.::. bilgidünyasi.net .::.

KÖKLER

Doğal Sondajcılar

Bitkilerin yaşamlarını sürdürebilmeleri için fotosentez yapmaya, bu işlem için de topraktan alacakları suya ve minerallere ihtiyaçları vardır. Bu ihtiyaçlarını karşılamak için de toprak altında sondaj yapan köklere gereksinim duyarlar. Köklerin görevi, toprağın altına bir ağ gibi hızla yayılıp su ve mineralleri çekmektir. Bununla birlikte bitki kökleri, narin yapılarına rağmen tonlarca ağırlığa ulaşabilen bitkilerin toprağa sıkıca bağlanıp tutunmalarını da sağlarlar.

Köklerin toprağı tutma özelliği son derece önemlidir, çünkü bu sayede toprak kaymaları, toprağın verimli üst katmanlarının yağmurlarla kaybı gibi insan yaşamını etkileyecek olumsuz etmenler de ortadan kalkmış olur. Bu işlemleri yaparken kökler hiçbir teçhizata gerek duymazlar. Köklerin suyu çekme işlemini başlatacak gücü sağlayan bir motorları yoktur. Suyu ve mineralleri metrelerce uzunluktaki gövdeye pompalayacak bir teknik donanımları da mevcut değildir. Ama kökler çok geniş bir alana yayılarak suyu çekebilirler. Peki, kökler bu işi nasıl başarmaktadırlar?

Bu sistem nasıl işler?

Erişkin bir akçaağaç sıcak bir yaz gününün öğleden sonrasında her saat için, tek başına yaklaşık olarak 265 litre su kaybeder. Bu, ağaç için çok önemli bir kayıptır. Hemen kaybolan miktarda suyun yerine konması gereklidir. Bitkilerde bulunan kusursuz kök sistemi sayesinde buharlaşan suyun her damlası anında yenilenir. Toprağın derinliklerine dağılmış olan kökler, bitkinin ihtiyacı olan su ve mineralleri, gövde ve dallar vasıtasıyla yapraklara kadar ulaştırırlar. Köklerin topraktaki suyu emmeleri adeta bir sondajlama tekniğini andırır. Kök uçları, topraktaki suyu bulana kadar toprağın derinliklerini aramaya devam ederler. Su köke, öncelikle dış zarından ve kılcal hücrelerden girer. Hücre içinden ve hücre kabuklarından gövde dokusuna geçer. Buradan da bitkinin her bölümüne dağıtılır. Bitkinin kusursuz bir şekilde yerine getirdiği bu işlem aslında son derece karmaşık bir işlemdir. Öyle ki bu sistemin sırrı teknoloji ve uzay çağına eriştiğimiz günümüzde bile tam olarak anlaşılabilmiş değildir. Ağaçlardaki, bu bir nevi "hidrofor sistemi"nin varlığı yaklaşık iki yüzyıl önce keşfedilmiştir. Ancak suyun yer çekimine aykırı bu hareketinin nasıl gerçekleştiğine kesin bir açıklama getirebilen bir kanun hala bulunamamıştır.

Bitki köklerindeki basınç sistemi

Bitkiler, köklerindeki hücrelerin iç basınçları dış basınçlarından az olduğunda dışarıdan su alırlar. Başka bir deyişle bitki, topraktan ancak ihtiyacı olduğu zamanlarda su almaktadır. Bunu belirleyen en önemli faktör, bitkinin köklerinin içinde bulunan suyun meydana getirdiği basınç miktarıdır. Bu basıncın dışarıdaki basınç miktarı ile dengelenmesi gereklidir. Bitki bunu sağlayabilmek için, içerideki basınç miktarı azaldığında kökler vasıtası ile dışarıdan su alma ihtiyacı duyar. Bunun tam tersi olduğunda ise, yani bitkideki iç basınç dışarıdakine oranla daha yüksek olduğunda, bitki bu dengeyi sağlayabilmek için bünyesindeki suyu yapraklarından dışarı bırakır.

Eğer suyun topraktaki yoğunluğu normalde olduğundan biraz daha yüksek olsaydı, dış basınç çok yüksek olacağından bitki sürekli su alacak ve bir süre sonra bitki bundan zarar görecekti. Bunun tam tersine suyun topraktaki yoğunluğu daha düşük olsaydı, bitki hücresi dış basınç çok düşük olacağından dışarıdan hiçbir zaman su alamayacaktı. Hatta basıncı dengelemek için bünyesindeki suyu dışarı salacak yani her iki durumda da kuruyarak ölecekti. Görüldüğü gibi bitki kökleri ne eksik ne de fazla, sadece o anki şartlarda ihtiyaç duyulan miktarda basınç ayarlaması yapabilecek bir denge-kontrol mekanizması ile donatılmışlardır.

Kökler topraktan emdikleri suyu gövdedeki borulara aktarırlar. Bu taşıma boruları suyu ve besinleri metrelerce uzunluktaki gövdede hiç zorlanmadan dolaştırarak, en uçtaki yapraklara kadar ulaştırırlar. Yandaki iki resimde ise kök ucunun genel yapısının detayları ve kök ucunun büyümesi görülüyor.

Köklerin topraktan iyonları almaları

Bitki kökünde yer alan hücreler, hücre içindeki reaksiyonlarda kullanmak için topraktaki belli iyonları seçerler. Bu son derece önemli bir işlemdir. Çünkü bitki hücreleri, kendi içlerindeki iyonların yoğunluğu, topraktaki iyonların yoğunluğundan 1000 kez daha fazla olmasına rağmen bu iyonları hücre içine kolaylıkla alabilirler.

Normal şartlar altında yüksek yoğunluktaki bir bölgeden, yoğunluğu daha az olan bölgeye doğru madde akışı gerçekleşir. Fakat görüldüğü gibi bitki köklerinin topraktan iyon temininde bunun tam tersi meydana gelmektedir. İşte bu nedenle bu işlem için yüksek miktarda enerjiye ihtiyaç vardır.

İyonların hücre zarından geçişinde iki faktör etkili olmaktadır. Zarın iyon geçirgenliği ve zarın iki tarafındaki iyonların yoğunluk farkı.

Resimdeki minerallerin önümüze konulduğunu ve bunların içinden vücudumuz için gerekli olanlarını seçmemizin istendiğini düşünelim. Bu konuda eğitim almamış bir kişinin böyle bir işlemi yapabilmesi mümkün değildir. Oysa bitkiler milyonlarca yıldır, toprakta bulunan çeşitli elementlerin içinden sadece kendilerine gerekli olanlarını seçer ve kullanırlar.

Bu iki faktörü sorular sorarak inceleyelim. Bir bitkinin topraktaki elementlerin içinden kendisine "gerekli olanları seçmesi" ne anlama gelmektedir? Öncelikle buradaki "gerekli" kavramını ele alalım. Bu "gereklilik" için kök hücresinin bitkinin tamamındaki elementleri teker teker tanıması şarttır. Tanıdığı bu elementlerin de bitkinin her yerindeki eksikliğini tespit etmesi ve ihtiyaç olarak belirlemesi gerekmektedir. Yine soru soralım. Bir element nasıl tanınır? Eğer toprakta saf halde bulunmuyorsa, yani başka elementlerle bir arada bulunuyorsa, diğerlerinden ayırt etmek için ne yapmak gerekir?

Bir kişinin önüne demir, kalsiyum, magnezyum, fosfor gibi elementler karışık olarak koyulsa, hangisinin ne olduğunu hiç yardım almadan bulması mümkün müdür? Bu kişi elementleri nasıl ayırt eder? Eğer bu konuda detaylı bir eğitim almışsa ancak belli bir miktarını ayırt edebilecektir. Geri kalanların ise ne olduklarını bilmesine imkan yoktur. Peki bitkiler bu ayrımı nasıl yapmaktadırlar?

Daha doğrusu bir bitkinin kendi kendine elementleri tanıması, ayırt etmesi ve kendisine faydalı olanları bulması mümkün müdür? Böyle bir işlemin milyonlarca yıldır her seferinde, en doğru şekilde gerçekleşmesi tesadüfen mümkün olur mu? Herbirinin cevabı "imkansız" olan bu sorular hakkında daha derin ve ayrıntılı düşünebilmek için köklerin nasıl bir seçicilik özelliğine sahip olduğunu ve bu sırada gerçekleşen olayları inceleyelim.

Köklerin seçiciliği

Doğada çeşitli şekillerde bulunduğunu bildiğimiz elementler, mineraller hakkındaki kimya bilgilerimizi tekrar gözden geçirelim. Nerelerde bulunurlar, hangi madde hangi sınıfa girer, aralarındaki farklar nelerdir, hangisinin ne olduğunu anlamak için ne gibi deneyler ya da gözlemler yapmak gerekir, bu deneylerde kimyasal olarak mı, yoksa fiziksel olarak mı daha hızlı sonuç elde edilir? Sadece fiziksel olarak bakılacak olsa bir masaya koyulan bu maddeler arasında kolaylıkla doğru bir sıralama yapılabilir mi? Renklerinden ya da şekillerinden mineraller ayırt edilebilirler mi?

Bu soruları çoğaltmak mümkündür. Bunlara verilen cevaplarsa aşağı yukarı aynı olacaktır. Eğer bu konuda bir uzmanlaşma söz konusu değilse, lise ve üniversite bilgilerinden arta kalanlarla verilen üstün körü cevaplar kişiyi kesin bir sonuca götürmeyecektir. Mineraller hakkındaki bilgilerimizi sınamak için bu kez de insan vücudundan örnekler verelim.

Vücudumuzda toplam olarak yaklaşık üç kilo mineral vardır. Bunların bir kısmı organizmanın sağlığı için mutlaka gereklidir ve hepsinin vücutta bulunması gereken belirli miktarlar vardır. Örneğin vücutta kalsiyum olmasa dişler ve kemikler sertliğini kaybeder, demir olmayınca hemoglobin de olmayacağından dokularımıza oksijen ulaşamazdı. Potasyum ve sodyum olmasa hücrelerimiz elektrik yükünü kaybeder ve hızla yaşlanırdık.

BİTKİLERİN KULLANDIĞI ELEMENTLER
ELEMENT	KAYNAK	ELEMENTLERİN BAŞLICA FONKSİYONLARI
Mineralsiz Elementler
Karbon (C)	Atmosfer	Bütün organik molekülün içinde
Oksijen (O)	Atmosfer	Birçok organik molekülün içinde
Hidrojen (H)	Toprak	Birçok organik molekülün içinde
Nitrojen (N)	Toprak	Proteinler, nükleik asitler ve benzerlerinin içinde
Mineral Besinler Makro Besinler
Fosfor (P)	Toprak	Nükleik asitlerin, ATP, fosfolipidlerin içinde Enzim aktivasyonu, su dengesi, demir dengesi
Potasyum (K)	Toprak	Enzim aktivasyonu, su dengesi, demir dengesi
Sülfür (S)	Toprak	Proteinlerin ve koenzimlerin içinde
Kalsiyum (Ca)	Toprak	Cytoskeletonu, zarları ve birçok enzimi etkiler; ikinci mesajcı
Magnezyum (Mg)	Toprak	Klorofilin içine; birçok enzim için gereklidir; ribozomları dengeler.
Mikro Besinler
Demir (Fe)	Toprak	Birçok redox enzimi ve elektro taşıyıcıların aktif bölümünün içinde; klorofil sentezi için kullanılır.
Klorine (Cl)	Toprak	Fotosentez; demir dengesinin sağlanmasında kullanılır.
Mangan (Mn)	Toprak	Birçok enzimi harekete geçirir.
Boron (B)	Toprak	Karbonhidrat iletimi için gerekli olabilir.
Çinko (Zn)	Toprak	Enzim aktivasyonu, auxin hormonu sentezi için gerekir.
Bakır (Cu)	Toprak	Birçok redox enzimi ve elektro taşıyıcıların aktif bölümünün içinde kullanılır
Molibden (Mo)	Toprak	Nitrojen sabitleştirme; nitrat azaltma için gereklidir.

Bu tabloda bitkilerin ihtiyaçları olan elementler ve bu elementlerin bitki tarafından nerelerden alındığı ve nasıl kullanıldığı gösterilmektedir. Bitkiler toprakta bulunan pek çok element içinden sadece kendilerine gerekli olan bu16 elementi alırlar ve kullanırlar.

İnsan vücudunda bulunan minerallerin aynısı toprakta da bulunur. Bunların da hepsinin oranları, görevleri ve toprakta bulunuş şekilleri farklıdır ve bu minerallerden faydalanan pek çok canlı vardır. Örneğin bitkilerde, kendileri için gerekli olan elementleri topraktan kolaylıkla alabilecek şekilde sistemler tasarlanmıştır. Yapılarında yer alan elementlerin hepsinin farklı kullanım alanları, dolayısıyla topraktan alındıktan sonra gitmeleri gereken farklı yerler vardır. Hepsinin görevi ayrıdır.

Bitkiler ihtiyaçları olan tüm mineral besinlerini topraktan alırlar. Bu maddeler toprakta tek olarak bulunmadığı için, bitki bunları iyon olarak emer. Toprak çözeltisinde bulunan çok sayıdaki inorganik iyon arasından bitkiler sadece ihtiyaçları olan 13 tanesini alırlar. Bitkiler, aslında bunlara toprakta bulundukları yoğunluktan daha yüksek yoğunlukta ihtiyaç duyarlar. Bu da gerçekte köklerin ne kadar mükemmel bir toplama sistemine sahip olduklarını gösterir. Öyle ki kökler, ihtiyaçları olan iyonları kendi bünyelerindeki yüksek yoğunluğa rağmen kök hücrelerinden geçirerek pompalarlar.

Basınç sisteminin tersine işleyen bir şekilde gerçekleşen bu pompalama işlemi oldukça zorlu bir iştir. Bu nedenle pompalara yüksek enerji sağlanması gereklidir. Sonuçta, istenilen iyonları çeken ve istenmeyenleri geri iten bir tanıyıcı sistem olması da zorunludur. Bu da iyon pompalarının sadece basit birer pompa olmadıklarını, iyonları seçme özelliğine de sahip olduklarını göstermektedir. Ayrıca bitkilerin topraktan seçilmiş iyonları emerek kullanması, onların tüm canlılar için neden değerli bir mineral besin kaynağı olduğunu da açıklamaktadır.

Bir bitkinin sağlıklı olarak yaşayabilmesi için nitrojen, potasyum, fosfor, kalsiyum, magnezyum, sülfür gibi ana elementlere ihtiyacı vardır. Bu maddelerin çoğunu bitkiler topraktan direkt olarak temin edebilirken azot için durum farklıdır. Atmosferde %80lik bir orana sahip olan bu gazı bitkiler havadan doğrudan alamazlar. Ancak toprakta bulunan ve nitrojen bağlayan bakterilerden bu ihtiyaçlarını karşılayabilirler.Diğer elementler de sağlıklı gelişim için gereklidir. Fakat bunlara oldukça az miktarlarda ihtiyaç duyulur. Bu grup demir, klor, bakır, manganez, çinko, molibden ve bor içerir. Bu on üç gerekli minerale ek olarak bitkiler karbon, hidrojen ve oksijen gibi üç temel yapı taşına da ihtiyaç duyarlar ve bunları atmosferdeki karbondioksit, oksijen ve sudan alırlar. Tüm bitkiler toplam olarak bu 16 elemente ihtiyaç duyarlar.

Yukarıdaki tabloda detayları görülen yeryüzündeki karbon ve azot çevriminin en önemli elemanı kuşkusuz ki bitkilerdir.Havadaki azot, insanlar ve hayvanlar tarafından direkt olarak alınamaz.Bazı bitkilerde yaşayan çeşitli bakteriler havadaki azotu amonyağa ve amonyağı da nitrata dönüştürürler.Bu maddeler daha sonra bitkiler tarafından toprktan emilir.İnsanlar ve hayvanlar da bitkileri yiyerek azot ihtiyaçlarını karşılarlar.

Bu elementlerin yeteri kadar alınamaması ya da fazla alınması durumunda bitkide çeşitli eksiklikler ortaya çıkacaktır. Örneğin nitrojen, topraktan fazla alınması durumunda yüksek ısıda kolay kırılmaya ve güçsüz büyümeye sebep olabilir, az alınması durumundaysa bitkilerde sararma, kırmızılıkların ve morlukların oluşması, az tomurcuklanma ve geç büyüme gibi sonuçlar doğurabilir. Fosfor eksikliğindeyse, büyüme yavaşlar, renk koyulaşır, bazı bitkilerdeki yapraklarda kahverengileşme ve morarma oluşur, yine tomurcuklanma azalır ve alttaki yapraklar dökülür, çiçek açımı azalır. Körpe bitkilerin gelişmesi ve tohumlanma için fosfor çok önemli bir elementtir. Kısacası bitkilerin sağlıklı büyümeleri için bu iyonların varlığı ve topraktan gerektiği kadar alınmaları şarttır.

Bitkiler bu iyon seçici mekanizmaya sahip olmasalardı ne olurdu? Topraktan sadece gerekenleri değil de her türlü minerali alsalardı ya da gereğinden daha az ya da fazla mineral alsalardı neler olurdu? Hiç kuşkusuz ki şu anda yeryüzünde bulunan kusursuz dengede önemli bozulmalar meydana gelirdi.