Ağaçlar Neden ve Nasıl Evrimleşti? Devasa Boyutlara Ulaşmayı Nasıl Başardılar?

Dünya’da yaşamış ve yaşayan en büyük canlı formları her zaman ağaçlar olmuştur. Öyle ki, günümüzde yaşayan Sahil Sekoyaları (Sequoia sempervirens) 100 metreyi aşan boylarıyla buna bir örnek teşkil etmektedir. Öyleyse, onları böylesine büyük boyutlara ulaştıran etken veya etkenler nelerdi? Diğer birçok bitki türü onlara kıyasla daha mütevazı boyutlarda kalırken "ağaç" dediğimiz bu bitki türlerinin onlardan farkı nedir?

Bu sorulara yanıt aramak için elbette evrimsel biyolojiye başvurmamız gerekmektedir. Fakat evrimsel biyolojiye başvururken dikkat edeceğimiz şey; karşımıza hiçbir zaman tek bir “neden” çıkamayacağıdır. Bundan dolayı, nihayetinde her bir olası etkeni inceleyebilmek adına, tarihsel sırayı bozmadan; öncelikle bitkilerin, denizlerden kurtulup karaya çıkmaları, sonrasında karaya adapte olurken geçirdikleri değişimler ve nihayetinde belirli bir zaman aralığında durup uygun ortamı hazırladığımızdan emin olduğumuzda ise bitkilerin “ağaçlara” nasıl evrimleştiğini detaylı bir şekilde incelemeye koyulacağız. Ancak bunu yaparak evrimin, o oldukça karmaşık ve girift yapısından doğru sonuçları çıkarmayı başarabiliriz. Fakat hepsinden önce, ilk olarak, hangi bitkileri “ağaç” olarak belirlediğimizi bilmemiz gerekiyor.

Ağaç Kavramı

Öncelikle, ağaçlar, taksonomik bir grup değildir. Botanikçiler bitkileri birbirinden ayırırken, daha doğrusu onları belirli özelliklerine göre sınıflandırırken, "ağaçları" özel bir yere koymaz. Bu sebeple, (zaten hiçbir canlı grubunu veya türünü kesin çizgilerle ayıramamakla birlikte), "ağaç" dediğimiz bitki formlarını "büyüklüklerine" göre belirleriz desek yanlış olmaz. Yani sınıflandırmayı tamamen görsel açıdan bakarak yaparız.

Ağaçları tanımlarken söz ettiğimiz büyüklük, sadece uzunlamasına büyümelerine, yani boylanmalarına göre değil, aynı zamanda enine büyümelerini de içermektedir. Elbette bu, bazı anlaşmazlıkları da beraberinde getirebilmektedir; örneğin bazı botanikçilere göre palmiye ağaçları, her ne kadar çap ve boy büyümesi açısından oldukça "ağaç gibi" görünüyor olsalar da, sekonder büyüme göstermedikleri için ağaç olarak kabul edilmezler. Sekonder büyüme, en yalın hâliyle, yanal meristemler sayesinde enine büyüme olayına denir. Bu nedenle, palmiye ağaçlarının enine kesiti alındığında herhangi bir yıllık halka ile karşılaşmayız.

Wikimedia

Ama biz şimdilik yazımızın devamında, “Plüton gezegen mi, değil mi?” tartışması gibi bir tartışma ile karşı karşıya kalmamak için, bu tip istisnaları görmezden gelip, palmiyeleri (ve benzeri ağaçları) ağaç olarak isimlendirelim.

Konumuza terminolojik bir giriş yaptıktan sonra ağaçların, Orta Devoniyen (günümüzden yaklaşık 380 milyon öncesi) ile birlikte, yaşadıkları karasal ekosistemlere müthiş ölçeklerde hâkimiyet kurmalarını sağlayan o olağanüstü fizyolojik değişim süreçlerinin olası nedenlerini, kara bitkilerinin evrimleşmesinden itibaren başlayarak inceleyebiliriz.

Bitkilerin Karaya Çıkışı

Silüryen döneme, yani günümüzden (yaklaşık) 420 milyon yıl öncesine geri dönüyoruz. 450 milyon yıl önce, yani o dönemden (yaklaşık) 30 milyon önce bitkiler, ilk kez karaya ayak basmışlardı. Elbette bu ilk bitkiler, günümüzde yaşayan bitkilere kıyasla çok daha basit yapılıydı. Bu ilkel kara bitkileri denizlerde yaşayan alglerden evrimleşmişti ve kara yosunlarına benzerlerdi. Vasküler sisteme sahip olmayan bu erken kara bitkilerine ait herhangi bir kök ve yaprak fosil kaydı bulunmamaktadır.

Adı geçen "vasküler sistem", ele aldığımız konu açısından çok büyük bir önem arz ediyor.: Vasküler sistem; bitkilerin, köklerinden aldığı su ve mineraller ile fotosentez işleminde ürettiği şekeri (C₆H₁₂O₆) gövdesi içinde gerekli yerlere taşıyabilmesi, iletebilmesine yarayan bir olgudur. Yani, bu tip bitkilere en kısa hâliyle “damarlı bitkiler” de diyebiliriz.

Bu sistem, ağaçların ve diğer bitkilerin karasal ekosistemleri ele geçirmesi bakımından evrimsel süreçteki mihenk taşıdır desek yanlış olmaz. Eğer durum buysa, vasküler-öncesi bu erken kara bitkileri besinlerini topraktan nasıl temin edebiliyordu? Nasıl hayatta kalmayı başarıyordu?

Bu sorun, kara bitkileri için kritik bir açmazdı. Evet, denizlerden çıkmayı başarıp karalara (kısmen de olsa) adapte olmuş olmalarına rağmen, tıpkı hayvan kuzenlerinden karaya çıkan ilk dört üyelilerin arasında yer alan Tiktaalik roseae gibi, bu bitkiler de yarı sucul bir yaşam tarzına sahiptiler; yani, hâlâ suya bağımlı olarak yaşamlarını sürdürmekteydiler. Bu bitkiler günümüzde halen yaşamaktadır (örneğin ciğer otları ve boynuz otları).

Wikimedia

Vasküler (Damarlı) Bitkilerin Evrimi

Daha sonrasında, evrimsel tarih sahnesinde kara bitkileri için (belki tohumun evrimi kadar) çok önemli bir olay gerçekleşti. Bu olay, tahmin edeceğimiz üzere vasküler bitkilerin, yani damarlı bitkilerin evrimleşmesiydi. Böylelikle bitkiler, bu yeni devrim ile birlikte artık iletim demetlerini kullanıp, çevrelerinde ne olup ne bittiğinden (görece) bağımsız olarak kök sistemlerini, topraktaki suyu daha fazla elde etmek için geliştirebildiler ve daha fazla şeker üretmek için ışığı olabildiğince çok yakalayabilmek adına yapraklarını aynı bir güneş paneli gibi kullanıp daha da iyileştirebildiler. Özetle, yarı-sucul bir yaşam tarzından kurtulup karaların hâkimi olabildiler!

Wikimedia

Ağaçların Evrimine Yönelik Hipotezler

Yazımızın başında da belirttiğimiz gibi evrimde hiçbir zaman tek bir neden bulamayız. Birden çok (olası) nedene başvurarak ve hepsine aynı anda, bütüncül bir perspektiften bakarak durumu izah etmeye çalışırız. Bu durum her canlıda olduğu gibi ağaçlar için de geçerlidir.

Ağaçlar neden bu kadar çok uzayabildiler? Ağaçlar nasıl bu denli uzun süreler boyunca yaşamlarını sürdürebiliyorlar? Devasa ormanlar oluşturabilecek kadar nasıl bir evrimsel süreçten geçmiş olabilirler? Tüm bu sorular, ayrı ayrı yazılarda incelenebilecek kadar detaylı konular olmakla beraber, biz konumuzu sadece "ağaç fizyolojisi" ile sınırlandırmaya devam edip, buradaki değişimlere yoğunlaşmaya çalışalım.

Bu yüzden, "Ağaçlar, nasıl ve neden böylesine devasa boyutlara ulaşmayı başarabildiler?" sorusu güzel bir tercih olacaktır; çünkü "Ağaç Kavramı" bölümünde bahsettiğimiz gibi, ağaçların diğer bitkilerden ayrılmasındaki en önemli fark budur. Fakat durum, elbette hiç de basit değildir. Ağaçların sadece “uzun” olabilmesi için bile birden çok özelliğin aynı anda sağlanabilmesi gerekmektedir. Ağaçların, neden bodur bitkiler (örneğin, çalılar) olarak kalmayıp "ağaç" olacak biçimde evrimleştiklerine yönelik bazı hipotezler bulunmaktadır. Gelin bunlara bir bakış atalım.

Sporları Daha Uzağa Saçabilmek

Geç Silüryen’de, vasküler sistemin evrimleşmesi sayesinde, (daha o çağlarda tohumun evrimleşmemiş olması nedeniyle) hâlihazırda sporla üreyen bitkiler, üreme başarısını artırmak amacıyla boylanma göstermeye başlamışlar ve uzunluklarını artırma eğiliminde olmuşlardır. Bunun nedeni, sporların daha uzak mesafelere "üflenebilmeleri" için daha yüksek bir mesafeye çıkılması gerektiğidir. Yani; adeta bir planör gibi havada uzun mesafeler boyunca salınabilmeleri sağlanmıştır. Ayrıca, burada bahsedilen durum sadece sporla üreme için değil, tohumla üreme metodunda da, tohumların rüzgâr tarafından daha uzağa üflenebilmesi için de önemlidir.

Bitkiler Arası Fotosentez Rekabeti

İkinci önemli etken, rekabet ortamının bitkileri daha da uzamaya teşvik etmesidir. Bitkiler, fotosentez yapmak için ışığa muhtaçtır ve bitkilerin çok yoğun olduğu Orta Devoniyen dönemde bitkiler arasında ciddi bir ışık rekabeti başlamış olmalı ve "daha yüksekte olanın daha fazla ışığı toplaması" sayesinde bitkiler arasındaki rekabet boylanma olarak kendisini göstermiş olmalıdır. Ayrıca, bunu günümüzde de yaşıyoruz; bitkiler yeşerdiğinde enerjisinin büyük bölümünü uzun yıllar boyunca büyümeye kullanıyor. Böylece çevresindeki diğer bitkilere kıyasla ışığı daha fazla elde etmiş oluyor. Bu özellik, erken kara bitkilerinden günümüz bitkilerine kalan bir miras olmalıdır. Bu da bizi neden daha fazla uzamaları konusunda bilgilendiren bir olgudur.

Yerçekimi ile Mücadeleye Yönelik Adaptasyonlar ve Eksaptasyonlar

Diğer önemli etken ise: Daha önce de bahsettiğimiz gibi, sulak alanlara bağımlılığı ortadan kaldıran vasküler sistemin getirdiği avantajlardan biri olarak; köklerden alınan su gibi inorganik maddelerin, "ksilem (odun borusu)" demetleri sayesinde vücudun gerekli bölümlerine, “yukarı yönde” ulaştırılabilmesi sağlanmıştır. Fakat bu, yani, yer çekimine karşı iletim yapmak tahmin edeceğimiz üzere kolay bir işlem değildir. Bundan dolayıdır ki zaman içinde, yer çekimine karşı koymayı daha iyi başarmayı sağlayan bazı özellikler (“lignin”) evrimleşerek, besin maddelerinin, bitkinin içinde yukarı hareketini kolaylaşmasını sağlayarak, boy büyümesine zemin hazırlamıştır.

Fakat bahsi geçen ligninin tek faydası bu olmamıştır. Lignin aynı zamanda sert bir madde olduğu için evrimleşmesinin ana amacı dışında bir özellik göstererek (bu duruma evrimsel biyolojide “eksaptasyon” denilmekte), bitkinin vasküler sistemini iyileştirmekle kalmamış, aynı zamanda bitkinin dayanıklılığını da arttırarak çevresel şartlarla (“örneğin kuvvetli esen rüzgârlarla”) daha iyi bir şekilde mücadele edebilmesini sağlamıştır. Ayrıca bu çok önemli dayanaklılık etkenine bir de selülozun evrimi katılmıştır. Artık böylelikle, "hücre duvarı" hem ligninin hem de selülozun evrimleşmesi sayesinde oldukça sağlam bir yapıya bürünmüştür. Nihayetinde, bu maddede bahsedilen lignin ve selüloz, abiyotik ("cansız") çevre faktörlerine karşı bir savunma mekanizması olarak avantaj sağlamakla kalmamış, son maddede görüleceği üzere biyotik ("canlı") çevre faktörlerine karşı da önemli bir avantaj sağlamıştır.

Biyotik Etmenler

Buraya kadar sıralanan maddeler “genelde” abiyotik (yani "cansız") çevresel faktörlerle ilgiliydi (ışığa ulaşmaları hariç, çünkü o diğer bitkilerle olan mücadelesiydi). Çünkü ağaçlar, ilk olarak Silüryen-Devoniyen dönemlerinde evrimleşme adımları attığında, kara ekosistemlerinde onlardan başka, onları tehdit edebilecek bir canlı grubu yoktu. Sadece mantarlar bitkilerden önce karalara hakim olabilmişti.

Bu sebeple, evrimsel değişimleri çoğunlukla abiyotik çevresel faktörlerle ilişkiliydi. Fakat ağaçların neden "ağaç" olduğu sorusuna sadece abiyotik faktörlerden bakamayız. Biyotik (“canlı”) faktörlerin de önemi oldukça büyüktür. Hatta öyle ki bitkilerin, otçullara karşı bir savunma mekanizması olarak evrimleştirdiği dikenler buna iyi bir örnektir. Ayrıca buna ek olarak, savunma mekanizmalarındaki çeşitliliği sadece dikenlerle sınırlamamışlar, kafein ve nikotin gibi zehirli maddeler de evrimleştirmişlerdir.

Ama savunma mekanizmasındaki çeşitlilik bunlarla da sınırlı kalmamalıydı. Çünkü enine ve boyuna büyüme yapmak da birçok avantajı beraberinde getirmekteydi. Biraz önce bahsedilen sert odunsu yapı (lignin ve selüloz) sadece rüzgâra karşı değil, otçullara karşı da bir dayanıklılık unsuruydu. Boyuna büyüme yapmak ise; en çok ışık gören yaprakların ağacın tepe kısmında olması sebebiyle, otçulların bu bölgelere ulaşabilmesini önlemek amacıyla boylanmalarını daha da artırmış olabilirlerdi. Öyle ki bu soru sadece ağaçların boy büyümesiyle ilişkili olmayıp dinozorların da böylesine devasa boyutlara ulaşabilmesiyle ilişkilidir.

Yangın Adaptasyonları

Bir diğer çok önemli etken ise, ağaçların yangınlara karşı evrimleştirdiği bazı özelliklerdir. Buna örnek olarak; kabuğun kalınlaştırılması ve nemli tutulması özelliklerini sayabiliriz. Böylelikle, hem ağacın tutuşma ihtimali düşmüş olur, hem de hayati kısımlar korunmuş olur. Fakat konumuz için asıl önemli olansa, ağaçların yangına karşı boylarını daha da fazla uzatmış olmalarıdır. Bunun anlamı şudur: Yangınlar, ormanlar içerisinde "örtü yangını" (yerde) şeklinde başlamaktadır ve bu yangın tipleri, ağacın tepe kısmına doğru çıkabilmesi sayesinde "tepe yangını" dediğimiz yangın tipine dönüşür ve bu da, büyük yangınların oluşmasına zemin hazırlar. Bu yüzden, ağaçlar kendini yerden ne kadar uzak tutabilirse ve yere yakın olan dallarını ne kadar doğal bir şekilde, yaşı ilerledikçe budayabilirse ("doğal dal budanması"), kendini de büyük yangınlara karşı bir o kadar koruyabilir diyebiliriz.

Bunu, yangınların çok sık olduğu bölgelerdeki ağaç türlerinden anlayabiliyoruz. Örneğin, yangın sıklığının ve şiddetinin oldukça fazla olduğu Kaliforniya eyaletinde yaşayan Sahil Sekoyası türü ağaçlar ("Dev Sekoya" da denilmekte) hem upuzun boylarıyla hem de kalın kabuklarıyla ağaç türleri arasında zirveye oynamaktadır. Yangınlar, her ne kadar, bütün ağaçların "ağaç" olmasını sağlayan en önemli etken olmasa da özellikle, yangın sıklığının ve şiddetinin fazla olduğu bölgelerde, boylanmalarını ve kabuk kalınlıklarını ekstrem seviyelere çıkarmasında çok önemli bir rol oynamaktadır diyebiliriz.

Wikimedia

Sonuç

Görüldüğü üzere, her canlıda olduğu gibi devasa boyutlara ulaşan bu bitki formlarında, yani ağaçlarda da evrimsel değişim süreci oldukça karmaşık bir yapıda olup birden çok olası etkenin, sürecin içine belli yerlerde, belli zamanlarda dahil olmasıyla birlikte bu kocaman canlıların oluşmasını mümkün kılmıştır. Fakat önemle vurgulamak gerekir; evrim, bitkileri ağaçlara doğru büründürmek üzere özel bir çaba sarf etmez. Ağaçlar, diğer (görece) bodur bitkilere kıyasla çok daha avantajlı bir takım özellikler evrimleştirebilmesi sayesinde baskın bitki türleri hâline gelmişler ve bu sayede karasal ekosistemler içerisinde devasa ormanlar oluşturabilmişlerdir.