Ya Olmasaydı? 9 - Ormanlar ve Fotosentez
ÖMER TUZGU: Merhaba. Bu hafta Artvin Borçka'daki Karagöl Tabiat Parkı'ndayız.
Hayatta kalmak için varlığına muhtaç olduğumuz oksijenin kaynağı arkamda gördüğünüz bu ormanlar. Oksijensiz kalmak yaşamsal fonksiyonları olumsuz etkiler ve canlı yaşamını sona erdirir. Kısaca yaşamımızı sürdürebilmek için oksijene ihtiyacımız vardır. Oksijenin yanı sıra havanın da temiz olması yaşam için olmazsa olmaz şartlardan biridir. Fakat soluduğumuz hava dış etkenlerle sürekli olarak kirlenir. Buna rağmen biz hiçbir zaman havasızlıktan ölmeyiz ve soluduğumuz hava her zaman temizdir. İşte tertemiz havanın ve hayatta kalmak için ihtiyacımız olan oksijenin kaynağı gördüğünüz bu muhteşem ormanlar.
Şimdi hiç vakit kaybetmeden bu harika atmosferde gezimize başlayalım.
Çok güzel bir ormanda, bahçemizde ya da sokağımızda gördüğümüz bir ağacın nasıl oksijen ürettiğini ve soluduğumuz havayı nasıl temizleyebildiğini hiç düşündünüz mü?
Ağaçlar bütün bunları fotosentez denilen bir mekanizmayla gerçekleştirirler. Fotosentez, her insanın yakından incelemesi gereken olağanüstü bir kimyasal işlemdir.
Fotosentez nedir? Fotosentez olmasaydı ve ağaçlar bu işlemi gerçekleştirmeseydi ne olurdu?
Şimdi yeşilin her tonuna sahip ormanlarıyla muhteşem bir görünümde olan Artvin'de bu soruların cevaplarını arayacağız.
Öncelikle fotosentezin nasıl bir mekanizma olduğundan, hangi işlemlerden geçerek nasıl gerçekleştiğinden bahsedeceğim. Fotosentez, bitkilerin karbondioksit ve sudan şeker üretmek için güneş ışığıyla gelen enerjiyi kullanmalarıdır. Bu reaksiyon sonucunda güneş ışığındaki enerji üretilen şeker molekülünün içine depolanmış olur. Bitki bu enerjiden yararlanarak büyümesini sürdürürken bir bölümünü de kimyasal enerji biçiminde hücrelerinde depolar. Şimdi kısaca anlattığım fotosentezin prensibini sizin için hazırladığımız kısa filmimizde izleyelim.
6 su molekülü ve 6 karbondioksit molekülü fotosentez sonucunda 1 şeker molekülü ve 6 oksijen molekülüne dönüşür. Ağaçlarda fotosentez birçok bitkide olduğu gibi yapraklarda gerçekleşir. Yaprakların dış yüzeyleri geniştir. Bu da fotosentez için gerekli olan gaz alışverişini kolaylaştırır. Yaprağın yassı biçimi ise tüm hücrelerin dış ortama yakın olmasını sağlar. Bu sayede gaz alışverişi kolaylaşır ve güneş ışınları fotosentez yapan hücrelerin hepsine ulaşır.
Yaprakların tek görevi fotosentez için ışığı hapsetmeye çalışmak değildir. Havadaki karbondioksiti yakalayıp onu fotosentezin ulaştığı yere ulaştırmaları da aynı derecede önemlidir. Bu işlem de yaprakların üzerinde yer alan gözenekler vasıtasıyla gerçekleşir ve böylece fotosentez reaksiyonları başlar. Gerçekte bütün bu işlemleri yapan bitkinin tamamı değildir. Yaprakları da değildir. Hatta bitki hücresinin tamamı da değildir. Bu işlemleri bitki hücresinde yer alan ve bitkiye yeşil rengini veren kloroplast adı verilen organel gerçekleştirir. Kloroplastlar milimetrenin binde biri kadar büyüklüktedir ve bu yüzden yalnızca mikroskopla gözlemlenebilirler.
Evet, izlediğiniz gibi fotosentez işleminin gerçekleştiği alan son derece küçük. Oksijen ve şekerin üretimi mikroskobik bir ortamda gerçekleşiyor. Fotosentez olayındaki asıl hayret verici noktalardan biri de işte bu. Mekanizması halen tam anlamıyla çözülemeyen fotosentez işlemini bitkiler milimetrenin binde bir büyüklükteki organellerde hatasız olarak gerçekleştiriyorlar. En ufak bir hata olsa örneğin bir ağaç türü fotosentez mekanizmasını yitirse işlevsiz hale gelse bu o bölgedeki canlı yaşamı için hayati tehlike oluştururdu. Bir de bu durum dünya çapında yaygın olsaydı işte o zaman yeryüzündeki canlılık tamamen sona ererdi. Şimdi fotosentez yapan klorofil molekülünü size biraz daha detaylı göstermek istiyorum. İzleyelim ardından devam edeceğiz.
Taklit edilemeyen mükemmel sistemlerden biri fotosentez. Elinize tek bir yaprak alın ve ona dikkatlice bakın. Bu yaprak müthiş kapsamlı kimyasal işlemler sonucunda fotosentez yapar. Bir başka deyişle insanların günümüzde laboratuvarlarda başaramadıkları bir işlemi saniyeler içinde başarır. Küçük bir yaprağın büyük bir sükunetle gerçekleştirdiği bu kimyasal işlem insanın yeryüzünde yaşamını sürdürebilmesinin başlıca sebeplerinden biridir. Bu yaprağın sadece 1 mm karesinde 500 bin adet klorofil bulunur. Fotosentez için gerekli olan ve insanların hiçbir şekilde laboratuvarlarda elde edemedikleri bu muhteşem molekül yaprağın içinde milyonlarcadır.
Klorofil molekülünü daha detaylı incelediğimizde karşımıza daha mükemmel yapılar çıkar. Klorofilin içindeki işlem hızı saniyenin 10 milyonda biri kadardır. Yani yapraktaki suya ulaşan ışığın atom altı parçacıklarını harekete geçirmesi ve onların yörüngelerini değiştirmelerini sağlaması gibi kompleks bir işlem her saniye 10 milyon kere tekrarlanır. Üstelik bu işlem her klorofil molekülünde ayrı ayrı gerçekleşir. Allah'ın dilemesiyle klorofil molekülleri söz konusu işlemleri yapmayı durdursalar veya bitkiye ulaşan ışığın dalga boyu fotosentez yapmaya uygun olmasa, yeryüzünde oksijen sağlayabilecek başka bir kaynak bulabilme imkanı yoktur. Bitkiler fotosentez yapmasa, insan ve hayvanların solunumundan dolayı ortaya çıkan aşırı karbondioksiti tekrar oksijene dönüştürecek başka bir yol yoktur.
Yeryüzündeki yaşamı sürdürebilmek için bir klorofil molekülünün tesadüfler eseri olarak meydana gelip havayı temizlemesini ve besin oluşturmasını beklemek kuşkusuz mantıksız olacaktır. Çünkü böylesine kompleks bir sistemin tesadüflerle oluşması imkansızdır. Bir bitkinin karbondioksit soluyup oksijen açığa çıkarabilecek üstün bir yeteneğe sahip olması büyük bir mucizedir. Bu olağanüstü sistem, alemlerin Rabbi olan Allah'ın büyük bir nimeti, hayranlık uyandırıcı bir eseridir.
Ağaçlar fotosentez yaparken havadaki karbondioksiti yani bizim kullanmadığımız zararlı gazı alır ve onun yerine atmosfere oksijen bırakırlar. Nefes aldığımızda içimize çektiğimiz ve asıl hayat kaynağımız olan oksijen fotosentezin ana ürünüdür. Fotosentez esnasında atmosferden alınan karbondioksit karbon ve oksijen moleküllerine ayrılır. Sonra karbon şekerin meydana getirilmesinde kullanılıp kök, gövde, dallar ve yapraklarda depolanırken oksijen atmosfere bırakılır.
Ağaçlar gün boyunca karbondioksit alıp oksijen vererek yaşamlarına devam ederler. Bir insanın günlük oksijen gereksinimi 500 gram. Bir ağacın yaprağındaysa yaklaşık olarak 5 mililitre oksijen üretiliyor. Yani ortalama 10-12 ağaç tarafından bir insanın bir yıllık oksijen ihtiyacı karşılanıyor.
Allah'ın ağaçları yaratarak bizlere sunduğu nimetler sadece oksijenle kalmıyor. Ağaçlar soluduğumuz havayı da temizliyor. Nasıl mı? Fotosentez işlemiyle.
Nefes almamızın şartı olan oksijen fotosentez olayıyla ışığın olduğu gündüz vaktinde ağaçlar tarafından dışarı verilmeye başlar ve soluduğumuz havayı temizler. Sabahları havanın çok temiz olması yüce Allah'ın kurduğu bu mükemmel sistemden dolayıdır. Allah nefes alma ve sabah vakti arasındaki bağlantının bu mucizevi özelliğini Kuran'da da bildirmiştir, kovulmuş şeytandan Allah'a sığınırım: “Ve nefes almaya başladığı zaman sabaha.” (Tekvir Suresi, 18)
Şimdi fotosentez günün ışımasıyla birlikte sabah erken saatlerde nasıl başlıyor birlikte izleyelim.
Yaşamın temeli olan bütün biyokimyasal süreçler için enerji gereklidir. Bu enerjinin kaynağı hücrelerde depolanmış olan besinlerin yanması yani oksijenle birleşerek parçalanmasıdır. Bu parçalanma sırasında besin molekülleri arasındaki kimyasal enerji açığa çıkar. İşte bitkiler topraktan aldıkları suyu, havadan aldıkları karbondioksitle birleştirerek şeker ve nişasta benzeri karbonhidratlara ve oksijene dönüştürürler. Fotosentez denen bu süreçte oluşan yüksek enerjili besinler dokularda depolanırken oksijen dışarı atılır. İşte nefes almamızın şartı olan oksijen, ışığın yoğun olduğu gündüz vaktinde bitkiler tarafından üretilir ve soluduğumuz havayı temizler. Sabahları havanın çok temiz olması Rabbimizin yarattığı bu mükemmel sistemden dolayıdır. Allah nefes alma ve sabah vakti arasındaki bağlantının bu mucizevi özelliğini Kuran'da şöyle bildirir, kovulmuş şeytandan Allah'a sığınırım: “Ve nefes almaya başladığı zaman sabaha.” (Tekvir Suresi, 18)
Ağaçların yaprakları ayrıca havadaki kirletici maddeleri yakalayan mini filtrelere sahiptir. Yaprak üzerinde gözle görülmeyen binlerce tüy ve gözenekler vardır. Gözenekler tanecikler halindeki havayı kirleten maddeleri tutarlar ve sindirilmek üzere bitkinin diğer bölümlerine gönderirler. Yağmur yağınca da bu maddeler suyla toprağa ulaşırlar. Örneğin 100 yaşındaki bir kayın ağacının yaklaşık 500 bin tane yaprağı vardır. Bir hektar genişliğinde kayın ormanı 68 ton toz, partikül ve bunun gibi katı maddeleri tutar. Yaprakların yaptığı tüm bu işlemler Allah'ın yaratmasındaki muhteşem sanatı gösteriyor. Evet, ormanlar gördüğünüz gibi sadece görsel olarak bir güzellik olarak kalmıyor. Aynı zamanda canlılık için olmazsa olmaz bir öneme sahip.
Biliyor musunuz?
Ağaçlar dünyadaki ısının artmasını engelleyerek dengeyi korurlar. Bu nasıl oluyor derseniz şöyle ki; canlılar havadaki karbondioksitin ve havanın ısısının sürekli olarak artmasına neden olurlar. Her yıl tüm canlıların yaptıkları solunum sonucunda yaklaşık 129 milyar ton karbondioksit atmosfere karışır. Ayrıca fabrikalarda, evlerde, ve taşıtlarda kullanılan yakıtlardan meydana gelen karbondioksit miktarı da en az 18 milyar tonu buluyor. Bu da bize doğadaki karbondioksit miktarının sürekli olarak arttığını gösteriyor. Bu artış dengelenmediği takdirde ekolojik dengelerde bozulma meydana gelebilir. Örneğin atmosferdeki oksijen çok azalabilir, yeryüzünün ısısı artabilir, bunun sonucunda da buzullarda erime meydana gelebilir, Bundan dolayı da bazı bölgeler sular altında kalırken diğer bölgelerde çölleşmeler meydana gelebilir. Tüm bunların sonucu olarak da yeryüzündeki canlıların yaşamları tehlikeye girer. Ama böyle bir durum asla gerçekleşmez. Çünkü bitkiler fotosentez yaparak bu dengeyi sürekli sabit tutarlar. Ağaçların ve tüm yeşil bitkilerin gerçekleştirdiği fotosentez işlemiyle oksijen sürekli olarak yeniden üretilir ve denge korunur.
Kuraklık nasıl oluşur?
Kuraklık yeryüzünün ve atmosferin sudan yoksun kalmasıyla oluşur. Kuraklık tarıma etkiler, hayvanlara zarar verir, doğal meraları yok ederek hayvan yemlerinin azalmasına sebep olur. Ayrıca kuraklık, ağırlıklı olarak suya bağımlı olan sanayilerde de sorunlara yol açar. Örneğin kağıt sanayi üretim yapabilmek için büyük miktarlarda suya ihtiyaç duyar. Nükleer enerji santralleri ise reaktörleri soğutmak için suyu kullanır. Kronik su kıtlığı, 40 yıl içinde yarı yarıya küçülen Aral Gölü gibi göllerin kurumalarına bile neden olabilir.
Kuraklık, uzun bir süre boyunca ortalamanın altında olan yağışlarla oluşur. Kuraklık, yeraltı rezervlerini etkileyebildiği gibi yüzey suyunu da etkileyebilir. Bu da bitkileri etkiler ve hasatları kısıtlar. Ancak çoğunlukla kuraklık, yoğun sulama gerektiren mısır gibi uygun olmayan bitkilerin yetiştirilmesiyle daha da şiddetlenir. Geniş bir alana uygulanan tek türlü tarım gibi teknikler hızlı buharlaşmayı arttırarak çevre üzerinde olumsuz bir etki meydana getirir.
Diğer bir kuraklık türü de göller ve buzullar gibi yeraltı rezervleri ve su kaynaklarıyla bağlantılıdır. Bu rezervler düşük olduğunda doğal çevre dengesi de bozulur. Normal ya da yoğun yağış olsa bile eğer zemin yeterince gözenekli değilse ya da su, insan müdahalesiyle çıkarılmışsa bu durum oluşabilir.
Evet, tüm bunların oluşmaması için yaşadığımız dünyanın bizim için büyük bir nimet olduğunu unutmadan, sahip olduklarımıza her zaman şükrederek, israftan kaçınarak akıllıca hareket etmemiz oldukça önemli.
Peki, fotosentez olmasaydı ne olurdu?
Canlıların yaşayabilmesi için mutlaka enerji gereklidir. Fotosentez dünyadaki yaşamın kullandığı enerjinin tümünü üretir. Yakıt olarak kullanılan maddeleri yakmak için etkili bir araçtır. Bu şekilde de dünyadaki karbondioksit-oksijen dengesi korunmuş olur. Böylece yeryüzünün ısısı belli bir aralık içinde sabit kalır ve çok büyük ısı değişimleri yaşanmaz. Ayrıca ağaçların fotosentezle ürettiği oksijen yaşamın kaynağıdır. Ağaçlar fotosentez yapmasaydı yeryüzünde ekolojik denge olmazdı. Karbondioksit-oksijen dengesi bozulurdu. Ağaçlar, bitkiler besin üretemez ve biz besin ihtiyacımızı karşılayamazdık. Allah eğer fotosentezin var olması için gerekli birçok şartı yaratmasaydı yeryüzünde tek bir canlı olmazdı. Yeryüzündeki birçok olay gibi fotosentez de büyük ve mükemmel bir yaratılışın kusursuz işleyen bir parçasıdır.
Ormanların varlığı bizler için yeri doldurulamaz bir nimet. Neden mi? Çünkü tek bir kayın ağacı bir yıl içinde 7 kilo toz ve 300 kilo zehirli gazı emip dışarı süzer. Ormanlar yakınından geçen 50 metre genişliğindeki bir otobanın trafik gürültüsünü 20-30 desibel oranında azaltıyor. Bir hektar ladin ormanı yılda 32 ton, bir hektar kayın ormanı yılda 68 ton, bir hektar çam ormanı yılda 30-40 ton toz emer. Yapraklı ağaçlardan meydana gelen bir bölgede en az 50 kuş türü yaşayabilir.
Isı tamponu olarak da görev yapan ormanlar bulunduğu bölgede nemi sabit tutarak yazları ısıyı 5 ila 8,5 santigrat derece azaltırken, kışın da 1,5 ila 2,8 santigrat derece arasında arttırabilir. 25 metre boyunda ve yaklaşık 100 yaşındaki bir kayın ağacı kökleri ve kılcal damarları sayesinde yılda 30 bin litre su çekerek toprağın kaymasını önler.
Biliyor musunuz?
Günümüzde havadaki kirin yaklaşık %50'si ormanlar tarafından temizleniyor. Ormanlar, ağaçsız bir alana göre 8 kat fazla humus oluşturarak topraktaki canlıların yaşamasına olanak sağlıyor. 25 metre boyunda ve 15 metre tepe çatısına sahip olan bir kayın ağacı saatte 1,5 kilo oksijen üretirken, 100 yaşındaki bir kayın ağacı 40 kişinin 1 saatte çıkardığı 2.35 kilogram karbon dioksiti tüketiyor.
Evet, rakamlar inanılmaz. Çünkü biz, Allah'ın bizim için yarattığı mucize bir dünyada yaşıyoruz. Yeryüzünde var olan tek bir ağaç bile bu mucizenin bir parçası ve bizim Allah'a şükür etmemiz için müthiş bir sebep.
Fotosentezin canlılık için ne kadar hayati bir öneme sahibi olduğu son derece net. Fotosentez hakkında bugün bilinenler onu taklit ederek güneş enerjisini depolayacak sistemlerin üretilebilmesi için henüz yeterli değil. Buna rağmen aklı ve şuuru olmayan bir yaprak için fotosentez çok kolay bir işlem. Zeka, eğitim ve ileri teknoloji sahibi insanlar bu sistemin taklidini dahi yapamazken milyarlarca yıldır trilyonlarca yaprağın tek tek fotosentez işlemini gerçekleştirebiliyor olması hayranlık verici. Bu kimyasal işlem bitkiler tarafından ilk yaratıldıkları günden beri hiç aksamaya uğramadan gerçekleştiriliyor.
Bitkilerin olduğu her yerde güneş enerjisi kullanılarak karbondioksit ve sudan şeker oluşturan bir fabrika çalışıyor demektir. Yediğimiz ıspanak, salatamızdaki maydanoz, balkonumuzdaki sarmaşık, biz farkında olmadan bizim için sürekli üretim yaparlar. Bu Rabbimizin bizlere duyduğu şefkatin bir sonucu.
Allah bitkileri insanların ve tüm canlıların yararını olacak şekilde yaratmış. Allah Kuran'ın bir ayetinde insanların bir tek ağacı bile yoktan var etmesinin imkansız olduğunu şöyle bildiriyor, kovulmuş şeytanlar Allah'a sığınırım: “Onlar mı yoksa gökleri ve yeri yaratan ve size gökten su indiren mi? Ki onunla, o suyla gönül alıcı bahçeler bitirdik. Sizin içinse bir ağacını bitirmek bile mümkün değildir.'' (Neml Suresi, 60)
Lotus yaprağı mikroskop altında.
Yüzeyinde su ve kir tutmaması nedeniyle lotus yaprağı yıllardır bilim insanlarının ilgi odağı. Süper özelliklere sahip bu bitki taklit edilerek bugüne kadar pek çok teknolojik ürün geliştirildi. Şimdi bu yaratılış harikası lotus bitkisini hücresel boyuta kadar inerek inceleyelim.
Lotus yaprağı süperhidrofobik yani suyu iten birkaç bitki türünden biri. Bu şu anlama geliyor; Bir su damlacığı yaprağın yüzeyine dokunduğunda küre şeklini alıp yaprağın yüzeyinden kayıyor. Bu süper suyu itme özelliği sadece yaprak yüzeyinin kimyasından kaynaklanmıyor. Yaprağın ancak mikro ve nano ölçekte görülebilen yüzey şekli de önemli. Yaprağa yakından baktığımızda girintili çıkıntılı bir yüzeyle karşılaşıyoruz. Bu yüzey şekli suyun yaprağı nemlendirmesini engelliyor.
Şu an yaprağın yüzeyini optik mikroskop altında görüyorsunuz. Mumsu dokuyla kaplı girinti ve çıkıntılar daha belirgin halde. Her çıkıntının genişliği yaklaşık 0,01 mm, yüksekliği ise yaklaşık 0,015 mm. Su moleküllerinin arasındaki çekim kuvveti, girinti-çıkıntıların suyu çekme kuvvetinden daha büyüktür. İşte bu yüzden yaprağın yüzeyine akan su hemen küçük boncuk şeklini alıyor. Eğer yalnızca bu mikro kabarcıklar olsaydı, lotus yaprağı yine hidrofobik yani suyu iten olurdu. Ancak unutmayın lotus yaprağı süper hidrofobiktir. Ve işte bu süper özelliğin sebebi nano ölçekte ortaya çıkıyor.
Bir nanometre metrenin milyarda biri ve şu an lotus yaprağının yüzeyini taramalı elektron mikroskobu altında görüyorsunuz. Mumsu dokuyla kaplı çıkıntıların yüzeyi gördüğünüz gibi pürüzsüz değil, tırtıklı bir yapıda. Daha da yaklaştıkça yüzeyin tüyümsü bir dokusu olduğu görülüyor. Ve daha da yaklaşıyoruz. Evet, her çıkıntının yüzeyinde binlerce nano boyutta tüycük görülüyor. Mikro boyuttaki çıkıntılar gibi nanotüycükler de hava boşlukları oluşturuyor ve bu nedenle su moleküllerinin birbirleri arasındaki çekim kuvveti daha yüksek olup küre şeklini alıyorlar. İşte lotus yaprağının çok iyi derecede suyu iten özelliğe sahip olmasının sebebi bu yaratılış harikası dokusu. Bu sayede yaprak, yüzeyinde hem su tutmuyor hem de yüzeyde biriken toz ve kirlileri su ile birlikte hızla atıyor.
Bilim insanları lotus yaprağının bu özelliğini taklit ederek kendi kendini temizleyen kumaş ve kir tutmayan dış cephe boyaları ürettiler. Allah'ın yaratma ilmindeki eşsiz inceliklerinin keşfi, teknolojik alandaki gelişmelere ışık tutmaya devam ediyor.
Evet, bu hafta sizlere oksijenin kaynağı fotosentezin özelliklerinin ancak bir kısmını anlatabildik. Çünkü fotosentez işleminin detaylarına girsek ciltlerce kitabı dolduracak bilgiyi günlerce anlatmamız gerekir. Bu hafta da sizlere veda etmeden önce unutmayın ekranda gördüğünüz sosyal medya hesaplarımızdan bu programla ilgili tüm bilgilere ulaşabilirsiniz. Haftaya başka bir yerde başka konularla buluşmak üzere. Hoşça kalın.
