Sıcaklık ve Işığın Alglerin Çoğalması Üzerine Etkisi

Algler fotosentetik, ökaryotik, hızlı bir şekilde üreyen organizmalardır. Fotosentetik olmaları sebebiyle çoğalmaları, sıcaklığın ve ışığın etkisine önemli ölçüde bağlıdır.
Işığın verilme süresi ve şiddeti ile birlikte farklı sıcaklık aralıkları üzerinde yapılan araştırmalar, mikroalglerin çoğalma hızlarının ne şekilde değiştiğini ortaya koymuştur. Bu yazıyı referans alan makalede; yeşil alg türlerinden Chlorella, Spirogyra, Chlamydomonas, Botryococcus, Scenedesmus, Neochloris, Haematococcus, Nannochloropsis ve Ulva türleri ile birlikte bazı kahverengi alg, kırmızı alg ve mavi-yeşil alg türlerine dair bilgiler bulunmaktadır. Biz de bunlardan önemli gördüklerimize yer vereceğiz.
Farklı alg türleri incelendiğinde çoğalmaları için optimum sıcaklığı aralığı 20-30 °C olarak gözlenmiştir. En hızlı üreyen tür ise Selenastrum minutum olarak belirlenmiş olup, 35 °C sıcaklık 420 μmol m^-2 s^-1 ışınım yeğinliğinde (irradiance), 1.73 d^-1 çoğalma oranında tespit edilmiştir. İlginç bir şekilde en az çoğalma oranı (0.10 d^-1) Botryococcus braunii'de tespit edilmiş olup, 25 °C 200 μmol m^-2 s^-1 ışınım ve 24 saat aydınlatma altında elde edilmiştir (periyot 24:0 gündüz-karanlık).
Burada dikkatinizi çekmek istediğim nokta günün her saatinde ışık verilmesine rağmen, en düşük üreme oranının elde edilmiş olması. Yani fazla süre ışık vermekle alglerin çoğalması arasında her zaman doğrusal bir ilişki olmadığını bize gösteriyor.

Algler

Algler, ilkel tek hücreli ya da çok hücreli fotosentetik organizmalardır. Fotosentez için gerekli klorofil ve diğer pigmentleri içerirler. Bu pigmentler de ışıktan aldıkları enerjiyi yakalar. Yakalanan bu ışık enerjisi, fotosentez sırasında kimyasal enerjiye dönüştürülür. Algler de bu enerjiyi nişasta ve karbohidrat (kompleks şekerler) formunda depolar.
Algler tatlı sularda, tuzlu sularda, deniz suyunda, nemli toprak ve kaya üstlerinde bulunabilirler. Bu nedenle farklı türlerin yaşadığı ve ürediği koşullar bir çeşitlilik göstermektedir.
Gruplandırılmaları fotosentez için kullandıkları pigmentlere, hücre duvarlarını oluşturan materyale ve enerji için depoladıkları karbohidrat bileşikleri çeşitlerine göre yapılmaktadır. Sıklıkla yeşil olanlar bilinse de kırmızı algler, kahverengi algler ve mavi-yeşil algler (siyanobakteri) olarak çeşitli türleri bulunur.
Birçok parametre alglerin üreme oranlarında oldukça etkili olsa da baş faktör daima ışıktır.Aynı zamanda belirli bir düzeye kadar sıcaklığın artışı, çoğalma oranlarını da artırmaktadır. Işığın en temel rolü ise, karbondioksitin asimilasyonudur (inorganik karbonun canlılar için organik forma dönüştürülmesi işlemi).

Farklı Alg Türlerinin Çoğalması Üzerinde Işığın Etkisi

Ototrofik büyüme ve fotosentez aktivitesi için ışık vazgeçilmez bir kaynaktır. Çalışmalar göstermiştir ki yeşil algler mavi ve kırmızı ışık altında daha iyi büyüme göstermişlerdir. Bunun sebebi ise sahip oldukları klorofil a ve klorofil b pigmentinin bu dalga boyu aralığına duyarlı olmasıdır.

Aynı zamanda sadece ışığın şiddetinin değil, aydınlık-karanlık döngüsünün de alglerin büyümesi üzerinde önemli bir etkisi bulunmaktadır.

Yeşil Algler

Chlorella 5 °C ile 30 °C arasında normal bir şekilde büyüyebilirken, optimal sıcaklık değeri 25 °C olarak belirlenmiştir. Düşük sıcaklık değerleri fotosentez oranını düşürmektedir. Özellikle Güneş ışığı altında verimli bir şekilde büyüdüğü gözlenmiştir.
Enteromorpha türleri için ışık şiddetinin artmasıyla spor biyokütlesinin artışının önemli ölçüde etkilediğini gözlenmiştir.
Spirogyra türlerinin Şubat ayından Nisan ayına kadar büyüdüğünü gözlenmiştir. Bu sırada su sıcaklığı 10 °C ile 17 °C arasında değişmekte ve 12:12 saat (aydınlık-karanlık) yaşamaktadır.
Botryococcus türlerinden TRG, KB, SK ve PSU için yapılan araştırmada güney Tayland'daki tatlı su göllerinden alınan örnekler kullanılmıştır. Azot zengin bir ortamda lipid içeriğinin sırasıyla %25.8, %17.8, %15.8 ve %5.7 değerlerine ulaştığı görülmüştür. Azot açısından fakir fakat yüksek ışık şiddeti (82.5 μmol m^-2 s^-1) ve yüksek seviyede demir (0.74 mM) içeren ortamda ise bu değerin %35.9, %30.2, %28.4 ve %14.7 olduğu gözlenmiştir. Aynı zamanda ışığın, nitrat ve nitrit asimilasyon oranının karanlık durumda 23 kata kadar arttığı gözlenmiştir.
Chaetomorpha valida için, sağlıklı büyüme ve üremenin 17-29 °C aralığında olduğu gözlendiği gibi, öldürücü limit de 33 °C olarak belirlenmiştir.
Diatom Skeletonema costatum için, büyüme oranının yüksek bir biçimde fotosentez oranıyla ilintili olduğu tespit edilmiştir.
Haematococcus türleri için farklı bir yol izleyen araştırmacılar, yanıp sönen mavi LED'ler kullanarak farklı ışık şiddetlerinde, farklı döngülerde (duty-cycle) ve frekanslarda neler olduğunu incelemişlerdir. Frekans aralığı 25-200 Hz, döngü %17-67, ışık şiddeti ise 2-12 μmol m^-2 s^-1 aralığında değiştirilmiştir. Bulunan sonuç ise, 12 μmol m^-2 s^-1 şiddetinde sabit bir ışık verilmesiyle, 8 μmol m^-2 s^-1 değerinde yanıp sönen ışık verilmesinin aynı astaxanthin konsantrasyonunu verdiğini, fakat enerji tüketimini 1/3 oranında azalttığını ortaya koymuştur.
Pycnococcus provasolii için, düşük irradyanslarda fotosentetik birimlerin boyutunun artmasıyla pozitif fotoadaptasyon gözlenmiştir. Aynı zamanda düşük ışık akı yoğunluğunda bu türün, klorofil-a:klorofil-b oranının arttığı gözlenmiştir. Bunun yanında 24:0 saat ışık verilmesinin bir zararı olmadığı tespit edilse de 12:12 saat ışık verilmesinin 24:0 saat ışık verilmesinden daha verimli olduğu ortaya konulmuştur.
Bu da bize, uzun süre açık kalan ışığın alg oluşumunu sürekli olarak pozitif etkilemediğini, bazen daha az sürelerde ışık vermenin alglerin çoğalması açısından daha teşvik edici olabileceğini göstermektedir.

Sonuç

Yeşil algler ışık enerjisini toplayan pigmentlere (klorofil a ve b) sahiptir. Bu klorofil pigmentleri ise en çok mavi ve kırmızı ışığa duyarlıdır. Alglerin bu aralıkta daha verimli bir şekilde çoğaldıkları ortaya konulmuştur.
Fakat ışığın sürekli artışı, üremenin artışını beraberinde getirmemektedir. Belirli bir limit değerine kadar artış gözlendiği gibi, bu doyum noktasından sonra verilen fazla ışık, çoğalmaya negatif yönde bir etkiye sebep olmaktadır (fotosistem II'nin fotoinhibisyonu). Yani fazla ışık, alglerin çoğalmasına olumsuz etki etmektedir.
Farklı sıcaklık aralığında (5-40 °C) alg üremelerinin olduğu rapor edilmiştir. Fotosentez için gerekli optimal sıcaklık değeri, çoğu türlerin için yaklaşık 20-30 °C olarak tespit edilmiştir.
Hazırlayan:Ögetay Kayalı
Referans
1. S.P. Singh, Priyanka Singh, Effect of temperature and light on the growth of algae species: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 50, 2015, Pages 431-444, ISSN 1364-0321,
<https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.05.024>