‘Yeraltı dünyası’nın yeniden büyük keşfi
Güncelleme Tarihi:
Oluşturulma Tarihi: Eylül 02, 2004 01:29
Bir avuç toprakta tüm dünyada bugüne dek yaşamış insanlardan daha fazla organizma var: yaklaşık 1000 milyar bakteri, 10.000 minik nematot (mikroskobik boyda kök ur solucanları) ve 25.000 km mantar.
Ayaklarımızın altındaki her tarlada ve çimenlikte, toprakta nelerin büyüyeceğine veya yetişmeyeceğine karar veren bir yaşam savaşı sürüp gidiyor. En büyük çeşitliliğe sahip biyotoplardan biri olan toprak yeniden keşfedildi: Toprak yaşıyor.
Bilim adamları kökler, mikrop ve mantarların karşılıklı etkilerini kontrol altına alarak, küresel tarım alanı kaybını önlemek istiyorlar.
Bu araştırmalar sırasında her yerde toprağın yeni bir bilmecesi ortaya çıkmakta.
NASA ve diğerleri bilinmeyen yaşam biçimleri aradığında Mars’a sonda gönderiyor; fakat araştırmacı Marcel van der Heijden Mars yerine otomobiline atlayıp, Kuzey Denizi sahillerindeki Egmond aan Zee kumuluna gidiyor. Burası, davranışları neredeyse hiç araştırılmamış milyarlarca canlı kaynıyor.
Sürprizler, Hür Amsterdam Üniversitesi çevrecisinin gündelik yaşamının bir parçası. ‘Ne zaman toprak organizmalarını örneğin genetik sekanslamayla ayrıntılı olarak incelediğimizde hep bilinmeyen türlerle karşılaşıyoruz’ diye anlatıyor van der Heijden.
Ayaklarımızın altındaki her tarlada ve çimenlikte, toprakta nelerin büyüyeceğine veya yetişmeyeceğine karar veren bir yaşam savaşı mevcut. Bir avuç toprakta tüm dünyada bugüne dek yaşamış insanlardan daha fazla organizma barınmakta: yaklaşık 1000 milyar bakteri, 10.000 minik nematot (mikroskobik boyda kök ur solucanları) ve 25 000 km mantar.
Kök dünyası
‘Risofer’ olarak adlandırılan bu toprak bölgesi ‘kök dünyası’ olarak çevrilebilir ve son zamanlarda moleküler biyologlar, kimyacı ve fizikçiler tarafından da araştırılmaya başlanmasından yana bu gizli kalmış alandaki minik canlıların, bilimde büyük bir boşluk oluşturdukları anlaşıldı.
Ayaklarımızın altındaki toprak birçok açıdan uzaktaki bir gezegen kadar yabancı deniyor Science dergisinde kısa bir süre önce yayımlanan makalede. Birkaç santimetreküplük toprağın mekansal, kimyasal ve biyolojik çeşitliliği bir hektarlık orman veya mercan resifini bile geçebilir.
Fakat yer altı dünyası yaşamı araştırmacıların merakına karşın çok inatçı çıktı. Toprak organizmalarının (büyük bir olasılıkla %90’dan fazlası ama kesin oran bilinmiyor) laboratuarda kültüre alınmaları mümkün değildi.
Bu yüzden zahmetli bir arazi çalışması yapmak zorunda olan Heijden, kumluktaki araştırma bölgesini ikiye ayırmış. Alanın bir yarısı steril, diğer yarısıysa içinde mikroskobik boyutta canlıların kaynadığı doğal topraktan oluşuyor.
Elde edilen ilk önemli sonuçlar diğer araştırma grupları tarafından da kanıtlandı: Yeraltında yaşam olduğu zaman üzerindeki bitkiler de daha iyi büyüyor.
Ve özellikle de tür çeşitliliği artmakta. Ama bununla birlikte topraktaki yaşamın, toprak üzerindeki çeşitliliğe ne şekilde etkidiği henüz aydınlanmış değil diyor uzman. Kesin olan bir şey o var ki o da bitkilerin genelde topraktaki görünmez mikroorganizmalar olmadan büyüyemiyor olması.
Bitki ve toprak sakinleri kök bölgesinde buluştuklarında hareketli bir alışveriş trafiği başlıyor. Mesela yoncanın, büyümeyi uyaran azotun değerli bir üreticisi olduğu bilinir. Ama yonca bu yetisini köklerine yerleşen yumru (Rhizobium) bakterilerine borçludur. Yoncanın azot ihtiyacını karşılayan tekhücreliler bunun karşılığında tatlı bitki özüyle beslenirler.
Canlı bir toprağın bitkilere iyi geleceği düşüncesi aslında yeni değildir. Bu bilginin kökeni Prusya soylularının domalan (Tuber magnatum pico) merakına kadar uzanmakta.
Ortak yaşam
Prusyalı mantar severlerin memnun edilmesi için 1885 yılında biyolog Albert Berhard Frank’a Prusya Krallığında domalan üretimini mümkün kılacak koşulları bulma görevi verilmişti. Biyolog araştırmalardan sonra bu lezzetli mantarların, meşe ve kayın kökleriyle sembiyoz yaşadıklarını öğrendi. Ama mantarlar parazit gibi davranmak yerine ağaçları, besleyici maddelerle besliyorlardı.
Yer altındaki bu tür davranışlar evrim açısından bir avantajdır. Bitkilerin %80’inden fazlası mantarlarla sembiyoz içinde yaşar. Mantar ve köklerin ortak yaşamı mikoriza olarak adlandırılır. Ormancılar yeni fidanlar diktikleri zaman toprağı yararlı mantarlarla beslemeye özen gösterirler.
Yeraltındaki ortak yaşam belki de ilk kara bitkilerine uygun ortamı hazırlamış olabilir. Mantarların etkisi olmadan ilk kara bitkileri 450 milyon önce yok olabilirdi.
Bitkiler mikoriza mantarları sayesinde strese daha dayanıklı hale gelerek kuraklıkla başa çıkabiliyorlar.
Sonuçta toprak ekolojisiyle çözülmesi zor sorunlara çare aranmakta. Toprak araştırmalarının yeniden doğuşu, yeraltı dünyasının verimsizleşmesiyle de ilgili. Ufukta kısmen açlığa, gecekondulaşmaya ve iç savaşlara neden olabilecek küresel bir toprak krizi göründü. Bu alanda acil yardım toprak ekologlarından gelecek.
Örneğin Haiti’deki kanlı çatışmaların nedeni en başta yok olan topraklarla ilgili, diyor Amerikalı ekonomi bilimcisi Andy White.
Dünyanın başka hiçbir ülkesinde ormanlar bu kadar kısa bir süre içinde talan edilmedi. Yağmur ormanlarından geriye sadece %3’ü kaldı ve tarım alanlarının üçte biri de tamamen verimsizleşti.
Açlık çeken halk bu yüzden büyük kentlerdeki gecekondu bölgelerine göç ediyor ve buralarda da bir zaman sonra sosyal patlamalar yaşanmakta.
İnsanlığın, ayağının altındaki toprağı ne şekilde yok ettiğini örneğin ‘Uluslararası Toprak Araştırmaları Merkezi’nden Sjef Kauffman özel bir harita üzerinde göstermeye hazırlanıyor. Uzmanın iki yıl içinde sunacağı küresel toprak haritasında daha şimdiden alarm çalan bölgeler söz konusu:
Dünya genelinde toplam on bir milyar hektarlık ekilebilir alanların yaklaşık %17’si neredeyse tamamen verimsiz durumda. Ağaçsızlandırma, yetersiz gübreleme ve hatalı sulama başlıca nedenler (bkz.grafik).
Toprak erozyonunun sadece ABD’de yılda 44 milyar dolarlık bir zarara neden olduğunu Cornell Üniversitesi çevreci David Pimentel 1995 yılında hesaplamıştı. Hatta Worldwatch Enstitüsü müdürü Lester Brown da ‘Soil before oil’ (‘Petrolden önce toprak’) sloganıyla, petrol rezervlerinden önce en az o kadar değerli ekim alanlarının da yok olabileceği konusunda uyarmıştı.
Nefretle karışık
Örneğin Çin’in kuzeyinde yıldan yıla bir buçuk milyar tonun üzerinde verimli löslü topraklar uçup gidiyor ve geriye çorak arazilerle yoksul köylü halkı kalıyor.
Afrika’da ise çiftçiler toprağı gübreleyemeyecek kadar yoksul oldukları için toprakta yeterince besleyici madde bulunmuyor.
Yeraltı dünyası son derece karmaşık. ‘Bitkiler ve toprak organizmaları arasında bir tür nefrete dayalı aşk yaşanmakta diyor Leibnitz Bitki Biyokimya Enstitüsü profesörü Dieter Strack.
Bu süreçte alışveriş hızla sahtekarlığa ve karşılıklı yardım ise hırsızlığa dönüşmekte. Bitki, uyarı maddesiyle mantarları köklerine çekmeye çalışırken kök uçlarına yerleşmelerini de engellemek zorunda Ğ çünkü mantarların kök uçlarına işlemesi bitkiler için ölüm demek.
Bu arada üçlü sembiyoz içinde yaşayan bitkiler de saptandı. Bu tür bitkiler, mantarla beslenen diğer bitkilerden yararlanır. Üçlü ortak yaşam biçimleri toprak ekologlarının en önemli bulgularından biri.
Bazı orkideler tamamen besleyici madde hattıyla yaşarlar. Orkideler genelde ormanlarda ışığın az olduğu gölgeliklerde yaşayarak fotosentezle beslenmekten vazgeçerler,
Tembel bitkiler harika kök dünyasına dayanarak, komşu ağaçtan beslenen mantardan yararlanıyorlar. Birçok bitki çok sayıda mantarla ilişkili olduğu gibi yüzlerce kullanıcılı bir ağ içinde birbirine bağlı olmalı.
Mantarlar
Bitkinin su, azot ve fosfat ihtiyacını karşılayarak, zararlı böceklerden korur ve besleyici madde ağıyla türlerin çeşitlenmesini sağlarlar. Ama kökleri bozabilirler de.
Bakteriler
Azotu birleştirir, köklerin çevresindeki toprağı temizler ve bitkilerin kök salmasına yardımcı olurlar. Olumsuz yanları ise köklerin içine sızabiliyor olmaları.
Solucanlar
Toprağı havalandırır ve dışkılarıyla da gübrelerler. Toprağın içinde oluşturdukları yollar, su ve gaz ihtiyacını karşılayarak derindeki köklerin de beslenmesine yardımcı olur. Öte yandan da mantar örgüsüne zarar verirler.
Böcekler örümcekler
Bir yandan toprağı karıştırarak humus oluşumunda yardımcı olurken, diğer yandan da bitkilere zarar verebilirler.
Bilim adamları kökler, mikrop ve mantarların karşılıklı etkilerini kontrol altına alarak, küresel tarım alanı kaybını önlemek istiyorlar.
Bu araştırmalar sırasında her yerde toprağın yeni bir bilmecesi ortaya çıkmakta.
NASA ve diğerleri bilinmeyen yaşam biçimleri aradığında Mars’a sonda gönderiyor; fakat araştırmacı Marcel van der Heijden Mars yerine otomobiline atlayıp, Kuzey Denizi sahillerindeki Egmond aan Zee kumuluna gidiyor. Burası, davranışları neredeyse hiç araştırılmamış milyarlarca canlı kaynıyor.
Sürprizler, Hür Amsterdam Üniversitesi çevrecisinin gündelik yaşamının bir parçası. ‘Ne zaman toprak organizmalarını örneğin genetik sekanslamayla ayrıntılı olarak incelediğimizde hep bilinmeyen türlerle karşılaşıyoruz’ diye anlatıyor van der Heijden.
Ayaklarımızın altındaki her tarlada ve çimenlikte, toprakta nelerin büyüyeceğine veya yetişmeyeceğine karar veren bir yaşam savaşı mevcut. Bir avuç toprakta tüm dünyada bugüne dek yaşamış insanlardan daha fazla organizma barınmakta: yaklaşık 1000 milyar bakteri, 10.000 minik nematot (mikroskobik boyda kök ur solucanları) ve 25 000 km mantar.
Kök dünyası
‘Risofer’ olarak adlandırılan bu toprak bölgesi ‘kök dünyası’ olarak çevrilebilir ve son zamanlarda moleküler biyologlar, kimyacı ve fizikçiler tarafından da araştırılmaya başlanmasından yana bu gizli kalmış alandaki minik canlıların, bilimde büyük bir boşluk oluşturdukları anlaşıldı.
Ayaklarımızın altındaki toprak birçok açıdan uzaktaki bir gezegen kadar yabancı deniyor Science dergisinde kısa bir süre önce yayımlanan makalede. Birkaç santimetreküplük toprağın mekansal, kimyasal ve biyolojik çeşitliliği bir hektarlık orman veya mercan resifini bile geçebilir.
Fakat yer altı dünyası yaşamı araştırmacıların merakına karşın çok inatçı çıktı. Toprak organizmalarının (büyük bir olasılıkla %90’dan fazlası ama kesin oran bilinmiyor) laboratuarda kültüre alınmaları mümkün değildi.
Bu yüzden zahmetli bir arazi çalışması yapmak zorunda olan Heijden, kumluktaki araştırma bölgesini ikiye ayırmış. Alanın bir yarısı steril, diğer yarısıysa içinde mikroskobik boyutta canlıların kaynadığı doğal topraktan oluşuyor.
Elde edilen ilk önemli sonuçlar diğer araştırma grupları tarafından da kanıtlandı: Yeraltında yaşam olduğu zaman üzerindeki bitkiler de daha iyi büyüyor.
Ve özellikle de tür çeşitliliği artmakta. Ama bununla birlikte topraktaki yaşamın, toprak üzerindeki çeşitliliğe ne şekilde etkidiği henüz aydınlanmış değil diyor uzman. Kesin olan bir şey o var ki o da bitkilerin genelde topraktaki görünmez mikroorganizmalar olmadan büyüyemiyor olması.
Bitki ve toprak sakinleri kök bölgesinde buluştuklarında hareketli bir alışveriş trafiği başlıyor. Mesela yoncanın, büyümeyi uyaran azotun değerli bir üreticisi olduğu bilinir. Ama yonca bu yetisini köklerine yerleşen yumru (Rhizobium) bakterilerine borçludur. Yoncanın azot ihtiyacını karşılayan tekhücreliler bunun karşılığında tatlı bitki özüyle beslenirler.
Canlı bir toprağın bitkilere iyi geleceği düşüncesi aslında yeni değildir. Bu bilginin kökeni Prusya soylularının domalan (Tuber magnatum pico) merakına kadar uzanmakta.
Ortak yaşam
Prusyalı mantar severlerin memnun edilmesi için 1885 yılında biyolog Albert Berhard Frank’a Prusya Krallığında domalan üretimini mümkün kılacak koşulları bulma görevi verilmişti. Biyolog araştırmalardan sonra bu lezzetli mantarların, meşe ve kayın kökleriyle sembiyoz yaşadıklarını öğrendi. Ama mantarlar parazit gibi davranmak yerine ağaçları, besleyici maddelerle besliyorlardı.
Yer altındaki bu tür davranışlar evrim açısından bir avantajdır. Bitkilerin %80’inden fazlası mantarlarla sembiyoz içinde yaşar. Mantar ve köklerin ortak yaşamı mikoriza olarak adlandırılır. Ormancılar yeni fidanlar diktikleri zaman toprağı yararlı mantarlarla beslemeye özen gösterirler.
Yeraltındaki ortak yaşam belki de ilk kara bitkilerine uygun ortamı hazırlamış olabilir. Mantarların etkisi olmadan ilk kara bitkileri 450 milyon önce yok olabilirdi.
Bitkiler mikoriza mantarları sayesinde strese daha dayanıklı hale gelerek kuraklıkla başa çıkabiliyorlar.
Sonuçta toprak ekolojisiyle çözülmesi zor sorunlara çare aranmakta. Toprak araştırmalarının yeniden doğuşu, yeraltı dünyasının verimsizleşmesiyle de ilgili. Ufukta kısmen açlığa, gecekondulaşmaya ve iç savaşlara neden olabilecek küresel bir toprak krizi göründü. Bu alanda acil yardım toprak ekologlarından gelecek.
Örneğin Haiti’deki kanlı çatışmaların nedeni en başta yok olan topraklarla ilgili, diyor Amerikalı ekonomi bilimcisi Andy White.
Dünyanın başka hiçbir ülkesinde ormanlar bu kadar kısa bir süre içinde talan edilmedi. Yağmur ormanlarından geriye sadece %3’ü kaldı ve tarım alanlarının üçte biri de tamamen verimsizleşti.
Açlık çeken halk bu yüzden büyük kentlerdeki gecekondu bölgelerine göç ediyor ve buralarda da bir zaman sonra sosyal patlamalar yaşanmakta.
İnsanlığın, ayağının altındaki toprağı ne şekilde yok ettiğini örneğin ‘Uluslararası Toprak Araştırmaları Merkezi’nden Sjef Kauffman özel bir harita üzerinde göstermeye hazırlanıyor. Uzmanın iki yıl içinde sunacağı küresel toprak haritasında daha şimdiden alarm çalan bölgeler söz konusu:
Dünya genelinde toplam on bir milyar hektarlık ekilebilir alanların yaklaşık %17’si neredeyse tamamen verimsiz durumda. Ağaçsızlandırma, yetersiz gübreleme ve hatalı sulama başlıca nedenler (bkz.grafik).
Toprak erozyonunun sadece ABD’de yılda 44 milyar dolarlık bir zarara neden olduğunu Cornell Üniversitesi çevreci David Pimentel 1995 yılında hesaplamıştı. Hatta Worldwatch Enstitüsü müdürü Lester Brown da ‘Soil before oil’ (‘Petrolden önce toprak’) sloganıyla, petrol rezervlerinden önce en az o kadar değerli ekim alanlarının da yok olabileceği konusunda uyarmıştı.
Nefretle karışık
Örneğin Çin’in kuzeyinde yıldan yıla bir buçuk milyar tonun üzerinde verimli löslü topraklar uçup gidiyor ve geriye çorak arazilerle yoksul köylü halkı kalıyor.
Afrika’da ise çiftçiler toprağı gübreleyemeyecek kadar yoksul oldukları için toprakta yeterince besleyici madde bulunmuyor.
Yeraltı dünyası son derece karmaşık. ‘Bitkiler ve toprak organizmaları arasında bir tür nefrete dayalı aşk yaşanmakta diyor Leibnitz Bitki Biyokimya Enstitüsü profesörü Dieter Strack.
Bu süreçte alışveriş hızla sahtekarlığa ve karşılıklı yardım ise hırsızlığa dönüşmekte. Bitki, uyarı maddesiyle mantarları köklerine çekmeye çalışırken kök uçlarına yerleşmelerini de engellemek zorunda Ğ çünkü mantarların kök uçlarına işlemesi bitkiler için ölüm demek.
Bu arada üçlü sembiyoz içinde yaşayan bitkiler de saptandı. Bu tür bitkiler, mantarla beslenen diğer bitkilerden yararlanır. Üçlü ortak yaşam biçimleri toprak ekologlarının en önemli bulgularından biri.
Bazı orkideler tamamen besleyici madde hattıyla yaşarlar. Orkideler genelde ormanlarda ışığın az olduğu gölgeliklerde yaşayarak fotosentezle beslenmekten vazgeçerler,
Tembel bitkiler harika kök dünyasına dayanarak, komşu ağaçtan beslenen mantardan yararlanıyorlar. Birçok bitki çok sayıda mantarla ilişkili olduğu gibi yüzlerce kullanıcılı bir ağ içinde birbirine bağlı olmalı.
Mantarlar
Bitkinin su, azot ve fosfat ihtiyacını karşılayarak, zararlı böceklerden korur ve besleyici madde ağıyla türlerin çeşitlenmesini sağlarlar. Ama kökleri bozabilirler de.
Bakteriler
Azotu birleştirir, köklerin çevresindeki toprağı temizler ve bitkilerin kök salmasına yardımcı olurlar. Olumsuz yanları ise köklerin içine sızabiliyor olmaları.
Solucanlar
Toprağı havalandırır ve dışkılarıyla da gübrelerler. Toprağın içinde oluşturdukları yollar, su ve gaz ihtiyacını karşılayarak derindeki köklerin de beslenmesine yardımcı olur. Öte yandan da mantar örgüsüne zarar verirler.
Böcekler örümcekler
Bir yandan toprağı karıştırarak humus oluşumunda yardımcı olurken, diğer yandan da bitkilere zarar verebilirler.