Sinekkapan (Venüs) Bitkisinin Evrimi

Yazdır Sinekkapan (Venüs) Bitkisinin Evrimi

Bitkiler Alemi, sanılanın aksine oldukça heyecan verici bir alemdir. Bitkiler ve özellikleri üzerine araştırmalar yapmaya başlayan birinin, gezegenimizin bu sessiz sakin nöbetçilerine hayran kalmaması mümkün değildir. Bitkiler, özellikle de ağaçlar, her ne kadar etliye sütlüye karışmayan, sabit ve hareketsiz "direkler" gibi gözükseler de, evrimsel süreçte özellikle yer değiştirme konusundaki kısıtlarından ötürü son derece dahiyane adaptasyonlar geçirmek zorunda kalmışlardır. Evrimin gücünü görmek için insan zekasına bakabileceğiniz gibi, bitkilerin hayatta kalma stratejilerine de rahatlıkla bakabilirsiniz. Örneğin fındık üreten bazı ağaçlar, her sene fındık üreterek üremek yerine bunu 2 senede bir yaparlar. 1 sene hiçbir tohum üretmezler, ertesi sene inanılmaz fazla sayıda üretirler; öyle ki ağacın altı yürünmez hale gelir. Bunun sebeplerini inceleyen bilim insanları, şaşırtıcı bir gerçekle karşılaşmışlardır: tohumların bol üretildiği senelerde, bu tohumlardan beslenen hayvan sayısında hızlı bir artış yaşanırken, üretilmeyen senelerde söz konusu kemirgenler ve onlarla beslenen diğer canlıların sayısında ve üreme becerisinde kritik bir düşüş yaşanmaktadır. Bir diğer deyişle bitkiler, çevrelerindeki ekosistemin dengelerini tohum üretim yıllarını belirleyerek kontrol altında tutmaktadır! 

 

Anlayacağınız bitkilerde, hayvanlar kadar aktif olmasalar da, sabit bulundukları noktadan en etkili şekilde işlev görebilmek için akıl almaz yöntemler evrimleşmiştir. Lisede umursamazca gördüğümüz iletim demetlerini incelemek bile insanı şaşkına çevirebilir. Çünkü örneğin yaklaşık 120 metre uzunluğunda olan Kaliforniya sekoyası (Sequoia sempervirens), kökten en yüksekteki bölgelere bile su ve mineral taşıyabilmektedir. Bizler, en fazla 2 metre olsak bile ayakta 10 dakika tamamen hareketsiz dursak kanın iletiminde zorlanırız ve ayaklarımız karıncalanmaya başlar. Bahsettiğimiz sekoya ise 1200 ile 1800 yıl boyunca yaşayabilir ve bu sürede sürekli olarak iletim yapabilir. 

 

Tüm bunlar, heyecan vericidir. Ancak bitkiler dünyasında çok az şey, bir bitkinin hayvan "yiyebildiği" gerçeği kadar çarpıcıdır. Bitkiler her ne kadar hareketsizmiş gibi gözüken bir sınıf olsalar da, aslında oldukça hareketlidirler; en azından mikroskopik boyutta ve ağır çekimde... Ayrıca bitkilerin ataları da, tıpkı hayvanlarınki gibi tek hücreli, hareketli bakterilerdir. Yani bir zamanlar, en azından atasal "bitkiler" (ki o zamanlar "bitki" değillerdi) oldukça hareketli türlerdi. Dolayısıyla aklınızda tamamen hareketsiz bir bitki evrimi düşünüyorsanız, hayal gücünüzü genişletmenizde fayda görüyoruz. Benzer şekilde, eğer tüm hayvanların hareketli ve aktif şekilde bir o yana, bir bu yana koştuğunu sanıyorsanız, süngerlerin bir hayvan filumu olduğunu hatırlatmakta fayda görüyoruz. Biyolojinin derinlerine girmek, canlılarla ilgili kalıplarınızı yıkmanızı sağlayacaktır.


Fakat şimdi gelin, spesifik olarak Venüs Bitkisi olarak bilinen ve hayvanlarla beslenen bitkiye ve onun evrimsel tarihine odaklanalım. Çünkü böylesine uç bir türün evriminin bile kolaylıkla açıklanabildiğini görmek, evrimin baş döndürücü ihtişamını anlamanıza katkı sağlayacaktır.



Venüs Bitkisi

 

Venüs bitkisi (Dionaea muscipula), her bireyin üzerinde 7 tane kapan barındıran bir koloni bitkisidir. Kapanlar, aslında bitkinin yapraklarıdır. Ancak bu yapraklar, bildiğimiz diğer yapraklardan farklı bir görev üstlenmektedirler. Üzerlerine konan sinekleri, arıları ya da üzerinde yürüyen karıncaları tıpkı fare tuzağı gibi yakalar ve sindirirler. Genellikle Amerika'nın Kuzey ve Güney Carolina eyaletlerinde bulunurlar. Gelin nasıl avlandıklarına bir bakalım:


 

Bu ilginç canlıların yiyebileceklerin sınırı yok denecek kadar azdır. Kurbağa kadar iri avları bile bir lokmada götürebilirler:


 

Burada da bir diğer avın sonuna doğru adım adım yaklaşmasını görüyoruz : 


 



Venüs Bitkisinin Evriminde Azotun Rolü


Elbette bu noktada akla gelen soru, böyle bir evrimin nasıl ve daha ilginci neden yaşandığıdır. Yani Venüs bitkisinde böyle bir mekanizmanın nasıl evrimleştiği yeterince ilginç bir soru olsa da; bitkinin böyle bir mekanizmaya neden ihtiyaç duyduğu daha da ilginçtir. İki sorunun da cevabı, azot elementinde yatmaktadır.


Venüs bitkisinin yaşadığı bölgelerdeki toprak, çok uzun jeolojik dönemler boyunca azot, vitamin ve mineraller konusunda yetersiz olacak şekilde gelişmiştir. Bu da, bu bölgelerde yaşayan bitkilerin azot, vitamin ve mineral alımı için çok farklı evrim süreçlerinden geçmelerine sebep olmuştur. Bu sadece Venüs bitkisini değil, bu tür topraklarda yaşayan canlıların hepsini, özellikle de birçok bitkiyi etkilemiştir. Ancak bu bölgelerde yetişen ve evrimleşen bitkilerin hepsi, Venüs bitkisinde olduğu gibi hayvan avlamazlar. Örneğin bazı türler alınan az miktarda azotu çok verimli şekilde kullanabilme konusunda özelleşmişlerdir. Bazıları değişik biyokimyasal tepkimeler sayesinde eksiğini karşılamaya çalışır. Kimisi de, Venüs bitkisi gibi böcekleri avlar. 

 

Bu noktada devam etmeden, evrimin gerçekliğine yönelik güzel bir düşünsel kanıt sunalım: Azotun bahsettiğimiz gibi kıt bulunduğu bölgeler, Dünya jeolojisi genelinde oldukça dardır. Dolayısıyla özel bir yaratılış söz konusu olsaydı ve canlılar bu bölgelerde uzun bir zaman diliminde evrimleşmemiş olsalardı, çok geniş çeşitliliğe gerek duyulmazdı. Sadece tek tip azot edinim mekanizması, tüm canlılara yeterdi. Ancak bu kadar dar alanda bile, evrimin hem kısmen rastlantısal olan doğasından ötürü, hem de sürecin farklı türlerde tamamen farklı işleyebilmesinden ötürü, birden fazla bitki türü, böcek sindirmenin benzer yollarını keşfetmişlerdir. Yine de, bitkilerin bu hayvanları avlama konusundaki stratejileri arasında köklü farklılıklar vardır. Bu da, bu canlıların özel ve ani bir yaratımın değil, bulundukları ortama adapte olma sürecinden geçerek var olduklarını göstermektedir. Bu evrimsel süreç içerisinde popülasyonları içerisindeki genetik farklılıklar, süreç boyunca karşılaştıkları sıkıntılar, vb. faktörler tamamen farklı olabileceği için, evrimsel değişimler de farklı yönlere doğru yaşanmıştır ve birbirinden farklı görünen ama benzer taktikleri kullanan bitkiler evrimleşmiştir. Bu bitkilerden birisi, az sonra daha da detaylı inceleyeceğimiz Venüs bitkisidir. Diğeri ise Nepenthes distillatoria isimli bir başka türdür. Geçirdikleri evrim birbirlerinden tamamen farklıyken, buldukları çözüm aynıdır. Bu da bizlere, evrim sayesinde canlıların aynı soruna nasıl farklı çözümler ürettiğini göstermektedir.



Venüs Bitkisi Nasıl Çalışır?

 

Venüs bitkisinin temel çalışma prensibi şudur: Yaprakların üzerinde, hemen her yaprakta olduğu gibi tüysü yapılar bulunur. Bu yapılar, bitkinin hücrelerini uyarmak üzere özelleşmiştir. Bir böcek, bu tüylere dokunarak uyarırsa, tüylerin hareketi elastiklik, turgor basıncı ve büyümede ani değişimlere sebep olur ve bunun sonucunda bilimsel adıyla hızlı bitki hareketi (rapid plant movement) olayının gerçekleşmesine sebep olurlar. Bu olay, doğadaki 500 civarında türde görülmektedir. Farklı farklı amaçlara hizmet edebilir, örneğin Ecballium agreste isimli bir türdeki tek görevi polenlerin hızlı salınmasını sağlamaktır. Bu konu, bilim insanlarının uzun süredir ilgisini çekmektedir. Öyle ki, Charles Robert Darwin'in ölmeden önce yazdığı son makale, Bitkilerde Hareketin Gücü (The Power of Movement in Plants) isimli çalışmasıdır.

 

Venüs bitkisi, bir yağmur damlasının ya da rüzgar tabanlı alakasız bir cismin etkisini ayırt edebilecek şekilde de özelleşmiştir. Kılların farklı noktalarının, düzenli olarak uyarılması gerekir. Kılların uyarımı belli bir eşiği aştığı anda mekanizma tetiklenir ve yaprak dokusu hızla gerilerek karşılıklı olarak kapanır. Bu süre 100 milisaniye civarında olabilmektedir; ancak kapanma hızı nem, ışık, böceğin büyüklüğü, genel büyüme durumu gibi pek çok faktörle belirlenmektedir. Kapan, genellikle 12 saat boyunca kapalı kalır. Bu süre zarfında yapraklardan bazı sindirim asitleri salgılanır ve böcek sindirilir. Tek amaç ise böceğin yapısındaki azotun ve vitamin ile minerallerin alınabilmesidir. 

 

Mekanizmaya biraz daha ayrıntılı bakacak olursak: Tüysü yapılar uyarılmadan önce, kapan açıkken özelleşmiş yaprak lobları içbükey bir şekilde durur. Ancak uyarıyla birlikte hızla dışbükey bir şekil alarak, kapan içerisinde boşluk yaratırlar. İşte tüylerin uyarılmasıyla meydana gelen bu ani durum değişimi, kapanın hızla kapanmasına sebep olan temel etkendir. Tüysü yapılar uyarıldığında, çoğunlukla Kalsiyum içerikli bir aksiyon potansiyeli (action potential) ateşlenir ve hızla yaprak içerisindeki hücrelerde yayılır. Bu potansiyel, tıpkı bizlerin sinir hücrelerindeki iletimin sağlanmasında olduğu gibi görev yapar ve hızlı kimyasal değişimlerle sıçrayarak hücreden hücreye geçer ve her bir hücreyi uyarır. Bu potansiyel saniyenin 1000'de biri kadar bir sürede yayılırken, kapanın iç yüzeyindeki hücreler, hücre duvarından hızla Hidrojen iyonlarının salınmasını sağlarlar. Bu, ortamdaki pH'ın azalmasına sebep olur. Bu sebeple ozmos olayı meydana gelir ve yapraklar şişerek kapan kendi üzerine kapanır. 

 

Kapan kapandıktan sonra bazı kuinonlar ve diyaforazlar salgılanarak hidrojen peroksit ve süperoksit gibi kimyasallar üretilir. Bunlar, böceğin hücre zarını parçalar. Bu sırada pek çok protein böceğin üzerine salgılanarak hücrelerin yıkımına başlanır ve böcek kısa sürede ölür. Daha sonra azot ozmos yoluyla hücrelere alınır. Bu süreç, toplamda 10 gün kadar sürer. Ancak bu sırada kapan açılıp yeni bir ava çoktan hazırdır (12 saat kadar sonra). Üstelik kapan asla tamamen kapanmaz. Böylece, gereksiz yere kapanı tetikleyen, küçük ve besince az böcekler kaçabilecek ve bitkinin gereksiz yere sindirmekle uğraşmasına engel olacaktır. Bu da, Venüs bitkisi için çok önemli bir adaptasyondur. 

 


Venüs Bitkisi Nasıl Evrimleşti? 


Peki bu bitkinin evrimi hakkında ne biliyoruz? Açıkçası, uzun bir süre boyunca bir sır olarak kalan bu konu, geçtiğimiz senelerde gelişen teknoloji ve artan araştırmalarla hızla çözülmeye başladı. İlk olarak, tetikleyicinin ortamdaki azotun eksikliği olduğunu biliyoruz. Dolayısıyla bitkiler adaptasyon geçirmek zorunda kaldılar. Bu, birden sinekkapanın oluşması şeklinde olmadı elbette. Ne yazık ki yine bilim düşmanları "İndirgenemez Karmaşıklık" kartını oynayarak, yarım çalışan bir sinakkapanın ne işe yarayacağı sorusuyla bilimsel bir kurama karşı çıkmaya çalıştılar. Ve tabii ki, yine yanıldılar.

 

Yapılan araştırmalar, yaprakların bu şekilde özelleşmeden önce, sadece kimyasal süreçler açısından evrim geçirildiğini ortaya koymuştur. Üstelik bu tip etçil bitkilerin, birbirinden bağımsız olarak 6 defa evrimleştikleri düşünülmektedir. Yani evrim, bir şekilde yolunu bulup, bitkilerin azot ihtiyacını karşılayacak şekilde değişmelerini sağlamıştır. Örneğin yukarıda verdiğimiz Nepenthes distillatoria türü de, tüp şeklindeki bir bitkidir ve avlarını tatlı bir nektar ile üzerine çeker, sonra dikey şeklinde duran tüpün içerisine düşmelerini sağlar. Tüpün içerisinde yapışkan bir sıvı bulunur ve bu sıvı içerisindeki hayvan boğularak ölür. Daha sonra sindirim enzimleriyle bitki, hayvanı parçalar. İşte bu mekanizma, Venüs bitkisinden bağımsız olarak evrimleşmiştir; ancak büyük oranda aynı şekilde çalışırlar. 

 

Venüs bitkisinin en yakın akrabası, Aldrovanda vesiculosa (su tekeri) isimli bir türdür. Tıpkı sinekkapan gibi bu tür de aktif olarak böcekleri avlar ve benzer bir kapan mekanizması kullanır. Su tekerinin farkı, iki yaprağın üst üste kapanması yerine, birçok yaprağın bir anda av üzerine kapanmasıdır. 

 

University of Wisconsin'den Don Woller, Thomas Gibson ve ekip arkadaşları, Venüs bitkisi ve su tekerinin evrimsel geçmişini ortaya çıkarmış olan ve New Phytologist dergisinde yayınlamış olan ekiptir. Doğada yaptıkları ayrıntılı araştırmalar sonucunda, yapışkan yapraklı bitkiler ile kapanlı bitkiler arasında bir ilişki olabileceğini düşünmüşlerdir. Yapışkan yapraklı bitkilerin çoğu Drosera cinsine aittir ve hızlı bitki hareketine rastlanmaz. Sadece yapraklar yapışkan bir kimyasalla kaplıdır ve böceklerin yapışarak hareketsiz hale gelmelerini sağlamaktadır.

 

Ekibin yaptığı DNA araştırması, tahminlerini doğrular şekilde sonuç vermiştir: Venüs bitkisi ile su tekeri yakın kuzendir ve bu ikilinin en yakın akrabası Drosera regia isimli yapışkan yapraklı bir türdür. Daha sonra yaptıkları araştırmalarla, sinekkapanların şu basamaklardan geçerek evrimleşmiş olduklarını ortaya koymuşlardır:

 

1. Yapışkan yapraklara sahip bir ata tür bulunmaktadır.

2. Bu ata türün yaprakları, göreceli olarak hızlı hareket edebilmeye ve böylece daha kolay böcek yakalayabilmeye başlamıştır.

3. Bitki, böceğin bulunduğu konuma göre hareket edebilecek kimyasal taksi özelliğini evrimleştirmiştir. Buna benzer taksi işlemleri, pek çok bitkide bulunur (bkz: fototaksi, kemotaksi, vs.).

4. Bitki, hareket eden her şeyi yakalamayacak şekilde özelleşmiştir. Çünkü alakasız cisimleri avlayan bitkiler, gerekli kimyasalları alamayıp ölecektir. Bu, harekete duyarlılığın gelişmesiyle sağlanmıştır.

5. Bitkinin üzerinde bulunan tüysü yapılar, böceğin konumunu ve hareketini tespit edecek şekilde özelleşmiştir. Her zaman bu konuda daha başarılı olanlar hayatta kalacaktır.

6. Hareketi daha da kısıtlamak için taksi hareketi bitkinin bir sarmal yapacak şekilde özelleşmesini sağlamıştır. Bu sayede, böcek tespit edildiği anda bitki etrafına sarılmaya başlayacak ve böceği etkisiz hale getirecektir.

7. Yapraklar, gittikçe açılıp-kapancak şekilde özelleşmiştir. Böylece bitki, sarılma davranışını göstermeyecek, doğrudan kapanacaktır. Bu daha az enerji ve daha çok konsantre güç demektir.

8. Yapraklar genişleyip etsi bir yapıya evrimleşerek daha geniş bir alanın kapsanmasına sebep olmuştur. Böylece hareket tespit edildiği anda bitki kapanabilecek ve böceğin kaçması olanaksız hale gelecektir.

9. Yaprakların uçlarında özel çıkıntılar oluşmaya başlamıştır. Böylece böceklerin kapan içerisinden çıkması zorlaştırılacaktır.

 

Bu şekilde bir harita vermek mümkündür. Elbette aralara daha pek çok küçük basamak eklenebilir; ancak bu kadarı bile, nasıl bir kademeli evrimden geçilebileceğini göstermektedir. Görüldüğü gibi, her bir basamak, bir öncekine göre üstünlük sağlamaktadır ve her bir adım, her ne kadar yüz binlerce yılda ediniliyor olsa da, göreceli olarak küçük adımlardır. Tüm bunların arkasındaki itici güç, azot ihtiyacı ve hareketsiz ama yapışkan yapraklara göre hareketli yaprakların çok daha avantajlı olmasıdır. Hareketli bir yaprak, avını neredeyse hiç kaçırmayacaktır; ancak hareketsiz, sadece güçlü yapışkanlar salgılayan bir yaprağın garantisi yoktur. Tabii günümüzde bulunan bu türler de, kendilerine yetecek türde adaptasyon ve dolayısıyla evrim geçirmişlerdir.


Yazan: ÇMB (Evrim Ağacı)

 

 

6 Yorum