Yaşamın kökeni konusunun en ünlü deneyi 1953 yılında Chicago Üniversitesi’nde lisansüstü öğrencisi olan Stanley Miller (1930-2007) ve döteryumu keşfetmesiyle Nobel Kimya Ödülü sahibi olan hocası Harold Urey (1893-1981) tarafından sıradan bir kimya laboratuvarında gerçekleştirildi. Bilimin en büyük sırlarından biri olan yaşamın kökeni ilk kez bu deneyle aydınlanmaya başlamıştır.
Yaşamın Kökeni Tartışması!
Evrim teorisi ile çok büyük bir şöhret kazanmış olan Charles Darwin 1871 yılında, bir arkadaşına yazdığı mektupta canlı bir organizmanın oluşması için gerekli tüm koşulların, çeşitli kimyasallar ve enerji kaynaklarının bulunduğu sıcak bir havuzda mevcut olabileceği fikri üzerinde durdu. Ardından gelen Rus biyokimyacı Alexander Oparin ve Britanyalı biyolog John Haldene, uygun enerji kaynağı ile birlikte okyanusun karmaşık moleküllerin sentezlenebileceği devasa bir organik reaktör olabileceği fikrini ortaya attılar.
Erken Dünya!
Bu fikirler çerçevesinde Miller ve Urey, Dünya’nın erken atmosferini simüle edecekleri bir deney düzeneği hazırlamak için kolları sıvadılar. O dönemde bilim insanlarının erken Dünya atmosferi hakkında öne sürdükleri bir hipotezi baz aldılar. Bu hipotez, erken Dünya’nın atmosferinin metan, amonyak, hidrojen ve su buharı gibi gazlarla dolu olduğunu öne sürüyordu. Bu tahminler, Dünya’nın oluşum sürecine ve gezegenin kimyasal yapısına dayanarak yapılıyordu. Ve o zamanki sonuçlar ile bugünkü sonuçlar arasında çok az fark vardır.
Miller-Urey Deneyi!
Deney oldukça basitti: temel düşünce okyanusu temsil eden su buharı ve ilkel atmosferi temsil eden metan, amonyak, hidrojen, su ve karbonmonoksit karışımı içeren cam kabın içinden yıldırımı temsil eden elektrik akımı geçirilmesiydi.
Su buharı ısıtılıp ilkel atmosferi temsil eden metan, amonyak ve hidrojen karışımınına maruz bırakılıyordu. Bu sırada elektrik akımı verilen buhar bir yoğunlaştırıcı aracılığıyla soğutulup aparatın altındaki bir haznede toplanıyordu.
Deney Sonucu!
Sonuçta amidler, karboksilik asitler ve en önemlisi çeşit çeşit aminoasitler dahil olmak üzere yaşamda rol oynayan birçok organik molekül ortaya çıkmıştı. İlk adımda, reaksiyon karışımında hidrojen siyanürün, formaldehitin ve aktif ara bileşiklerin (asetilen, siyanoasetilen vb.) oluştuğu bilinmektedir:
CO2 → CO + [O] (atomik oksijen)
CH4 + 2[O] → CH2O + H2O
CO + NH3 → HCN + H2O
CH4 + NH3 → HCN + 3H2
Bu bileşimler daha sonra amino asit oluşumlarıyla ve diğer biyomoleküllerle, Stecker sentezi olarak bilinen bir tepkimeye girerler:
CH2O + HCN + NH3 → NH2-CH2-CN + H2O
NH2-CH2-CN + 2H2O → NH3 + NH2-CH2-COOH (glisin)
Aminoasitlerin ilki iki gün içerisinde, bir düzine fazlası da ilk haftanın sonunda tespit edildi. Sonuç olarak, deney Dünya’daki canlılıkta yaygın olarak bulunan 20 aminoasitin oluşmasını sağlamıştı. Kısa süre sonra, kimyagerler prebiyotik kimya alanında çalışmak üzere bir araya geldi. Bu deneyi baz alan binlerce farklı çalışma yapıldı ve yeryüzünün ilk dönemlerinde yaşam için önemli moleküllerinin bol miktarda bulunduğu ortaya kondu.
Kiralite Sorunu ve Olası Çözümleri
Elbette ki Miller-Urey Deneyi’nin kusursuz değildi. Bu deneyin gerçekliğini sorgulayan kişilerden gelen en güçlü eleştiri kiralite sorunuydu. Kiralite moleküllerin simetrileri ve optik özellikleriyle ilgili bir kimya terimidir. Bu simetri farkı sayesinde moleküller sol veya sağ elli olarak adlandırılır. Canlıların neredeyse hepsinde bu simetri sol ellidir. Yani, Miller-Urey Deneyi’nin sonucunda oluşan aminoasitlerin tamamının sol elli simetriye sahip olması beklenmekteydi. Fakat, sonuçlar öyle değildi. Deney sonucunda elde edilen aminoasitlerin yarısı sağ elli diğer yarısı ise sol elliydi. Eşit orandaki simetri canlılılardakiyle tutarlı değildi. Peki, bu deneyin başarısız olduğu anlamına mı gelmektedir?
Hayır, yapılan araştırmalar sonucunda sağ elli aminoasitlerin sol elli aminoasitlere dönüşümünün uygun sıcaklık ve basınçla mümkün olduğu gözlemlendi. Ayrıca, sol elli olanların Dünya’ya kuyrukluyıldızlar ve meteorlar tarafından gelmiş olabileceği NASA’nın ve çeşitli bilim insanlarının deneyleri sonucu ortaya çıkmıştır. Bunun yanında, ortamdaki belirli bir izomerin diğerlerine göre baskın olması ortam koşullarının değişikliğiyle açıklanabilmektedir. Bu durum sayesinde diğer aminoasitlerin de ona uyumlu olarak gelişmeye başlayabileceği ortaya konulmuştur. Bu bağlamda, Miller-Urey Deneyi’nde sol-elli aminoasitlerin hiç üretilmediği yanılgısı düzeltilmelidir; deney, sol ve sağ simetrik aminoasitlerin homokiral bir çözelti içinde oluştuğunu gösterir, bu da yaşamın başlangıcının mümkün olduğunu gösterir.
Nükleotit Sorunu ve Çözümü
Bu ilk deneyin yayınlanmasından yaklaşık üç hafta önce, kalıtımın gerçek temelinin DNA olduğu tespit edilmişti ve ilk çalışmalarda DNA’nın yapıtaşları olan dört nükleotit bazdan eser yoktu. Bu eksikliğin giderilmesi epey zaman alacaktı. Geçtiğimiz yıllarda deneydeki yıldırımı temsil eden enerji kaynağı elektriğin yanında asteroit çarpma etkisinden kaynaklanan şok dalgalarını simüle eden güçlü lazer deşarjları da kullanıldı ve DNA’nın yapıtaşı nükleotitler de sentezlenebildi. Bu durumda erken Dünya’da oluşan nükleotitlerin asteroit bombardımanı sebebiyle oluştuğunu söyleyebiliriz.
Sonuç
Stanley Miller’ın çalışması, uzun yıllar boyunca üzerine binlerce yeni deney yapılarak geliştirildi ve prebiyotik kimya alanında öncü oldu. 2005 yılında Miller’ın ölümünün ardından onun öğrencisi Jeffrey Bada, hocasından geriye kalan deneylerin hiç yayınlanmamış sonuçlarını analiz ederek ve yeni deneyler yaparak Miller-Urey deneyinin çok daha geniş çapta yaşam kimyasalları üretebileceğini gösterdi. Deney, günümüzde yaşamın kökeni konusunda söz sahibi olan birçok teori ve fikir arasında önemini korumaktadır.
Kaynakça Ve İleri Okuma
Chambers, K. (2017). Harold Urey’s many contributions to science. U.S. Department of Energy Office of Scientific and Technical Information. https://www.osti.gov/harold-ureys-many-contributions-science
Cockell, C. S. (2020). Astrobiology: Understanding Life in the Universe. Birleşik Krallık: Wiley.
Darwin Correspondence Project, “Letter no. 7471,” accessed on 13 April 2024, https://www.darwinproject.ac.uk/letter/?docId=letters/DCP-LETT-7471.xml
Kaufman, M. (2012). First Contact: Scientific Breakthroughs in the Hunt for Life Beyond Earth. Amerika Birleşik Devletleri: Simon & Schuster.
May, A. (2019). Astrobiology: The Search for Life Elsewhere in the Universe. Birleşik Krallık: Icon Books.
Miller, S. L., Orgel, L. E. (1974). The Origins of Life on the Earth. Birleşik Krallık: Prentice-Hall.
- SIO Photographic Laboratory Collection. (1970) SAC 44. Special Collections & Archives, UC San Diego. https://library.ucsd.edu/dc/object/bb5359436b
Wikimedia Foundation. (n.d.). Miller-Urey deneyi. Wikipedia. https://tr.wikipedia.org/wiki/Miller-Urey_deneyi#
Bize Destek Olmak İster Misiniz?
- Dilerseniz Patreon hesabımız üzerinden bize aylık veya tek seferlik bağış yaparak destekte bulunabilirsiniz.
- Daha detaylı bilgi almak için “Bize Destek Olabilirsiniz!” sayfamızı inceleyebilirsiniz!
