Uzay kimyasına değinmeden önce kısaca bazı terimlere açıklık getirelim.
Kimya nedir? Maddenin yapısını ve o yapıdaki değişiklikleri inceleyen bilim dalıdır.
Biyokimya nedir? Organik moleküller ve canlıların kimyası ile ilgilenen bir bilim dalıdır.
Madde nedir? Uzayda yer tutan ve kütlesi olan her şey maddedir.
Kütle nedir? Bir objenin içerdiği maddenin miktar olarak ölçüsüdür.
Atom nedir? Kimyasal elementlerin en küçük birimidir.
Element nedir? Aynı zamanda atom olarak da bilinen ve kimyasal tepkileşmelerle daha küçük diğer maddelere ayrılamayan maddedir.
Doğal olarak oluşmuş 92 element vardır. Bunlardan 25'i yaşam için esasdır. Canlı maddelerin yüzde 96'sı, karbon, oksijen, hidrojen ve azottan oluşmuştur. Geride kalan yüzde 4'ü ise kalsyum, fosfor, potasyum, sülfür, sodyum, klor ve mağnezyum oluşturur. Tabii bu arada şu eser elementler de vardır. Boron, krom, kobalt, bakır, flor, iyot, demir, manganez, molibden, selenyum, silikon, vanadyum ve çinko.
Atomaltı parçacıklar nelerdir? Üç atomaltı parçacık vardır.
Proton: Pozitif elektrik yüklü parçacıktır. Nötronlarla birlikte atom çekirdeginde yer alır.
Nötron: Elektrik yükü olmayan ve protonlarla birlikte atomun çekirdeginde yer alan parçacıktır.
Proton ve nötron atomun çekirdeğinde yer alır.
Elektron: Negatif elektrik yüklü, kütlesi protonun kütlesinin yaklaşik ikibinde biri kadar olan bir parçacıktır. Atom çekirdeginin etrafında, kabuk denen orbitallerde yer alır.
Evrende, yıldızlar arasındaki uzayda, mevcut poliatomik kimyasal moleküllerin çoğu genellile C, H, N ve O’den ibarettir. Galaksimiz olan Saman Yolu’na (Milky Way) kısa bir göz atalım. Galakside mevcut kütlenin yüzde 90’ını sayıları 10^11 kadar olan yıldızlar oluşturmuştur. Geride kalan yüzde 10, gaz (çoğunlukla Hidrojen) ve toz bulutlarından ibarettir. Bu gaz bulutlarının içinde koyu ve karanlık renkli olan yıldızlar arası bulutlarda bazı moleküllerin varlığı dikkati çekmistir.
Sıcak bulutlarda kozmik UV (ultraviole, mor ötesi) radyasyonu yoğun olduğu için oluşan moleküller hemen parçalanırlar. Buna photodissociation denir. Fotonlar tarafından parçalanma yani. Bu etkiden dolayı bu moleküller birkaç çifte atomlu küçük moleküler yapılara dönüşmüşlerdir.
Koyu ve yoğun bulutların merkezinde ise durum farklıdır. Kozmik gazlar ve tozlar UV radyasyonunu kısmen önledikleri için, bazı kararlı moleküllerin sentez edildiği koşulların oluşmasını sağlarlar. Buralarda sentez edilen kararlı moleküllerden bazıları şunlardır.
H2 , CO, HNC, C3N ve NH3
Tabii kararsız mokelüller de oluşur. Onlar da şunlardır.
HCO+, HN2+, HC2, HNC, C3N ve C4H
Ortamda mevcut UV, X ışınları ve diğer kozmik ışınlardan dolayı termodinamik bir dengenin oluşması, dolayısıyla CH4 (metan) ve H2O(su) gibi hidrojenden zengin moleküllerin ortaya çıkması mümkün değildir. Ancak koyu, yoğun ve daha soğuk bulutlarda kararlı moleküller, yani H2, CO, H2CO, HCN ve NH3 gibi moleküller, kararsız poliatomik (çok atomlu) moleküllerle birlikte ortaya çıkabilir.
Daha da koyu ve siyah buluttan oluşan yörelerde koşullar kararlı moleküllerin birleşerek kompleks moleküller oluşturması için uygundur. Etil alkol ve eter bu koşullarda ortaya çıkan kararlı organik moleküllerdir.
Yıldızlar arası uzayda dünyadaki organik moleküllerin öncüsü olan moleküllerin, yani hidrojen siyanid, formaldehid ve siyanoasetilen'in oluşması için koşullar uygundur.
Hidrojen siyanid amino asitlerin ve nükleik bazların öncüsüdür.
Formaldehid şekerlerin öncüsüdür.
Siyanoasetilen ise organik maddelerin ortaya çıkmasında rolü olan kondenzasyon ajanıdır.
Genç dünyanın, uzayın sonsuz boşluğunda bol miktarda ortaya çıkan bu organik moleküllerden çok zengin olduğu tahmin edilmektedir. Herşeyden önce bunlar evrensel moleküllerdir. Yani evrenin her yerinde vardırlar. Aydan getirilen tozlarda ve meteor taşlarında bu moleküllere ve amino asitlere rastlanmıştır. Bu gözlemler dünyanın, yaşamın çıktığı tek gezegen olmayabileceğini telkin etmektedir.
KİMYASAL EVRİM.
Uzayda ve genç dünyada ortaya çıkan organik moleküllerden hangileri yeğlenmiş ve canlıların yapısına katılmışlardır?
Organik moleküller için de doğal seçilim söz konusu mudur?
Doğal seçilim bir fizik yasasıdır ve dolayısıyla canlıları olduğu kadar, cansız maddeleri de ilgilendirmektedir. Madde ve enerjinin davranış biçimleri söz konusu olunca, canlı ve cansız varlıklar arasındaki farklar azalmaktadır.
Kimyasal evrimden sorumlu doğal seçilim yasası, maddenin çevresel baskılara uymaya zorlanması olarak tanımlanabilir. Darwin’in canlılar için ortaya attığı bir yasayı biz cansız maddelere de uygulayabiliriz.
Doğada fiziksel ve kimyasal evrimin varlığına işaret eden sayısız gözlemler yapılmıştır. Cansız madde ilerde canlı denecek nitelikler kazanma sürecini deneyimlerken de evrime maruz kalmaktadır. Big Bang’den itiraberen madde sürekli olarak organize olmakta ve giderek karmaşık bir yapı kazanmaktadır. Kimyasal evrim elementlerin bir araya gelerek, giderek karmaşıklaşan moleküller ve bileşikler oluşturmasıdır. Bu evrim ilerde bir zamanda canlı diyeceğimiz son derece kompleks varlıkların ortaya çıkmasına neden olacaktır. Yaşam bu kimyasal evrimle başlamıştır.
Kimyasal evrimi daha da geriye giderek açıklamak mümkündür. Elementlerin sentezi de kimyasal evrimin bir parçasıdır. Ona nükleosentez denir. Big Bang sırasında enerji maddeye dönüşmüş ve ilerde elementleri oluşturacak atomaltı parçacıklar sentez edilmişlerdir. Onların bir araya gelerek ilk elementler olan hidrojen, helyum, lityum ve berilyumu oluşturması da nükleosentez olarak bilinen kimyasal bir evrimdir.
Kimyasal evrimin oluş mekanizmaları nelerdir?
Atom ve moleküller bir araya gelerek daha kompleks molekülleri oluştururlarken, çevresel baskılara boyun eğerler. Bu süreç sırasında ortaya çıkan kararsız kimyasal bileşikler ve moleküller varlıklarını sürdüremezlerse parçalanarak elimine edilirler. Geride yalnız ortama uyan kararlı moleküller kalır. İlerde canlı varlıkların yapısına katılacak olan bu ilk moleküllerin ortaya çıktığı dönem için evrenin fotokimyasal periyodu denir. Bu terim henüz canlı varlıkların ortaya çıkmadığı bir dönemi simgeleyen protobiyotik veya prebiyotik periyod deyiminin karşıtıdır.