İsveç’teki Chalmers Teknoloji Üniversitesi ve ABD uzay ajansı NASA’daki araştırmacılar, kimyanın temel kurallarından birine meydan okuyan ve Satürn’ün esrarengiz uydusu Titan hakkında yeni bilgiler sağlayan beklenmedik bir keşif yaptılar.
Aşırı soğuk ortamda normalde uyumsuz olan maddeler yine de karışabilir. Bu keşif, yaşamın ortaya çıkışından önceki kimyaya dair anlayışımızı genişletiyor.
Bilim insanları uzun süredir Satürn’ün en büyük, turuncu renkli uydusuyla ilgileniyorlar çünkü onun evrimi bize kendi gezegenimiz ve yaşama doğru atılan ilk kimyasal adımlar hakkında daha fazla şey öğretebilir. Titan’ın soğuk ortamı ve kalın nitrojen ve metan dolu atmosferi, milyarlarca yıl önce genç Dünya’da var olduğu düşünülen koşullarla pek çok benzerlik taşıyor. Bu nedenle araştırmacılar Titan’ı inceleyerek yaşamın kökeni hakkında ipuçları bulmayı umuyorlar.
Chalmers Kimya ve Kimya Mühendisliği Bölümünde Doçent olan Martin Rahm, Titan’da neler olup bittiğini daha iyi anlamak için uzun süredir çalışıyor. Artık araştırma grubunun bazı polar ve polar olmayan maddelerin birleşebileceğine dair şaşırtıcı keşfinin Titan hakkında gelecekteki çalışmalara ışık tutacağını umuyor.
“Bunlar çok büyük ölçekte bir şeyi, Merkür gezegeni kadar büyük bir uyduyu anlamamıza yardımcı olabilecek çok heyecan verici bulgular” diyor.
Zorlu ortamlarda yaşamın yapı taşlarına dair yeni bilgiler
Araştırmacıların makalesi şu tarihte yayınlandı: PNASatmosferde ve Titan’ın yüzeyinde büyük miktarlarda bulunan metan, etan ve hidrojen siyanürün daha önce mümkün olmadığı düşünülen bir şekilde etkileşime girebileceğini gösteriyor.
Olağanüstü polar bir molekül olan hidrojen siyanürün, metan ve etan gibi tamamen polar olmayan maddelerle kristaller oluşturabilmesi şaşırtıcıdır çünkü bu tür maddeler normalde yağ ve su gibi tamamen ayrı kalır.
Araştırmayı yöneten Martin Rahm, “Bu maddeler arasındaki beklenmedik etkileşimin keşfi, Titan’ın jeolojisini ve onun göller, denizler ve kum tepelerinden oluşan tuhaf manzaralarını nasıl anladığımızı etkileyebilir” diyor.
“Buna ek olarak, hidrojen siyanürün, proteinlerin yapımında kullanılan amino asitler ve genetik kod için gerekli olan nükleobazlar gibi yaşamın birçok yapı taşının abiyotik oluşumunda önemli bir rol oynaması muhtemeldir. Dolayısıyla çalışmamız aynı zamanda yaşamın ortaya çıkmasından önceki kimyaya ve yaşamın aşırı, zorlu ortamlarda nasıl ilerleyebileceğine dair içgörülere de katkıda bulunuyor.”
Cevaplanmayan bir soru NASA işbirliğine yol açtı
Chalmers çalışmasının arka planında Titan hakkında cevaplanmamış bir soru var: Titan atmosferinde oluştuktan sonra hidrojen siyanüre ne olur? Yüzeyde metrelerce miktarda birikmiş mi yoksa çevresiyle bir şekilde etkileşime girmiş mi veya reaksiyona girmiş mi?
Cevabı aramak için, NASA’nın Kaliforniya’daki Jet Propulsion Laboratuvarı’ndaki (JPL) bir grup, hidrojen siyanürü metan ve etanla 90 Kelvin (yaklaşık -180 santigrat derece) kadar düşük sıcaklıklarda karıştırdıkları deneyler yapmaya başladı. Bu sıcaklıklarda hidrojen siyanür kristal, metan ve etan ise sıvıdır.
Malzemeleri ve molekülleri atomik düzeyde incelemeye yönelik bir yöntem olan lazer spektroskopisini kullanarak bu tür karışımları incelediklerinde, moleküllerin sağlam olduğunu ancak yine de bir şeyler olduğunu buldular. Ne olduğunu anlamak için Martin Rahm’ın, hidrojen siyanür üzerine kapsamlı araştırmalar yürüten Chalmers’daki araştırma grubuyla temasa geçtiler.
“Bu, Chalmers ve NASA arasında heyecan verici bir teorik ve deneysel işbirliğine yol açtı. Kendimize sorduğumuz soru biraz çılgıncaydı: Ölçümler, metan veya etanın hidrojen siyanürle karıştırıldığı bir kristal yapıyla açıklanabilir mi? Bu, kimyadaki ‘benzer benzeri çözer’ kuralıyla çelişir; bu da temel olarak bu polar ve polar olmayan maddeleri birleştirmenin mümkün olmaması gerektiği anlamına gelir” diyor Rahm.
Kimyanın sınırlarını genişletmek
Chalmers araştırmacıları, yanıt bulmak amacıyla molekülleri katı halde düzenlemenin binlerce farklı yolunu test etmek için büyük ölçekli bilgisayar simülasyonları kullandı.
Analizlerinde, hidrokarbonların hidrojen siyanürün kristal kafesine nüfuz ettiğini ve ortak kristaller olarak bilinen kararlı yeni yapılar oluşturduğunu buldular.
“Bu, Titan’daki gibi çok düşük sıcaklıklarda gerçekleşebilir. Hesaplamalarımız, yalnızca beklenmedik karışımların Titan koşulları altında kararlı olduğunu değil, aynı zamanda NASA’nın ölçümleriyle de örtüşen ışık spektrumlarını da öngördü” diyor.
Bu keşif, kimyanın en iyi bilinen kurallarından birine meydan okuyor ancak Martin Rahm, kimya kitaplarını yeniden yazmanın zamanının geldiğini düşünmüyor.
“Bunu kimyada sınırların ne zaman değiştirildiğine ve evrensel olarak kabul edilen bir kuralın her zaman geçerli olmadığına dair güzel bir örnek olarak görüyorum” diyor.
NASA’nın uzay sondası Dragonfly’ın 2034 yılında yüzeyinde ne olduğunu araştırmak amacıyla Titan’a ulaşması bekleniyor. O zamana kadar Martin Rahm ve meslektaşları, kısmen NASA ile işbirliği yaparak hidrojen siyanür kimyasını keşfetmeye devam etmeyi planlıyor.
“Hidrojen siyanür, evrendeki birçok yerde, örneğin büyük toz bulutlarında, gezegen atmosferlerinde ve kuyruklu yıldızlarda bulunur. Çalışmamızın bulguları, uzaydaki diğer soğuk ortamlarda neler olduğunu anlamamıza yardımcı olabilir. Ayrıca diğer polar olmayan moleküllerin de hidrojen siyanür kristallerine girip giremeyeceğini ve eğer öyleyse, bunun yaşamın ortaya çıkışından önceki kimya için ne anlama geldiğini öğrenebiliriz” diyor.
ABD uzay ajansı NASA, 2034 yılında Titan’a ulaşması beklenen Dragonfly uzay sondasını 2028 yılında fırlatmayı planlıyor. Amaç, yaşamdan önce gelen kimya olan prebiyotik kimyayı incelemek ve yaşam belirtileri aramak.
