Bitki biyologları, ayçiçeklerinin büyüme hormonlarına bağlı çalışan iç sirkadyen (24 saatlik) saatlerini kullanarak gün boyunca güneşi nasıl takip ettiklerini keşfettiler. Güneşi takip etmek, bu bitkilerin daha hızlı büyümelerini ve biyokütlelerinin artmasını sağlıyor.
Yaz geldi ve Yolo County’deki tarlalar sıra sıra dizilmiş birer nöbetçi edasıyla güneşin doğuşunu izleyen ayçiçekleriyle doldu. Yakınlardaki Kaliforniya Üniversitesi’nin Davis kampüsünün bitki biyologları ise, onların büyüme hormonlarına bağlı olarak çalışan sirkadyen (24 saatlik) iç saatlerinden yararlanarak gün boyunca güneşi nasıl takip ettiklerini keşfediyorlar.
“Doğal ortamındaki bir bitkinin biyolojik saatinin büyümesini denetim altında tutuşunun ve gerçekten bitki üzerinde önemli bir etkisi olmasının ilk örneği” diyor Stacey Harmer; Kaliforniya Üniversitesi, Davis’ten bitki biyolojisi profesörü ve Science dergisinde yayımlanan araştırma yazısının başyazarı.
Harmer, sirkadyen saatler üzerinde çalışan bir moleküler biyolog. Daha çok laboratuvarda, ayçiçeklerinden hayli küçük olan Arabidopsis (daha çok kayalarda yetişen bir tere) türü ile çalışıyor. Daha önce Harmer’ın laboratuvar ekibi “saat” genleri ile büyümeden sorumlu oksin hormonu arasında bağlantılar ortaya çıkarmıştı. Ancak Harmer’in Kaliforniya Üniversitesi Berkeley’deki çalışma arkadaşı Benjamin Blackman ve Virginia Üniversitesi’ne üzerinde çalışılacak bir örnek gerekiyordu. İhtiyaçları olanı da ayçiçeğinde buldular.
Doğudan batıya, sonra da geriye
Büyümekte olan ayçiçekleri, güne başları doğuya dönük başlar, gün içinde başlarını batı yönünde çevirirler, gece olunca da doğuya geri dönerler.
“Bitki bir şekilde güneşin ne zaman nereden doğacağını sezebiliyor, bana göre bu iç saatin büyüme süreci ile bağlantılı olması için bir neden” diyor Harmer. Biliminsanları ayçiçeklerinin davranışlarından daha 1898’de bahsetmekteydiler, ama hiç kimsenin aklına bunun sirkadyen ritimlerine bağlı olabileceği gelmemişti.
Harmer’ın laboratuvarındaki doktora sonrası araştırmacı Hagop Atamian, Blackman’ın Virginia Üniversitesi’ndeki (şimdi UC Berkeley’deki) laboratuvarı ile işbirliği içerisinde tarlalarda, dışarıdaki saksılarda ve kapalı ortamda yetiştirilen ayçiçekleri üzerinde çeşitli deneyler gerçekleştirdi.
Bitkileri hareket edemeyecekleri şekilde dizerek ya da saksılardaki bitkileri, günaşırı yanlış yöne doğu çevirerek Atamian, güneşi takip etmelerine engel olabileceğini kanıtlamış oldu. Güneşi takip etmek, bitkilerin hızlı büyümesini sağlıyor. Araştırmaya göre hareket edemeyecek şekilde dizilmiş olan ayçiçeklerinin biyokütleleri ve yapraklarının yüzey alanları hareket edebilenlere göre daha az oluyor.
Bitkiler kapalı bir alandaki, tepede sabit bir ışığı olan seraya getirildiklerinde ise, birkaç gün başlarını çevirmeye devam ettikleri gözlemlendi. Harmer’a göre, biyolojik bir iç saate göre işleyen bir mekanizmadan beklenen de tam da buydu.
Sonunda, yapay ışık kaynağı gün boyunca seranın etrafında -yan yana duran ışıkların açılıp kapatılmasıyla- hareket ettirildiğinde, içerideki bitkiler de “güneşi” yeniden takip etmeye başladılar. Yapay bir gün 24 saate yakın olduğu sürece bitkiler, güneşin hareketini takip etmede oldukça başarılıydılar, ancak bir “gün” 30 saate yaklaştırıldığında aynısı geçerli olmadı.
Saatler ve iki büyüme mekanizması
Peki bitkiler gün boyunca gövdelerini nasıl hareket ettiriyor? Atamian, bitkilerin gövdelerine mürekkeple küçük noktalar koyup gün boyunca kameraya kaydetti. Bu sayede, çekimi hızlandırarak noktalar arası mesafelerin nasıl değiştiğini ölçtü.
Atamian’ın ölçümlerine göre bitkiler güneşi takip ederken gövdenin doğu yanı, batı yanına göre daha hızlı büyüyordu. Geceleri, gövde diğer yöne doğru dönerken de batıda kalan taraf daha hızlı büyüyordu. Ekip aynı zamanda gündüzleri güneş alan tarafta (geceleri de diğer tarafta) daha aktif olan genler keşfetti.
Harmer, ayçiçeği gövdesinin gelişiminde etkili olan iki farklı büyüme mekanizması olduğunu söylüyor. İlki ortamdaki ışık miktarına göre ortalama bir büyüme hızı belirlerken diğeri sikradyen saate ve ışığın geliş yönüne bağlı olarak gövdenin bir tarafının daha hızlı büyümesini sağlıyor. Bitki de bu şekilde gün içerisinde doğudan batıya salınmış oluyor.
Güne bakmak
Erişkinliğe ulaşmış çiçekler neden güneşe bakmaya devam ediyor peki? Araştırmacılar, saksılarda yetiştirilen ayçiçeklerinin bir kısmını batıya doğru çevirdiler. Kızılötesi kameralarla yaptıkları ölçümler, doğuya bakan çiçeklerin sabahları daha hızlı ısındığını, üstelik tozlaşmaya yardımcı olan böcekler için batıya bakanlardan beş kat daha çekici olduklarını gösteriyor. Batıya dönük olan çiçekler bir ısıtıcıyla ısıtıldıklarında polen taşıyıcı böceklerin bu bitkilere geri döndüğü gözlemlendi.
“Arılar sıcak çiçekleri sever” diyor Harmer. “Tıpkı insanlar gibi bitkiler de işlevlerini sürdürebilmek için gece-gündüzün 24 saatlik ritmine güvenirler” diyor programın başındaki Anne Sylvester. “Ayçiçekleri, güneş enerjisi panelleri gibi güneşi doğudan batıya takip ederler. Araştırmacılar, bu bitkilerin güneşi nasıl ve neden takip ettiklerini anlayabilmek için ayçiçeği genomundaki bilgilerden faydalanıyorlar.
