CSI: Evrim Ağacı ve Lüminesans: Işık Olsun!

Harvey, E. Newton (1887-1959), “Eski Zamanlardan 1900’e kadar Lüminesansın Tarihi (A History of Luminescence: From The Earliest Times Until 1900)” isimli kitabında antik çağlarda yaşayan insanların lüminesans (ışıldama) olayına verdikleri anlamları anlatır. 

Romalılar, bir çeşit elektrolüminesans olayı olan, çeşitli atmosferik koşullarda oluşan kısa süreli elektrik boşalmasına “Ignis Lambens” adını vermişti. Yine Kuzey Denizlerine gittiği söylenen Yunan Kaptan Massilia’lı Phtyeas, başka bir elektrolüminesans olayı olan “Kutup Işıklarını” anılarında yazmıştı. Kendi anıları günümüze kadar kalmasa da Strabo, çizdiği dünya haritasında buna değinir.

Eski insanlar, bu elektrolüminesans dışında, lüminesansın tam olarak ne olduğunu bilemeseler de, oldukça fazla sayıda başka örneklere de tanık oluyorlardı. Mesela bizim de en çok aşina olduğumuz ateş böceği (Lampyridae) ve denizdeki yakamoz (Noctiluca scintillans) gibi biyolüminensans özelliği gösteren hayvanları elbette eski dönemlerin insanları da görüyorlardı. Bunun dışında bizim daha az aşina olduğumuz fener balıklarından, çürümüş ağaçları ışıldatan mantarlardan ve çürümüş etteki ışıldayan bakterilerden de haberleri vardı. Bazen bazı taşlar da parlıyordu. Elbette bunlara neden olan olayın lüminesans olduğunu bilmiyorlar; gecenin ortasında ateş gibi parıldayan ama ateş gibi sıcak da olmayan her şeye ilahi bir neden veriyorlardı. Örneğin Yunanlar, bu ışığı taşıyan taşlara “ışık getiren” anlamında Phosphorus (fosfor) ismini vermişlerdi. Gecenin ortasında parıldayan Kuzey yıldızına da Fosfor diyorlardı. Romalılar da benzer şekilde, Kuzey Yıldızına yine “ışık getiren” anlamında Lucifer diyorlardı. Fosfor ile Lucifer (şeytan) arasında ne kadar da şiirsel ve ışıltılı, diğer bir deyişle, lüminesans bir bağlantı var!

Avrupa gibi, Uzak Doğu ve Yakın Doğu mitolojilerinde de lüminesansın yeri dikkate değerdir. Ancak bunlara daha fazla değinmeyelim.

Teknolojide ve bilimde eski insanlardan “bir nebze” daha ileride olduğumuza göre, artık açıklayamadığımız şeylere şiirsel açıklamalar getirmemize gerek yok. Richard Dawkins’e göre “Bilim gerçekliğin şiiridir.” Biz de bu güzel şiiri okumaya devam edelim.

Lüminesans, birçok çeşidi bulunan atomik düzeyde bir doğa olayıdır. Yukarıda bahsettiğimiz elektrolüminesans ve biyolüminesans dışında sonolüminesans, tribolüminenans ve kemolüminesans gibi türleri vardır. Lüminesans kavramını anladıkça bu türler de kendi kendini açıklayacaktır. Lüminesans, bir maddenin ısıdan bağımsız bir şekilde ışıldamasıdır. Kimyasal reaksiyonlar (kemolüminesans), elektrik akımı (elektrolüminesans), maddenin ovulması veya çizilmesi suretiyle kimyasal bağlarını modifiye etmek (tribolüminesans) ve maddenin içinden ses dalgaları geçirmek gibi eylemler çeşitli maddelerde lüminesansa neden olabilir. 

Bir de yine çok aşina olduğumuz floresans ve fosforesans gibi türleri bulunmaktadır. 

Sanıyoruz ki, lüminesansın nasıl gerçekleştiğini anlamak için odalarımızda bulunan fosforlu elektrik düğmelerinden daha iyi bir örnek bulamayız. Bu düğmelerde fosfor değil; ama yine fosforesans özellik gösteren çinko sülfür ve stronsiyum alüminat gibi bileşikler bulunur. Gün boyunca güneşin gönderdiği fotonlar elektrik düğmelerinde bulunan stronsiyum alüminat moleküllerine çarparak, molekülün enerjisini arttırır. “Evrenin kanunları” gereği hiç bir molekül olması gerektiğinden daha yüksek enerjili olmak istemez. Devamlı olarak en kararlı haline geçmek ister. Bunu biraz kabaca, fırsatını buldukça yere düşen bir kaleme benzetebiliriz. Kalem devamlı düşmek ister. Potansiyel enerjisini kaybedip, yere daha yakın olmak ister. Fotonlar tarafından uyarılan ve enerjisi arttırılan molekül de kendisinde bulunan bu fazla enerjiyi ışık olarak geri verecektir. Bu özelliğe sahip moleküllere fosforesans moleküller denir. Zira her molekül fazla enerjisinden bu şekilde kurtulmaz. Bu manada, fosforesans moleküller için “foton depolayıcılar” diyebiliriz. Ancak molekülün kurtulması gereken enerjisi de belli bir miktardadır. Yatarken kapattığımızda parıldayan elektrik düğmesi, bir kaç saat sonra su içmeye kalktığımızda artık parıldamamaktadır çünkü molekül fazla enerjisini ışıldamış; kararlı hale geçmiştir. 

Tüm lüminesans şekilleri molekülün bir nedenle üstüne aldığı enerjiden foton yayarak kurtulmasıyla oluşur. 

Floresans madde, aldığı enerjiyi hızla geri verir. Odamızı aydınlatır. Floresans madde, uyarıcı enerji ortadan kaybolduğu an neredeyse aynı anda ışımayı keser. Fosforesans olayı gibi yavaş yavaş ışık vermez.

Kutup ışıkları, atmosferdeki gazların elektrik yüklerinin foton olarak boşalması olayıdır. Yazımızın başında belirttiğimiz gibi elektrolüminesansa örnektir. 

Kemolüminesansta ise ışıldama bir kimyasal reaksiyon sonucu oluşur. Burada, reaksiyona giren maddeler, reaksiyon sonucu yeni bir bileşik oluşturduklarında, bu bileşiği oluşturan moleküller hali hazırda enerjisi yüksek durumdadırlar. Bileşik oluşur oluşmaz moleküller, doğrudan ışıldayarak kararlı hale geçmektedirler. Bu tip kemolüminesans maddelerin en tanınanı “5-Amino-2,3-dihidro-1,4-ftalazindion”dur. Tanıyamadıysanız, Miami Adli Tıp’tan Dexter Morgan size yardımcı olabilir. Dexter Morgan, kan lekelerini tespit etmek için kullandığı, bizim Luminol olarak bildiğimiz maddeyi sipariş etmek için maddenin kimyasal ismi 5-Amino-2,3-dihidro-1,4-ftalazindion’u kullanıyor ki, yanlışlıkla Luminol benzeri başka bir malzeme sipariş etmesin. Ancak malzeme laboratuvara geldiğinde Dexter, onun üstüne, bilindik ismi olan Luminol etiketini yapıştırıyor. Artık biz de bu malzemeye Luminol diyeceğiz.

Luminol, 1937’de, Alman adli tıp bilimcisi Walter Specht tarafından adli tıp bilimine adapte edilmiş bir kimyasal maddedir. Olay yeri inceleme ekipleri bu maddeyi, suç mahallinde görülmeyen kan lekelerini tespit etmek ve kan lekeleriyle ilgili kanıt bulmak amacıyla kullanırlar. 

Luminol tek başına ışıldamaz. Aslında luminol sarımtırak renkte beyaz bir tozdur ve bu haliyle ışıldamaz. Işıldaması için onu uyarılmış hale geçirmeli, bir anlamda enerji vermeliyiz. Çizimde gösterilen basitleştirilmiş reaksiyon ilerleyişini takip edelim.

İlk olarak elimizde Luminol var. Luminol suda çözünmez. Hem çözücü hem yükseltgen olarak “hidrojen peroksit” kullanılır. Yükseltgenmeyi aktive edici olarak baz eklenir. Böylece luminol çözeltisi elde edilmiş olur. Ancak bu da ışıldamaya neden olmaz. Bunun için katalizöre ihtiyaç vardır. Dexter’ın olay yerinde kullandığı katalizör kandaki demirdir. Işıldamanın başlaması için çok ufak miktarda demirin katalizlemesi yeterlidir. Böylece kan lekesini silerken ufak bir kan damlası bile yüzeye yayılacağından lüminesans etkinin ortaya çıkması kaçınılmaz olacaktır.

Dexter’a işini öğretmek istemeyiz ama onun ve diğer adli tıp dizilerindeki karakterlerin luminol kullanırken bazı yanlışlar yaptığını da söyleyebiliriz. 

Her şeyden önce, idrar, meni veya parmak izi gibi başka kanıtları tespit etmekte kullandıkları UV lambalarının luminol kullanımında hiçbir faydası yoktur. Sanıyoruz ki, görsel amaçlarla dizilerde böyle sahnelere yer verilmektedir. Aksine, Luminol ile kan tespit etmek için olay yeri daha çok karartılmalıdır. Luminolün ışıldaması, aynı fosfor gibi kısa sürelidir. Yaklaşık 30 saniye içerisinde kararlı hale geçer. Işıldaması kesilir. Bu nedenle yüzeye Luminol sıktıktan dakikalar sonra Teğmen’i çağırıp ona bulduğunuz kanıtı göstermek isterseniz, Teğmen hiçbir şey göremeyecektir. Bu nedenle bu iş için uygun, pozlama yapabilen fotoğraf makineleri kullanılır. 

Ayrıca çözeltinin içindeki yükseltgen olan hidrojen peroksit yüzeydeki başka kimyasal kanıtları da yok edebilir. Bu nedenle her yere gelişi güzel püskürtülmemelidir. 

Kandaki demir gibi katalizör görevi gören bakır gibi elementler ve besinlerde bulunan bir takım enzimler de luminolü ışıldatırlar. Aslında luminolün ışıldaması tek başına kan olduğunu tespit etmez. Bir turp salatasının damlası da katalizör görevi görecektir. Gerçi iyi bir olay yeri müfettişi, reaksiyonun hızından söz konusu kanıtın kan mı yoksa turp mu olduğunu anlayacaktır. Ancak kanın kimin kanı olduğunu belirlemek laboratuvar ekibine düşmektedir. Luminol DNA’yı denatürasyona uğratmaz. Yani DNA’nın yapısını bozmaz ve böylelikle laboratuvarda kanın kime ait olduğu tespit edilebilir.