Yaşamın kökeniyle ilgili çalışmalar paradokslarla doludur. Bir örnek verelim: Bilinen her organizma, hücrelerimizin yapı taşlarını inşa etmek için bir dizi protein ve onu inşa etmeye yardımcı olan DNA’yı kullanır. Ancak DNA ve proteinleri oluşturmak için de bu yapı taşlarına ihtiyaç vardır. Yani ortada bir “yumurta mı tavuktan yoksa tavuk mu yumurtadan çıkar?” paradoksu var.

Araştırmacılara göre, bu “tavuk-yumurta” paradoksunun çözümü, hidrotermal menfezler, yani deniz tabanındaki sıcak suyu yayan ve diğer birçok kimyasal maddeyi parçalayan çatlaklarda yatıyor.

Bilim insanları, menfezlerdeki deliklerin etrafında bol miktarda bulunan üç metal bileşiğinin, hücre büyümesi için kritik enerji açısından zengin organik bileşikleri bir araya getirmek üzere hidrojen gazı ve karbondioksitle (CO2) reaksiyona girmesine neden olabileceğini bulduklarını söylüyor. Ekip, hava deliklerinin etrafındaki yüksek sıcaklık ve basınçların, gezegenimizdeki yaşamı başlatmış olabileceğini savunuyor.

Çalışmaya dahil olmayan Münih’teki Ludwig Maximilian Üniversitesi’nden yaşam bilimci kimyager Thomas Carell, yeni çalışmayı “heyecan verici” bulduğunu söylüyor. Zira çalışmanın ortaya çıkardığı organik moleküller arasında Carell’ın “enerji metabolizmasının en temel molekülleri” olarak adlandırdığı asetat ve piruvat da bulunuyor; bunlar besin maddelerini hücre büyümesine dönüştürme sürecini oluşturan etkenler olarak biliniyor.

İlk metabolizma nasıl oluştu?

Yeni sonuçlar, “ilk metabolizma hipotezi” olarak bilinen, yaşamın kökeni hakkında uzun zamandır devam eden bir fikri destekliyor. Bu görüş, Erken Dünya’daki jeokimyasal süreçlerin, karmaşık moleküllerin sentezini sağlayan, basit enerji açısından zengin bileşikleri yarattığını öne sürüyor ki bu sürecin sonunda Darwinci evrim ve yaşam için gerekli materyaller sağlanmış oluyor.

Bu ilkel metabolizmaya dair başka bir ipucu da 2016 yılında gelmişti. Düsseldorf’daki Heinrich Heine Üniversitesi’nden evrimsel biyolog William Martin liderliğindeki araştırmacılar, binlerce bakteri ve arkanın genomlarını taramış ve muhtemelen bir mikrobik ataya ait paylaşılan genlerin kodlandığı 355 proteini tespit etmişti. Bu proteinler de kaynama sıcaklıklarında gelişen ve hidrojen gazı “yiyen” bu ilkel mikrobun, okyanusta çözünen inorganik karbondioksiti, enerji açısından zengin organik bileşiklere dönüştürmek için elektronlarını kullanarak çoğaldığını gösteriyor. Bu da mikropların, bu koşulların mevcut olduğu hidrotermal menfezlerin yakınında yaşamış olabileceği fikrini destekliyor.

Bu fikir, modern organizmaların hidrojen ve karbondioksiti, “asetil-koenzim A (asetil-CoA) yolu” olarak bilinen bir işlem sayesinde organik moleküller oluşturmak için birleştirmesi gerçeğiyle destekleniyor. Bu işlem, temel organik molekülleri, hücrelerdeki enerji metabolizmasının merkezinde yer alan protein, karbonhidrat ve lipitlerin üretimini sağlayan biyokimyasal süreçlerle besliyor. Ancak ortada bir sorun var; modern organizmalar, asetil-CoA yolunu, çok iyi bir biçimde konumlandırılmış 15.000 amino asitten oluşan 11 enzim kullanarak çalıştırıyor. Duruma açıklık getiren Martin, “doğru protein mekanizmaları veya katalizör olmadan hidrojen ve karbondioksiti bir araya getirirseniz hiçbir şey olmaz” diyor.

Peki organizmalar, asetil-CoA yolunu sürdürme konusundaki yeteneklerini kendiliğinden nasıl geliştirebildi? İki yıl önce, Strazburg Üniversitesi’nden kimyager Joseph Moran liderliğindeki araştırmacılar, en azından kısmi bir cevap önerdi: Demir, nikel ve kobalt dahil saf metallerin, asetil-CoA yolunun kilit üyeleri olan asetat ve piruvat oluşturmak için su (su molekülleri hidrojen içerir) ve karbondioksit reaksiyonunu katalize edebileceğini bildirmişti. Bu bulgu, en erken yaşamın, bir organik madde elde etmek için organik bileşiklerden beslenebileceğini ve zamanla reaksiyonları daha da verimli hale getirmek için bir dizi protein geliştirdiğini gösteriyor.

O ve meslektaşları, su ve Dünya’nın kabuğunun derinliklerindeki metaller arasındaki reaksiyonların sonucu olarak hidrotermal menfezlerin sürekli hidrojen gazı yaydığını biliyorlardı. Araştırmacılar daha önce, erken Dünya okyanuslarında bulunan karbondioksitin bugünkünden yaklaşık 1000 kat daha fazla olduğunu da belirlediler. Ardından Martin ve ekibi, hidrotermal menfezlerin çevresinde yaygın olan metal açısından zengin minerallerin hidrojenin karbondioksit ile reaksiyona girmesine neden olup olamayacağını merak etti.

İki ekip güçlerini birleştirdi

Öğrenmek için Martin’in ve Moran’ın ekipleri menfezlerdeki deliklerin yakınında bulunan demir açısından zengin üç minerali (greigit, manyetit ve avaruit) araştırmak için güçlerini birleştirdi. Bunları bir su çözeltisine eklediler, ardından 100° C ve 25 bar basınçta hidrojen ve karbondioksit içinde kaynattılar ki bu, derin deniz menfezleri çevresinde yaygın koşullar anlamına geliyor. Her üç mineral de hidrojen ve karbondioksit reaksiyonunu katalize ederek format, asetat ve piruvat gibi organik maddelerin bir karışımını oluşturuyordu. Grup, bu bulguyu Nature Ecology & Evolution’da yayımladı. Martin, bu çalışmada sahip oldukları şeyin, sürekli bir kimyasal enerji kaynağı olduğunu ve bunun, metabolizmada kullanılan enerji açısından zengin molekülleri ürettiğini belirtiyor.

Öyleyse, organik yaşamın ilk “yemeği” budur diyebilir miyiz? Uygulamalı Moleküler Evrim Birliği’nden kimyager Steven Benner, bunun mümkün olduğunu söylüyor. Yaşam, evrimin başlaması için bir organizmanın ardıllarına bilgi aktarmak için hem bir gıda kaynağına hem de bir çeşit protojen molekülüne ihtiyaç duyacaktı. Nasıl bir araya geldikleri ise halen belirsiz. Ancak, erken dönemdeki herhangi bir Darwinci sistemin beslenmesi gerekiyordu. Ve Benner şöyle diyor: “[Martin’in ve Moran’ın ekipleri] tarafından tanımlanan süreç kesinlikle besinlerinin bir kısmı olabilir.”

Batuhan Sarıcan / batusarican@gmail.com

Kaynak: https://www.sciencemag.org/news/2020/03/was-life-s-first-meal

Ve yaşamın ilk yemeği bulundu… yazısı ilk önce Herkese Bilim Teknoloji üzerinde ortaya çıktı.

Helyum, en hafif gazlardan biri ve soy gaz ailesinin bir üyesi. Çoğunlukla sesi inceltmesiyle ya da uçan balonlarda kullanılması ile biliniyor. Ancak helyum, kimya endüstrisi başta olmak üzere birçok alanda kullanılıyor.

Dünya’da değil, Güneş’te bulundu

Pierre Janssen

Aynı yıl İngiliz gökbilimci Norman Lockyer de, Londra’daki Güneş gözlemleri sırasında helyumu keşfeden başka bir isimdi. İki bilim insanı da birbirinden bağımsız olarak helyumu buldu. Ancak Lockyer, bu çizgiye Yunan güneş tanrısı “Helios”un adından esinlenerek “helyum” adını verdi.

Helyum ilk kez keşfedildiğinde sadece güneşte bulunan bir element olduğu düşünülüyordu. “Soy gaz avcısı” olarak bilinen İskoç kimyager William Ramsay, 1895 yılında helyumun uranyum filizi (kleveyit) çevresindeki gazlar içinde bulunan bir gaz olduğunu tespit etti. Böylece helyumun Dünya’da da bulunan bir element olduğu anlaşılmış oldu. Ayrıca asal gazların kâşifi Ramsay, helyum dışında neon, argon, kripton, ksenon ve radon gazlarını da keşfetti.

Onu sıvı ve katı halde görmek çok zor

Norman Lockyer

Helyum, hidrojenden sonra en hafif gaz. Renksiz ve kokusuz olmasıyla birlikte, soy gaz olduğu için tepkimeye girmiyor ve bu nedenle eylemsiz. Soy gazlar son yörüngelerinde maksimum sayıda elektron bulundurur. Atom numarası 2 olan helyum da, bu kurala uyan bir soy gaz.

Helyum oda sıcaklığında gaz halde bulunuyor. Erime noktası -272,05 °C ve kaynama noktası -268,785 °C olduğu için, onu doğal koşullarda gaz dışında başka hallerde görmek imkansız. Sadece laboratuvar koşullarında katı ve sıvı halinde görülebilen helyumun ihtiyaç duyduğu koşulları laboratuvar ortamında bile sağlamak oldukça zor.

Evrende çok fazla helyum var ama yine de pahalı

Geçmişte uçan balonlarda ve zeplinlerde hidrojen kullanılıyordu. Ancak hidrojen yanıcıydı ve bu nedenle güvenli değildi. 0,1785 olan yoğunluğu ile havadan daha hafif olan helyum ise kararlı bir element olduğundan diğer elementlerle bileşik yapıyor ve oksijen ile tepkimeye girmiyordu. Bu nedenle yanma tepkimelerinde yer almıyordu.

Yanıcı olmaması uçan balonlarda kullanılabilmesini sağladı. Ancak pahalı olduğu için yeterince kullanılamadı. Aslında helyum evrende hidrojenden sonra en çok bulunan element. Ancak sıvı havanın ayrımsal damıtılmasıyla elde edilemiyor. Bunun sebebi, atmosferdeki diğer birçok gazın aksine helyumun Joul-Thompson katsayısı pozitif değil. Bu da onun sıkıştırılarak sıvılaştırılmasını engelliyor ve de havadan elde edilmesini imkânsız hale getiriyor. Bu nedenle de pahalı.

Ancak dalgıç tüpleri %80 He ve %20 O2’den oluşuyor. Sıvı hava yerine helyumla karıştırılmış oksijen kullanılmasının sebebi vurgun olaylarını önlemek. Helyumun Joule-Thompson katsayısı negatif olduğundan yüksek basınçta sıvılaşmıyor ve dalgıçlar yukarı doğru çıkarırken yüksek basınçtan düşük basınca hızlı geçişte oluşan çözünürlük farkından dolayı kanda baloncuklar oluşturup felce neden olmuyor. Helyum sıvı roket yakıtlarının basınç altında tutulmasında da kullanılıyor.

Helyum insan sesini neden inceltiyor?

Ses, helyum içinde daha hızlı hareket eder. Bunun nedeni, gazlar içindeki ses hızının, gazın yoğunluğunun karekökü ile ters orantılı olmasıdır. Helyumun yoğunluğu havanın yoğunluğundan daha düşük olduğu için, helyum içindeki sesin hızı havadakine göre birkaç kat daha fazladır. Ses tellerini hava yerine helyumun titreşmesi ve sesin helyum içinde daha hızlı ilerlemesi nedeniyle, insan sesi tiz şekilde çıkar. Alınan helyum, dışarı verildikten sonra bu ses incelmesi etkisini kaybeder.

Helyumun keşfinin 149. yıl dönümü yazısı ilk önce Herkese Bilim Teknoloji üzerinde ortaya çıktı.

Daha önce dünyada var olmamış bir madde üretildi: Metalik hidrojen yazısı ilk önce Herkese Bilim Teknoloji üzerinde ortaya çıktı.

“Sürdürülebilir Akıllı Şehir” Tsunashima’nın bir enerji merkezi, hidrojen dolum istasyonu ve uluslararası öğrenci yurdu olması planlanıyor. Tokyo Gas Group, şehrin merkezine ısı ve elektrik ortak üretim sistemi kuracak, üretilen elektrik buradan diğer tesislere dağıtılacak. JX Nippon Oil & Energy Corporation, hidrojen dolum istasyonunun işletiminden sorumlu. Keio Üniversitesi de aktif uluslararası öğrenci değişimleri sağlamak üzere tasarlanan uluslararası öğrenci yurdunu açacak. Panasonic ise CRE çözümleri ve teknolojisini kullanarak konumdan daha fazla değer sağlamaya uğraşacak. Enerji, güvenlik, mobilite, sağlık hizmetleri ve şehirdeki tesisler, insanı merkeze alarak sürdürülebilir bir akıllı yaşamın gerçekleştirilmesini sağlayacak.

Temiz enerji üretimi

Doğal afetlere karşı dayanıklı olarak akıllı enerji ağını gerçekleştirmek amacıyla planlanan enerji tesisi, şehrin merkezinde yer alıyor. Temiz şehir gazı kullanıyor ve ortak üretim sisteminden yararlanıyor. Bu ortak üretim sistemi soğutma, ısıtma ve sıcak su tedariki için güç üretirken ortaya çıkan ısıyı da verimli bir şekilde kullanıyor.

Teknolojik hidrojen hizmet istasyonu

Hidrojen hizmet istasyonu, elektrik üretmek amacıyla ticari kullanıma yönelik yakıt hücresi sistemlerine hidrojen tedariki yapacak. İstasyon depreme dayanıklı tasarımı ve hidrojen güvenlik kontrol sistemi kullanarak yakıt hücreli araçlara güvenli bir şekilde hidrojen tedarik edecek.

Üstün hayat konforu için şehir yönetim merkezi

Bu merkez; şehrin içindeki etkinlikler, şehrin enerjisi ve acil durum halinde tahliye hakkında bilgi sağlayarak akıllı şehirdeki hayatı destekleyen ve geliştiren bir yönetim merkezi olarak işlev görecek.

Uluslararası öğrenci yurdu

Geleneksel Japon kültürüyle gelişmiş teknolojileri birleştiren uluslararası öğrenci yurdunda, öğrenciler arasındaki iletişime yardımcı olmak için çok dilli sistemler, kullanıldığı alana göre çeşitli durumlara uyarlanabilen ışık denetleyicileri ve görsel alanları geliştiren alan düzenleyiciler bulunacak. Geniş alanlı hava temizleyiciler ile yurt öğrencilerine emniyetli, güvenli ve temiz bir yaşam ortamı sunacak.

Akıllı alışveriş merkezi

Şehir enerji merkezinin atık ısısıyla çalışan, güneş enerjisi üretme ve havalandırma sistemlerini içeren bu yeni nesil alışveriş merkezinde, gelişmiş çevre dostu önlemler de yer alacak. Ayrıca insanların süpermarketlerden aldıkları ürünleri teslim alabilecekleri şehir dolapları olacak. Proje; hava durumu, doğal afetlerden korunma, trafik hakkında bilgi ya da acil durumlarda tahliye rehberliği sağlayan çok dilli sistem, müşterilerin güvenliğini sağlayan takip kameraları ve ayrıca turist sayısını artırmak için çok dilli çeviri sistemlerini de içeriyor.

Ekolojik hayat

Şehir için tasarlanan akıllı yaşam alanlarında, güneş enerjisi panelleri ve depolama pillerini birleştiren bir sistem kurularak yenilenebilir enerjinin verimli bir şekilde kullanılması sağlanacak. Asansörlere bağlandığında bu sistem güç kesintisinde bile asansörlerin çalışabilmesini sağlayacak. Şehirdeki her yaşam alanında düşük karbonlu bir topluma katkıda bulunan ekolojik bir hayatın sürdürülmesi mümkün olacak.

Sürdürülebilir akıllı şehir yazısı ilk önce Herkese Bilim Teknoloji üzerinde ortaya çıktı.