Ben evdede denedim gercekten oluyor
SUYUN FİZİkSEL OZELLİKLERİNDEKİ İNCE AYARLAR
Unlu biyokimyacı Prof. A. E. Needham, 'The Uniqueness of Biological Materials' (Biyolojik Materyallerin Benzersizliği) adlı kitabında, yaşamın oluşması icin mutlaka sıvı maddelerin varlığının zorunlu olduğunu anlatır. Eğer evrenin kanunları sadece maddenin katı ve gaz haline izin vermiş olsa, hayat hicbir zaman var olamayacaktır. Cunku katı maddelerde atomlar birbirleri ile cok icice ve durgundurlar ve canlı organizmaların gercekleştirmek zorunda oldukları dinamik molekuler işlemlere kesinlikle izin vermezler. Gazlarda ise atomlar hicbir istikrar gostermeden serbestce ucuşurlar ve boyle bir yapı icinde canlı organizmaların karmaşık mekanizmalarının işlemesi mumkun değildir.
Kısacası, hayat icin gerekli işlemlerin gercekleştirilmesi icin, sıvı bir ortamın varlığı zorunludur. Sıvıların en ideali—daha doğrusu tek ideal olanı—ise sudur. Suyun hayat icin olağanustu derecede uygun ozelliklere sahip olduğu, eskiden beridir bilim adamlarının dikkatini cekmiştir. Suyun genel doğa kanunlarına aykırı gibi gorunen bazı termal ozellikleri de, bu maddenin yaşam icin ozel yaratıldığının bir kanıtıdır.
Sular her zaman yuzeyden donarlar ve buz her zaman suyun uzerinde yuzer, dibe batmaz. Eğer suyun tum diğer sıvılar gibi soğudukca yoğunluğu artsaydı, yani buz suyun dibine batsaydı, bu durumda okyanuslar, denizler ve gollerde, donma alttan başlayacaktı. Alttan başlayan donma yuzeyde soğuğu kesecek bir buz tabakası olmadığı icin, yukarı doğru devam edecekti. Boylece Dunya'daki gollerin, denizlerin ve okyanusların cok buyuk bolumu dev birer buz kutlesi haline gelecekti. Boyle bir Dunya'nın denizlerinde hicbir canlı yaşayamazdı. Denizlerin olu olduğu bir ekolojik sistemde kara canlılarının varlığı da mumkun olamazdı. Kısacası Dunya, eğer su "normal" davransaydı, olu bir gezegen olacaktı.
Bilinen tum maddeler ısıları duştukce buzuşurler. Bilinen tum sıvılar da yine ısıları duştukce buzuşur, hacim kaybederler. Hacim azalınca yoğunluk artar ve boylece soğuk olan kısımlar daha ağır hale gelir. Bu yuzden sıvı maddelerin katı halleri, sıvı hallerine gore daha ağırdır. Ama su, bilinen tum sıvıların aksine, belirli bir ısıya (+4 oC'ye) duşene kadar buzuşur, ama sonra birdenbire genleşmeye başlar. Donduğunda ise daha da genleşir. Bu nedenle suyun katı hali, sıvı halinden daha hafiftir. Yani buz, aslında "normal" fizik kurallarına gore suyun dibine batması gerekirken, su ustunde yuzer.
Suyun yukarıda anlatılan ozelliği, Dunya uzerindeki denizler acısından cok onemlidir. Eğer bu ozellik olmasa, yani buz suyun uzerinde yuzmese, Dunya uzerindeki suyun cok buyuk bir bolumu tamamen donar, gollerde ve denizlerde hicbir yaşam kalmazdı. Bu gerceği biraz daha detaylı olarak inceleyelim. Dunya'nın pek cok yerinde soğuk kış gunlerinde ısı 0oC'nin altına duşer. Bu soğuk elbette denizleri ve golleri de etkiler. Bu su kutleleri giderek soğurlar. Soğuyan tabakalar dibe doğru coker, daha sıcak kısımlar yuzeye cıkar, ama bunlar da havanın etkisiyle soğur ve yine dibe doğru coker. Ancak bu denge sıcaklık, 4oC'ye gelince birden değişir, bu kez ısının her duşuşunde, su genleşmeye ve hafiflemeye başlar. Boylece 4oC'lik su en altta kalır. Daha yukarıda oC, onun ustunde 2oC, boylece devam eder. Suyun yuzeyi ise 0oC'ye vararak donar. Ama sadece yuzey donmuştur. Yuzeyin altında kalan 4oC'lik bir su tabakası, balıkların ve diğer su canlılarının yaşamlarını surdurmeleri icin yeterlidir.
Eğer boyle olmasa ne olurdu? Su "normal" davransaydı, tum diğer sıvılar gibi onun da ısı kaybına paralel olarak yoğunluğu artsaydı, yani buz suyun dibine batsaydı ne olurdu?
Bitkiler hicbir pompaları veya kas sistemleri olmadığı halde, toprağın derinliklerindeki suyu metrelerce yukarı taşırlar. Bunun sebebi yuzey gerilimidir. Bitkilerin koklerindeki ve damarlarındaki kanallar, suyun yuzey geriliminden yararlanacak şekilde tasarlanmışlardır. Yukarı doğru gidildikce daralan bu kanallar, suyun yukarı doğru "tırmanmasına" neden olurlar. Suyun yuzey gerilimi diğer sıvılarda olduğu gibi az olsaydı, bitkiler beslenemeyecek, dolayısıyla yaşamlarını surduremeyeceklerdi. Bitki ortusu olmayan bir dunyada ise insan yaşamından soz etmek mumkun değildir.
Bu durumda okyanuslar, denizler ve gollerde, donma alttan başlayacaktı. Alttan başlayan donma, yuzeyde soğuğu kesecek bir buz tabakası olmadığı icin, yukarı doğru devam edecekti. Boylece Dunya'daki gollerin, denizlerin ve okyanusların cok buyuk bolumu dev birer buz kutlesi haline gelecekti. Denizlerin yuzeyinde sadece birkac metrelik bir su tabakası kalacak ve hava sıcaklığı artsa bile, dipteki buz asla cozulmeyecekti. Boyle bir Dunya'nın denizlerinde hicbir canlı yaşayamazdı. Denizlerin olu olduğu bir ekolojik sistemde kara canlılarının varlığı da mumkun olamazdı. Kısacası Dunya, eğer su "normal" davransaydı, olu bir gezegen olacaktı.
Suyun neden "normal" davranmadığı, yani 4oC'ye kadar buzuştukten sonra neden birdenbire genleşmeye başladığı ise, hic kimsenin cevaplayamadığı bir sorudur.
Suyun bu kendine ozgu termal ozellikleri sayesinde, kış ile yaz ya da gece ile gunduz arasındaki sıcaklık farkı daima insanların ve diğer canlıların dayanabileceği bir sınırda kalmaktadır. Dunya uzerindeki su miktarı karalara oranla daha az olmuş olsaydı, gece ile gunduz sıcaklıkları arasındaki fark cok artacak, karaların buyuk kısmı cole donecek ve yaşam imkansızlaşacak ya da en azından cok zorlaşacaktı. Ya da suyun termal ozellikleri farklı olsaydı, yine yaşama son derece elverişsiz bir gezegen ortaya cıkacaktı.
Harvard Universitesi Biyolojik Kimya Bolumu Profesoru Lawrence Henderson, suyun tum bu termal ozelliklerini inceledikten sonra şu yorumu yapar:
Ozetlemek gerekirse, suyun bu ozelliği uc yonden buyuk onem taşımaktadır. Oncelikle, Dunya'nın ısısını duzenlemeye ve dengelemeye yarar. İkincisi, canlıların bedenlerinin ısı dengesinin mukemmel bir bicimde korunmasını sağlar. Ucuncusu, meteorolojik cevirimleri destekler. Tum bu etkiler, olabilecek en yuksek uygunlukta gercekleşmektedir ve başka hicbir madde bu yond en su ile karşılaştırılamaz.
SUYUN YUZEY GERİLİMİ YAŞAMIN VAR OLMASI İCİN OZEL AYARLANMŞTIR
Yuzey gerilimi, sıvıların icindeki molekullerin birbirlerini cekim kuvvetlerinden kaynaklanır. Her sıvının yuzey gerilimi farklıdır. Suyun yuzey gerilimi, bilinen diğer sıvıların hemen hepsinden daha yuksektir ve bunun cok onemli bazı biyolojik etkileri vardır. Bitkilerdeki etki, bunların başında gelir. Bitkilerin, hicbir pompaları, kas sistemleri vs. olmadan, toprağın derinliklerindeki suyu metrelerce yukarı nasıl taşıdıklarını duşundunuz mu? Bu sorunun cevabı, yuzey gerilimidir. Bitkilerin koklerindeki ve damarlarındaki kanallar, suyun yuzey geriliminden yararlanacak şekilde tasarlanmışlardır. Yukarı doğru gidildikce daralan bu kanallar, suyun yukarı doğru "tırmanmasına" neden olurlar.
Bu ustun tasarımı mumkun kılan şey, biraz once belirttiğimiz gibi suyun yuksek yuzey gerilimidir. Eğer suyun yuzey gerilimi diğer sıvıların coğu gibi duşuk duzeyde olsa, geniş karasal bitkilerin yaşaması fizyolojik olarak imkansız hale gelecektir. Elbette bitkilerin olmadığı bir ortamda insanların varlığından bahsetmek de mumkun değildir.
Yuksek yuzey geriliminin bir başka onemli etkisi ise, kayaların parcalanmasıdır. Su, yuksek yuzey gerilimi nedeniyle, kayaların icinde bulunan kucuk catlakların en derinliklerine kadar sızar. Daha sonra havalar soğur ve sular donar. Donup buza donuşen su, olağanustu bir etki gosterip genleştiği icin, kayaları zorlar ve zamanla parcalar. Bu, kayaların icindeki minerallerin doğaya kazandırılması ve aynı zamanda toprak oluşumu acısından hayati bir oneme sahiptir.
SUDAKİ KİMYASAL MUCİZE
Suyun tum bu fiziksel ozelliklerinin yanısıra, kimyasal ozellikleri de yaşam icin olağanustu derecede idealdir. Bu ozelliklerin başında, suyun cok iyi bir cozucu olması gelir. Neredeyse tum kimyasal maddeler, suyun icinde uygun bir bicimde cozunurler.
Bunun yaşam icin cok onemli bir etkisi, suda cozunen sayısız yararlı mineral ve benzeri kimyasalların, nehirler aracılığıyla denizlere aktarılmasıdır. Bu şekilde denizlere, yılda 5 milyar ton kimyasal madde taşındığı hesaplanmaktadır. Bu maddeler, sudaki yaşam icin zorunludurlar.
Su, neredeyse bilinen tum kimyasal reaksiyonları hızlandırır (katalize eder). Suyun bir başka kimyasal ozelliği ise, kimyasal reaksiyonlara girme eğiliminin cok ideal bir duzeyde olmasıdır.
Su orneğin, ne sulfurik asit gibi aşırı derecede reaktif ve dolayısıyla parcalayıcı bir bileşim, ne de argon gibi hicbir reaksiyona girmeyen durgun bir maddedir. Prof. Michael Denton'ın belirttiği gibi, "suyun reaksiyona girme duzeyi, onun hem biyolojik hem de jeolojik gorevleri acısından olabilecek en uygun değerdedir".
Suyun kimyasal ozelliklerinin yaşam icin uygunluğu, su hakkında yapılan her yeni araştırma ile biraz daha detaylı bir bicimde ortaya cıkmaktadır. Yale Universitesi'nden unlu biyofizik profesoru Harold Morowitz, bu konuda şu yorumu yapar:
Son yıllarda, suyun daha onceden bilinmeyen bir ozelliğinin anlaşılmasına yarayan gelişmeler olmuştur. Bu ozelllik (proton iletkenliği), sadece suya has bir ozellik olarak gozukmektedir ve biyolojik-enerji transferi ile hayatın kokeni acısından cok buyuk oneme sahiptir. Bilgilerimiz arttıkca, doğanın (yaşam icin) kusursuz uygunluğuna olan hayranlığımız da artmaktadır. 3
SUYUN AKIŞKANLIK DEĞERİ DE BELLİ BİR HESABA GOREDİR
Sıvı dendiğinde hepimizin gozunun onunde son derece akışkan bir madde canlanır. Oysa gercekte sıvıların akışkanlıkları birbirinden cok farklı olabilir. Orneğin katran, gliserol, zeytin yağı ve sulfurik asit arasındaki akışkanlık farkları cok yuksektir. Bu sıvılar su ile karşılaştırıldıklarında ise, ortaya cok daha buyuk farklar cıkar. Cunku su, katrandan 10 milyar kat, gliserolden bin kat, zeytin yağından yuz kat ve sulfurik asitten de 25 kat daha akışkandır.
Su, ustteki karşılaştırmadan da anlaşıldığı gibi, cok yuksek bir akışkanlığa sahiptir. Hatta, eter ve sıvı hidrojen gibi normal formu gaz olan maddeler bir kenara bırakılırsa, suyun tum sıvılar icinde akışkanlık değeri en yuksek madde olduğunu soyleyebiliriz.
Peki acaba suyun bu akışkanlık değerinin bizim icin bir onemi var mıdır? Bu hayati sıvı, biraz daha az ya da fazla akışkan olsa, bizim icin fark eder miydi? Prof. Denton bu sorulara şoyle cevap verir:
Eğer akışkanlığı daha yuksek olsaydı, su, hayat icin uygun bir temel olma ozelliğini kesinlikle yitirirdi. Orneğin akışkanlığı sıvı hidrojen kadar yuksek olsaydı, canlıların yapıları, tahrip edici etkiler karşısında cok daha şiddetli hareketlere maruz kalacaktı... Hassas molekuler yapıların su tarafından desteklenmesi mumkun olmayacak, canlı hucresinin son derece hassas olan yapısı yaşamını surduremeyecekti...
Ote yandan, suyun akışkanlığı biraz daha az olsaydı, (proteinler, enzimler gibi) makromolekullerin ve ozellikle mitokondri gibi ozelleşmiş yapılar ile kucuk organellerin kontrollu hareketleri imkansız hale gelecekti. Aynı şekilde hucre bolunmesi de imkansızlaşacaktı. Hucrenin tum yaşamsal faaliyetleri fiili olarak donacak ve bizim bildiğimize benzer bir hucre yaşamı mumkun olmayacaktı. Hucrelerin embriyogenez (anne rahmindeki gelişim) sırasındaki hareket etme ve surunme yeteneklerine bağlı olan daha yuksek organizmaların gelişimi ise, suyun akışkanlığının cok az bile daha duşuk olması durumunda, kesinlikle gercekleşemeyecekti.
Kanın % 95 i sudur. Eğer suyun akışkanlığı balınki ya da katranınki kadar olsaydı, hicbir kalp boyle bir kanı pompalayamazdı.
Suyun yuksek akışkanlık değeri, bizim icin hayati oneme sahiptir. Eğer suyun akışkanlık değeri biraz bile az olsaydı, kanın kılcal damarlar yoluyla taşınması imkansızlaşacaktı. Orneğin, karaciğerin karmaşık damar ağı hicbir zaman kurulamayacaktı.
Suyun akışkanlık değeri, sadece hucre icindeki hareketler bakımından değil, aynı zamanda dolaşım sistemi acısından da cok onemlidir.
Bir milimetrenin ceyrekte birinden daha buyuk bir vucuda sahip olan tum canlılar, merkezi bir dolaşım sistemine sahiptirler. Cunku bu buyuklukten sonra, besinlerin ve oksijenin "difuzyon" yoluyla, yani doğrudan hucre icindeki sıvıya bırakılıp alınarak taşınması mumkun değildir. Vucudun icinde cok sayıda hucre vardır ve dışarıdan alınan havanın ve enerjinin, hucrelere birtakım "kanallar" yoluyla pompalanması, artıkların da başka birtakım "kanallar" tarafından toplanması gereklidir. Bu kanallar, damarlardır. Kalp ise bu damarlardaki akışı sağlayan pompadır. Damarların icinde akan şey ise, "kan" olarak bildiğimiz sıvıdır ki, aslında temel olarak sudan oluşur. (Kanın icindeki hucre, protein ve hormonlar cıkarıldığında geriye kalan ve "plazma" adı verilen sıvının % 95'i sudur.)
İşte bu nedenle, suyun akışkanlığı, dolaşım sisteminin verimli calışabilmesi acısından cok onemlidir. Orneğin eğer suyun akışkanlığı katranınkine benzer bir değerde olsa, elbette hicbir kalp bunu pompalayamayacaktır. Katranınkinden 100 milyon kat yuksek bir akışkanlık değerine sahip olan zeytinyağına benzer bir su bile, kalp tarafından pompalansa dahi, vucudun her tarafını kaplayan milyarlarca kılcal damarın icine giremeyecek ya da cok buyuk bir akış zorluğu ile karşılaşacaktır.
Bu kılcal damarlar konusunu biraz daha yakından ele alalım. Kılcal damarların amacı, vucudun dort bir yanındaki hucrelerin her birine gerekli oksijen, enerji, besin, hormon gibi maddeleri taşıyabilmektir. Bir hucrenin bir kılcal damardan yararlanabilmesi icin de, ondan en fazla 50 mikronluk bir mesafe kadar uzak olması gerekir. (Bir mikron, milimetrenin binde biridir.) Daha uzakta kalan hucreler, beslenemeyerek oleceklerdir.
İşte bu nedenle insan vucudu oyle bir şekilde yaratılmıştır ki, kılcal damarlar vucudun her bir parcasını ağ gibi sarar. Vucudumuzdaki ortalama 5 milyar kılcal damarın toplam uzunluğu 950 km.'yi bulur. Bazı memelilerde, tek bir santimetrekarelik bir kas alanı icinde, 000 tane acık kılcal damar yer alır. Eğer insan vucudunun en kucuk kılcal damarlarının 10 bin tanesini yan yana getirirsek, toplam kalınlıkları ancak bir kurşun kalemin kurşun kısmı kadar olur. Bu kılcal damarların capı, -5 mikron arasında değişir. Bu, milimetrenin binde ucu ya da beşi demektir.
Ancak elbette kanın bu kadar daracık damarlar arasında tıkanmadan ve ağırlaşmadan hareket edebilmesi, suyun yuksek akışkanlığı sayesinde mumkun olmaktadır. Prof. Michael Denton, bu akışkanlığın birazcık bile daha duşuk olması durumunda hicbir kan dolaşımı sisteminin işe yaramayacağını şoyle anlatır:
Bir kılcal damar sistemi, ancak kanalların icine pompalanan sıvının yuksek bir akışkanlığa sahip olması durumunda calışır. Yuksek akışkanlık cok onemlidir, cunku sıvının damar icindeki hareketi, sıvının akışkanlığına doğru orantı ile bağlıdır... Buradan acıklıkla gormek mumkundur ki, eğer suyun akışkanlığı sadece birkac kat daha fazla olsa, kılcal damarlardaki kan akışı icin cok buyuk bir pompalama basıncı gerekecek ve herhangi bir kılcal damar sistemi işlemez hale gelecektir.
Eğer suyun akışkanlık değeri biraz az olmuş olsa ve en kucuk kılcal damarın capı mikron yerine 10 mikron olmak zorunda kalsa, bu kılcal damarlar, yeterli oksijen ve glikoz oranını ulaştırabilmek icin (beslemeleri gereken) kas dokusunun neredeyse tamamını kaplayacaklardır. Acıktır ki, (bu durumda) geniş yaşam formlarının dizaynı imkansız hale gelecek ya da olağanustu derecede sınırlanacaktır. Dolayısıyla, suyun hayata uygun bir temel olabilmesi icin, akışkanlığının şu anda sahip olduğu değere cok cok yakın olması, zorunludur.
Bir başka deyişle, suyun tum diğer ozellikleri gibi akışkanlığı da, yaşam icin olabilecek en ideal değerdedir. Sıvıların akışkanlıkları arasında milyarlarca kat farklılıklar vardır. Ama su, bu milyarlarca farklı akışkanlık değeri icinde tam olması gereken değerle yaratılmıştır.
__________________