“Bizim Bildiğimiz Anlamıyla” Hayat İçin Suyun Önemi

Bunca süredir “hayattan” bahsedip de, bizim bildiğimiz anlamıyla hayat için neden suyun gerekli olduğu üzerine konuşmamak, yanlış olacaktır. Bu sebeple bu yazımızda biraz suyun, bizim bildiğimiz anlamıyla hayat için neden bu kadar önemli olduğu üzerine duracağız. Öncelikle suyu bir molekül, yani kimyasal bir madde olarak tanıyacağız, ondan sonra hayat için önemine geçeceğiz.

Bir Kimyasal Olarak Su

Oksijen ve Hidrojen atomları doğrusal bir çizgi gibi, yan yana gelerek suyu oluşturmazlar. Daha çok “V” şeklindedirler ve bunun sebebi, Oksijen atomunun elektronları daha kuvvetli çekmesidir. Tıpkı uzun bir ipi ortasından tutarak havaya kaldırmaya çalıştığınızda uçları aşağıda kalacağı için bir “V” harfine benzeyeceği gibi, su molekülleri de bu görünümdedir. Ayrıca yukarıdaki görselde pembe rengin bulunduğu taraf en yüksek negativiteye, yeşil rengin bulunduğu taraf ise en yüksek pozitif kutba (en düşük negativiteye) sahiptir. Bu nedenle su, polar (kutuplu) bir moleküldür.

Su, hepimizin artık ezbere bildiği üzere, iki hidrojen ve bir oksijen atomunun kovalent bağlar yoluyla bağlanması sonucu oluşan bir moleküldür. Kimyasal formülü H2O’dur. Oksijen, 6A grubu elementidir ve bir ametaldir. Hidrojen de, bildiğiniz gibi 1A grubunda bulunan ancak genel kuralın aksine metal değil, ametal olan bir atomdur. İki ametal arasındaki bağa da, kovalent bağ dediğimizi muhtemelen biliyorsunuzdur. Kovalent bağ, bildiğimiz sıradan bağlar arasındaki en güçlü bağlardır. Suyun bu iki hidrojen ve bir oksijen atomundan oluşan yapısı, polar, yani kutuplu bir yapıdadır. Oksijen, kovalent bağın karakteristik özelliği olan “elektron paylaşımı” içerisinde, paylaşılan elektronları kendisine daha kuvvetli çeker. Çünkü elektrona olan çekimi, Hidrojen atomuna göre daha fazladır. Bu da, suyun doğrusal bir molekül değil, “kırık” bir yapıda olmasına sebep olur.

Ayrıca suyun yapısındaki Hidrojen ve Oksijen atomlarının varlığı, moleküller arası oluşan çok önemli bir bağa, Hidrojen Bağı’na imkan verir. Hatırlanması gereken şey, kovalent bağlar, iyonik bağlar, metalik bağlar moleküllerin içerisinde, atomlar arası olan bağlarken; hidrojen bağları, adhesif bağlar, kohesif bağlar gibi bağlar, moleküller arası oluşan, atomlar arası oluşmayan bağlardır; yani iki molekülü birbirine bağlayan bağlardır.

Suyun Yaşam ve Canlıların Cansızlıktan Evrimi İçin Önemi

Peki su, bizim gibi canlıların oluşması için neden şarttır? Kimyasal evrim için neden gereklidir? Cansızlıktan canlılığın oluşmasında ve sonrasında bu canlılığın kararlılığında, suyun önemi nedir? Bu soruyu aşağıdaki maddelerde toplayarak cevaplayabiliriz:

Buz Yüzer

Suyun katı hali olan “buz”, hidrojen bağları sayesinde bir arada tutulur. Her bir su molekülü, diğer 4 su molekülüne bağlanır ve sağlam, dayanıklı bir kristal yapısı doğurur. Her ne kadar buzun yapısı oldukça sağlamsa da, suyun buz halindeki atomlar, sıvı halindeki atomlar kadar sıkı bir halde paketlenmemiştir. Bir diğer deyişle suyun sıvı hali, katı halinden daha yoğundur. Bu da, Arşimet’in meşhur yoğunluk ilkeleri dahilinde, buzun su üzerinde yüzebilmesini açıklar. Şimdi, buz suyun üzerinde yüzemeseydi neler olurdu bir düşünün: Bir kere, nehirler, göller, vs. yüzeyden başlayarak değil, buz batacağı için dibinden başlayarak yukarıya doğru donardı. Bu da sudaki tüm canlılığı yok ederdi – ki cansızlıktan canlılığın evriminin suda gerçekleştiğini hatırlayınız. Ancak normal haliyle buz, su üzerinde yüzebileceği için, hem bu şekilde su canlılarının ölmesine engel olur, hem de suyun içerisindeki ısının soğuk havalarda dışarıya kaçmasını önleyen bir tabaka görevi görür. Bu da, balıkların, su bitkilerinin ve benzeri hayvanların 0 dereceden soğuk havalarda dahi hayatta kalabilmelerini sağlar. Ayrıca suyun buzdan daha yoğun olması, buharlaşmayı da yavaşlatır, yağmurları ciddi anlamda kısıtlardı. Tüm bunlar, öncelikle atmosferin oksijen kaynağı olan alglerin hayatta kalamamasına neden olurdu, bu da muhtemelen hiçbir zaman bildiğimiz kadar çeşitli bir yaşamın evrimleşememesine neden olurdu.

Suyun Erime-Donma Noktaları ve Isı Kapasitesi

Diğer moleküllerle kıyaslandığında buzu eritmek için çok daha fazla enerji (ısı) gerekir. Bunun sebebi, suyun yapısındaki sayısız hidrojen bağı ve bunları kırmak için gereken enerjinin yüksekliğidir. Unutmamak gerekir ki buzu sıvı su yapmak için, buz moleküllerinin arasındaki tüm Hidrojen Bağları’nın kırılması gerekir. Tam tersi tepkime olan donma sırasında da etrafa büyük oranda enerji salınır (Hidrojen Bağları’nın kurulması sırasında). Buzun kolay kolay erimemesi, kutup noktalarında biriken ve tüm Dünya’nın iklimine katkı sağlayan buzulları mümkün kılabilmektedir. Buz kolaylıkla eriseydi, günümüz iklimleri çok daha farklı ve sıcak olurdu. Ayrıca su, oldukça yüksek bir ısı kapasitesine (ısıl kapasite) sahiptir. Isı kapasitesi, herhangi bir molekülün 1 gramını, 1 santigrat derece ısıtmak için gereken enerji miktarıdır. Bu da, sudan oluşan bir gezegende, sıcaklık düzeylerinin oldukça sabit ve düzenli olmasını sağlar. Bu, Dünya’nın Mars’taki gibi gündüz 300 derece, gece -200 derece olmamasını açıklar. Eğer suyun ısı sığası çok daha düşük olsaydı, yine tüm iklimler alt üst olurdu. Belki canlılık buna adapte olur, buna göre evrim geçirirdi ama yine de, bildiğimiz anlamıyla yaşam evrimleşemezdi.

Kohezyon ve Yüzey Gerilimi

Kohesif kuvvetler, benzer moleküllerin arasında oluşan çekim kuvvetidir. Bu, su moleküllerinin birbirini çekmesini açıklamaktadır. Hepimiz, yağmurlu bir günde arabanın camına düşen su damlacıklarının birbiriyle birleşerek daha büyük su damlaları oluşturduğunu görmüşüzdür. Bunun sebebi, kohesif kuvvetlerdir. Kohesif kuvvetler sayesinde su, bitkilerin köklerinden en uç yapraklarına kadar ince borularla iletilebilir. Ayrıca suyun yüzey gerilimi sayesinde, bazı böcekler ve minik hayvanlar suyun üzerinde yürüyebilmektedirler. Bu da canlılık için önemli bir özelliktir.

Su Harika Bir Çözücüdür

Vücudumuzdaki hücreler için vazgeçilmez bir özellik, suyun çözücü gücüdür. Suyun içerisinde pek çok molekülü çözüp iyonlarına ayırmak mümkündür. Bu da hücrelerin aktif taşıma, pasif taşıma, sinyal iletimi gibi pek çok özelliğe sahip olabilmelerini açıklar. Ayrıca yaşamın ilkel başlangıcını ve kimyasal evrimini mümkün kılan ortam da su olmaktadır.

Su Çözeltileri Asidik de, Bazik de Olabilir

Su hem zayıf bir asittir, hem de zayıf bir bazdır ve bu ikisini aynı anda olabilen nadir moleküllerdendir (tek değildir). Bildiğiniz gibi asit, çözeltiye pozitif Hidrojen atomu (H) verebilen maddelere denir. Baz ise çözeltiye negatif Hidroksit (OH) molekülü verebilen maddelere denir. Su, bu ikisinin bir karışımıdır ve çözeltiye, duruma göre, iki iyonu da verebilir. Bu “duruma göre” tabiri, içinde çözülmesi beklenen maddenin kimyasal özelliklerine bağlıdır.

Su Güçlü Bir Radyasyon Kalkanıdır

Güneş’in, hele ki atmosferin olmadığı dönemlerdeki ölümcül radyoaktif ışınları, Dünya’nın erken zamanlarında oluşan okyanuslar ve denizler tarafından bloke edilmiştir. Günümüzde halen radyoaktif ışınlar pratik olarak deniz yüzeyinin 200 metreden altına erişemezler. Yaşamın da okyanus tabanlarında başlamış olması, suyun bu koruyucu yapısı ile yaşamın başlangıcı arasında bir ilişki olduğunu düşünmemizi sağlar.

İşte tüm bu sebeplerle ve belki daha da fazlasıyla, su bizim bildiğimiz anlamıyla hayat için son derece önemlidir. Su olmasaydı, Dünya’da yaşam muhtemelen başlamayacaktı diyoruz, çünkü bildiğimiz tüm canlılık, öyle veya böyle su moleküllerine muhtaç. Ancak aslında “Su olmasaydı yaşam başlayamazdı” ifadesi biraz fazla anlam yüklü bir ifade… Çünkü örneğin Karbon olmasaydı veya Oksijen olmasaydı da Dünya’da yaşam asla başlamayabilirdi. Dolayısıyla, farazi bir “olmasaydı…” ifadesi, çok fazla anlam taşımıyor ve bireylerin neden-sonuç ilişkisi yanılgısına düşmesine neden oluyor. Su var olduğu için zaten yaşam başladı; olmasaydı ne olacağını bilmenin çok fazla yolu yok. Evet, bugün etrafımızda su bulunmayan hiçbir gezegende yaşam yok; ancak şu ana kadar incelediğimiz gezegenlerin sayısı, Evren’deki gezegenlerin sayısının yanında bir elin parmaklarının sayısını geçmez. Hele ki üzerine iniş yaparak, gerçekten detaylı bir analiz yaptığımız gezegen sayısı yok denecek kadar az. Dolayısıyla, yaşamın ne şartlarda başlayabileceğini sadece gezegenimizden edindiğimiz bilgilere bakarak çıkarıyoruz. Tek bir gezegeni örnek almak ise, muhtemelen sayısız tanımımızı hatalı kılıyor.

İşte bu yüzden yazı boyunca “bizim bildiğimiz anlamıyla” kelimelerini vurguladık. Burada dikkatinizi çekmek istediğimiz bir şey var: Biz bu evrende yaşıyoruz, bu evrenin fizik kurallarına tabiiyiz. Bu evrenin fizik kuralları dahilinde, şu anda etrafımızda gördüğümüz şekilde moleküller oluştu. Bu evrenin fizik yasaları sebebiyle, Dünya dediğimiz gezegen, Güneş dediğimiz yıldız etrafında var olabildi. Bu evrendeki fizik yasaları sayesinde su Dünya’yı kapladı. Aynı yasalar sayesinde, cansız maddelerden, milyonlarca yıl içerisinde, bugün bizim “canlı” dediğimiz, halbuki cansızlardan kimyasal açıdan çok da bir farkı olmayan varlıklar oluşabildi. Ancak -varsa- başka bir evrende ya da evrenimizin başka bir köşesinde, aynı fizik yasalarının getirdiği bambaşka koşulların etkisi alında, bizim bilmediğimiz türden “canlılar” var olabilir. Daha farklı atomik kombinasyonlara sahip canlılar… Suya ihtiyaç duymayan canlılar…

Sonuçta unutmamamız gereken bir şey var: “Canlılık” tabirini, bizler, bu gezegende var olan canlılar olarak icat ettik. Bu tabiri, bildiğimiz varlıklar arasında kıyaslamalar ve gözlemler yaparak bulduk. Ancak evrenin tamamını bilmiyoruz. Evrenin “dışında” ne var, onu da bilmiyoruz. Dolayısıyla şu anda kullandığımız “canlılık” tabiri son derece kısıtlı olabilir. Hatta tamamen yanlış da olabilir.

Siz siz olun, canlılığa gereğinden fazla anlam yüklemeyin. Çünkü unutmayın, bir kömür parçasını ya da kütüğü oluşturan atomlarla, sizi oluşturan atomlar tamamen aynı yapıdalar. Tek farkları, milyarlarca yıl öncesinden başlayarak geçirdikleri farklı evrim süreçleridir. Canlılık, kimyasal bir evrimin sonucunda cansızlıktan oluştu ve biyolojik bir evrim sayesinde bugüne kadar, bu kadar dallanarak ulaştı. Bir kömür parçası ise, fiziksel ve kimyasal bir evrimin sonucunda bugününe ulaştı; biyolojik bir evrime asla tabi olmadı, canlılığın oluşumunu sağlayan kimyasal evrim sürecini yaşamadı. Ancak ne olursa olsun, canlılardaki ve cansızlardaki Karbon aynı Karbon, Hidrojen aynı Hidrojen ve Oksijen aynı Oksijen…

Kaynaklar ve İleri Okuma:

1. Life, Sadava, et al. (2009)
2. How Stuff Works
3. The Living Cosmos
4. Discovery
5. Ana Görsel: Pixabay