Oksijenin hikâyesi

Dün hidrojenin hikâyesini anlattık. Bugün onun en yakın yoldaşına, oksijene bakalım. Çünkü bu iki atom her nefeste, her damlada yeniden buluşuyor.

Oksijen Büyük Patlama'da yoktu. Evren doğduğunda yalnızca hidrojen, helyum ve eser miktarda lityum vardı. Oksijen için yıldızların ölümünü beklemek gerekti. Güneş'ten kat kat büyük yıldızlar ömürlerinin sonuna doğru helyumu yakmaya başlar. Helyum çekirdekleri önce karbona, karbon da bir helyum daha yutunca oksijene dönüşür. Bu dev yıldızlar süpernova olarak patladığında, içlerinde pişen oksijen uzaya saçılır ve yeni yıldızlara, yeni gezegenlere malzeme olur.

Oksijen bugün evrende en bol bulunan üçüncü elementtir. Dünya'da ise tahtın sahibi odur. Yer kabuğunun kütlece yaklaşık yüzde 46'sı oksijendir. Bastığımız taş da kum da büyük ölçüde silisyuma bağlanmış oksijendir. Bedenimizin yaklaşık üçte ikisi de oksijen. Bedenimizdeki hidrojen evrenle yaşıtsa, oksijen çoktan ölmüş bir yıldızın mirası. Her birimiz bir yıldız enkazı taşıyoruz.

Dünya'nın ilk iki milyar yılında havada serbest oksijen yoktu. Okyanuslarda oksijensiz yaşayan mikroplar, bakteriler hüküm sürüyordu. Sonra siyanobakteriler bir icat yaptı: güneş ışığıyla suyu parçalamak. Hidrojeni aldılar, oksijeni atık olarak dışarı attılar.

Yaklaşık 2,4 milyar yıl önce bu atık birikip atmosfere taştı. Bilim insanları buna Büyük Oksidasyon Olayı diyor. Oksijene alışkın olmayan hücreler için bu bir zehirdi ve gezegenin ilk büyük yok oluşlarından birini başlattı. Okyanuslardaki çözünmüş demir paslanıp dibe çöktü. Bugün çeliğe çevirdiğimiz demir cevherlerinin büyük kısmı, o eski okyanusların pasıdır.

Sonra hayat, kendisini öldüren şeyi kullanmayı öğrendi. Karmaşık canlılar bu yeni enerjinin üzerinde yükseldi. Bugün de oksijen aynı yoldan geliyor: bitki suyu parçalıyor, hidrojeni tutuyor, oksijeni bırakıyor. Nefesimiz bir yaprağın atığıdır. Bu atığın yaklaşık yarısı da ormanlardan değil, denizdeki gözle görülmeyen fitoplanktonlardan gelir.

Hücredeki ateş

Yediğimiz ekmek sindirilince glikoza dönüşür: karbon, hidrojen ve oksijenden yapılmış bir şeker. Bu şekeri yakmanın yolu oksijenden geçer. Denklem sadedir: bir glikoz altı oksijenle buluşur, altı karbondioksit ve altı su olur, arada enerji açığa çıkar. Bir kâğıt yandığında olan da budur. Fark, hücrenin bu ateşi alevsiz yakmasıdır.

İş, hücrelerimizdeki mitokondri denen minik santrallerde görülür. Besinden sökülen elektronlar bir zincir boyunca elden ele aktarılır. Her adımda koparılan enerji, dakikada binlerce tur atan moleküler bir türbini döndürür. Türbinin ürettiği ATP, hücrenin harcadığı enerji parasıdır. Zincirin sonunda elektronu kabul eden tek alıcı oksijendir. Elektronu alır, hidrojenle birleşir, su olur. Oksijen gelmezse zincir tıkanır, türbin durur. Siyanürü öldürücü yapan da budur: zincirin son halkasını kilitler.

Oksijenle yakılan bir glikozdan, oksijensiz yoldakinin yaklaşık 15 katı enerji çıkar. Vücudumuz her gün neredeyse kendi ağırlığı kadar ATP üretip harcar ve bunun için günde 500 litreyi aşan oksijen solur. Karşılığında yediğimiz karbonu nefesle geri verir. Verilen kiloların büyük kısmı bu yüzden ciğerlerden, karbondioksit olarak havaya karışıp gider.

Hem zehir hem iksir

Oksijen o ilk günkü ikili doğasını hiç kaybetmedi. Bizi yaşatan şey, bizi yavaş yavaş yıpratır da.

Kullanımı sırasında ortaya çıkan serbest radikaller hücre zarlarına ve DNA'ya zarar verir. Biyologlar buna oksidatif stres diyor ve yaşlanmanın da pek çok hastalığın da merkezinde onu görüyor. Hayatı yakan ateş, hayatı yavaşça bitiriyor.

Bu ikilik gökyüzünde de var. Üç oksijen atomu birleşince ozon olur. 15 ile 35 kilometre yükseklikteki ozon tabakası Güneş'in morötesi ışınlarını süzer. Karada hayat ancak bu kalkan kurulduktan sonra mümkün oldu. Aynı ozon yere inip egzoz gazlarının güneşle tepkimesinden doğduğunda ise ciğerlerimizi yakan bir kirleticiye dönüşür. 

Pas, nefes, ateş: aynı olayın üç hızı

Paslanan bir çivi, nefes alan bir insan ve yanan bir orman aslında aynı şeyi yapıyor: bir maddeyi oksijenle birleştiriyor. Kimyacılar buna oksidasyon diyor. Fark yalnızca hızda. Pas yıllar sürer. Hücredeki solunum kontrollü ve adım adım ilerler. Lavoisier bu yüzden solunumu yavaş bir yanma olarak tarif etmişti. Ateş ise aynı olayın kontrolden çıkmış hâlidir: enerji ısı ve ışık olarak saniyeler içinde boşalır.

Yangın üç şey ister: yakıt, ısı ve oksijen. Birini çekip aldığınızda ateş söner. Ama bir orman yangınında üçgenin bir köşesi asla eksilmez, çünkü hava sonsuz bir oksijen deposudur. Kuruyan orman yakıtı, ısınan iklim ısıyı hazırlar. 28 Temmuz ile 13 Ağustos 2021 arasında Türkiye'de 54 ilde çıkan yangınlarda 139 bin 500 hektar alan zarar gördü. Manavgat'ta, Marmaris'te gökyüzünü kızıla boyayan şey, milyonlarca yıllık bir kimyanın birkaç güne sıkışmış hâliydi.

İnsanın elindeki oksijen

Carl von Linde 1895'te havayı sıvılaştırmayı, birkaç yıl sonra da oksijeni ayırmayı başardı. Hava eksi 183 dereceye soğutulunca oksijen sıvılaşıp diğer gazlardan ayrılır. Bu oksijenin en büyük müşterisi çelik sanayisi. Dünya çeliğinin yaklaşık yüzde 70'i, erimiş demire saf oksijen üflenen fırınlarda üretiliyor. Oksijen demirdeki fazla karbonu yakıp dışarı atar, kırılgan pik demir çeliğe dönüşür.

Kaynakçının asetilen alevi oksijenle 3.000 dereceyi aşar ve çeliği keser. Roketlerde sıvı oksijen, dünkü yazının kahramanı sıvı hidrojenle buluşur, ikisi su buharı olup tonlarca yükü göğe iter. Hastanede ise oksijen doğrudan hayattır. 2021'de COVID'in zirvesinde Hindistan'da insanlar oksijen tüpü bulmak için hastane kapılarında sıra bekledi. Gezegenin en bol elementi, en çok gerektiği gün en kıt mal oldu.

İnce bir denge

Atmosferin yaklaşık yüzde 21'i oksijendir ve bu oran tesadüf değildir. Oksijen yüzde 15'in altına inse ateş yanmakta zorlanır, hayvanların çoğu nefessiz kalır. Yüzde 25'i aşsa ıslak ormanlar bile kolayca tutuşur. Yaklaşık 300 milyon yıl önce, Karbonifer döneminde bu oran yüzde 30'u aştı. Kanat açıklığı 70 santimetreyi bulan yusufçuklar uçuyor, gezegen sık sık alev alıyordu. Bugünkü oran, hayatla ateşin birbirini dengelediği dar bir koridordur.

Bu dengenin en kırılgan olduğu yer deniz. 2017'de Nature dergisinde yayımlanan bir çalışmaya göre okyanuslar 1960'tan bu yana oksijenlerinin yüzde 2'sinden fazlasını kaybetti. Isınan su daha az oksijen tutar. Denize akan gübre ve kanalizasyon yosun patlamalarını besler, yosunlar çürürken bakteriler sudaki oksijeni tüketir. 2021'de Marmara'yı kaplayan müsilaj bu sürecin yüzeye çıkmış hâliydi. Bilim insanlarına göre bugün Marmara'da 25-30 metrenin altına balık giremiyor. Oksijensizliğiyle ünlü Karadeniz'de bile bu sınır 80-100 metre. Her iki nefesimizden birini veren deniz, artık kendisi nefessiz kalıyor.

Aynı atomlar, başka dünyalar

Oksijenin asıl sırrı kurduğu bağlardadır. İki hidrojenle birleşir, su olur, hayatın kendisi. Bir oksijen daha ekleyin, hidrojen peroksit olur, mikrop öldüren bir ağartıcı. İki oksijen bir karbonla birleşince karbondioksit olur: bitkinin besini, nefesimizin atığı. Bir oksijeni eksiltin, karbonmonoksit olur. Kokusuz, renksiz, kandaki hemoglobine oksijenden yaklaşık 200 kat sıkı bağlanan bir katil.

İstanbul'un kış havası bu farkın en acı dersidir. Soba iyi yanınca kömürdeki karbon iki oksijenle buluşur ve bacadan karbondioksit olarak çıkar. Oksijen yetmeyince yanma yarım kalır ve karbonmonoksit oluşur. Her kış sobalı evlerde uykuda sönen hayatların sebebi budur. Aynı kömürdeki kükürt oksijenle kükürtdioksite dönüşür. Soğuk hava şehrin üstüne kapak gibi oturduğunda bu gazlar ve is mahallelerin üzerinde gri bir örtü olur. Ama biri bitkiye besin, öteki çocuğa zehir.

Element tabloda yalnızdır, hayat ise bağlarda başlar. Karbon, hidrojen ve oksijen yeryüzünün en sıradan atomlarıdır. Aynı üçlü bir yaprakta şeker olur, bir mumda alev, bir sobada zehir. Atomlar değişmez. Değişen, onları bir araya getiren düzendir.

Oksijenin hikâyesi bize tuhaf bir şey söylüyor. Bugün hayatın iksiri dediğimiz şey, bir zamanlar gezegenin en büyük kirliliğiydi. Hayat ona uyum sağladı, onu dengeledi ve üzerinde yükseldi. Şimdi aynı sınav bizim önümüzde. Havaya saldığımız karbon, denize akıttığımız atık, ormanları kavuran ateş, hepsi aynı oksijenin farklı bağları. Dengeyi bozmak yüz yıl sürdü. Onu yeniden kurmak ise bizim seçimimiz. Bir yıldızın ölümünden doğan oksijen, iki buçuk milyar yıl önce zehirden nefese dönüştü. Soru şu: Biz o nefesi korumayı öğrenecek miyiz?

Ama oksijen bu hikâyede yalnız değil. Kimseyle bağ kurmayan helyumu saymazsak evrende en bol bulunan üç element hidrojen, oksijen ve karbondur. Hayatın alfabesi bu üç harfle yazılır. Yarın üçlünün son ayağına, her canlının iskeletini kuran karbona bakacağız.