Neden Bu Kadar Farklı Şekillerde Yaprak Bulunur? Yapraklar Şekilleriyle Damarlar Arasındaki Evrimsel İlişki Nedir?

Etrafınızdaki bitkilere baktığınızda, birbiriyle çok yakın yaşayan türlerin bile yapraklarının birbirinden çok farklı şekillere sahip olduğunu görebilirsiniz. Bu da akıllarda doğal olarak neden bitkilerin birbirlerinden bu kadar farklı yaprak şekilleri evrimleştirdikleri sorusunu getirmektedir. Öncelikle çok farklı yaprak şekillerine genel bir göz atalım:

Yukarıda, pek çok farklı yaprak tipi bir arada görülmektedir. Bu farklı tipler, biyolojide farklı isimlerle anılırlar ve dünyadaki yeşil bitkilerin çok büyük bir kısmı, bu yaprak tiplerinden birine sahiptir. Dolayısıyla bu kategorizasyon, genel bir fikir verecektir. Sırasıyla gidecek olursak bu tipleri şu şekilde isimlendirip kısaca açıklayabiliriz:

• Undulate (Dalgalı): Kenarları dalgalı yapıda olan yapraklardır.
• Sinuate (Sinüslü): Yaprak kenarları sinüs dalgası şeklinde olan yapraklardır.
• Serrate (Testere Dişli): Yaprak kenarları tırtıklı, testere dişine benzeyen ve uçları sivri yapraklardır.
• Dentate (Dişli): Kenarları dişli, ucu çok da sivri olmayan yaprak tipidir.
• Lobate (Loblu): Yaprak içerisinde farklı bölgeler (loblar) bulunan yaprak tipidir.
• Scalloped (Oymalı): Kenarlarında oyuklar olan yaprak tipidir.
• Palmate (El Biçimli): Yaprak şekli, parmakları genişçe açılmış bir ele benzeyen tiptir.
• Digitate (Parmaklı): Genellikle daha ince parçalara sahip, yine açık bir ele benzeyen tiptir.
• Bipinnatisect (İki Saplı): Yaprak sapları iki kademeli olan yaprak tipidir. Bir ana sap, bir de yaprakları taşıyan yanal saplar bulunur. Genellikle yapraklar hareketsizdir.
• Tripinnatisect (Üç Saplı): Yaprak sapları üç kademeli olan yaprak tipidir. Bir ana sap, o ana sapa bağlı yanal saplar ve bu yanal saplara bağlı yaprak sapları bulunur. Genellikle yapraklar hareketsizdir.
• Pinnatisect (Tek Saplı): Merkezi sap üzerine simetrik olarak iki yana dağılmış yapraklardan oluşan, genellikle hareketsiz kısımlardan oluşan yaprak tipidir.
• Palmatisect (Avuç Saplı): El biçimli damarlara ve loblara sahip ve tek bir merkezde birleşen, sivri uçlu olmayan yaprak tipi.
• Pedate (Ayaklı): Yanal kısımları da kendi içlerinde bölünmüş, ele benzeyen yaprak tipi.
• Palmatilobate (Lop Elli): El biçiminde, geniş loblara sahip yaprak tipidir.
• Bipartite (Çift Yanlı): İki yana ayrılmış yaprak tipi.
• Tripartite (Üç Yanlı): Üç ana ayrılmış yaprak tipi.
• Palmatipartite (El Benzeri Üç Yanlı): Yaprakları birbirine bağlı, üç yana ayrılmış, el benzeri yaprak tipi.
• Pinnatipartide (Tek Yanlı): Tek bir sap üzerinde, boydan boya ikiye ayrılmış yaprak tipi.
• Pinnatifid (İğne Kenarlı): Kenarları iğne şeklinde çıkıntılara sahip yaprak tipi.

Tabii bu görselde, çam ya da kaktüslerde görülen tipteki adaptasyonlara yer verilmemiştir. Lise eğitiminden de bilebileceğiniz gibi çamlarda ve kaktüslerde bulunan bu iğne yaprak tipi, yaprağın su kaybını önlemek amaçlı kurak alanlarda yetişen bitkilerin geçirdikleri bir evrim sonucu oluşmuştur. Amaç, yüzey alanını mümkün olduğunca azaltmaktır. Bu bitkiler, bu alandan kaybettikleri fotosentez hızlarını da, çok sayıda iğne yaprak ve kaktüslerdeki gibi yeşil ve fotosentez yapabilen gövdeler taşıyarak kapatırlar. Ayrıca sinekkapan (Venüs) bitkisi gibi özel adaptasyonlar da yer almamaktadır. Bunları, ilgili yazılarımızda zaten özel olarak ele almıştık. Burada verilen yaprak tipleri, genel olarak en yaygın yaprak tipleridir.

Aşağıda birkaç farklı yaprak tipini görmektesiniz:

Neden bu kadar çok çeşitte yaprak olduğu sorusu, bilim dünyasında geçtiğimiz birkaç seneye kadar çok ciddi bir soru işareti olarak kalmıştır ve net bir cevap verilememiştir. Neyse ki, gelişen bilim ve teknoloji sayesinde, matematiksel modellerin de ilerlemesiyle bilim insanları çok daha hızlı sonuçlar veren sanal testler yapabilmektedirler ve bunlar sonucunda yaprakların nasıl bu kadar farklı şekillerde evrimleştikleri anlaşılabilmeye başlanmıştır.

Bu yeni modellerde, Evrimsel Biyoloji'nin de gelişmesiyle birlikte yaprak şekillerinin evriminde, yaprak damarlarının en önemli rolü oynadığı keşfedilmiştir. Dolayısıyla matematiksel modeller, yaprak damarlarının gelişimi üzerine kurulmuş ve çok önemli sonuçlar elde edilmiştir. Dünya üzerindeki herhangi bir diğer varlıktan çok daha fazla karbondioksit gazı emdikleri için yaprak damarlarının yaprak şekilleri üzerinde ciddi rolü olmaktadır. Aşağıda, bir yaprağın damarlarının yakından görüntüsünü görmektesiniz.

Arizona Üniversitesinde bir doktora öğrencisi olan ve yaprak şekillerinin evrimi üzerine çalışan Ben Blonder, yaprakların Dünya çapında akıl almaz miktarda karbondioksiti her yıl emdiklerini belirtmektedir. Blonder'ın açıklamasına göre yaprakların sadece 1 yılda emdikleri karbondioksit miktarı, Dünya üzerindeki tüm okyanuslardan daha fazla hacme sahiptir ve sadece insanların atmosfere kattıkları karbondioksitin 10 katından fazladır. İşte Blonder, bu gerçekten yola çıkarak, bu emilimin nasıl gerçekleştiğini anlamak üzere yaprakları incelemiş ve her yaprağın çalışma şeklinin farklı olduğunu keşfetmiştir.

Bir yaprağın şeklini belirleyen 3 temel parametre (faktör) vardır:

1. Yaprağın oluşumunda kullanılacak karbon miktarı
2. Yaprağın ömrü
3. Yaprağın güneş ışınlarını işleme miktarı (fotosentez hızı)

İşte bu 3 faktör, sayısız farklı aralıkta ve sayısız farklı kombinasyonla bir araya geldiği için, -neredeyse- sonsuz sayıda yaprak tipi oluşabilmektedir. Tabii ki yaprakların alabilecekleri şekiller, çevre koşullarıyla da sınırlandırılmaktadır; dolayısıyla her ne kadar yapraklar birbirinden kökten farklı gözükse de, yüzeysel bir bakışla birbirlerine az çok benzerler.

İşte yapılan araştırmalar, yaprak damarlarının bu çeşitliliğin merkezinde yer aldığını göstermektedir. Blonder, bu ilginç keşfini, Evrim'e atıfta bulunarak şu sözlerle yorumlamaktadır: "Bu kadar geniş bir çeşitlilik olmasına rağmen, bir özelliği etkileyen faktörün Dünya çapında aynı olması gerçekten büyüleyici." Aşağıda, bir yaprağın damar ağını görmektesiniz:

Araştırma ekibi, düzenledikleri ayrıntılı matematiksel modellerle, yaprak damarlarının, yukarıda belittiğimiz 3 faktörü nasıl yaprağın çıkarlarına en uygun olacak şekilde manipüle edip ayarladığını ortaya çıkarmışlardır. Araştırmaları, Dünya çapında toplamda 2.500 farklı bitki türünü hedef almış ve incelemiştir. Modellerinin, yaprak damarları ile yaprak şekli arasındaki ilişkiyi her bir türde başarıyla verdiğini gördükten sonra, Arizona Üniversitesi kampüsü içerisindeki 25 farklı tür üzerinde de denemişlerdir ve bekledikleri sonuçları tam bir başarıyla almışlardır. Böylece, Dünya çapındaki bir verinin, lokal bir bölgede de geçerli olduğunu ve Evrim'in, yukarıdaki gibi göreceli olarka kısıtlı ama benzer olan çevre şartlarında, benzer şekilde işlediğini göstermişlerdir. Bu ciddi kapsamdaki araştırmalarının sonucunda, yaprak damarlarının bunu ayarlamak için üç temel özellikten faydalandıkları keşfedilmiştir:

1. Damar yoğunluğu: Bir yaprağın oluşumu sırasında damar ağına ne kadar yatırım yapıldığını gösterir. Bir diğer deyişle, yaprağın gelişimi sırasında, bitkinin o aprak için ne kadar malzeme (atomlar ve moleküller bazında) kulanıldığını gösterir. 
2. Damarlar arası uzaklık: Bu uzaklık, temel olarak bir yaprağın damarlar tarafından ne kadar etkili olarak beslenebildiğini göstermektedir. Eğer damarlar arası ortalama uzaklık küçükse, damar ağı yoğun demektir ve bu da yaprağın her noktasının iyi bir şekilde beslendiğini gösterir.
3. Döngü sayısı: Döngü, yapraklarda bulunan ve insanlardaki kılcal damarlara benzeyen ince damarların toplandıkları bölgelerin adıdır. Bu döngü sayısı, yaprağın ne kadar dirençli olduğunu gösterir ve yaprak ömrüyle ilişkilidir.Çünkü döngüler, bir yaprak hasar gördüğünde yaprağı besleme görevi gören kontrol noktaları gibidir.

Dolayısıyla yaprakta bulunan damarlar, bizlere pek çok bilgi vermektedir. Örneğin bir bitki, fotosentez yapmak üzere stoma denen (aşağıda görülüyor) deliklerini açarsa, bir yandan yoğun şekilde karbondioksit alabilirken, bir yandan da yoğun bir şekilde su kaybedecektir. Bu sebeple, yaprağın farklı kısımlarının su kaybından ölmemesi için, yaprağın çeşitli bölgelerine bol miktarda su pompalanması gerekmektedir. Bu da, büyük damarlar gerektirir. İşte büyük damarlı bir yaprak gördüğünüzde, bu bitkinin fotosentez sırasında çok su kaybettiğini; ancak kurak bir alanda yaşamadığını gösterir (çünkü hem çok su kaybetse, hem de kuak bir alanda yaşıyor olsa, muhtemelen iğne yaprak yapısı evrimleşirdi).

Eğer bir bitkinin çok fazla suya ihtiyacı varsa bu damar yapısının ve yaprak üzerindeki dağılımının farklılaşmasına sebep olacaktır. İşte bu da doğrudan bir yaprağın şeklini etkilemektedir. Uzun lafın kısası, yaprağın şeklini belirleyen yapının, yaprağın bir nevi "iskeleti" olan damarlar olduğunu söyleyebiliriz.

Damarlar, sadece yaprak şeklini belirlemekle kalmaz; pek çok önemli görevleri bulunur. Yapısal destek, hasarlara karşı direnç gösterme, besin maddelerini iletme ve hatta bazı kimyasal sinyallerin gönderilmesi görevleri bunlardan sadece birkaçıdır. 

Araştırmacılar, bu önemli gerçeği ortaya çıkarmış olsalar da, bunun sadece "büyük resmi" görmemizi sağladığını belirtmektedirler. Çünkü, yukarıda belirttiğimiz gibi, yaprak şekillerini kısıtlayan pek çok çevre faktörü de bulunmaktadır. Evrimsel Biyoloji'nin trade-off ilkesi dahilinde, bir yaprağın alabileceği çok faydalı şekiller olsa da, bunun götürüleri sebebiyle çok daha özel ve kullanışlı olabilecek yapraklar evrimleşememektedir. Elbette, gelecekteki uygun çevre koşullarında, bu yaprakların evrimi mümkün olabilecektir.

Yaprak çeşitleri üzerinde yapılan ve yapılacak araştırmalar, Dünya'nın geleceğini de olumlu etkileyecektir. Çünkü Dünya çevresindeki yaprak çeşitlerinin dağılımına bakarak karbondioksit emilim oranları daha net ve doğru dağılmış şekilde hesaplanabilecek ve buna uygun çevre planları yapılabilecektir. Bu da, uzun vadede karbon döngüsünün düzenlenerek atmosferdeki sera etkisi yaratan karbondioksitin azaltılabilmesini sağlayacaktır.

Teşekkür: Atıl Kaan Kalaycı