Karalardaki En Eski Arkadaşlık: Bitkiler ve Mantarlar Arasındaki Simbiyotik İlişki

Bitkiler, hem günümüzde hem de evrimsel tarihleri boyunca bir diğer alem olan mantarlar ile yakın bir simbiyotik ilişki içinde, karşılıklı olarak evrimleşmişlerdir. Simbiyoz, Türkçede "ortakyaşam" anlamına gelir. Birbirinden farklı iki tür canlının aralarında kurduğu ve karşılıklı etkileşimlerin bulunduğu bir yaşam biçimidir. Simbiyotik ilişkiler, barındırdığı canlı türlerinin aralarındaki ilişkilerin biçimine göre farklılıklar gösterir: Örneğin, bu yazımızın konusu olan bitkiler ve mantarlar arasındaki ilişki karşılıklı fayda barındıran bir "mutualizm" ("ortak faydacılık") ilişkisi iken, COVID-19'a sebep olan SARS-CoV-2 virüsünün insanlarla olan simbiyoz ilişkisi ise bir tarafın fayda, diğer tarafın zarar görmesini içerir ve bu nedenle "parazitik" bir ilişkidir. Şimdi, bitkiler ile mantarlar arasındaki ilişkiye biraz daha yakından bakalım.

Wikimedia

Bitki-Mantar Simbiyozunun Kısa Bir Evrimsel Tarihi

Günümüzde, ağaçların da bu gruba dahil olduğu vasküler (damarlı) bitkilerin yaklaşık %90'ı, mantarlarla simbiyotik ilişki içindedir. Fakat bu durum, sadece şimdi için geçerli olan bir gerçek değildir. Kökleri, çok daha eskiye, yaklaşık 400 milyon yıl öncesine dayanır. Bunun için, öncelikle bitkilerin evrimine kısa bir bakış atmamız gerekmektedir.

Bitkilerin Evriminin Çok Kısa Bir Tarihi

Bitkiler, denizlerden karalara ilk kez yaklaşık 450 milyon yıl önce, Ordovisyen Dönem'de, alglerden evrimleşerek çıkmışlardır. Fakat bu geçişleri, elbette birdenbire olmamıştır. İlk karasal 4 ayaklı canlı türü olan "Tiktaalik roseae" gibi, yarı-sucul bir yaşam tarzına sahip olmuşlardır. Bunun başlıca nedeni ise, toprağa tutunan kök sistemleri ve alınacak su ve diğer besin maddelerinin taşınmasında görevli olan iletim demetlerinin henüz evrimleşmemiş olmasıdır.

Bundan yaklaşık 30 milyon sonra ilk vasküler (damarlı) bitkiler evrimleşti ve artık, yarı-sucul bir yaşam tarzından kurtulup, kökleri ve iletim demetleri aracılığıyla topraktaki suya özgür bir şekilde ulaşabildiler. Bu sayede, hem karaların hakimi oldular, hem de kendilerinden sonra evrimleşecek olan diğer karasal canlı yaşamını ve çeşitliliğini mümkün kıldılar!

Vasküler bitkilerin evrimi her ne kadar suya ve diğer besin maddelerine ulaşım konusunda devrimsel bir olay olsa da, başka sorunları da beraberinde getirmiştir: Bitkiler, özgürlüğüne kavuşmuştu; fakat artık yepyeni bazı diğer çevresel şartların yıkıcı etkileriyle kendi başlarına mücadele etmeleri de gerekmeye başlamıştı - ki bunda da başarısız oldukları söylenemez. Ancak çok daha geniş ölçeklerde yayılım ve büyük boyutlara ulaşım, kendi başlarına üstesinden gelebilecekleri bir problem değildi.

Mikoriza Mantarları ile Bitkiler Arasındaki Simbiyotik İlişkisinin Başlaması

Biraz önce de bahsettiğimiz gibi, burada devreye, yaklaşık 400 milyon yıl önce "mikoriza mantarları" girmişti. Mikorizalar, bitkilerin kökleriyle karşılıklı faydacılığa yönelik mutualist bir simbiyoz ilişkisinde bulunan mantarlara denir.

Bu mantarlar, bitkilerin köklerine yapışarak, özellikle besin kıtlığının yaşandığı zamanlarda çok fazla ihtiyaç duyulan su, fosfor ve azot gibi önemli besinlerin bitkiye ulaştırılmasında ciddi avantajlar sağlar. Bunun yanı sıra, sadece besin yardımı yapmakla kalmazlar, aynı zamanda besinleri depolayabilme özellikleri bulunması nedeniyle yıkıcı çevresel şartların bulunduğu dönemlerde hayat kurtarıcı bir etki yaparlar.

Sağladığı diğer bir önemli avantaj ise, mikoriza mantarlarının hifleri (çevreye ipliksi yayılım gösteren mantar yapısı), bitkilerin köklerinden çok daha ince bir yapıda olduğu için, bitki köklerinin ulaşamadığı yerlere ulaşabilmesi ve yüzey alanı bakımından daha fazla yer kaplamasından dolayı da bitkiye büyük imkânlar sağlar.

Son olarak, mikoriza mantarlarının belki de en ilgi uyandırıcı faydası, yayıldığı geniş alanların bir getirisi olarak yarattığı devasa "yeraltı iletişim ağları"dır. Bu sayede, bitkiler sadece ihtiyaç duyduğu besini tedarik etmekle kalmaz, aynı zamanda diğer bitkilerle yardımlaşabilir veya onların besinini hayalet orkidelerin veya kızılağaçların yaptığı gibi çalabilir!

Science Focus

Ancak elbette mikoriza mantarları, bu imkânları bitkilere karşılıksız sunmazlar. Yaptıkları su, azot ve fosfor gibi besin yardımları karşılığında, ağaçlardan ürettikleri karbonhidratları (şekeri) talep ederler. Böylelikle mantarlar da yaşamak için olmazsa olan enerji ihtiyaçlarını giderebilmiş olurlar. Böylelikle, hem ağaçlar hem de mantarlar hayati gereksinimlerini karşılıklı bir anlaşma ile gidermiş olurlar.

Wikimedia

Mikoriza Mantarları ve İklim Değişikliği ile Mücadele

Bitkiler, dolayısıyla da ağaçlar, 100 metreyi aşan devasa boyutlarıyla ve oluşturdukları geniş çaptaki orman ekosistemleriyle dünyanın akciğerleri olarak insanları her zaman büyülemiştir. Günümüzde ağaçlar, iklim değişikliği nedeniyle yaşam tarihinde belki de hiç olmadığı kadar büyük bir önem taşımaktadır.

Havadaki karbondioksit (CO₂) gazını yakalayabilmeleri ve onu fotosentez aracılığıyla oksijene dönüştürebilmeleri, diğer tüm karasal canlılar için yaşam kaynağı olmaktadır. Dolayısıyla, İklim Değişikliği ile mücadelede, her ne kadar enerji sorununun çözülmesi büyük bir önem teşkil etse de, ağaçlandırma çalışmaları, ormanların sürdürülebilirliği ve ormanların daha az tahrip edilmesi hususları, Dünya'daki yaşamın geleceğini belirleme konusunda ciddi bir öneme sahiptir.

Ancak ağaçların ve ormanların, bu muazzam özellikleri ve etkileyici görünüşleri, aynı zamanda oldukça hassas bir dengeye ve kırılganlığa sahiptir. Ekolojik denge adını verdiğimiz bu olgu; açık bir sistem olan ormanların içerisindeki tüm öğelerin ve girdilerin her birine farklı önemler ve farklı görevler yükler. Öyle ki, bazen ormana girdiğimizde attığımız adımlar bile, toprağı sıkıştırması ve su döngüsünü kısıtlaması bakımından, yerel ve dolaylı olarak bile olsa orman ekosistemlerine bazı zararlar verebilmektedir.

Yazımızın konusu olan, bitki-mantar simbiyozu da, hem bitkilerin, ağaçların bireysel yaşamları bakımından, hem de oluşturdukları orman ekosistemlerindeki ekolojik dengenin işlemesi bakımından çok önemli bir yer tutar. Buna müthiş bir örnek, tam da ele aldığımız konudan gelmektedir: Mikoriza mantarlarını kullanarak karbon salım hızını azaltabilir, bu sayede Küresel Isınma ve İklim Değişikliği ile mücadelede büyük faydalar sağlayabiliriz!

Bunun nasıl çalışacağını anlamak için, önce mikoriza türlerini incelememiz gerekiyor.

Mikoriza Türleri Nelerdir?

İlk olarak, mikoriza mantarlarının, "ektomikoriza" ve "endomikoriza" olmak üzere iki grubu vardır:

• Ektomikoriza, bitki köklerinin etrafında bir kılıf oluşturur ve ardından hiflerle etrafa yayılır.
• Endomikoriza ise biraz daha farklı olarak, kılıf oluşturmak yerine doğrudan bitki hücrelerinin içlerine yerleşir ve hifleri burada büyür, ardından etrafa yine buradan yayılım yaparlar.

Ektomikorizalar, kayın, çam, göknar ve gül gibi odunsu bitki türlerinin sadece %2'sini kolonize ederken, endomikorizalar geriye kalan çoğu bitki türünün kolonize edilmesinden sorumludur. Ancak tür bazında değil de, orman kütlesi açısından bakacak olursak; ektomikorizalar, toplam orman kütlesinin yaklaşık %60'ını kolonize ederler. Bunun nedeni, günümüzde çok daha az tür çeşitliliği gösteren, çoğunlukla iğne yapraklı ağaçları kolonize etmeleridir - ki bu nedenle çoğunlukla kuzey enlemlerde görülürler. Buna karşın, tropikal kuşağın hakimi endomikorizalardır.

Stellenbosch Universitesi

Mikorizalar, İklim Değişikliği ile Mücadelede Ne İşe Yarayabilir?

Ağaçlar, yaşamları boyunca her ne kadar karbonu yakalayıp atmosferdeki karbon miktarını azaltıcı bir özelliğe sahip olsalar da, öldüklerinde yakaladıkları karbonun belirli bir kısmı tekrardan atmosfere geri salınmaktadır. İşte, tam da burada devreye yine "mikoriza mantarları" girer! Çünkü söz konusu ayrışma ne kadar yavaş olursa, atmosfere yapılan karbon salımı da bir o kadar yavaş olacaktır - ki bu da küresel ısınmayı yavaşlatabilecek önemli bir unsurdur!

Ektomikorizalar, burada özellikle önemlidir, çünkü endomikoriza mantarlarına kıyasla ölü bitkilerdeki, ağaçlardaki azotu çok daha hızlı ve verimli bir şekilde ayrıştırabilirler. Azotu böylesine iyi bir şekilde bitkilerden çekerken, diğer maddeleri, dolayısıyla da karbonu çekme hızı oldukça yavaşlar. Böylece, karbon doğaya çok daha yavaş bir şekilde bırakılmış olur. En nihayetinde ise, küresel ısınmaya sebep olan karbonun atmosfere yayılım hızı azalmış olur!

Bunun dışında, ektomikorizalar ile işbirliği yapan orman ağaçları, ayrışma esnasında atmosfere daha az karbon salımı yapması dışında; yaşamları boyunca besine çok daha iyi bir şekilde ulaşabilmesinden dolayı daha sağlıklı ve hastalıklara karşı daha dirençli olması nedeniyle, mantarlarla işbirliği yapmayan diğer ağaçlara göre, atmosferdeki karbonu daha çok yakalayabilmektedir. Yani bu kez ektomikorizalar, orman ağaçlarına mutualist yaşam biçiminin bir getirisi olarak, ek bir dolaylı fayda da sağlamış olur.

Wikimedia

Devasa ölçeklerde coğrafyalara yayılan ve akıl almaz boyutlara ulaşan ağaçların dahi kendilerine kıyasla çok daha küçük boyutlardaki mantarlar ile kurdukları mutualizm ilişkisi bize, doğada karşılıklı yardımlaşmanın sandığımızdan çok daha önemli bir yer tuttuğunu net bir şekilde göstermektedir.