Miller deneyi ne anlatıyor? | Bilim ve Gelecek
Ana sayfa Bilim Gündemi Miller deneyi ne anlatıyor?
Oparin ve Haldane tarafından öne sürülen “ilksel çorba” kuramı, ilk başlarda çok yaygın kabul görmedi. Buradaki sorun, cansız maddelerden canlı moleküllerin oluştuğunu gösteren deneysel çalışmaların olmayışıydı. 1952’de Şikago Üniversitesi’nden doktora öğrencisi Stanley Miller ve danışmanı Prof. Harold Urey bir deney düzeneği tasarladılar. Amaçları Oparin-Haldane hipotezinde olduğu gibi inorganik moleküllerden canlılığın oluşumu için gerekli organik moleküllerin oluşabildiğini göstermekti. Bunun için de ilk atmosferde olduğu düşünülen koşulların aynısını laboratuvar ortamında canlandırmayı hedeflediler. Deneyin temel özellikleri şunlardı:
1)Öncelikle ilk atmosferde olduğu düşünülen indirgenmiş gaz karışımı içeriyordu: Karbon kaynağı olarak metan (CH4), azot kaynağı olarak amonyak (NH3), oksijen kaynağı olarak su (H2O) ve ek olarak da hidrojen gazı (H2) kullanıldı.
2)İlk atmoferdeki yüksek enerjili ortamı yansıtması için elektrik enerjisinden elde edilen enerji: İlk atmosferde bu enerji güneş enerjisinden, yıldırımlardan, Dünya’ya çarpan meteorların şok dalgalarından ya da volkanlardan elde ediliyordu.
3) 0 ile 100 °C arasında çevresel sıcaklık.
4) Deneyin başında sağlanan steril bir ortam.
Deneyin genel gidişatı ise şu şekildeydi: Öncelikle sıvı haldeki su ısıtılarak su buharı oluşturuldu. Elektrodlardan geçirilen elektrik akımıyla oluşturulan kıvılcımlar enerji kaynağı olarak kullanıldı. Bu şekilde de atmosfer ortamındaki yıldırımların deney tüpünde karşılığı elde edilmeye çalışıldı. Devamında da, oluşturulan yapay atmosfer soğutularak suyun tekrar sıvı hale geçmesi sağlandı. Böylece ilk Dünya ortamındaki yağmurlar deney tüpünde canlandırılmış oldu. Bir hafta boyunca tekrarlayarak devam eden deney sonunda sisteme ilk başta eklenen karbonun yüzde 10-15’inin organik bileşiklerin yapısına geçtiği gözlemlendi. Karbonun yüzde 2’si proteinlerin yapısını oluşturan amino asitlerin yapısına katılırken, şeker, yağ ve nükleik asitlerin bazı yapıtaşları da üretilen organik bileşikler arasındaydı. (Şekil 1)
Şekil 1: Urey-Miller Deneyi’nde elektrodlardan sağlanan kıvılcımlar ilk atmosferdeki yıldırımları temsil ediyor. Soğuk su sayesinde elde edilen örneklerin yoğunlaşarak su ortamına geçmesi sağlanıyor: İlk atmosferdeki bileşiklerin yağmurlarla okyanuslara taşınması gibi. Okyanus bölmesi de ısıtılarak bileşiklerin tekrar atmosferik bölüme gitmesi ve yeni bir döngünün başlaması sağlanıyor.
Miller-Urey deneyi, benzer birçok deneyin yapılmasına yol açtı. 1961’de Juan Oro, su ortamında hidrojen siyanür (HCN) ile amonyağın elektrik akımına tutulması sonucu nükleik asitin yapıtaşlarından adenin bazının oluşumunu gösterdi. Deney sonucunda ek olarak çeşitli amino asitler ve bazı porfirinler de (dört tane pirol halkasının metilen köprüleriyle birleşerek oluşturduğu halkalı moleküller) üretilmişti. Daha sonra yapılan bazı deneylerde de diğer nükleik asit bazları inorganik bileşiklerden indirgen atmosfer koşullarında üretildi.
Miller deneyindeki soru işaretleri ve yeni bulgular
1990’lara gelindiğinde bulunan kanıtlar, ilksel Dünya ortamında yoğun olarak karbondioksit (CO2) ve bir miktar da azot (N2) bulunduğunu gösterdi. Bu gazlar Miller’in deney balonunun içinde bulunmayan gazlardı. Kaliforniya’da bulunan Scripps Okyanus Bilimleri Enstitüsü’nden Prof. Jeffrey Bada ve grubu (Jeffrey Bada, Miller’ın ilk öğrencilerinden birisi) bu yeni gazları ekleyerek Miller’ın deneyini tekrar etmeye çalıştığında neredeyse hiç amino asit üretmeyi başaramadı. Bu sorun ise şöyle aşıldı: İlk atmosfer ortamında yeterli miktarda demir ve karbonat mineralleri bulunmuş olabilir, ki bu bileşikler ortama eklenerek deney tekrarlandığında, zengin amino asit içeriği elde edildi. Buradaki mineraller nitritlerin etkisini nötralize etmiş olabilir. Sonuç olarak, ortamda karbondioksit ve nitrojenin bulunması, amino asitlerin oluşmasını engelleyecek nedenler olmayabilir. Bada ve grubu, Stanley Miller ve Harold Urey’in bundan 50 yıl önce yaptığı deney örneklerini de tekrar analiz etti. Daha modern teknikler kullanılarak yapılan incelemelerde, deney örneklerinde aslında Miller ve Urey’in 50 yıl önce bulduklarından daha fazla organik molekül ürediğini ortaya çıkardılar.
Grup, Miller ve Urey’in yaptıkları ancak yayımlamadıkları diğer bir deneyin sonuçlarını da analiz etti. Volkanik düzenek olarak adlandırılabilecek bu deney, bilinen Miller deney düzeneğinden çok az bir farklılık içermekteydi. Elektrik akım içerisinden buhar geçişinin daha hızlı sağlandığı bu düzenekte, volkan çevresindeki ortam oluşturulmaya çalışılmıştı. Bada ve grubu orijinal deneyde aslında 22 amino asitin ve diğer bazı organik moleküllerin ürediğini ortaya çıkardılar. Gruba göre, buharın daha hızlı geçmesi avantajlı bir durum oluşturmuş olabilir: Yeni oluşan amino asitler hızlı bir şekilde elektrik alanından uzaklaştırılabilir ve böylece oluşan diğer moleküllerle de reaksiyona girmeyerek yapılarını koruyacaklardır.
Şimdiye kadar Miller ve Urey deneyinin atmosferin ilk koşullarını tam olarak doğru yansıtmadığı yolunda eleştiriler sıkça yapılmaktaydı. Gerçekten de deney tüpündeki ortam ilk atmosfer ortamını tam olarak yansıtmıyor, ancak gezegen üzerinde, bazı ufak bölgelerdeki şartları doğru olarak yansıtıyor olabilir. Yeni oluşturulmuş bir molekül güneş ışığına maruz kaldığında yüksek enerjinin etkisiyle parçalanacaktır. Bu yüzden de reaksiyon su altında ya da başka korunaklı bir yerde olmalıdır.
Bada’ya göre Miller’ın deneyindeki gazlar ilk Dünya ortamında aktif haldeki birçok volkandan dışarı salınmış olabilir ve birçok büyük volkan patlaması sırasında oluşan şimşekler de elektrik kaynağını oluşturabilir.
Kaynak: Deniz Şahin, 50 Soruda Yaşamın Tarihi, Bilim ve Gelecek Kitaplığı, Ekim 2011, 2. Baskı, S.131-134
Önceki makaleİnsan davranışları, köpek beyinlerinde değişime neden olmuş
Sonraki makaleSera gazını saf sıvı yakıta dönüştüren reaktör