Hayatın kökenine dair tartışma başlatılıyor
Walton’un öne sürdüğü teori bilim camiasında tartışmasız değil. Walton, “Bu çalışma kesinlikle tartışmalı bir bilimsel tartışmayı tetikleyecek, ancak aynı zamanda yaşamın kökeni hakkında yeni fikirlerin de ortaya çıkmasına neden olacak” diyor.
Daha 18. ve 19. yüzyıllarda bilim insanları, göktaşlarının Walton’un deyimiyle “yaşam unsurlarını” Dünya’ya getirdiğine inanıyorlardı. O zaman bile araştırmacılar bu elementlerin büyük miktarlarını uzaydaki kayalarda buldular, ancak Dünya’nın ana kayasında bulamadılar. Walton, “Ancak o zamandan beri neredeyse hiç kimse prebiyotik kimyanın öncelikle meteorlar tarafından harekete geçirildiği fikrini düşünmedi” diyor.
Walton şöyle açıklıyor: “Gök taşı fikri kulağa ilgi çekici geliyor ama bir sorun var.” Tek bir göktaşı bu maddeleri yalnızca sınırlı bir ortamda sağlar; yere çarpacağı yer rastgeledir ve daha fazla malzeme garanti edilmez. “Hayatın kökeninin geniş çapta ve rastgele dağılmış birkaç kaya parçasına bağlı olmasının pek olası olmadığını düşünüyorum” diyor. “Öte yandan, zenginleştirilmiş kozmik tozun makul bir kaynak olduğunu düşünüyorum.”
Walton’un bir sonraki adımı teorisini deneysel olarak test etmek olacak. Laboratuvarda, ilkel erime deliklerinde geçerli olabilecek koşulları yeniden yaratmak için büyük reaksiyon kapları kullanacak, ardından başlangıç koşullarını muhtemelen dört milyar yıl önce bir kriyokonit deliğinde var olan koşullara ayarlayacak ve son olarak da görmeyi bekleyecek. Biyolojik olarak ilgili molekülleri üreten türden herhangi bir kimyasal reaksiyonun gerçekten gelişip gelişmediği.
Referans: Craig R. Walton, Jessica K. Rigley, Alexander Lipp, Robert Law, Martin D. Suttle, Maria Schönbächler, Mark Wyatt ve Oliver Shorttle, “Erken Dünya’da buzul prebiyotik kimyasının kozmik toz gübrelemesi”, 19 Şubat 2024, Doğa Astronomi.
DOI: 10.1038/s41550-024-02212-z