Bitkiler kardeşçe yaşıyor

Bir süredir bitkilerin birbirleriyle iletişim içinde olduğu biliniyordu, ancak aralarındaki iletişimin ne kadar gelişmiş ve karmaşık olduğu yeni yeni anlaşılıyor. Bitkiler sürekli olarak bir diğerinin kimyasal “gevezeliğine” kulak verirler. Bunu bazen bencillikten, bazen de yardım amacıyla yaparlar. İskandinavya’ya özgü orman gülü bitkisinde olduğu gibi bazı bitkiler, sınırlı kaynaklarını paylaşarak komşularına destek olur. Diğerleri yakın akrabalarını tanır ve onları yabancılar karşısında kayırır.

Yaşam mücadelesinin belgeleri

“Bitkiler gece kulüplerine gitmezler, sinema izlemezler. Ama zengin bir sosyal ağları vardır” diye konuşan Kanada’daki University of British Columbia’dan orman çevre uzmanı Suzanne Simard, “Birbirlerine destek oldukları gibi, birbirleriyle kavga da ederler. Bitkilerin işaret dilleri ve iletişim yolları hakkında bilgimiz arttıkça öğrendiklerimiz bizi büyülüyor” diyor.

Fotoğrafçılık tekniklerinin gelişmesiyle birlikte, yoğun bir bitki nüfusuna sahip ormanlarda tek tek her bitkinin hayatta kalmak için nasıl mücadele verdiğini belgelemek artık mümkün. Orman arazisinde taze bitmiş filiz ve fidanların köklerine yer açmak için verdikleri uğraş artık adım adım izlenebiliyor. Yere düşen yaşlı ağaçlar, genç fidanlar için besin kaynağı oluyor. Sarılacak bir kütük arayan sarmaşıklar, büyük bir telaş içinde önüne gelen her ağaca saldırıyor. Yabanıl çiçekler bahar aylarında çiçeklerini açmak için birbirleriyle yarışırken, arıların dikkatini çekmek için koku ve renk silahlarını kuşanıyorlar.

Bitkilerin gizli sosyal yaşamlarını daha iyi anlamanın yolu, ileri teknoloji ürünlerinden yararlanarak dikkatli bir gözlemden geçiyor.

Besin paylaşımı

Öncelikle işe yeraltındaki rizosfer (bitki köklerini doğrudan doğruya çepeçevre saran ve fiziksel, kimyasal, biyolojik özellikleri bitkiden bitkiye değişen ekosistem) başlamak gerekir. Orman tabanının altındaki her avuç toprak milyonlarca minik organizma içerir. Bu bakteri ve mantarlar bitkinin kökleriyle sembiyotik bir ilişki kurarlar. Bu şekilde bitkinin su ve yaşamaları için gerekli olan nitrojeni emmesini kolaylaştırırlar. Bunun karşılığında sabit bir besin kaynağına sahip olurlar.

Şimdi rizosfer tabakasının daha yakından gözlenmesiyle, mantarların bir düzineden fazla ağaç kökünü uzantılarıyla birleştirdiği ortaya çıkıyor. Bazen bu birleştirilen bitkiler, aynı türden olmayabiliyor. Ayağımızın altındaki bu ağ gerçek bir sosyal ağdır. Bunların üzerindeki radyoaktif karbon izotoplarının hareketlerini izleyen Simard, su ve besinlerin “karnı tok ağaçtan”, “aç ağaca” doğru aktığını keşfetti. 2009 yılında yayımlanan bir çalışmaya göre bir cins çam türünde, daha yaşlı ağaçlar karbon ve nitrojen içeren moleküllerini aynı türün fidanlarına aktarıyor. Böylece fidanlar daha sağlıklı bir gelişim gösterebiliyor (Ecology, vol 90, p 2808).

Bilgi paylaşımı

Bitkiler yiyeceklerini paylaştıkları gibi bilgilerini de paylaşırlar. Biyologlar bir süredir saldırıya uğramış bitkilerin havadan savunma sinyalleri gönderdiği biliyorlar. Örneğin bir tırtıl domates fidanını yemeğe başladığı zaman, yapraklar zehirli bileşimler salgılar. Bu bileşimler, saldırganı kaçırttığı gibi komşu bitkileri de kendi savunmalarını hazır duruma geçirmeleri için uyarır.

Çin, Guangzhou’daki Güney Çin Ziraat Üniversitesi’nden Yuan Yuan Song ve ekibi, benzer kimyasal alarm çağrılarının, havadan olduğu gibi yerin altından da yol alıp almadığını araştırdı. Deneyde bir grup domates bitkisine hastalık yaratan mantar bulaştırıldı ve bunların yeraltındaki kökleriyle bağlantısı olan ikinci bir domates grubunun tepkileri ölçüldü.

Hastalıklı bitkinin toprak üzerindeki kısmı plastik torbalarla sıkı sıkıya örtülerek havadan iletişim kurması engellendi. Bütün buna karşın sağlıklı domates grubunun savunma amaçlı kimyasal maddeler salgılamaya başladığı tespit edildi. Bu da bitkilerin alarm uyarılarını yeraltında da yürüttüğü anlamına geliyordu (PLoS One, vol 5, p e13324).

Kendi türünü kayırma eğilimi

Song’un bulduklarıyla ilgili olabilecek bir diğer keşif de bazı bitkilerin kendi türünden gelenleri tanıyabilmesi ve ortak çıkarları için birlikte hareket etmeleri. Fort Collins’teki Colorado State University’den Amanda Broz, söğüt otu (Persicaria praetermissa) denilen bitkiyi bir serada hem çim bitkisiyle hem de diğer söğüt otlarıyla yan yana yetiştirdi. Daha sonra üzerlerine methyl jasmonate olarak bilinen bir kimyasal püskürttü. Bitkiler yara aldıkları zaman bu kimyasal maddeyi salgılarlar. Söğüt otunun tepkisinin komşularına bağlı olarak geliştiği görüldü. Kendi türünün üyeleriyle yan yana büyüyen söğüt otu, savunmasını güçlendirmek için yaprak toksinleri üretti. Ancak komşusu çimen olan söğüt otu, yaprak ve gövdesinin gelişimine odaklanmayı tercih etti. (BMC Plant Biology, vol 10, p 115)

Bu tür bir ayırım anlamlıdır, çünkü söğüt otu, doğal ortamında, tek bir bitki türü olarak yoğun bir biçimde kümelenmiş olması durumunda, çok sayıda zararlı böceği kendine çeker. Ancak diğer söğüt otlarıyla işbirliği içinde savunma yaparlarsa, böcekleri uzaklaştırmaları kolaylaşır. Oysa söğüt otları normal çim bitkisi ile kuşatılmış ise en doğru strateji, savunmayı komşulara bırakmak ve kendi büyümesine öncelik tanımaktır.

Broz’un bu araştırması geçen yıl yayımlandı. Bu nedenle bitkilerin kendi türünden olanları nasıl tanıdığı konusunda yeterli araştırma henüz yapılamadı. Buna karşın bir bitkinin aile değerlerine ne kadar bağlı olduğu, 2007 yılında yapılan bir araştırmada tüm yönleriyle açıklık kazanmıştı. Bu çalışma Kanada, Ontario’da McMaster Üniversitesi’nden Susan Dudley tarafından yapıldı (Biology Letters, vol 3, p 435).

Dudley, ABD’de Göller Bölgesi’nde yetişen turpgiller sınıfından eğri büğrü bir otu (American sea rocket) inceledi. Çalışmada farklı türde bitkilerle birlikte yetişen bitkinin köklerini olabildiğince uzağa uzattığı, alabildiği kadar suyu ve besinleri emmekte tereddüt etmediği ortaya çıkmıştı. Ancak Dudley aynı alana aynı türden bitkileri ektiği zaman bitki köklerini bu kadar uzatmıyor ve besin ve suyu paylaşıyordu.

Bunu izleyen bir başka çalışmada Newark’taki Delaware Üniversitesi’nden Meredith Biedrzycki ile işbirliği yapan Dudley, bu sinyallerin eksüda (rizosfere uzanan köklerin salgıladığı fenol, flavanoid, şeker, organik asit, amino asit ve proteinten oluşan kokteyl) şeklini aldığını keşfetti. Bütün bunların bitkilerin akrabalarına tanımalarına nasıl yardım ettiği henüz bilinmiyor (Communicative&Integrative Biology, vol 3, p 28).

Kendi türünü tanıma yetisi

Son birkaç yıldır akrabalık ilişkilerini tespit etme yetisinin başka bitkilerde de olduğu anlaşıldı. Bitkilerin “laboratuvar sıçanı” olarak tanımlanan Arabidopsis thaliana* bu bitkilerden biri. Bazı botanikçiler bu sonuçlara bakarak bitkilerin hayvanlarda olduğu gibi akrabalarını tanıma yetisine sahip olduğu ileri sürüyor. Bu yeti sayesinde bitkiler akrabalarına yardım edebiliyor; üremelerini kolaylaştırıyor.

Akraba tanımanın evrimsel bir mantığı da var. Bu yetenek sayesinde bitki genlerinin bir sonra nesle geçmesini garanti altına almış oluyor. Dudley bu yeteneğin hayvanlar alemindeki yararlarının bitkilerde de geçerli olduğuna dikkat çekiyor.

Akrabaları tanıma özelliği aynı zamanda akraba bitkilerin de hayatta kalma şansını arttırıyor mu? Davis’teki Kaliforniya Üniversitesi’nden Richard Karban’ın yürüttüğü çalışma bu sorunun yanıtını araştırdı.

Karban çöllerde yetişen bir çalılık türü olan Artemisia absinthum bitkisini (Türkçede pelin olarak bilinir) araştırdı. Bu bitki böcekleri uzaklaştırmak için çeşitli kimyasallardan oluşan bir koku salgılar, Karban, saldırı tepkisini doğurmak amacıyla tek bir bitkinin yaprağını kestiği zaman, kendi benzerleri arasında yetişen bitkinin, farklı bitkiler arasında büyüyen bitkiye göre daha yoğun bir salgı çıkarttığını gözlemdi. Dahası, beş ay sonra bile komşu akrabaların tırtıllardan diğer zararlı böceklerden daha az zarar gördüğü ortaya çıktı (Ecology Letters, vol.12, p 502)

Bitkiler arasındaki sosyal ağların insanlara yararı

Kanada’daki Alberta Üniversitesi’nden James Cahil, son günlerde bitkilerde ortaya çıkan bu yoğun sosyal ağın tarımsal faaliyetlerde çok büyük bir potansiyel taşıdığını ileri sürüyor. Bu stratejilerden biri birbiriyle ilişkisi olan bitkilerin yan yana ekilmesi.

Örneğin farklı bitkiler yan yana ekildiğinde, zararlı böceklerle mücadelede, arıların ilgisini çekmede ve besinlerin daha ekonomik olarak paylaşılmasında büyük fayda sağlanabilir. Bu eski bir tekniktir. Çiftçiler, deneme yanılma yöntemiyle veya yakın gözlem ile bu tekniği yıllardan beri uygular.

Örneğin fasulye nitrojeni artırdıkları için diğer bitkilerin gelişimini hızlandırır. Avrupalılar 15.yüzyılda Amerika’ya ayak bastıklarında Yerlilerin mısır ile fasulyeyi birlikte aynı tarlada yetiştirdiği gördü; mısır bitkisi fasulyeler için sarılacak bir doğal sırık vazifesi görüyordu.

Şimdi en son bilgilerden yararlanarak mono-kültür ile bağlantılı sorunları yeni ve daha yararlı ilişkilerden yola çıkarak çözebiliriz. Tek bir zararlı mantar veya bakteri genetik olarak benzer bitkilerin ekili olduğu koca bir tarlayı silip süpürdüğü zaman, çiftçiler genellikle bol miktarda böcek ilacından yararlanır. Oysa bunun yerine birbirlerinin zararlılarını kovacak bitki kombinasyonu havadan ve toprak altından haberleşerek doğal yoldan bu mücadeleyi başlatabilir.

Toprak kardeşliği

Cahill’in bir düşüncesi daha var. “Gübre tarlanın her noktasına eşit olarak dağıtılmıyor” diye konuşan Cahil, Belki de birbirleriyle daha yakın ilişkiler kuran bitkileri aynı tarlada yetiştirmeliyiz. Böylece gübreyi paylaşabilirler” diyor.

Aynı şekilde Simard, bitkilerin toprak altında kurdukları sıkı ağlardan yararlanarak yaşlı ve genç bitkilerin birlikte yetiştirilmeleri gerektiğini düşünüyor. Örneğin yaşlı ağaçların hemen temizlenmemesini, genç filizlerin büyükbabalarının toprak altında kurduğu ağlardan yararlandığını düşünüyor. Ayrıca çiftçilerin agresif bir sulama ve gübreleme faaliyetinden uzak durmalarını, çünkü bu uygulamaların toprak altındaki hassas ağa zarar verebileceğini öne sürüyor.

Ne var ki bu taktikleri hemen yaşama geçirmeye başlayacak aşamaya daha gelemedik. Bu konuda daha netlik kazanması gereken pek çok nokta var. Dudley, “Bundan sonraki aşamada köklerin nasıl büyüdüğünü izlemek ve havadan nasıl iletişim kurduklarını anlamak için daha gelişmiş tekniklere ihtiyacımız var. Bunun yanı sıra hangi genetik faktörlerin bu iletişimi etkilediğini ortaya çıkartmamız gerek. Bu aşamada bizi en fazla zorlayacak olan moleküler bazdaki çalışmalar. Ancak bu alanda da önemli adımlar atılmış biliniyor” diyor.

Köklü değişiklik gerekli!

Bitkilerin karmaşık ilişkileri olduğu gerçeği yerleşik kafa yapısında köklü değişikliklerin yapılmasını zorunlu kılıyor. Biedrzycki bu değişikliği şöyle özetliyor: “İnsan çok uzun süredir bitkilerin toprak üzerinde öyle, sabit durduğunu sanıyordu. Ancak sandığımızın aksine hayatta kalmak için büyük bir mücadele veriyorlar. Bu da bitkilerin, kimyasal iletişim yoluyla çevrelerindeki koşulları değiştirme yeteneğine sahip oldukları anlamına geliyor. Tek hücreli organizmaların bile birbirleriyle etkileşim içinde oldukları bilinirken, bitkilerin karmaşık bir iletişim ağına sahip olmaları insanları niçin şaşırtıyor?”

Derleyen: Reyhan Oksay

Kaynak: New Scientist, 26 Mart 2011

www.botany.hawaii.edu/faculty/wong/BOT135/Lect26.htm

http://www.sciencedaily.com/releases/2008/03/080304075746.htm

*Arabidopsis thaliana, turpgiller (Brassicaceae) familyasından görece sık rastlanan bir bitki türü.. 30 santimetre boya kadar büyüyebilen, gösterişsiz, kısa, tek yıllık otsu bitkidir. Bir rozet bitkisi olup, internodu yuvarlaktır. Dipteki yaprakları genelde tırtıllı, buna karşın internod yaprakları genelde düzdür. Beyaz olarak çiçek açar ve çiçeklenme zamanı nisandan mayısa kadardır. Çiçekleri 2 ile 4 milimetre kadardır. Bundan başka, 10 cm ile 20 cm’ye kadar boya ulaşabilen bezelye kabuğu şeklinde meyveleri vardır. Kökü 40 cm derinliğindedir.