Bir bardak suyu masaya bırakalım.

Yanına bir taş koyalım.

Bir yaprak koparmayalım; yerde bulduğumuz kuru bir yaprağı da yanlarına bırakalım.

Üçü birbirinden çok farklı görünüyor.

Su akıyor.

Taş sert.

Yaprak bir zamanlar canlı bir ağacın parçasıydı.

Ama üçünün içindeki atomların hiçbiri bu nesnelerle başlamadı.

Suyun içindeki bir oksijen atomu daha önce başka bir su molekülünün içinde bulunmuş olabilir.

Taştaki bir karbon atomu geçmişte atmosferde dolaşmış olabilir.

Yapraktaki atomlardan biri yıllar önce toprakta, denizde veya başka bir canlının bedeninde bulunmuş olabilir.

O halde artık yalnızca maddenin nereden geldiğini değil, başka bir şeyi sorabiliriz:

Dünya’daki madde daha önce nerelerdeydi?

Dünya büyük bir madde deposu değildir

Bir gezegeni kolayca büyük bir kutu gibi düşünebiliriz.

Dünya oluştu.

Maddeler içine yerleşti.

Taşlar burada.

Su denizlerde.

Hava atmosferde.

Canlılar da bunları kullanıyor.

Ama gerçek Dünya bundan çok daha hareketlidir.

Madde sürekli yer değiştirir.

Atmosferden okyanusa geçer.

Okyanustan canlıya girer.

Canlıdan toprağa döner.

Kayaların içine bağlanır.

Volkanlarla yeniden yüzeye çıkabilir.

Yeraltına taşınabilir.

Milyonlarca yıl sonra tekrar atmosfere dönebilir.

Bu yüzden Dünya’daki maddeyi anlamanın en iyi yollarından biri onu sabit nesneler halinde değil, dolaşım içinde düşünmektir.

Bir karbon atomunu takip edelim

Atmosferde bir karbondioksit molekülü olduğunu düşünelim.

İçinde bir karbon atomu var.

Bir bitki fotosentez sırasında bu karbondioksiti alabilir.

Karbon artık atmosferde değildir.

Bitkinin ürettiği organik moleküllerin parçası olabilir.

Bitkinin gövdesine girebilir.

Bir meyvenin içine katılabilir.

Bir hayvan o bitkiyi yiyebilir.

Karbon hayvanın bedenine geçebilir.

Hayvan solunum sırasında bu karbonun bir bölümünü yeniden karbondioksit halinde atmosfere verebilir.

Başka bir bölümü bedende kalabilir.

Canlı öldüğünde ayrışma süreçleriyle toprağa geçebilir.

Bazı koşullarda uzun süre tortulların içinde tutulabilir.

Yani aynı karbon atomu:

hava → bitki → hayvan → toprak → yeniden hava

gibi bir yol izleyebilir.

Ama bu tek yol değildir.

Karbonun dolaşabileceği çok sayıda güzergâh vardır.

Karbon yalnızca canlıların içinde dolaşmaz

Karbon döngüsü denildiğinde kolayca ağaçları ve atmosferi düşünürüz.

Ama Dünya’daki karbonun büyük bölümü yalnızca canlıların içinde bulunmaz.

Okyanuslarda çözünmüş karbon vardır.

Deniz canlılarının kabuklarında karbon bulunabilir.

Bu maddeler deniz tabanına çöker.

Tortul kayaçlara katılabilir.

Kireçtaşı gibi kayaçlarda çok büyük miktarda karbon tutulabilir.

Levha hareketleriyle bazı kayaçlar Dünya’nın daha derin bölgelerine taşınabilir.

Volkanik süreçlerle karbon yeniden atmosfere dönebilir.

Bu dolaşımın bazı bölümleri günler veya yıllar sürerken bazı bölümleri milyonlarca yıl sürebilir.

Aynı elementin farklı zaman ölçeklerinde farklı çevrimlere katılması mümkündür.

Su da sürekli yer değiştirir

Bir yağmur damlasına bakalım.

Buluttan düştü.

Ama hikâyesi bulutta başlamadı.

Daha önce okyanusta olabilir.

Güneş’in enerjisiyle buharlaşmış olabilir.

Atmosfere çıkmış olabilir.

Yoğunlaşıp bulutun parçası olmuş olabilir.

Sonra yağmur olarak düşmüş olabilir.

Toprağa sızabilir.

Yeraltı suyuna katılabilir.

Bir bitkinin kökleri tarafından alınabilir.

Yapraklardan yeniden atmosfere bırakılabilir.

Bir hayvan tarafından içilebilir.

Bir derenin içine karışabilir.

Sonra yeniden denize ulaşabilir.

Bu sürece su döngüsü diyoruz.

Ama “döngü” kelimesi aynı su molekülünün kusursuz bir çember çizerek başladığı yere dönmesi anlamına gelmez.

Çok sayıda su molekülü, çok sayıda farklı yoldan sürekli hareket eder.

İçtiğimiz su bir zamanlar başka bir canlının içinde miydi?

Olabilir.

Dünya’nın suyu milyarlarca yıldır gezegen içindeki farklı rezervuarlar arasında dolaşıyor.

Bugün içtiğimiz bir su molekülündeki atomlardan bazıları geçmişte:

bir okyanusta,

bir bulutta,

bir nehirde,

bir buz tabakasında,

bir bitkinin içinde,

başka bir hayvanın bedeninde

bulunmuş olabilir.

Ama burada yine dikkatli olmamız gerekiyor.

Tek bir su molekülünün milyarlarca yıl boyunca bozulmadan aynı biçimde dolaştığını düşünmemeliyiz.

Su molekülleri kimyasal tepkimelerde parçalanabilir.

Hidrojen ve oksijen atomları başka moleküllere katılabilir.

Daha sonra yeniden su oluşturabilir.

Yani çoğu zaman daha doğru olan soru:

“Bu su molekülü daha önce neredeydi?” değil, “Bu atomlar daha önce hangi yapılardaydı?”

Oksijenin de bir tarihi var

Bugün soluduğumuz havada bol miktarda moleküler oksijen bulunur.

Ama Dünya’nın ilk atmosferinde bugünkü kadar serbest oksijen yoktu.

Atmosferin bugünkü oksijen bolluğu Dünya tarihinde çok daha sonra ortaya çıktı.

Fotosentez yapan canlılar bunda belirleyici rol oynadı.

Bu çok önemli bir örnektir.

Çünkü canlılar yalnızca Dünya’nın maddesini kullanmaz.

Dünya’nın kimyasını da değiştirebilir.

Fotosentez sonucu üretilen oksijen zamanla okyanusların ve atmosferin kimyasını dönüştürdü.

Bazı mineraller oksitlendi.

Yeni kimyasal ortamlar oluştu.

Daha sonra oksijeni kullanan metabolizmalar gelişebildi.

Demek ki canlı ile çevre arasındaki ilişki tek yönlü değildir.

Çevre canlıyı etkiler.

Canlı da çevreyi değiştirir.

Bir demir atomunun yolu karbonunkinden farklıdır

Demiri düşünelim.

Dünya oluştuğunda büyük miktarda demir vardı.

Genç Dünya kısmen erimiş haldeyken yoğun demirin önemli bölümü merkeze doğru çöktü.

Bu yüzden Dünya’nın çekirdeği demir bakımından zengindir.

Ama demirin tamamı çekirdeğe gitmedi.

Kabukta ve mantoda da demir içeren mineraller kaldı.

Yüzeyde bulunan demir su ve oksijenle tepkimeye girebilir.

Pas dediğimiz maddeler oluşabilir.

Canlılar belirli demir bileşiklerini alabilir.

Bizim bedenimiz de demire ihtiyaç duyar.

Kanımızdaki hemoglobinin yapısında demir bulunur.

Bu durumda kanımızdaki demir atomlarından biri daha önce bir kayanın içindeki mineralin parçası olmuş olabilir.

Daha önceki tarihi ise Dünya’nın oluşum malzemesine kadar uzanır.

Ve ondan önce yıldızlara.

Bir atom canlıya girince canlı mı olur?

Bu soru bizi serinin bir sonraki büyük bölümüne yaklaştırıyor.

Bir demir atomu kayanın içindeyken cansız maddenin parçasıydı.

Bitkiye geçti.

Sonra bir hayvanın bedenine girdi.

Şimdi canlı bir yapının içinde.

Atomun kendisinde ne değişti?

Demir hâlâ demirdir.

Çekirdeğinde hâlâ 26 proton vardır.

Bir karbon atomu da atmosferdeyken karbondu.

Bir hücreye girdiğinde de karbon.

Bu durumda “canlı madde” dediğimiz şeyi özel bir tür atomla açıklamak zorlaşıyor.

Canlıların içinde bulunan elementler Dünya’nın geri kalanında da bulunur.

Fark başka bir yerde olmalıdır.

Bu soruyu bir sonraki derste açacağız.

Taşlar bile yerinde durmuyor

Bir dağa baktığımızda kalıcılık görürüz.

Yüzyıllardır orada.

Belki milyonlarca yıldır.

Ama jeolojik zaman ölçeğinde kayaçlar da sürekli dönüşür.

Bir kaya yüzeye çıkar.

Yağmur, sıcaklık değişimleri ve başka süreçlerle parçalanır.

Parçalar taşınır.

Tortul haline gelir.

Sıkışarak yeni bir kaya oluşturabilir.

Daha derine gömülebilir.

Yüksek sıcaklık ve basınç altında başkalaşabilir.

Eriyebilir.

Magma haline gelebilir.

Volkanik süreçlerle tekrar yüzeye çıkabilir.

Buna genel olarak kayaç döngüsü diyebiliriz.

Dolayısıyla bir taş bile düşündüğümüz kadar “yerinde duran bir şey” değildir.

Onun da maddi bir tarihi vardır.

Dağların maddesi denizin dibine gidebilir

Bir dağın yüzeyindeki kaya parçalanıyor.

Akarsular küçük parçaları taşıyor.

Bu parçalar denize ulaşıyor.

Deniz tabanında tortu birikiyor.

Milyonlarca yıl sonra bu tortullar kayaç haline geliyor.

Levha hareketleri onları daha derine taşıyabiliyor.

Başka bir jeolojik süreç sonucunda yeniden yükselip yeni bir dağın parçası olabiliyor.

Bu sırada elementlerin kendisi çok farklı kimyasal bileşiklere katılabilir.

Bir mineral yok olabilir.

Başka bir mineral oluşabilir.

Ama atomlar başka yapılarda varlıklarını sürdürebilir.

Bu yüzden:

Bir dağın yok olması, onu oluşturan maddenin yok olması değildir.

Biçim değişir.

İlişkiler değişir.

Madde başka yapılara katılır.

Levhalar neden önemli?

Dünya’nın dış kısmı tek parça sabit bir kabuk değildir.

Büyük tektonik levhalar hareket eder.

Bazı yerlerde birbirinden uzaklaşırlar.

Bazı yerlerde çarpışırlar.

Bazı bölgelerde bir levha diğerinin altına dalabilir.

Bu süreçler Dünya yüzeyindeki maddelerin çok derinlere taşınmasına neden olabilir.

Deniz tabanındaki tortular bile milyonlarca yıl sonra Dünya’nın iç bölgelerine taşınabilir.

Volkanizma yoluyla bu malzemenin bazı bileşenleri yeniden yüzeye dönebilir.

Yani atmosfer, okyanus, canlılar, kayalar ve Dünya’nın iç kısmı birbirinden bütünüyle kopuk depolar değildir.

Aralarında madde alışverişi vardır.

Azot nerelerde dolaşır?

Azot da yaşam açısından temel elementlerden biridir.

Atmosferimizin büyük bölümü azot gazından oluşur.

Ama çoğu canlı atmosferdeki azotu doğrudan kullanamaz.

Bazı mikroorganizmalar atmosferik azotu canlıların kullanabileceği bileşiklere dönüştürebilir.

Bu azot toprağa geçer.

Bitkiler tarafından alınabilir.

Proteinlerin ve DNA’nın yapısına katılabilir.

Hayvanlar bitkileri veya başka hayvanları yiyerek azot alabilir.

Atıklar ve ölü organizmalar ayrıştığında azot yeniden toprağa döner.

Başka mikroorganizmalar bazı azot bileşiklerini yeniden atmosferik azota dönüştürebilir.

Burada mikroorganizmaların önemi açıkça görülür.

Gözle göremediğimiz canlılar gezegenin madde dolaşımında büyük roller oynar.

“Benim bedenimdeki madde” ne kadar benim?

Şimdi biraz tuhaf bir soruya gelebiliriz.

Bir bardak su içtik.

Su bedenimize girdi.

Artık “bedenimizdeki su” diyoruz.

Bir elma yedik.

Elmanın karbon atomlarının bir bölümü bedenimizin moleküllerine katıldı.

Artık “bedenimdeki karbon” diyebiliriz.

Ama birkaç gün, ay veya yıl sonra bu atomlardan bazıları bedenimizden ayrılabilir.

Nefesle.

Terle.

İdrarla.

Deri dökülmesiyle.

Başka yollarla.

Bedenimiz dış dünyadan maddi olarak kapalı değildir.

Tam tersine sürekli alışveriş halindedir.

Bu yüzden insan bedenini çevresinden tamamen ayrılmış bir nesne gibi düşünmek fiziksel olarak yanıltıcıdır.

Bedenimizin sınırı vardır; ama madde alışverişi de vardır.

Beden bir nehir gibi midir?

Bazen canlı beden bir nehre benzetilir.

Nehir belirli bir yapı olarak devam eder.

Ama içinden geçen su sürekli değişir.

Beden için bu benzetmenin yararlı bir tarafı vardır.

Bedenin örgütlenmesi belirli süre devam ederken onu oluşturan maddelerin bir bölümü sürekli değişir.

Ama benzetmeyi fazla ileri götürmemek gerekir.

İnsan bedeni nehirden çok daha karmaşık bir biyolojik sistemdir.

Yine de şu fikri anlamamıza yardım eder:

Süreklilik, bütün parçaların aynı kalması anlamına gelmeyebilir.

Bu, yaşamı anlamamız için çok önemli olacak.

Dünya’da gerçekten kapalı bir madde döngüsü mü var?

Büyük ölçekte Dünya’nın maddesinin büyük bölümü gezegen içinde dolaşır.

Ama Dünya tümüyle kapalı bir sistem değildir.

Uzaydan sürekli küçük miktarlarda kozmik toz ve göktaşı maddesi gelir.

Atmosferin bazı hafif parçacıkları uzaya kaçabilir.

Büyük çarpışmalarda madde uzaya fırlayabilir.

İnsanlar da artık küçük miktarlarda maddeyi uzaya gönderiyor.

Dolayısıyla “Dünya’daki bütün madde sonsuza kadar burada kapalı bir döngüde kalır” demek doğru olmaz.

Ama gündelik yaşam ve gezegen tarihi açısından baktığımızda madde büyük ölçüde sürekli yeniden kullanılır ve yeniden örgütlenir.

Bir atom kaç canlıdan geçmiş olabilir?

Bunu tek tek atomlar için çoğu zaman bilemeyiz.

Ama Dünya’da yaşam milyarlarca yıldır var.

Karbon, hidrojen, oksijen, azot ve başka elementler sürekli çevrimlere katılıyor.

Bu nedenle bugün bedenimizde bulunan bazı atomların geçmişte başka canlıların yapısına katılmış olması son derece mümkündür.

Bir bitki.

Bir bakteri.

Bir balık.

Bir ağaç.

Başka bir insan.

Ama bundan gizemli bir aktarım çıkmaz.

Bir karbon atomu önceki canlının anılarını taşımaz.

Bir oksijen atomu eski bedeninin karakterini korumaz.

Madde aktarılır; kişilik aktarılmaz.

Bu ayrım küçük görünse de spiritüel yorumların sıklıkla yaptığı sıçramayı engeller.

“Her şey birbirine bağlıdır” demek yeterli mi?

Bu derslerden sonra şu cümleyi söylemek kolay:

“Demek ki her şey birbirine bağlı.”

Ama bu cümle fazla belirsizdir.

Bilimin bize söylediği daha somut bir şeydir.

Karbon atomları belirli kimyasal ve biyolojik çevrimlere katılır.

Su atmosfer, kara, okyanus ve canlılar arasında hareket eder.

Kayaçlar jeolojik süreçlerle dönüşür.

Tektonik hareketler maddeleri yüzey ile derin Dünya arasında taşıyabilir.

Elementler yıldızsal süreçlerden gezegenlere, gezegenlerden canlılara uzanan maddi tarihlere sahip olabilir.

Bu ilişkileri “kozmik birlik” sözüyle kapatmak yerine ayrı ayrı göstermek daha değerlidir.

Çünkü:

Bağlantının nerede ve nasıl kurulduğunu bilmek, yalnızca “her şey bağlı” demekten daha fazla şey söyler.

Maddenin geçmişi kader değildir

Bir karbon atomunun yıldızda oluşmuş olması onun bir gün bitkiye gireceğini belirlemedi.

Bitkide bulunması bir gün insan bedenine gireceğini garanti etmedi.

İnsan bedenine girmesi de orada sonsuza kadar kalacağı anlamına gelmez.

Maddenin geçmişini geriye doğru izleyebiliriz.

Ama bu geçmişi geleceğe doğru yazılmış bir kader gibi okumamalıyız.

Gerçekleşmiş bir süreci geriye baktığımızda düzenli bir hikâyeye çevirmek kolaydır.

Yıldız.

Dünya.

Okyanus.

Yaşam.

İnsan.

Fakat süreç yaşanırken sonunda insanın bulunması zorunlu değildi.

Bu ayrımı ileride “amaç” ve “tesadüf” derslerinde daha ayrıntılı ele alacağız.

Başlangıçtaki üç nesneye dönelim

Masamızda su vardı.

Taş vardı.

Kuru yaprak vardı.

Şimdi aralarındaki sınırlar eskisi kadar sert görünmeyebilir.

Taştaki mineraller aşınarak toprağa geçebilir.

Topraktaki elementler bitkiye katılabilir.

Bitki su alabilir.

Yaprak düştüğünde ayrışarak maddelerini yeniden toprağa verebilir.

Su buharlaşıp atmosfere çıkabilir.

Karbon atmosfere dönebilir.

Milyonlarca yıl içinde bazı maddeler kayaçlara bağlanabilir.

Burada taş canlıya dönüşmedi.

Su “ruh kazanmadı”.

Yaprağın atomları özel bir canlı maddesi olmadı.

Daha sade ve çok daha güçlü bir şey gerçekleşti:

Aynı maddeler farklı zamanlarda farklı yapıların parçaları oldu.

Ve bu bizi yeni bir sorunun eşiğine getiriyor.

Taşta bulunan karbon ile hücrede bulunan karbon aynı elementse,

sudaki oksijen ile bedenimizdeki oksijen aynı atom türüyse,

canlıları oluşturan maddeler cansız dünyada da bulunuyorsa:

Canlı madde ile cansız madde arasında ne fark var?

Bir sonraki ders:

05.11 — Canlı Madde ile Cansız Madde Arasında Ne Fark Var?

Sözlük

Madde döngüsü: Elementlerin ve bileşiklerin Dünya’nın farklı bölümleri ve yapıları arasında sürekli yer değiştirmesi ve dönüşmesi.

Karbon döngüsü: Karbonun atmosfer, okyanuslar, canlılar, toprak, kayaçlar ve Dünya’nın iç süreçleri arasında dolaşımı.

Su döngüsü: Suyun buharlaşma, yoğunlaşma, yağış, yüzey akışı, yeraltı suyu ve canlılarla ilişkili süreçler arasında dolaşması.

Azot döngüsü: Azotun atmosfer, toprak, mikroorganizmalar ve diğer canlılar arasında farklı kimyasal biçimlerde dolaşımı.

Kayaç döngüsü: Magmatik, tortul ve başkalaşım kayaçlarının jeolojik süreçler sonucunda birbirlerine dönüşebilmesi.

Fotosentez: Bazı canlıların ışık enerjisini kullanarak karbondioksit ve sudan organik maddeler üretmesine olanak veren biyolojik süreçler bütünü; oksijenli fotosentezde moleküler oksijen açığa çıkar.

Levha tektoniği: Dünya’nın dış katmanındaki büyük levhaların hareketini ve bu hareketlerin jeolojik sonuçlarını açıklayan kuram.

Rezervuar: Bir madde döngüsünde belirli bir maddenin belli sürelerle bulunduğu büyük depo veya ortam; örneğin okyanuslar karbon için önemli bir rezervuardır.

Bu dersin temel cümlesi:

Dünya’daki madde yerinde beklemez; aynı atomlar zaman içinde kayaların, havanın, suyun ve canlıların farklı ilişkileri içinde yeniden yeniden örgütlenir.