Hareket edebilen hayvanların çoğu güneşli bir yaz gününde kendilerini korumak için hızla öğle güneşinden korunacak bir yer arayabilir. Hem fotosentetik algler hem de bitkiler Güneş’in güçlü ışınlarına maruziyetlerini azaltmak zorundadır, ancak bunu hareket ederek yapamazlar. Yosunların bu başarıyı gösterme kabiliyeti şimdi Amsterdam Üniversitesi uzmanları tarafından açıklandı. Bu keşif, hareket etmeyen canlıların ışığın zararlarından nasıl kaçtığına dair temel bir açıklama sağlıyor ve ışık hasadı uygulamalarında malzeme geliştirme için etkileri olabilir.
Gün boyunca, fotosentetik süreçleri kullanan organizmalar var olur. Bitkiler ve algler, kloroplast olarak bilinen pigment dolu yapıları kullanarak güneş enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürerek hayatta kalmak için gereken yakıtı üretirler. Bununla birlikte, Güneş’in yoğunluğu çok fazlaysa, bir bitki yönetebileceğinden daha fazla enerji alabilir ve yok olabilir.
Deniz biyologlarının gözlemleri
Karasal bir bitkinin her bir yaprak hücresi içindeki disk şeklindeki çok sayıda kloroplastı, yoğun ışığa maruz kaldığında toplu olarak yeniden düzenlenir ve hücre hasarını azaltırken ışık emilimini en üst düzeye çıkaran bir düzen benimser. Deniz biyologlarının gözlemlerine göre, dinoflagellatlar veya tek hücreli su yosunları da yoğun ışığa tepki olarak morfolojik değişikliklere uğrar.
Ancak, her bir dinoflagellat hücresinde sadece bir kloroplast bulunduğundan, bilim insanları bir dinoflagellat hücresindeki kloroplastın form değiştirme yönteminin, karasal bitki hücrelerindeki kloroplastlar tarafından kullanılan yöntemle aynı olmadığını tahmin ettiler. Ancak bu teori kanıtlanamamıştı.
Amsterdam Üniversitesi araştırmacıları, dinoflagellat hücrelerinin kendilerini güneşten nasıl koruduğuna dair gizemi çözmek için sert duvarlı, tek hücreli alg Pyrocystis lunula’yı inceledi. Bunun gibi sıcak su algleri denizi maviye dönüştürme kapasiteleriyle tanınıyor.
Ayrıca, P. lunula gündüz (fotosentez) ve gece (biyolüminesans) ışıkla çalışan çeşitli faaliyetler gerçekleştirerek araştırmacılara çeşitli kloroplast durumlarını inceleme imkânı vermektedir.
Araştırmacılar, P. lunula hücrelerinin farklı yoğunluktaki beyaz, mavi ve kırmızı ışığa karşı davranışlarını inceledi. Bu maruziyetlerden sonra her bir hücredeki kloroplastların şeklindeki değişiklikleri mikroskop kullanarak gözlemlediler.
Araştırmacılar, her bir hücrenin kloroplastının yoğun beyaz ışık ya da gün ışığı karşısında hızla küçüldüğünü ve sadece beş dakika içinde yüzey alanında %40’lık bir azalma olduğunu gördüler. Hesaplamalara göre, bu küçülme bir P. lunula hücresinin emme kapasitesini %10’a kadar düşürebilir. Araştırmacılar fotosentetik süreçler için elverişli olan loş kırmızı ışığa geçtiklerinde, kloroplastın büyüdüğünü ve yaklaşık 30 dakika içinde başlangıçtaki boyutuna ulaştığını keşfettiler.
Ekip üyesi Schramma’ya göre bu bulgular, gelen ışığın özelliklerinin kloroplastın yapısını belirlediğini kesin olarak gösteriyor.
Fotoğrafların detaylı incelenmesi sonrasında araştırmacılar, P. lunula’nın kloroplastının iç yapısının örme bir süvetere benzediğini keşfetti: iç içe geçmiş filamentlerden oluşan gözenekli bir ağ. Böyle bir yapının herhangi bir yönde esneyebileceği ve uzayabileceği iyi bilinmektedir. Schramma, kloroplastı açıklamak için bir benzetme olarak, nefes egzersizlerinde sıkça kullanılan bir çocuk oyuncağı olan Hoberman küresini kullanıyor. Normal bir top, hacim korunumu ilkesi nedeniyle ilk boyutta sıkıştırıldığında başka bir boyutta genişleyecektir.
Bununla birlikte, sadece tek bir yönde sıkıştırıldığında bile, bir Hoberman küresi her yönde büzülür. P. lunula kloroplastı, zamana bağlı dinamiklerinin analiziyle doğrulandığı üzere, sıkıştırıldığında içe doğru katlanarak ve deforme olarak böyle bir küre gibi davranıyor.
Çalışma Miami Üniversitesi’nden biyofizikçi Vivek Prakash tarafından “güzel” olarak nitelendiriliyor. Yazara göre çalışma sadece bir dizi fizik ve matematik prensibini (ağ dinamiği, topoloji, mekanik ve metamalzemeler) entegre etmekle kalmıyor, aynı zamanda “ışık-biyolojisi araştırma topluluğuna önemli ölçüde fayda sağlayacak önemli nicel yöntemler ve araçlar” da sunuyor.
Kaynak: physics.aps.org/articles/v17/103
