Mars’ta Yaşamın Kökeni? NASA’nın Curiosity Rover’ı Organik Malzemede “Açık Kanıt” Buldu
NASA’nın Curiosity gezgini, Mars’ta atmosferik fotokimyasal reaksiyonlar yoluyla oluşmuş olabilecek organik madde keşfetti ve bu bileşikler için prebiyotik bir köken olduğunu öne sürdü. Kopenhag Üniversitesi ve Tokyo Teknoloji Enstitüsü’nden araştırmacılar da dahil olmak üzere, bu bulguları, güneşten gelen UV ışığının CO2’yi parçalayarak yaşam olmadan organik maddelerin oluşumuna yol açtığı fotoliz adı verilen bir sürece bağladı.
Mars’tan alınan iki numune birlikte, Mars’taki organik materyalin kökenini gösteren yeni bir çalışmada “kesin kanıt” sunuyor. Çalışma, yaşamın temeli olan organik moleküllerin ilk olarak Dünya’da nasıl oluştuğunu anlamak için anahtar olabilecek, on yıldan uzun bir süre önce yapılmış bir tahmin için sağlam kanıtlar sunuyor.
Curiosity gezgininin Mars’taki bulguları, organik maddelerin CO2’nin fotolizinden oluşmuş olabileceğini ve biyolojik olmayan bir kökene işaret ediyor. Kopenhag Üniversitesi’ndeki araştırmayla bağlantılı olan bu keşif, Dünya ve Mars’ın ortak atmosferik geçmişi hakkındaki teorileri destekliyor ve hayata yol açmış olabilecek süreçlere dair ipuçları veriyor.
Kızıl gezegendeki bir meteor kraterinde yalnız bir robot hareket ediyor. Şu anda muhtemelen bir matkap ve robotik bir kolla toprak örnekleri topluyor, bunu yapma alışkanlığı var. NASA’nın Curiosity gezgini, bilimin genişletilmiş kolu olarak yaklaşık 12 yıldır Mars’ta aktif ve bilim insanlarının hem Mars hem de Dünya’daki dünyamız hakkındaki anlayışlarını şaşırtan ve zorlayan keşifler yapmaya devam ediyor.
En son, belirli özelliklere sahip tortul organik materyalin keşfi birçok araştırmacının kafasını karıştırdı. Bu karbon bazlı materyallerin özellikleri, özellikle karbon izotoplarının oranı, araştırmacıları şaşırttı.
Bu özelliklere sahip organik maddeler, eğer Dünya’da bulunursa, tipik olarak mikroorganizmaların bir işareti olurdu, ancak biyolojik olmayan, kimyasal süreçlerin sonucu da olabilirler. Buluntu, araştırmacıları net bir cevap için çabalamaya yöneltti, ancak hiçbir şey uymuyor gibiydi.
Gerçekler: Organik Madde
Mars’ta bulunan örnek, sözde organik madde birikintileri içeriyor. Sıradan insanlar için bu, olduğundan daha heyecan verici gelebilir. Kimyasal bağlamda organik madde, normalde düşünülebileceği gibi, mutlaka canlı bir şey anlamına gelmez. Terim, karbon ve en az bir başka element içeren ve yaşam olmadan kolayca var olabilen molekülleri kapsar. Bu moleküller daha ziyade yaşamın yapı taşlarıdır .
Yeni Görüşler ve Teorik Gelişmeler
Ancak Nature Geoscience dergisinde yayımlanan yeni bir çalışmanın arkasındaki araştırma işbirliği için çok fazla heyecan olmasa da , çok fazla telaş yaşandı.
Aslında Mars’taki keşif, Kopenhag Üniversitesi ve Tokyo Teknoloji Enstitüsü’nden araştırmacı grubu için her şeyin yerli yerine oturmasını sağlayan eksik parçayı sağladı.
Ortak yazar ve kimya profesörü Matthew Johnson’ın da ifade ettiği gibi, bu , Mars atmosferinde sözde fotoliz hakkında on yıllık teorisini doğrulamak için gereken “kesin kanıt”tır .
Curiosity örneğiyle, yeni araştırma makul bir kesinlikle Güneş’in milyarlarca yıl önce Mars atmosferindeki CO2’yi parçaladığını kanıtlayabiliyor — eski teorinin öngördüğü gibi. Ve ortaya çıkan karbon monoksitin atmosferdeki diğer kimyasallarla kademeli olarak reaksiyona girerek karmaşık moleküller sentezlediğini — ve böylece Mars’a organik maddeler sağladığını.
“Bu tür karbon bazlı kompleks moleküller yaşamın ön koşuludur, yaşamın yapı taşlarıdır diyebiliriz. Yani bu biraz tavuk mu yumurta mı önce geldi şeklindeki eski tartışmaya benziyor. Mars’ta bulunan organik materyalin atmosferik fotokimyasal reaksiyonlar yoluyla oluştuğunu gösteriyoruz – yani yaşam olmadan. Bu ‘yumurta’, yaşamın ön koşulu. Bu organik materyalin Kızıl Gezegen’de yaşamla sonuçlanıp sonuçlanmadığı henüz gösterilecek.” dedi Johnson ve şöyle devam etti:
Kopenhag Üniversitesi Kimya Bölümü’nden Profesör Matthew Johnson, “Ayrıca, bu fotoliz gerçekleştiğinde Dünya, Mars ve Venüs’ün çok benzer CO2 açısından zengin atmosferlere sahip olması , Dünya’da yaşamın nasıl başladığına dair anlayışımız açısından da önemli olabilir” dedi.
Gerçekler: Fotoliz Nedir?
Fotoliz, Güneş’in UV ışınlarının moleküllere kimyasal bir dönüşüm gerçekleştirmeleri için enerji sağlaması anlamına gelir. Araştırmaya göre bu, Mars atmosferinde gerçekleşti ve oradaki CO2 moleküllerinin %20’si oksijen ve karbon monoksite ayrıldı.
Johnson ve meslektaşları daha önceki araştırmalarında karbon-12 izotopunu içeren karbondioksitin, daha ağır izotop olan karbon-13’ten daha hızlı fotolize uğradığını göstermişlerdi.
Zamanla, 13C’de tükenen CO üretilir ve 13C kalan CO2’de birikir. Bu, CO2’de izotopik zenginleşme ve CO’da tükenme olarak adlandırılan , ayna görüntüleri veya birbirlerinin veya kırık bir tabağın iki yarısının olduğu bir sonuçla sonuçlanır.
Mars’tan alınan iki numunede fotolizin kanıtı olarak karbondaki fraksiyonlaşma oranı kullanılıyor.
50 Milyon Kilometre Arasıyla Ayrılan İki Parça – Bir Bulmaca Çözüldü
12 yıl önce Johnson ve iki meslektaşı, CO2 açısından zengin bir atmosferin Güneş’in UV ışığına maruz kalması durumunda, fotoliz adı verilen bir süreçte ne olacağını belirlemek için kuantum mekaniğine dayalı simülasyonlar kullandılar .
Temel olarak, Mars’ta CO2’nin yaklaşık %20’si oksijen ve karbon monoksite ayrılır. Ancak karbonun iki kararlı izotopu vardır: karbon-12 ve karbon-13. Genellikle, her 99 karbon-12 için bir karbon-13 oranında bulunurlar. Ancak, fotoliz daha hafif karbon-12 için daha hızlı çalışır, bu nedenle fotolizle üretilen karbon monoksit daha az karbon-13’e (tükenmiştir) ve kalan CO2 daha fazlasına (zenginleştirilmiştir) sahiptir.
Bu sayede Johnson ve meslektaşları fotolizden sonra karbon izotoplarının oranına dair çok kesin tahminlerde bulunabildiler. Ve bu onlara arayacakları iki belirgin parmak izi verdi. Bunlardan biri yıllar önce farklı bir Mars örneğinde tanımlandı.
Gerçekler: Oksijen Mars’ı Kırmızıya Boyadı
Bir CO2 molekülünün fotolizi karbon monoksit (CO) ve bir oksijen atomu (O) üretir. Mars’ta sadece karbon monoksit kalır ve bu da Curiosity gezgini tarafından bulunan organik maddeye dönüştürülür.
Ancak oksijenin nereye gittiği de bir sır değil. Oksijen, Mars’ın yüzeyindeki demirle etkileşime giren O2’ye birleşiyor . Kızıl Gezegen, oksitlenmiş demir nedeniyle pas kırmızısıdır.
Mars Örneklerinin Fotoliz Teorisine Bağlanması
“Aslında Dünya’da Mars’ın bir parçası var, bu bir göktaşı tarafından gezegenden koparılmış ve daha sonra Dünya’ya indiğinde kendisi de bir parça olmuş. Antarktika’da bulunduğu yere ithafen Allan Hills 84001 olarak adlandırılan bu göktaşı, atmosferdeki CO2’den oluşan karbonat mineralleri içeriyor . Buradaki kesin kanıt, içindeki karbon izotoplarının oranının kuantum kimyasal simülasyonlarındaki tahminlerimizle tam olarak uyuşması, ancak bulmacada eksik bir parça vardı. Teoriyi doğrulamak için bu kimyasal sürecin diğer ürününden yoksunduk ve şimdi elde ettiğimiz şey bu,” diyor Matthew Johnson.
Allan Hills meteoritindeki karbon, karbon-13 bakımından zengindir ve bu da onu, NASA’nın Curiosity keşif aracının Mars’ta bulduğu organik maddede ölçülen karbon-13 azalmasının aynısı yapmaktadır.
Gerçekler: İzotopların Farklı Ağırlıkları Vardır
İzotoplar, çekirdekte daha fazla veya daha az nötron bulunması nedeniyle farklı ağırlıklara sahip olan aynı elementin varyantlarıdır.
Karbonun iki kararlı izotopu vardır — Normalde, karbonun yaklaşık %99’unun çekirdeğinde 6 proton ve 6 nötron bulunur ( 12 C). Yaklaşık %1’inin ise 6 proton ve 7 nötronu vardır ( 13 C). Oran, karbonun hangi reaksiyonlardan geçtiğini ortaya çıkaran bir kimyasal parmak izi görevi görebilir.
Fotoliz karbon-12’yi destekler ve bu nedenle izotopun yüksek konsantrasyonu bu süreci gösterebilir.
Yeni araştırma, araştırmacıların Mars’ın çocukluğunda aynı kökene sahip olduğuna inandıkları ancak birbirlerinden 50 milyon kilometreden fazla uzakta bulunan iki numuneden alınan verileri birbirine bağladı.
Johnson, “Organik maddedeki karbon-13 tükenmesini ve Mars meteoritindeki zenginleşmeyi, her ikisi de Mars’ta yayılan volkanik CO2’nin bileşimine göre açıklamanın başka bir yolu yok. Bu , Dünya’daki volkanlara benzer sabit bir bileşime sahip ve bir temel çizgi görevi görüyor” dedi.
Gelecekteki Araştırmalar ve Dünya’nın Jeolojik Karmaşıklığı
Organik madde nereden geldiğine dair bu izotopik “parmak izini” içerdiğinden, araştırmacılar organik maddedeki karbonun kaynağını atmosferde fotolizle oluşan karbon monoksit olarak izleyebiliyorlar. Ancak bu aynı zamanda arada ne olduğu hakkında da çok şey ortaya koyuyor.
“Bu, karbon monoksitin bu tür atmosferlerde organik moleküllerin sentezi için başlangıç noktası olduğunu gösteriyor. Dolayısıyla yaşamın yapı taşlarının kökeni hakkında önemli bir sonuca varıyoruz. Her ne kadar şu ana kadar sadece Mars’ta olsa da,” dedi Matthew Johnson.
Ek Bilgi: Ünlü Mars Meteorit
Mars’ta düşük karbon-13 oranına sahip organik tortuların keşfi, fotoliz teorisi için deneysel kanıt bulmacasını tamamlıyor, çünkü araştırmacılar bulmacanın diğer kısmını yıllar önce ünlü Allan Hills 84001 meteorunda bulmuşlardı . Meteor, yüksek konsantrasyonda ağır karbon 13 izotopları içeren karbonat içeriyor.
Roberta Score tarafından 40 yıl önce Antarktika’da keşfedilen ve Kızıl Gezegen’den geldiği düşünülen meteor, özellikle NASA araştırmacılarının 1996 yılında Mars’tan gelen mikroskobik bakteri fosillerine dair izler bulduklarını duyurmalarına yol açan bazı tortular içermesi nedeniyle oldukça ünlü olmuştu.
Bugün, bu birikintilerin abiyotik, yani biyolojik olmayan süreçlerden kaynaklandığı konusunda görüş birliği var.
Araştırmacılar Dünya’da da aynı izotopik kanıtları bulmayı umuyorlar ancak bu henüz gerçekleşmedi ve jeolojik gelişimimiz Mars’a kıyasla yüzeyi önemli ölçüde değiştirdiği için bu çok daha büyük bir zorluk olabilir, diye açıklıyor Johnson.
“CO2’nin fotolizinin, tüm karmaşıklığıyla, Dünya’da yaşamın ortaya çıkması için de bir ön koşul olduğunu varsaymak makul. Ancak, sürecin gerçekleştiğini kanıtlamak için henüz Dünya’da bu “kesin kanıt” materyalini bulamadık. Belki de Dünya’nın yüzeyi jeolojik ve gerçek anlamda çok daha canlı olduğu ve bu nedenle sürekli değiştiği için. Ancak, iki gezegenin birbirine çok benzediği bir zamandan, bunu şimdi Mars’ta bulmuş olmamız büyük bir adım,” diyor Matthew Johnson.
Ek Bilgi: Mars, Dünya ve Venüs’ün Aynı Atmosferi Vardı
Araştırmacılara göre, milyarlarca yıl önce Dünya’nın atmosferi, komşu gezegenlerimiz Mars ve Venüs’ünkiyle hemen hemen aynıydı.
Erken gezegenler Venüs, Dünya ve Mars sonunda katı yüzeyler oluşturduğunda, araştırmacılar aşırı volkanik aktiviteden dolayı büyük miktarlarda CO2 salmaya başladıklarına inanıyorlar. Bu şekilde, büyük gaz konsantrasyonlarına sahip ilk atmosferlerini oluşturdular. Oksijen henüz atmosferin bir parçası olmamıştı; bu, Dünya’da yaşamın ortaya çıkmasından sonra daha sonra gerçekleşti.
Fotoliz teorisi, güneşten gelen UV ışınlarının daha sonra bir dizi kimyasal reaksiyon başlattığını belirtir. Bu zincir, CO2’nin karbon monoksite parçalanmasıyla başlar ve bu da çok sayıda diğer kimyasal bileşiğin yapı taşıdır.
Böylece Güneş’in yardımıyla bugün sahip olduğumuz pek çok karbon bileşiğinin ve karmaşık molekülün temeli oluşmuş oldu; Dünya örneğinde ise yaşamın temeli.
“O zamandan beri üç gezegenin kaderi önemli ölçüde farklı oldu. Dünya’nın karbondioksiti, büyük miktardaki yüzey suyumuzla reaksiyona girdi ve çoğu, zamanla kireç taşı gibi karbonat kayaları olarak birikti ve atmosferi, bugün olduğu gibi, nitrojenin hakim olduğu bir hale getirdi. Yaşam ortaya çıktı ve mikroorganizmalar, diğer şeylerin yanı sıra, ozon tabakamızı oluşturan oksijen üretti; Mars ve Venüs’ün ise bugün hala çok CO2-hakim atmosferleri var,” diye açıklıyor Matthew Johnson.
Venüs’ün günümüzde çoğunlukla CO2’den oluşan çok yoğun ve zehirli bir atmosferi var ve bu da yüzey sıcaklığının yaklaşık 450 santigrat derece olmasına neden oluyor .
Mars’ın atmosferi Dünya’ya kıyasla çok daha incelir ve geriye çöl manzarası kalır.
Bu keşif hakkında daha fazla bilgi için İzotopik Analiz, Mars Tortullarındaki Organik Maddenin Kökenlerini Ortaya Çıkarıyor başlıklı makaleye bakın .
