Toprak İçerisindeki Ultra Küçük Avcılar: Kimdirler ve Görevleri Nelerdir?
Figür 1: Nematodların (A) ve protistlerin (B) mikroskop altında nasıl göründüğüne dair resimler. Mikrobiyota avcıları (D), savan ekosistemlerinde yaşamlarını sürdüren ve iyi bilinen avcılar olan aslanlar (C) gibi, yeraltı ekosistemlerinde önemli roller üstlenirler. Bu protistler ve nematodlar, bakteriler ve funguslar ile beslenerek toprak organizmalarının bileşimlerini ve faaliyetlerini değiştirir, bu da toprağın sağlıklı kalmasına yardımcı olur. [Görseller: (A) Hanny van Megen’in perspektifinden Nematodlar (Anaplectus porosus and Aphelenchoides)]; (B) www.penard.de adresinden Eckhard Völcker ve Steffen Clauß'un izniyle protistler (Hyalosphenia papilio, Heliamoeba sp. ve Mayorella viridis; (C) https://purepng.com/ adresinden aslan ve zebra resimleri (CCO lisansı altında). (D) Wikipedia'dan CC0 lisansı altında mikrobiyal çizimler.
Figür 2: Ev şartlarında Nematod izolasyonu. Üst üste koyduğunuz iki kahve filtresi içerisine bir avuç toprak koyun, şekilde gösterildiği gibi mandallar ile kapatın ve kahve filtrelerini su dolu bir kovaya yerleştirin (su, filtre içerisindeki toprağı tamamen örtmelidir). Ertesi gün kahve filtrelerini çıkarın, solüsyonu karıştırın ve bir bardağa aktarın. Bir saat bekleyişin ardından, bardağın dibinde bir miktar kalacak şekilde sıvının çoğunu dikkatlice dökün. Artık kalan solüsyondaki nematodları bir büyüteç veya mikroskop altında gözlemleyebilirsiniz!
Figür 3: Mikrobiyota avcıları toprakta iyi gizlenmiş olmalarının yanı sıra çıplak gözle görülemeyecek kadar küçüktürler. Bilim insanları, genellikle toprak örneklerinden DNA izole ederek, bu izole edilen DNA'ları laboratuvar ortamında diziler ve böylece tüm protist ve/veya nematod türlerini tanımlayarak incelemeler yaparlar. [Görsel: https://www.bioanalysis-zone.com/ ve telifsiz (CC0)].
Open PDF in new window.
Stefan Geisen 1,2*
1 Laboratory of Nematology, Wageningen University, Wageningen, Netherlands
2 Department of Terrestrial Ecology, Netherlands Institute of Ecology NIOO-KNAW, Wageningen, Netherlands
Milyonlarca farklı canlı türü toprak içerisinde yaşamını sürdürmektedir. Bu biyoçeşitliliğin büyük çoğunluğunu toprak mikrobiyotası olarak adlandırılan bakteri ve funguslar oluşturmaktadır. Toprak mikrobiyotasının büyüklüğü ve kompozisyonu temel olarak, protist ve nematodlar olarak adlandırılan iki farklı avcı grubu tarafından kontrol edilmektedir. Protistler, tek bir küçük hücreden oluşurken nematodlar ise keza oldukça küçük boyutlara sahip kurtçuklardır ve dünyada en bol bulunan hayvan grubudur. Öyle ki, protist ve nematodlar bir araya geldiklerinde dünyadaki diğer tüm hayvanların toplam ağırlığından daha ağır hale gelmektedir! Bu iki avcı grubu, toprak mikrobiyotasını belirli bir dengede tutarak bitkilerin büyümesine ve toprağın düzgün bir şekilde çalışmasına yardımcı olmaktadır. Şayet protist ve nematodlar olarak adlandırılan avcılar olmasaydı, toprağın sağladığı işlev ve hizmetler o denli değişirdi ki bu durum Dünya’nın genel iklimi yapısını bile etkileyebilirdi. Öyleyse, bu küçük toprak canlılarının ne denli önem arz ettiğini unutmamamız gerektiğini hatırlatmak isteriz!
TOPRAK BİYOÇEŞİTLİLİĞİ
Muhtemelen toprağın sadece kum, kil ve siltten oluşan, koyu renkli bir çamur olmadığını biliyorsunuzdur. Toprak, yüksek seviyede biyoçeşitliliğe ev sahipliği yapmaktadır ve bu durum, birçok farklı tip ve boyutlara sahip milyonlarca canlının toprak içerisinde yaşadığı anlamında gelmektedir. Toprak, dünyadaki diğer tüm ekosistemlerden daha fazla biyoçeşitliliğe ev sahipliği yapmasının yanı sıra, toprak organizmalarının toplam ağırlığı (kökleri, topraktaki canlıların toplam ağırlığının yarısını oluşturan bitkiler dahil olmak üzere) diğer tüm canlılarının toplam ağırlığından kıyaslanamayacak kadar daha ağırdır [1]. Toprak, mikroskobik virüslerden, yüzlerce metre yayılım gösterebilen devasa funguslara kadar çok çeşitli boyutlara sahip canlıları içerisinde barındırmaktadır. Topraktaki bu mikroskobik yaşama toprakmikrobiyotası adı verilmektedir ve çoğunlukla bakteri ve fungusların bileşimlerinden oluşmaktadır. Şayet toprak, bu denli çeşitli bileşimlerde bulunan mikrobiyotaya sahip olmasaydı, gerekli besin maddelerini geri dönüştüremez ve bitkilerin büyümelerini teşvik edemezdi. Bu makale, az sayıda bilim insanının hakkında araştırmalar yürüttüğü, protist ve nematodlar olarak adlandırılan iki farklı toprak canlısına odaklanmaktadır. Bu makaleyi okumayı tamamladığınızda, bu canlı grupları hakkında neden daha fazla bilimsel araştırma yapılması gerektiğini anlamanızı umuyoruz!
PROTİSTLER VE NEMATODLAR: MİNİK AVCILAR
Mikrobiyota avcıları, bakteri ve funguslar gibi mikroorganizmalar ile beslenen canlılardır [2]. Protist ve nematodlar ise en önemli mikrobiyota avcılarındandır. Nematodlar, insan saçının kalınlığından en az 100 kat daha küçük boyutlara sahiptir ve çıplak gözle görülemezler.En yaygın olarak bilinen nematod türü, bilim insanlarının Caenorhabditis elegans olarak adlandırdığı ve bilimsel araştırmalarda sıklıkla kullanılan bir yuvarlak kurtçuktur. Birçok bilim insanı, doktor, çiftçi ve bahçıvan; bazı türleri insanları enfekte edebildiği ve bazıları ise bitkilerde hastalıklara sebep olabildiği için nematodları zararlı canlılar olarak bilmektedir. Nematodlar, toprak içerisinde yaşayan bakteri, fungus ve diğer nematodlar ile beslenmelerinin yanı sıra farklı hayvan veya bitkiler için parazit olarak da yaşamlarını sürdürebilmektedirler. Her ne kadar çoğu nematod türü birbirinin tamamen aynı gözükse de dünya üzerinde yüzbinlerce farklı nematod türü yaşamaktadır (Figür 1A). Dünya’da yaşamakta olan her 10 hayvanın sekizini nematodlar oluşturmaktadır. Bir diğer deyişle, Dünya’da her bir insan başına 60 milyar nematod bulunmaktadır [3]!
Tüm bunların ardından, toprakta yaşayan protistlerin nematodlardan bile 1000 kat fazla sayıda olduğunu hayal edin! Protistler, hayvan yahut bitki olarak sınıflandırılamayan ökaryot mikroorganizmalardır. Ökaryotlar, tıpkı hayvan, bitki ve fungus hücreleri gibi hücre çekirdeği barındıran canlılardır. “Protistler” terimi sizin için yeni olabilir ancak muhtemelen, göllerde ve okyanuslarda fotosentezlerden sorumlu ökaryotik algler gibi bazı iyi bilinen protist örneklerini duymuşsunuzdur. Sıtma hastalığına neden olan Plasmodium falciparum örneği gibi bazı hastalıklar, protistler sebebiyle kaynaklanmaktadır. Aynı zamanda amip ve paramesyum gibi diğer birçok canlı da protistler sınıfına aittir! Dünya üzerindeki ökaryotik biyoçeşitliliğin oldukça büyük bir çoğunluğunu milyonlarca farklı türe sahip olmaları nedeniyle protistler oluşturmaktadır. Fakat günümüz itibariyle bu türlerin yalnızca yüzde birinden daha azı bilinmektedir. Protistler toprak içerisinde çok farklı işlevleri yerine getirirler. Birçok protist, bakteriler ile beslenirken yadsınamayacak bir kısım ise funguslar veya hayvanlar ile beslenmektedir. Bazı protistler hayvanlar ve bitkiler için parazit olabilirken, bazıları ise funguslar ile bir ilişki içerisinde, liken olarak adlandırılan bir formda yaşayabilmektedir [4]. Protistler çok çeşitli şekillerde bulunabilirler ve bunlardan bazıları son derece göz alıcıdır (Figür 1B).
Mikrobiyota avcıları, aslanlar veya diğer büyük yırtıcılara benzer şekilde, yakalayabildikleri farklı canlıları avlayabilmektedirler (Figürler 1C,D). Bu küçük yırtıcılar, bu görevlerini yerine getirerek mikrobiyal dengeyi kontrol altında tutmakta, toprak ekosistemi içerisinde bulunan canlı kompozisyonlarının değişmesini sağlamakta ve toprak içerisindeki önemli işlevlerin yerine gelmesine yardımcı olmaktadır. Mikrobiyota avcıları, aslanların genel olarak yaşlı, yavaş ve zayıf bireylerle beslenerek avlarının zindeliğini artırmalarına benzer şekilde, daha az aktivite gösteren mikroplar ile beslenmekte ve bu sayede toprak mikrobiyotasının daha aktif kalmasını sağlamaktadır. Mikrobiyota üyelerini avlamaları, mikrobiyota üyelerinin hücre içerisinde depoladığı besin maddelerinin toprak içerisinde serbest kalmasına neden olmakta ve bu sayede bu besin maddelerinin diğer mikroplar ve bitkiler tarafından kullanılabilmesini sağlamaktadır.
MİKROBİYOTA AVCILARINI NASIL İNCELEYEBİLİRİZ?
Bilim insanları, nematod ve protistlerin oldukça küçük boyutlarda olmaları ve bu nedenle çıplak gözle görülememelerinden ötürü, bu canlıları direkt olarak kendi doğal habitatlarında inceleme konusunda büyük problemler ile karşılaşmaktadır. Bu canlıları incelemenin ilk yolu onları topraktan izole etmektir. Bu, nematodlar için daha kolay bir yoldur ve sizler de bu yöntemi, bir kahve filtresi veya kâğıt mendil, su ve kova kullanarak evlerinizde deneyebilirsiniz (Figür 2).
Protistlerle çalışmak, nematodlarla çalışmaktan daha zordur çünkü toprak protistlerinin çoğu, toprak parçacıklarına sıkı sıkıya yapışık halde yaşamaktadır. Bu nedenle, geçmişte protistleri incelemenin en iyi yolu, bakterilerle beslenen protistleri topraktan izole etmek amacıyla, az miktarda toprağı bakterilerle bir araya getirmekti. Ancak bu yöntem sonucunda yalnızca birkaç protist türü hayatta kalabiliyordu. Bu zorluklar nedeniyle, protist türlerinin büyük bir çoğunluğu hâlâ bilinmemektedir. Günümüzde birçok araştırmacı, toprak canlılarını tanımlamak için moleküler metotlara başvurmaktadır. Tıpkı kriminal araştırmalarda kullanılan yöntemler gibi, biz de bu küçük organizmaları tanımlamak için topraktan elde edilen DNA'yı kullanabiliyoruz. Her canlının kendine özgü bir DNA dizilimi vardır ve bu sayede bireysel türleri ayırt etmek için DNA dizileri kullanılabilmektedir. Bu teknik, gözle göremediğimiz veya laboratuvar ortamında yetiştiremediğimiz canlıların, toprağın içinde var olup olmadığını öğrenmemizi sağlamaktadır. Ekstraksiyon, laboratuvar ortamında yetiştirme veya DNA dizileme yaklaşımları yalnızca toprakta hangi türlerin bulunduğunu söylemekte ve maalesef bu türlerin ne yaptığı hakkında bilgiler vermemektedir. Protistlerin ve nematodların topraktaki işlevlerini anlamanın, avcıları çeşitli av mikroorganizmalarıyla birleştirerek nasıl etkileşime girdiklerini gözlemlemek gibi çeşitli yolları bulunmaktadır. Diğer bilimsel yaklaşımlar ise, [5]'te açıklandığı gibi özel yöntemler kullanarak, topraktaki bazı spesifik bileşikleri gözlemlemek ve bu sayede organizmaların toprak içerisinde neler ile beslendiklerini ortaya çıkarmak gibi yöntemlerdir.
MİKROBİYOTA AVCILARINI NE İÇİN ÖNEMSEMELİYİZ?
Şayet mikrobiyota avcıları olmasaydı, topraklarımız büyük problemlerle karşılaşırdı ve bu sorunlar bizler için büyük sorunlara yol açardı! Toprak içerisindeki besin maddelerinin neredeyse tamamı bakteri ve funguslar tarafından hücre içine alınmaktadır. Şayet, toprak içerisinde yaşamlarını sürdüren bakteriler için bir kontrol mekanizması bulunmasaydı, topraktaki tüm besin maddelerini alır ve uzun süre boyunca izole bir şekilde hücre içerisinde tutarlardı. Bu bakteriler, toprak içerisindeki avcılar olmadığı taktirde, aylarca yaşamlarını sürdürebilmekte ve bunun yanı sıra onlarca yıl boyunca canlı kalabilmelerini sağlayan bir hayatta kalma evresine girebilmektedirlermikrobielle.
Bu durumun bir sonucu olarak ise, besin zinciri çöker ve daha büyük canlılar hayatta kalamazlardı. Bitkiler ise toprak içerisinde daha az miktardaki besin maddelerine ulaşabilir ve bu nedenle çok daha yavaş bir şekilde büyüyebilirlerdi. Topraktaki bu avcılar, mikroplar ile avlanma suretiyle mikropların hücre içerisinde biriktirmiş olduğu besin maddelerinin serbest kalmasına neden olmakta ve bu sayede besin zincirinin devamlılığını sağlamaktadır. Bitkiler bu besin maddelerini kökleri sayesinde topraktan alarak kullanabilmektedir. Protist ve nematodlar iyi birer avcı olmalarının yanı sıra, zaman zaman toprakta yaşayan daha büyük canlıların avları da olabilmektedirler. Dolayısıyla bu mikrobiyota avcıları, toprağın son derece kritik işlevlerinin devamlılığını sağlayarak, nihayetinde biz insanların gıda kaynaklarına sorunsuz bir şekilde erişmemize yardımcı olmaktadırlar.
SONUÇLAR
Protist ve nematodlar dünyadaki en çeşitli ve kalabalık canlı grupları arasındadır. Hem protistler hem de nematodlar önemli mikrobiyota avcılarıdır ve toprak sağlığı için son derece kritik işlevlerin sorunsuz bir şekilde devam etmesini sağlamaktadır. Daha basit bir tabirle, şayet mikrobiyota avcıları olmasaydı, toprak içerisinde veya üzerinde yaşam pek de mümkün olmazdı! Mikrobiyota avcıları bitkilerin büyümeleri için kilit öneme sahiptir ve sağlıklı bir toprak içerisinde gerçekleşen diğer mikrobiyal süreçlerde de son derece kritik roller oynamaktadır. Protist ve nematodlar hakkındaki bilgilerimizi artırmak, aynı zamanda toprağın nasıl çalıştığına hâkim olmamız anlamına gelmektedir. Şayet, mikrobiyota avcılarının toprak içerisindeki tür bileşimlerini ve bolluklarını nasıl kontrol edebileceğimizi öğrenebilirsek, toprak mikrobiyotasının sağlıklı kalmasına ve toprak işlevlerinin sorunsuz devam etmesine yardımcı olabiliriz. Mikrobiyota avcılarının toprak içerisindeki önemli rolleri, bizlere hiçbir canlı grubunu küçümsemememiz gerektiğini açık bir şekilde göstermektedir. Zira, en küçük canlılar bile, insanlar da dahil olmak üzere diğer birçok canlının hayatta kalmasına yardımcı olan işlevsel bir öneme sahip olabilmektedir!
SÖZLÜK
Biyoçeşitlilik
Ekosistem içerisinde bulunan tüm canlı türlerinin çeşitliliği.
Mikroorganizma
Bakteri, fungus ve protistler de dahil olmak üzere çıplak gözle görülemeyecek kadar küçük canlılar.
Mikrobiyota Avcıları
Bakteri ve funguslar ile beslenen canlılar.
Toprak Mikrobiyotası
Toprak içerisinde yaşayan mikroorganizmaların tümü.
Ökaryotlar
Hücreleri içerisinde, DNA’yı içerisinde barındıran çekirdeğe sahip olan; fungus, protist, bitki ve hayvanları içeren canlı grubu.
Protistler
Funguslar, hayvanlar ve bitkiler dışındaki, pek çoğu tek hücreden oluşan ökaryotik canlı grubu.
Nematodlar
Tüm habitatlarda veya bir konakçının içerisinde yaşamlarını sürdüren küçük kurtçuklar. Dünya üzerindeki en bol bulunan hayvan grubu.
DNA Dizileme
Genellikle canlıları teşhis etmek amacıyla kullanılan, bir canlının DNA dizilimini saptamaya yarayan araştırma metodu.
DİPNOTLAR
- Nematod çeşitliliğine genel bir bakış için bkz. www.wur.nl/en/Research-Results/Chair-groups/Plant-Sciences/Laboratory-of-Nematology/Nematode-in-the-picture/Nematode-Pictures.htm.
- Protist şekillerine genel bir bakış için bkz. www.penard.de.
- Topraktan nematod izolasyonu için çevrimiçi bir kılavuz: https://www.ars.usda.gov/northeast-area/beltsville-md-barc/beltsville-agricultural-research-center/mycology-and-nematology-genetic-diversity-and-biology-laboratory/people/zafar-handoo/extracting-nematodes-from-soil-samples/!
REFERANSLAR
- Bar-On, Y. M., Phillips, R., and Milo, R. 2018. The biomass distribution on Earth. Proc. Natl. Acad. U.S.A. 115:6506–11. doi: 10.1073/pnas.1711842115
- Thakur, M. P., and Geisen, S. 2019. Trophic regulations of the soil microbiome. Trends Microbiol. 27:771–80. doi: 10.1016/j.tim.2019.04.008
- van den Hoogen, J., Geisen, S., Routh, D., Ferris, H., Traunspurger, W., Wardle, D.A., et al. 2019. Soil nematode abundance and functional group composition at a global scale. Nature 572:194–98. doi: 10.1038/s41586-019-1418-6
- Geisen, S., Mitchell, E. A. D., Adl, S., Bonkowski, M., Dunthorn, M., Ekelund, F., et al. 2018. Soil protists: a fertile frontier in soil biology research. FEMS Microbiol. Rev. 42:293–323. doi: 10.1093/femsre/fuy006
- Erktan, A., Pollierer, M., and Scheu, S. 2020. Soil ecologists as detectives discovering who eats whom or what in the soil. Front. Young Minds 8:544803. doi: 10.3389/frym.2020.544803
EDİTÖR: Rémy Beugnon, German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv), Germany
BİLİM MENTÖRLERİ: Joyce Sakamoto
ATIF: Geisen S (2021) Super-Small Predators in Soils: Who Are They and What Do They Do? Front. Young Minds 9:597620. doi: 10.3389/frym.2021.597620
CONFLICT OF INTEREST: The author declares that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.
COPYRIGHT © 2021 Geisen. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.
GENÇ ELEŞTİRMENLER
AYA, Yaş: 10
Aya deniz biyolojisi okumak ve köpekbalıkları ve vatozlar hakkında uzmanlaşmak istemektedir. Okulda en sevdiği dersler ise okuma, yazma, matematik ve müziktir. Boş zamanlarında kitap okumayı, zorlu bulmacalar çözmeyi, atletizm ve kros için antrenman yapmayı ve keman çalmayı sevmektedir.
YAZARLAR
STEFAN GEISEN
Stefan, Hollanda'daki Wageningen Üniversitesi Nematoloji Laboratuvarı'nda Yardımcı Doçent olarak görev yapmaktadır. Yaptığı çalışmalar ile topraktaki tüm canlı organizmaları anlamlandırmaya çalışmaktadır. Hasılı, toprakta hangi canlıların yaşadığı, bu canlıların bitki büyümesini ne şekilde yönlendirdiği ve ekosistem ve bizler için neler sağladığını keşfetmek istemektedir. Çalışmalarının ana odağı, topraktaki mikropların en önemli avcıları olan küçük organizmalar olan protistler ve nematodlar üzerinedir. Üç erkek çocuk babasıdır ve kalan zamanlarında arkadaşlarıyla vakit geçirmeyi ve spor yapmayı sevmektedir. *stefan.geisen@wur.nl
TRANSLATOR
Bedirhan Avdancı
FUNDING (TRANSLATION)
The team Translating Soil Biodiversity acknowledges support of the German Centre for integrative Biodiversity Research (iDiv) Halle-Jena-Leipzig funded by the German Research Foundation (DFG FZT 118, 202548816).
