Bitkilerin de dili var

Ne sinir lifleri ne de beyinleri ve kasları ya da ağızları var, ama yine de yaşayan her organizma gibi bitkiler de dışarıdan gelen uyarılara reaksiyon gösterebiliyorlar. Bitkilerin mesajlarını duyabilseydik, belki de ormandaki yürüyüşlerimizi büyük bir gürültü içinde yapmak zorunda kalırdık. Ama ne iyi ki bitkiler sadece optik ve kimyasal uyarılar veriyor.

Bitkilerin, ışık, su veya besleyici madde gibi abiyotik faktörler dışında, herbivorlar (bitkisel besinlerle beslenen canlılar) ve patojenlerle (bakteri, virüs, mantar) de başa çıkmaları gerekiyor.

Onların hareketsiz olmaları, haşerelere karşı savunmasız kaldıkları anlamına gelmez.

Çünkü her zaman ya da sadece ihtiyaç halinde kullandıkları çok sayıda koruma ve savunma mekanizmalarına sahipler. Dikenler veya yakıcı tüyler bitkiyi her zaman koruyan fiziksel savunma mekanizmalarıdır.

Bana dokunma

Mesela ısırgan otunun uyarısını:"Bana dokunursan, yakarım!" şeklinde çevirebiliriz.

Fiziksel korunma dışında bitkiler doğrudan doğruya haşerelere zarar veren zehirli maddelerle de kimyasal savunma yapabiliyorlar. Bununla birlikte kimyasal savunma maddelerinin üretimi bitkiler için çok zahmetlidir ve çok fazla enerji gerektirir. İşte bu nedenle kimyasal savunma sadece ihtiyaç halinde yapılıyor.

Böcek saldırısı karşısında salgılanan çeşitli koku maddeleri, bitkiye zarar veren böcekleri yiyerek azaltacak yırtıcı böcekleri çekebilir. Bilim adamları gerçi bu kokulu salgıların, yakındaki bitkileri de uyarabileceğini tahmin ediyorlardı ama bitkilerin bu uyarı sinyaline ne şekilde tepki gösterdikleri hala merak konusudur.

Bu reaksiyon koku maddesinin yaprağın üzerine ulaşmasıyla başlar ve sinyal iletimiyle devam eder.

Komşu ağaca uyarı

Aslında saldırıya uğrayan ve uğramayan bitkiler arasındaki iletişimin varlığıyla ilgili ilk kanıtları Ian Baldwin, 1983 yılında ortaya koymuştu.

Kavak ve akçaağaçta meydana gelen "yaralanmalarda" zehirli fenoller ve tanenler üretildiğinde, henüz zarar gelmemiş komşu ağaçta fenol ve tanen içeriğinin aynı oranda yükseldiğini görmüştü bilim adamı.

Benzer sonuçlara söğüt (Salix sitchensis) araştırmasıyla ulaşan D.Rhoades, tırtıllar tarafından yenen yaprak kalitesinin, yara almamış bitkilerinkine göre daha düşük olduğunu görmüş. Aynı etki, saldırıya uğrayan bitkilerin yanında büyüyen ancak kökleri temas etmeyen komşu bitkilerde de görülmekte.

Bunun en iyi açıklaması yaralı ve yaralı olmayan bitkiler ve henüz zarar görmemiş komşu bitkiler arasında uçucu organik maddeler (VOCs: volatile organic compounds) aracılığıyla iletişimin varlığı olabilirdi.

Dili kanıtlamak

Yirmi yıl öncesine ait bu araştırmalar, birçok bilim adamını "bitkilerin VOCS aracılığıyla iletişimi" üzerine çalışmaları için bir zemin oluşturmuştu.

Çok sayıda araştırma öte yandan, bir bitki dilinin kanıtlanmasını zorlaştıran, deneysel zorlukları da ortaya çıkardı. Bitkiler araştırmaların birçoğunda gerçek olmayan deneysel koşullara maruz bırakılmıştır.

Mesela hava geçirmez kaplara konan bitkilerde çok sayıda sorun oluşmuştur. Bu düzenleme yüzünden koku maddeleri hazne içinde yoğunlaşırken, bitkinin fizyolojik statüsü de değişmekte. Fotosentez süreçleri işlemeye başlayınca da haznedeki CO2 oranı düşerek, karbon bileşimlerinin azalmasına yol açmakta.

Bitkiler bu eksikliği dengelemek için, gözeneklerdeki açıklıkları arttırıyorlar.

Ama ne var ki bu süreç yüzünden mezofil hücreleri yoğun olarak koku maddelerinin etkisinde kalıyorlar ve bitkinin doğal koku maddesi oranına göre ayarlı reaksiyonu değişmekte.

Ancak sürekli hava akımı sağlayan açık sistemlerle bu karışıklıklar önlenebilmekte.

Yöntem aranıyor

Bu amaçta sağlıklı bitki yerine, kesilmiş yapraklar veya dallar kullanılıyordu. Ama daha sonraları kesik yapraklardaki herbivor azaltıcı koku maddesi bileşiminin sağlıklı bitkilerinkinden farklı olduğu anlaşıldı.

Bitki kesildiğinde, bitkinin tüm fizyolojik statüsünü değiştiren önemli bakım unsurları kaybolmuş olur. Bu nedenle de kesik yapraklar ve dallar ne koku üreten ne da alıcı bitkinin incelenmesi için uygun değildir.

Sentetik koku maddelerinin kullanılması, bitki tarafından salgılanan VOC karışımının parçalanmasına ve aktif maddelerin tanımlanmasına izin vermekte.

Burada zor olan bitkilerin doğal miktarda koku maddesi salgılamasını sağlamak, çok sayıda bileşimler arasındaki bağlantıyı bulmak ve böceğin bitkiyi kemirmesine karşı salgılanan koku karışımındaki azalmayı takip etmek.

Oysa açık havada gerçekleştirilen araştırmalar daha gerçekçi deneysel koşullara imkan vermekte.

Yeni bulgu

Örneğin R.Karban ve ekibi 2000 yılında, zarar görmüş kokulu Amerikan çalısı (Artemisia tridentata) yanına dikilen tütün bitkisinin (Nicotiana attenuata), herbivorlardan daha az zarar gördüğünü ve diğerlerine göre daha fazla tohum ürettiğini görmüş.

Ancak sentetik koku maddeleriyle yapılan deneylerle, tütün ve bu kokulu çalı arasındaki iletişim kanıtlanamamıştı. Max-Planck Enstitüsü bilim adamları son çalışmalarıyla, kokulu çöl çalısı tarafından salgılanan VOC karışımının yanındaki tütün bitkisi üzerinde dolaylı bir etkisi olduğunu göstermekte.

Karışım içindeki iki molekül, doğrudan doğruya savunma maddeleri üretmek yerine, sadece herbivor saldırısı sırasında üretimi arttırıyor veya hızlandırıyor, diye açıklıyor bilim adamları.

Kokulu çöl çalısınca, tütün bitkisine (alıcı bitki) sadece böcek saldırısı sırasında yapılan uyarı, VOCS aracılığıyla yapılan doğrudan savunmanın "hesaplı" türü olsa gerek.

Bitkinin enerjisi

Bitkiler savunma mekanizmalarını çalıştırmak için, büyüme veya üreme için gerekli enerji ve kaynaklarını harcamak zorundalar.

Yani bir bitki savunma mekanizmalarını sürekli kullandığında, böceklerin saldırısına uğramasa bile "savurganlığını" sağlığıyla öder. Sonuçta sağlıklı büyümesi için gerekli enerji kaynaklarının önemli bir kısmını böceklerden korunmak için kullanmıştır.

Jena Max-Planck Enstitüsü bilim adamlarına ait son bir araştırma yazısında iki ilkeyi birleştirerek yukarıda söz edilen sorunları önleyen deneysel bir model sunulmakta. Bu modelde uyarıcı ve alıcı bitkilerin aralıksız olarak hava almasını sağlayan açık bir sistem kullanılmakta.

Bu sistemde uyarıcı ve alıcı bitkiler köklerinin temas etmemesi için pleksiglas kutulara yerleştirilmekte. Alıcı bitkinin arkasında kutu içindeki hava akımı sağlayan bir vantilatör çalışıyor. Temiz hava kutunun üzerindeki bir açıklıktan çekilmekte. Bu deneyde koku maddesi üreten yabani ya da genetik bitki kullanılmakta.

İşte bu şekilde uyarıcı bitki tarafından salgılanan koku karışımının, alıcı bitki üzerindeki etkisi doğadaki koşullara benzer bir şekilde test edilebilmekte.

Bitkide savunma reaksiyonu ne zaman harekete geçiyor?

Bitkiler, aldıkları yara türüne göre, bunun bir dolu tanesi mi yoksa bir tırtılın marifeti mi olduğunu algılayabiliyor. Max-Planck Enstitüsü bilim adamları bu algılama yetisinin kimyasal madde olmadan işlediğini buldular. Bilim adamları daha önceleri bitkideki savunma reaksiyonunun, tırtılın tükürük salgısına bağlı olarak geliştiğini sanıyorlardı.

Wilhelm Boland, yaprak kemiren bir tırtılı taklit eden bir robot sayesinde, savunma reaksiyonunun tükürük salgısından çok mekanik yaraların etkisiyle harekete geçtiğini saptadılar.

MecWorm olarak adlandırılan robot, minik iğneyi yaprağa batırarak tırtılın kemirme davranışını taklit ediyor. Robot yaprağın üzerine herhangi bir kimyasal madde bırakmamasına rağmen bitkiler kimyasal savunma sinyalleri gönderiyorlar.

Bitkideki savunma reaksiyonunun harekete geçmesi için, robotun tıpkı gerçek tırtıl gibi çiğnemesi gerekiyordu. Çünkü yaprak sadece bir pinset ya da bisturi ile yırtıldığında bitki reaksiyon göstermemiş. Gerçek düşmanlar ve kısa vadeli mekanik etkiler arasındaki farkı algılama yetisi, bitkiye kimyasal savunma reaksiyonunu boşa harcamamasını sağlıyor.

Sonuçta kimyasal karışım mesela dolu yağmurunda işe yaramıyor dolayısıyla da kaynaklar ve enerji boşu boşuna harcanmış oluyor. Bir motor ve yuvarlak pimden oluşan MecWorm tırtıl robotu, bilgisayarla çalıştırıldığında pimle düzenli aralıklarla vuruşlar yapıyor.

Deney sırasında kullanılan fasulye yaprağı (Phaseolus lunatus) hava geçirmeyen bir hazneye yerleştirilmekte. Beş saniye aralıklarla on yedi saat boyu yapılan pim vuruşları sonucunda yaprak (Tetranynchus urticae) fasulye böceği ve diğer böcek larvalarına gösterdiği reaksiyonun aynısını göstermekte.