Moleküler Biyoloji ve Genetik
Bitkiler saldırıya uğradıklarında parlıyorlar!
Bitkilerin gözleri yok, kulakları yok ve ne bir ağza ne de bir ele sahipler. Herhangi bir beyne ya da bir sinir sistemleri bile yok. Kaslar mı? bunları da unutun. Tüm hücrelerine kadar güneşle yıkanan ve topraktan besin emen bu canlılarda her şey birbirine ta en baştan bağlı. Ayrıca bir şey gelip onları yemeye başladığında hissedebiliyorlar ve karşı koymaya çalışıyorlar.
Bir lahana tırtılı hardal bitkisini yiyor ve yapraklarda kalsiyum dalgalanmaları bitkinin her yerine yayılıyor.
Peki, bu nasıl mümkün?
Winsconsin-Madison Üniversitesi'nde bitkilerin nasıl hissettiklerini ve çevrelerine nasıl tepki verdiklerini araştıran Botanikçi Simon Gilroy, "Bunun için önce bir bitki gibi düşünmelisiniz" dedi.
Dr. Gilroy konuşmasına devam ederek, "Bitkiler yeşil hayvanlar değillerdir. Bitkiler farklıdırlar, ancak bazen çalışma biçimleri inanılmaz bir şekilde hayvanlara benziyor" yorumunda bulundu.
Bu gizli çalışmanın ortaya çıkarılmas 'bitkilerin tehdit etkileşim sistemleri' geçtiğimiz hafta Perşembe günü Science Dergisi'nde yayımlandı. Dr. Gilroy'un laboratuvar ekibinden Profesör Masatsugu Toyota (şu anda kendisi Japonya'da Saitama Üniversitesi'nde görev yapmakta) ve diğer araştırmacılar yukarıda gördüğünüz videodaki gibi tırtılları bitkilerin üzerinde kullandılar.
Bilim insanları, hayvanlarda nöronların etkileşimini kolaylaştıran önemli bir nörotransmitter olan glutamatı kullandılar.
Yukarıda gördüğünüz videoda, bitkinin sadece tek bir yaprağına uygulanan glutamatın nasıl bir etkiye sahip olduğunu görüyorsunuz.
Bilim insanları, bunun gibi düzinelerce başka videolarda kalsiyum ve kalsiyuma eşlik eden kimyasal ve elektriksel mesajları izlemek için parlayan yeşil bir protein kullandılar. Mikroskop ile izlenen tehlike mesajlarının bitkinin yüzeyinde yayılması, bitkilerin pek de sanıldıkları gibi pasif olmadıklarını gösteriyor.
Bu mesajlar saldırının başladığı noktadan başlıyor. Böylelikle glutamat kalsiyum dalgasının başlamasına neden oluyor ve bitkinin damarlarında ya da taşıma sisteminde (plumbing system) yayılmaya başlıyor. Taşınan su, bir anda saldırgana karşı tüm savunmayı sağlayacak stres hormonlarına ve genetik değişikliklere dönüşüyor. Bitki bunu hiç düşünmeden ve hareket etmeden yapıyor.
Hayatta kalmak için hepimiz tehlikeyi hissederiz. Bu tehlikeyle ilgili uyarılar ve verdiğimiz karşılıklar vücudumuzda ya da dokularımızda bulunmakta. Hareketlerimiz, yaşam tarzlarımızı sürdürdüğümüz çevreye göre farklılık göstermekte, ancak çoğu temel hücresel mekanizmalarımız benzerdir.
Hücrelerimizin paylaştığı bir mekanizma ise elektrik yüklerini taşıyan kalsiyum iyonlarının dalgalanma seviyeleridir. İnsanlarda bu yükler, nöronların mesajları ateşleme kontrolünde yardımcı olurlar. Kalsiyum iyonunda yaşanan değişiklikler kalp atışlarınızı ya da kasların kasılmasında rol oynar. Böylelikle bir şey sizi tehdit ettiğinde kalkıp kaçabilmenizi sağlar.
Bitkiler ise doğal olarak kaçamazlar. Araştırmacılarsa bir tür genin, bitki yaralandıktan sonra glutamatın neden olduğu elektrik sinyalleri gibi bir reseptöre neden olduğunu biliyordu.
Glutamatın da yardımıyla kalsiyum iyonları yayılabilir, glutamat özel reseptör boşluklarına yerleştiğinde (tıpkı anahtarla kilidin uyumu gibi), sinyallerini kanallar boyunca baraj kapakları açılmışçasına yayar. Bu kanallar memelilerin sinir sistemiyle kıyasladığınızda pek de aynı değildir, ancak çok benzer gözüküyorlar ve muhtemelen benzer şekilde çalışıyorlar. İşte bu Dr. Gilroy ve ekibinin kalsiyum iyon yayılımına bakmalarına neden oldu.
Hareketin görünür olması için araştırmacılar, yeniden düzenlendikleri Arabidopsis bitkilerini ve botanik laboratuvar faresini; tıpkı denizanalarında bulunan mikroskop altında yeşil parlamasına neden olan proteini yapmak için kullandılar. Bu sensör kalsiyum seviyeleri arttığında olması gerekenden daha fazla parlıyor. Ayrıca glutamat benzeri reseptör olmayan bitkileri de oluşturdular. Floresan sinyali ise zayıftı.
Bitkiler glutamat reseptörlerinden yoksun olarak tasarlandığında, herhangi bir kalsiyum dalgasını neredeyse hiç kaydetmediler.
Asıl sürpriz ise hızdı. Bitki birkaç saniye içerisinde tepki verdi ve bilgiyi yapraktan yaprağa birkaç dakika içerisinde aktardı (tabi vasküler sistem boyunca bağlı oldukları sürece). Bu durum sahip olduğunuz sinir sistemine göre yavaş, ancak Dr. Gilroy’a göre “bir bitki biyoloğu için kayda değer.”
Aynı zamanda bitki, hasarın düzeyini anlayabiliyordu. Araştırmacılar bir yaprağı ezdiklerinde bitki her yönden tepki gösterdi. Yaprağın yüzeyi ezildiğinde kalsiyum tüm yaprak boyunca yayılıyor.
Bitki, kalsiyumun dokunduğu yerde jasmonik asit üretti, bu bir savunma ve stres hormonudur. Araştırmacılar bitkinin kimyasal ve fiziksel savunmasını bir şekilde harekete geçiren genlerin etkinleştiğini düşünüyorlar.
Örneğin; metil jasmonat (jasmonik asidin bir ürünüdür) havada yasemin kokulu parfümgibi süzülür, ama böcekler için iğrenç ya da sindirim sistemlerini rahatsız eden ve böceklerin bir daha gelmesini önleyen bir etkiye sahiptir. Fiziksel savunma için konuşursak eğer, bitkinin, yenilmesini zorlaşmasını sağlamak için hücre duvarlarını sertleştirmesi durumu da mümkün.
İsviçre’de Lausanne Üniversitesi’nden bitkideki elektrik sinyallerini betimleyen botanikçi Ted Farmer, “Yazarlar bölgesel bir yaranın alabildiğince geniş çapta merkezden uzaktaki yapraklara kadar savunmayı nasıl etkinleştirdiği gibi yapbozun birçok parçasını eklediler” dedi.
Tabi hala çoğu bir gizem.
Dr. Gilroy, “Bütün sistemin çalışmasını sağlayan mekanizmayı hala anlamaya çalışıyoruz” dedi.
Pek de gizemli olmayan başka bir şey de bitkilerin ve hayvanların benzer sorunlar yaşaması. Ayrıca insanlar tehlikeyle nasıl başa çıkıyorlarsa bitkiler de aynı şekilde başa çıkıyorlar.
Dr. Gilroy konuşmasını, “Belki de çevreyi hissetme konusunda bizden daha iyi olabilirler, çünkü bizim gibi kalkıp kaçmak gibi bir lükse sahip değiller” diyerek bitirdi.
Kaynak: The New York Times
Science Dergisi: http://science.sciencemag.org/content/361/6407/1068
Not: Bazı videolara ulaşılamadığı için NY Times'dan hepsini gözlemleyebilirsiniz.