Beslenmenin Temeli: Fotosentez

Yazar : M. Ufuk PEKER

Yaşayan her organizma farklı ihtiyaçları için yani yaşamak için besin maddelerine ihtiyaç duyar.

Yaşayan her organizma farklı ihtiyaçları için yani yaşamak için besin maddelerine ihtiyaç duyar. Canlıların bu ihtiyaçlarını karşılamak için yaptıkları faaliiyetlere beslenme ismi verilir. Her canlı bir başka canlıyı tüketerek besin olarak kullanır. Yalnızca bitkiler besin maddeleri dışında havada, suda ve toprakta bulunan organik olmayan maddeleri vüreterek besin maddeleri üretebilirler. Üstelik bunlar için gerekli enrjiyi besinlerden değil, ışıkta bulunan enerjisiyi kullanarak başarabilirler. Bu özellik bitkileri ekolojide besin zinciri olarak adlandırılan canlılar arasındaki beslenme ilişkisinde ilk halka haline getirir. (Biyologlar.com-2020)

Bitkilerin kendi enerjilerini ürettikleri organizma faaliyetine ‘Fotosentez’ ismi verilir. Fotosentez bitki hücrelerinde bulunan ‘Kloroplast’ adıverilen bir organeli sayesinde meydana gelir. Foto sentez olayı bitkilerin sadece yapraklarında oluşur.


1.  Fotosentez Nedir?

Fotosentez, hücrelerinde klorofil bulunduran canlıların, ışıma olayını meydana getiren fotonlarda buluan enerjiyi kullanılarak organik bileşikler üretmesi olayıdır. Fotosentez yoluyla besin üreten canlıların tümüne fotosentetik organizmalar denir. Fotosentetik canlılarınn çok büyük bir kısmı bitkilerdir. Fotosentez yeşil bitkilerin ışıklı koşullarda, basit kşmyasal bileşikleri kullanarak (karbondioksit, su, nitratlar) karmaşık yapılı organik moleküller (protitler, glüsitler, lipitler) üretmesi sürecidir.

Eğer bu enerjin klorofil taşıyan canlıların özellikle  bitkilerin yapraklarınınüzerine düştüğünde  çok küçük bir kısmı, besin olmaya elverişli organik maddelerin yapımında kullanılır. Ve bu besin tüm yaşam döngüsü ve besin zincirinin büyümesinde, çeşitlenmesinde büyük öneme sahiptir. Fotosentezin bu kadar eşsiz ve hayati kılan onun bu özelliğidir. (Turkce Bşilgi – 2020)

1.1. Bitkiler Nasıl Foto Sentez Yapar

Bitkilerde enerji ve besin maddelerinin üretildiği merkez yeşil yapraklardır. Bitki yapraklarını oluşturan hücrelerin içinde kloroplast denilen, çok küçük yapılar vardır. Kloroplastta bulunan ve yaprağa yeşil rengini veren klorofil isimli pigment (boyar madde) aynı zamanda ışığı yakalayaan bir kapan vazifesi görür.  Bitlki yaparakları bir güneş paneli gibi çalışır. Yapraklar üzerinde bulunan Kloroplastlar güneş ışınlarını toplayıp, güneş kollektörlerindeki gibi enerjiye dönüştürler. Bu enerji elektrik değil besin üretimi için kullanılır. Yapraklarda üretilen besin iletim kanallarından, bitkinin beslenmesi gereken diğer organlarına götürülür.

Bitki havadaki karbondioksiti gazını yaprakları vasıtasıyla alır. Aldığı karbondioksiti, güneş enerjisi kullanılarak, nişasta ve diğer yüksek enerjili karbonhidratlara dönüştürülür. Karbon kullanıldıktan sonra ortaya çıkan oksijen ise havaya bırakılır. Bitki daha sonra besine ihtiyaç duyduğunda bu karbonhidratlarda depoladığı enerjiyi kullanır. Bu bitkilerle beslenen canlılar da bitkide bulunan karbonhidratlardan enerji ihtiyaçlarını karşılarlar.

Fotosentezle her yıl yaklaşık olarak 200-500 milyar ton CO2 dönüşüme uğratılmaktadır. Bu nedenle fotosentezin önemi yalnız kalitatif değil ayrıca kantitafitir. Fotosentezle havanın karbondioksiti ve su, karbonhidratlara dönüştürülür. Karbonhidratlar C elementine ek olarak H ve O2 elementlerini de içeren organik besin taşlarıdı. Fotosentez olayının meydana gelebilmesi için gerekli olan maddeler, ışık, klorofil, karbondioksit, su, canlı organizmadır. (Gürsünmez-2019)

1.2. Fotosentez ve Evrim

Yapılan araştırmalar, fotosentezin 3 milyar yıl önce ortaya çıktığını göstermektedir. Fotosentez, tarihsel süreçte sadece ökaryotlarda ve prokaryotlarda görülür. Arkelerde fotosenteze rastlanmamıştır. Ayrıca bakteriler içerisinde fotosentez 6 farklı şubede görülür (siyanobakteriler, proteobakteriler, yeşil sülfür bakterileri, firmikütler, FAP bakterileri ve asidobakteriler). Bu günkü bilgilerimizle bu evrimleşme nasıl gerçekleşmiştir bilinmemektedir.

Ayrıca günümüzde net bir şekilde biliyoruz ki, ökaryotlarda (bitkiler gibi) fotosentez çok önceki dönemlerde, fotosentetik prokaryotların endosimbiyotik bir şekilde evrimleşmeleriyle kazanılmıştır. Yani ökaryotlar bağımsız bir fotosentez evrimi gerçekleştirmemişlerdir. Dolayısıyla fotosentezin ilk olarak prokaryotlarda ve yalnızca prokaryotlar içerisinde evrimleştiğini, sonrasında ise ökaryotlara da aktarıldığını bilmekteyiz. Yani  fotosentezin evrimsel kökeni bakterlerden gelmektedir.

Çalışmalar, fotosentezi içeren basamakların genetik kökenlerinde Evrim Mekanizmaları'ndan biri olan Yatay Gen Transferi'nin yattığını net bir şekilde ortaya koymaktadır. Yatay Gen Transferi'nde genler farklı türler arasında aktarılabilir ve böylece bilgi alışverişi yapılabilir. Bu türden transferlerle fotosentez mekanizmasının farklı prokaryotlar tarafından bu günkü karmaşık mekanizmayı oluşturacak şekilde evrimleştiği düşünülmektedir. (Bakırcı-2020)

Ancak Fotosentesin nasıl evrimleştiği kadar besin zincirini oluşturma ve evrimsel zenginliğe yani türlerin oluşumuna yaptığı katkılar açısından da değerlendirmek gereklidir. Fotosentezin sonucunda enerjisini üretmek zorunda kalan ve az miktarda enerjiyle yetinen tek hücreli canlılardan çok hücreli canlılara geçiş gerçekleşmiştir.

Eğer böyle bir evrimsel gelişme olmasaydı İnsan gibi bir organizmanın kendi besinini üretmesi mümkün olamazdı. Yapılan bilimsel çalışmalar göstermiştir ki, bir insanın gerek duyduğu metabolik enerjiyi kendi üretmesi içim bir tenis kortu kadar alanda fotosentez yapması gerekirdi. (ÖLEZ-2016)

2.  Fotosentezin Unsurları

2.1. Işık

Güneş'ten Dünya’ya  çarpan ışık enerjisinin bir kısmı yansır.  Eğer Mars'a gidipp, yaşadığımız Dünya’ya bakabilseydik,  Dünya’yı  da ışık yayan bir cisim olarak görürdük. Ancak Güneş enerjisin önemli bir bölümü de Dünya tarafından  emilir. Güneş enerjisinin büyük kısmı toprağa ve suaya çarparak ısı enerjisine dönüşür. Dünyayı ısıtır. İklim olaylarının oluşmasında rol alır.

Işığın gerçek tanımının; “elektrik ve manyetik alanın birbirinden ayrılmayacak şekilde uzayda hareket etmesi” olduğunu söyleyebiliriz. Yani ışık aslında iki enerji türünün birbirini tetiklemesiyle  oluşan bir hereket halidir. Işığı oluşturan birimlere Foton adı verilir.  Fotonların oluşturduğu hareket 300.000.000 metre/saniye gibi çok büyük bir hızla gerçekleşir. (Özel – 2017)

Işınım  olayı büyük bir enerji barındır.  Işığın hareketi sırasında oluşan elektirksel enerji fotosentez olayı ile besinlerin oluşmasında ve bitk hücrlerinin ihtiyaç duyduğu enerjinin üretilmesinde kullanılır. Fotosentez olayını gerçekleştiren ışınlar, dalga boyları 400-760 milimikron arasında olan “Görünen ışınlardır”.

Işık, elektromanyetik dalgalar halinde yayılan bir ışınımdır. Işık saydam cisimlerin içinden geçer ancak katı cisimlere çarpar ve yansıyabilir. Açık renkli yüzeyler ışığın çoğunu yansıtırken, koyu renkli yüzeyler ışığın çoğunu soğurarak (emerek, azını yansıtırlar.

Doğada çok farklı ışık türü vardır. Işık, dalga boylarına göre sıralanmıştır. Bu şekilde elektromanyetik spektrum oluşturur. Elektromanyetik spektrumun 380nm ile 750nm arasındaki ışık fotosentez yapmaya uygundur. Bu ışığa görünür ışık denir. Görünür ışık (beyaz ışık) prizmadan geçirildiğinde ışık, dalga boylarına göre renklerine ayrılır.

Işık cisimle karşılaştığında cismin içinden geçebilir. Işığın yansıtılması ve soğurulması mümkündür. Bunun nasıl olacağı cismin kimyasal özelliği ile ilgilidir.  Görünür ışığı soğurabilen cisimlere pigment denir. Pigmentin soğurduğu ışık, fotosentezin gerçekleştirilmesine olanak tanır.

Doğada gördüğümüz ya da göremediğimiz farklı dalga boylarına sahip ışınlar vardır. Işığın dalga boyuna göre sıralanması ve dağılımına elektromanyetik spektrum (tayf) denir. Bu sıralamada gama ve kozmik ışınlar gibi kısa dalga boylu olanlardan, radyo dalgaları gibi uzun dalga boylu olanlarına kadar çeşitli dalga boyları bulunur.

Spektrumda, insan tarafından görülebilen ışığın dalga boyları 3900 °A ve 7600 °A arasında değişir. Görebildiğimiz ışık bandı mor, mavi, yeşil, sarı, turuncu ve kırmızı ışıktan oluşur. En uzun dalga boylu olan kırmızı, en kısa dalga boylu olan ise mordur. Kısa dalga boylu olan ışınlar daha fazla enerjiye sahiptir. (İşer-2020)

2.2. Enerji

Bitkiler fotosentez yapmak için su ve karbondioksit kullanır. Bitkiler, hayvanlar ve oksijenli solunum yapan diğer canlılar havadan oksijen alarak solunum yapar. Canlılar tarafından sürekli kullanılmakta olan bu maddeler hiç tükenmez. Çünkü yaşama birliklerinde ve onun büyütülmüşü olan tabiatta canlılığın aksamadan devam edebilmesi için gerekli maddeler kullanılırken aynı zamanda yenilerinin de üretilmesi gerekmektedir.

Doğada ekolojik önemi olan bu maddeler canlılar ve çevre arasında alınıp verilir. Bu maddeler güneş enerjisi yardımıyla sürekli dolaşım halindedir. Maddelerin ekosistemdeki dolaşımına madde döngüsü adı verilir. Canlılar için gerekli maddeler döngü yoluyla sürekli üretilir, yeniden kullanılır. Canlılar için gerekli olup dolaşımı gereken maddelerin en önemlileri oksijen, su, azot ve karbondur. Fotosentez, bitkilerin güneş enerjisini kimyasal enerjiye çevirdiği işlemdir. Görünür ışık ortamında, bir dizi karmaşık kimyasal reaksiyon sonucunda karbon dioksit ve su glukoz ve oksijene dönüştürülür. (Fen Ehli-2020)

2.3. Besin

Beslenme, canlılığın gereklerini yerine getirmek için gerekli olan maddeleri, canlı dışı ortamdan edinme faaliyetine verilen isimdir. Canlılar beslenme şekillerine göre Ototrof canlılar (kendibeslek), Heterotrof canlılar (ardıbeslek, ışbeslek) olarak ikiye ayrılır. Bu ayrımda temel kriter, canlının yaşamını sürdürmek, diğer deyişle metabolizma faaliyetlerini sürdürebilmek için gereken enerjinin kaynağıdır. Ototrof canlılar bu enerjiyi doğal çevreden alırlar, heterotrof canlılar ise, başka canlıların biyokütlelerinde depolanmış enerjiyi kullanırlar.

Metabolizma için gereken enerji, organizma açısından besindir. Dolayısıyla ototrof organizmalara, kendi besinini üretebilen organizmalar demek de olanaklıdır. Keza, heterotrof organizmalar da başka canlıları "yiyerek" beslenen organizmalardır.

Canlıların beslenme biçimleri yönünden ototrof ve heterotrof olarak ayrımı, bu canlıların kullandıkları karbonun kaynağı açısından da net bir ayrımdır. Ototroflar, metabolizma için gereken karbonu atmosferdeki karbondioksitden alırlar. Heterotrof organizmalar ise gerekli karbonu, diğer canlıların biyokütlelerinden sağlarlar. Dolayısıyla ekosistemde yer alan canlılar, ekosistemdeki karbon çevrimi içinde farklı rollere sahiptirler. (Vikipedi/2-2020)

2.4. Bitki Hücresi

Her canlı hücrelerden meydana gelmektedir. Hücre ise anlının en küçük yapı taşıdır. Hücreler bir araya gelerek canlıyı oluşturmaktadır. Bu bilgiye dayanarak bitkilerinde hücrelerden meydana geldiğini söyleyebiliriz. Bitki hücresi insan hücresine göre bazı farklılıklar göstermektedir. Bu nedenle bitkiler hareket edememektedirler.

Bitki hücresi içerisinde bulunan koful bitkinin hücre içerisinde oluşan basıncı yani turgorunu düzenlemektedir. Bitki hücreler genellikle bir kitleden meydana gelmektedir. Bitki hücreleri fotosentez olayını gerçekleştirerek gelişme ve büyüme sağlarlar. Bu durumun sağlanmasında hücre içerisindeki organellerin büyük etkileri vardır. Bitki hücresi içerisinde birçok organel vardır. Bu organellerin hepsinin birer görevi vardır. Bu görevlerden herhangi birinin yapılmaması bitki hücresinin yaşamının sona ermesi ile sonuçlanabilir. (OMU-2020)

2.5. Koloroplast

Klorofil pigmenti taşıyan yeşil plastiddir. Fotosentezin gerçekleşmesini sağlar. Dış ve iç olmak üzere iki katlıdır. İç zarı düzdür.İçi stroma ile doludur. Bu sıvı içerisinde DNA, RNA, ribozom, enzim de dahil olacak şekilde birçok organik ve inorganik madde bulunur. İçinde üçüncü bir zar sistemi bulunur. Buna tilakoit zar sistemi denir. Klorofiller granumların tilakoit zarına tutunmuş bir şekilde bulunur. Granumlar tilakoit ara lameller ile birbirine bağlanarak granaları oluşturur. Kendini eşleyebilir ve protein sentezi yapabilir. (Selin Hoca-2020)

2.6. Klorofil

Fotosentezde görev alan birçok pigment vardır. En temel fotosentez pigmenti klorofildir. Klorofil pigmenti kırmızı ve mor ışığı soğururken yeşili yansıtır. Yeşili yansıttığından klorofil yeşildir. Klorofilin yapısında Mg, N, C, O, H atomları bulunur. Fe ise yapısına katılmaz. Ancak, üretimini sağlayan enzimin çalışması için gereklidir. (Selin Hoca-2020)

2.7. Fotosenteze Yardımcı Pigmentler

Klorofilin soğurabildiği dalga boylu ışıklardan daha farklı dalga boyundaki ışıkları soğururlar. Böylece farklı dalga boylarında da verimli fotosentez gerçekleşmesi sağlanır. Zararlı ışıklardan klorofili korurlar. (Selin Hoca-2020)

3. Fotosentez Denklemi

Genel fotosentez denklemi şöyledir: n sayıda CO2 ile 2n sayıda H2O yeteri miktarda Işık enerjisi ile tepkimeye girer ve  n sayıda CH2O, n sayıda O2 ve n sayıda H2O ortaya çıkar. Ancak fotosentezin ana ürünleri heksoz şekerleri ve nişastadır. Bu nedenle, kimyasal olarak aşağıdaki spesifik (basit) denklem fotosentezi ifade etmek amacıyla kullanılmaktadır.

6CO2 + 12H2O + Işık enerjisi → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O + 673 Kalori

Fotosentezle ortaya çıkan tepkimede C, CO2′den ve H, H2O’dan gelmektedir. Yukarıdaki denklemde görüldüğü üzere basit karbonhidratların yapısına katılan O2′nin sudan mı yoksa karbondioksitten mi geldiği sorusu önem taşımaktadır. Bu konuya radyoaktif ağır su ile yapılan denemelerle açıklık getirmiştir. Radyoaktif olarak işaretlenmiş 0218 ile fotosentez sonucu açığa çıkan O2′nin sudan geldiği bulunmuştur. Karbonhidratların yapısına katılan O ise, karbondioksitten olmaktadır.

Fotosentez sırasıyla aydınlık ve karanlık safha olmak üzere 2 kısımda gerçekleşir. Aydınlık safha için ışık gereklidir. Karanlık safhada ise ışık kullanılmaz. Fakat karanlık safhada aydınlık safhanın ürünleri kullanıldığı için aydınlık safha olmadan karanlık safha gerçekleşemez. Ayrıca bakterilerde H kaynağı olarak H2O kullanılmadığı için ürün olarak O2 açığa çıkmaz. (Vikipedi/1, 2020)

4. Fotosentezin Önemi

Bitkiler, algler ve bazı bakteriler gibi fotosentez sürecine dahil olan organizmalar önemli bir ekolojik rol oynar. Bu organizmalar şeker sentezlemek için ışığı kullanarak kimyasal enerji ve sabit karbonun ekosistemlere girmesini sağlar. Ayrıca bu canlılar ışığı kullanarak kendi besinlerini üretebildiği ve kendi karbonunu sabitleyebildiği için fotootroflar (ışığı kullanarak kendi kendini besleyenler) olarak adlandırılır.

Karbondioksidi kendiliğinden organik bileşiklere dönüştüremeyen insanlar ve diğer organizmalar heterotroflar veya dışbeslenenler olarak adlandırılır. Heterotroflar diğer organizmaları veya bu organizmaların yan ürünlerini yiyerek sabit karbon alır. Hayvanlar, mantarlar, birçok prokaryot ve protist heterotrof canlılardır.

Fotosentez hem sabit karbon ve enerjinin ekosistemlere girmesini sağlar hem de Dünya atmosferinin yapısını etkiler. Fotosentetik organizmaların çoğu oksijeni bir yan ürün olarak üretir. Bundan yaklaşık 333 milyon yıl önce siyanobakteriye benzeyen bakterilerde fotosentez yapılması Dünya üzerindeki yaşamı tamamen değiştirdi. Bu bakterilerin oksijen salgılaması atmosferdeki oksijen yoğunluğunun artmasına neden oldu. Oksijen yoğunlu hücresel solunum için oksijen kullanan organizmaların (aerobik solunum yapan canlılar) evrimini etkiledi. Yani bizler de fotosentez sayesinde ortaya çıktık.

Bu gün ‘Küresel Isınma’ adı verilen iklim değişiminin önünde durabilmemizi sağlayacak en önemli unsur FOTOSENTEdir. Fotosentez yapan organizmalar atmosferde bulunan karbondioksidi karbon atomlarını organik moleküller üretmek için kullanır. Dünya'da bol miktarda bulunan bitkiler ve algler olmasaydı atmosferde karbondioksit birikirdi. Fotosentez yapan organizmalar insan etkinlikleri nedeniyle ortaya çıkan karbondioksidin bir kısmını temizleyebilir. Atmosfer biriken karbon sıcaklığı etkiler ve iklimin değişmesine neden olur. (KHAN Academy-2020)

İnsanın refah arayışı sonucu yok olan ormanlar, bilinen hayatın sonunu getiriyor. Yaşamın tek dayanağı olan beslenme zinciri yok oldukça Dünya insan da dail tüm yaşayanlar için yaşanmaz hale gelecektir. Fotosentezin sürmesi hem besinn zincirinin sürmesi, hem de ‘Küresel Isınma’nın  son bulması açısından öneml,idir. Ancak, besin zincirindrki pek çok canllı Bitkilerin yaşamını sürdürebilmesi açısından zorunludur.

Bitki artıklarının çabucak ortamdan uzaklaştırılması, sindirilmesi, çürütülmesi, çiçeklerin döllenmesi, tohumların yayılması, ölmek üzere olan bitkilerin yok edilip döngüye katılması, artan otçulların baskılanması, leşlerin tüketilip gübre haline gelmesi vb. olmadan bitkiler de ayakta duramaz.

İşin özü ya tüm besin zincirinş koruyacağız ya da besin zinciriyle birlikte yok olacağız. Çünkü biz de doğanın bir parçasıyız. Bunun teknolojik bir çözümü olabikleceğini düşünenler, hayattı anlamamış CAHİLLERdir. En korkuncu da kendilerinin zeki, bilgili ve başarılı olduğunu düşünmeleridir.

Kaynaklar:

Görseller: