Güneşin hiç ulaşmadığı yerde bir ekosistem
Okyanus tabanında, iç sıcaklığı 350–400 °C’a varan bacaların çevresinde karidesler, yengeçler, midyeler yaşıyor. Oraya ışık hiç inmiyor. O hâlde zincirin ilk halkasını kim kuruyor? Cevap: ışığı değil, kimyasal maddeyi yakan üreticiler.
Ototrof olarak beslenen canlılar, inorganik maddelerden organik madde sentezlerken kullandıkları enerji kaynağına göre iki ana grupta incelenir.
Dikkat edilecek yer: ikisi de ototroftur. Yani ikisi de kendi besinini kendi üretir. Ayrım “besinini üretiyor mu” değil, “üretirken hangi enerjiyi kullanıyor” sorusundadır. Sözcüklerin kendisi de bunu söyler: foto- ışık, kemo- kimya.
Besinlerini kemosentezle üreten canlılara kemoototrof denir. Kemoototrof canlılar, bulundukları ekosistemlerin üretici organizmalarıdır. Bu canlılarda kemosentez yoluyla üretilen besinler, ekosistemlerin enerji akışının başlangıcını oluşturur.
Yani bir ekosistemde üretici olmak için yeşil olmak gerekmiyor; gerekli olan inorganik maddeden organik madde kurabilmek.
Oksidasyon, bir atom veya molekülden elektron ayrılmasını sağlayan kimyasal bir reaksiyondur.
Tanımda “oksijen” geçmediğine dikkat et: oksidasyonun ölçüsü elektron kaybıdır. Karşıtı indirgenmedir; elektronu kaybeden taraf yükseltgenir, alan taraf indirgenir.
Bazı prokaryot canlılar tarafından inorganik maddelerin oksidasyonu sonucu açığa çıkan kimyasal enerji ile inorganik maddelerden (H₂O ve CO₂) organik madde sentezine kemosentez denir.
Tanımdaki “prokaryot” sözcüğü bir sınırdır. Kemosentez yapanlar prokaryotlardır; bitkiler, algler ya da mantarlar kemosentez yapmaz.
Oksidasyon reaksiyonları sırasında açığa çıkan enerji ile ATP sentezlenir. ATP; karbondioksit (CO₂) ve çeşitli kaynaklardan elde edilen hidrojenleri birleştirerek, fotosentezde olduğu gibi kemosentezde de organik moleküllerin üretiminde görev alır.
Yani iki olayın ikinci yarısı aynıdır: CO₂ + hidrojen → organik molekül, enerjiyi ATP taşır. Farklı olan, o ATP’nin nereden geldiğidir — birinde ışıktan, ötekinde bir inorganik maddenin oksitlenmesinden.
Kemosentezde de bir madde “yakılır” gibi görünür, bu yüzden hücresel solunumla karıştırılır. Aradaki fark keskindir: hücresel solunumda organik bir madde parçalanır (glikoz gibi), kemosentezde inorganik bir madde oksitlenir (H₂S, NH₃, Fe²⁺ gibi) ve sonuçta organik madde kurulur. Biri yıkım, öteki yapım işidir. Ayrıca kemosentez bir ototrof beslenmedir; kemoototroflar heterotrof değildir.
Kemosentezde şu inorganik maddeler oksitlenir: hidrojen sülfür (H₂S), hidrojen gazı (H₂), amonyak (NH₃), nitrit (NO₂), demir (Fe²⁺) ve kükürt (S). Altısının da ortak yanı inorganik olmasıdır — hiçbiri besin değildir.
Bazı prokaryotlar ekstrem çevre koşullarında yaşayarak güneş ışığına ihtiyaç duymadan enerji üretebilme özelliğine sahiptir. (“Ekstrem” burada aşırı, uç anlamındadır: çok sıcak, çok asidik, oksijensiz ya da tümüyle karanlık ortamlar.)
Bu organizmaların yaygın olarak bulunduğu ortamlar:
Son maddeye dikkat: liste yalnız okyanus dibiyle bitmiyor. Bir memelinin sindirim sistemi de bu organizmalar için bir yaşam alanıdır.
Kaydırak deniz yüzeyinden tabana iner. Işık azaldıkça fotosentez düşer; kemosentez ise derinlikten etkilenmez.
Hidrotermal bacalar, su ve gaz fışkırtan sıcak su kaynaklarının okyanus tabanında yer alan benzerleridir. Hidrotermal çatlak veya yarık olarak da bilinirler. 1977 yılında, Panama Kanalı’nın 500 km batısındaki Galapagos Adaları’nın bulunduğu Büyük Okyanus tabanında keşfedildiler.
İç kısımlarında 350–400 °C, ağız kısımlarında ise yaklaşık 150 °C sıcaklığa sahiptirler. Okyanuslardaki ısı transferinde önemli rol oynarlar. Fiziksel ve kimyasal özellikleri sayesinde kemosentetik bakteriler için uygun ortam oluştururlar.
Bu nedenle okyanus derinliklerinde, özellikle bu bacaların etrafında, kemosentez yapan bakterilerle beslenen farklı biyolojik canlılara rastlanabilir: karides, yengeç, midye, denizyıldızı ve benzerleri.
Buradaki besin zincirinin ilk halkası bir bitki ya da alg değildir. Güneş ışığının hiç ulaşmadığı bu derinlikte zincir bacadan çıkan inorganik maddelerle başlar. Ekosistemin enerji kapısı güneş değil, bacadır.
Örneğin çöplüklerde yaşayan ve metan üreten arkeler, güneş ışığı olmadan inorganik maddelerden besin sentezler ve bu sırada metan gazı açığa çıkar. Metan gazı; renksiz, kokusuz ve patlayıcı bir gazdır.
28 Nisan 1993 tarihinde İstanbul’un Ümraniye ilçesinde bulunan Hekimbaşı çöplüğünde metan gazı birikmesinden kaynaklanan ve can kayıplarıyla sonuçlanan bir patlama meydana gelmiştir.
Metanın renksiz ve kokusuz olması, tehlikeyi fark etmeyi zorlaştırır; patlayıcı olması ise birikmesini tehlikeli kılar. Bugün düzenli depolama sahalarında çöpten çıkan gazın borularla toplanmasının sebebi budur — toplanan gaz aynı zamanda enerji üretiminde kullanılabilir.
Kemoototroflar, klorofil pigmenti bulundurmadıkları için fotoototroflar gibi ışık enerjisini kullanmaz. Bu nedenle kemosentez yoluyla besin üretimi, gece gündüz fark etmeksizin her zaman gerçekleşebilir. Bu, kemoototrof canlıları fotosentetik ototroflardan ayıran önemli bir özelliktir.
| Ölçüt | Fotosentez | Kemosentez |
|---|---|---|
| Enerji kaynağı | Işık | İnorganik maddelerin oksidasyonu |
| Yapan canlılar | Fotosentetik bakteriler, öglena, algler, bitkiler | Bazı prokaryot canlılar (bakteriler ve arkeler) |
| Klorofil | Var | Yok |
| Işığa ihtiyaç | Var | Yok |
| Ne zaman olur | Işık varken | Gece gündüz fark etmeksizin her zaman |
| Karbon kaynağı | CO₂ | CO₂ |
| ATP kullanılır mı | Evet | Evet |
| Beslenme tipi | Ototrof (fotoototrof) | Ototrof (kemoototrof) |
| Ekosistemdeki rolü | Üretici | Üretici |
Sorular ve şıklar her turda karışıyor.
Akvaryumda balıkların çıkardığı amonyak birikirse balıklar zehirlenir. Filtrenin süngerinde çoğalan bakteriler amonyağı (NH₃) ve nitriti (NO₂) oksitleyerek bu işi yapar — ikisi de kemosentezde oksitlenen maddeler listesinde. Yeni kurulan akvaryumun “oturması” beklenirken beklenen şey, bu bakteri topluluğunun oluşmasıdır.
Kaplıca ve bataklık kenarındaki o keskin koku hidrojen sülfürdür (H₂S). Kemosentetik bakteriler için bu bir yakıttır: onu oksitleyip açığa çıkan enerjiyle besin üretirler. Yani senin “kötü koku” dediğin şey, orada birilerinin enerji kaynağıdır.
Düzenli depolama sahalarında toprağa çakılmış boruları görmüşsündür. Onlar metan toplar. Çöplükte yaşayan metan üreten arkeler güneş ışığı olmadan besin sentezler ve bu sırada metan açığa çıkar. Metan renksiz, kokusuz ve patlayıcı olduğu için birikmesine izin verilmez — 1993’te Ümraniye’deki Hekimbaşı çöplüğünde can kayıplarıyla sonuçlanan bir patlama yaşandı.
Uzun süre kullanılmayan bir borudan gelen kızılımsı, metalik su bazen demir (Fe²⁺) oksitleyen bakterilerle ilişkilidir. Fe²⁺ de kemosentezde oksitlenen maddelerden biridir; bakteri elektronu alır, geriye pas rengi bir çökelti kalır.
Okyanus belgesellerinde siyah duman çıkaran bacaların etrafında kaynaşan karides, yengeç, midye ve denizyıldızları ilk bakışta imkânsız görünür: orada hiç ışık yok. Ama o canlılar kemosentez yapan bakterilerle beslenir. Zincirin ilk halkası bir bitki değil, bir bakteridir.
Ekstrem ortamlar listesinde sabit vücut sıcaklığına sahip bazı memelilerin sindirim sistemleri de var. Bir ineğin işkembesi, dışarıdan bakınca “sıradan” bir yerdir ama oksijensiz, sıcak ve sürekli beslenen bir ortamdır — bu organizmalar için ideal. Beşinci ve altıncı ünitede o mideye tekrar döneceğiz.
Şehrin atık su arıtma tesislerindeki lağım çamuru işleme kazanları da bu organizmaların yaygın bulunduğu ortamlardandır. Kazandaki gazın toplanıp elektrik üretiminde kullanılması, tesisin kendi enerjisinin bir kısmını buradan karşılamasını sağlar.
Bir saksı bitkisi geceleri fotosentez yapmaz; ışık yoksa ışığa bağlı evre durur. Kemoototroflarda ise böyle bir duraklama yoktur: klorofil taşımadıkları için üretim gece gündüz fark etmeksizin sürer. Sınavda “kesintisiz üretim” ifadesini gördüğünde akla gelecek olan kemosentezdir.
Bir bitkiyi ve bir kemosentetik bakteri kültürünü tümüyle karanlık bir dolaba koyarsan bitkinin besin üretimi durur, bakterininki sürer. Karanlık, fotosentez için sınırlayıcı bir faktördür; kemosentez için hiçbir şey ifade etmez.
Ototrofların kullandıkları enerji kaynağına göre fotosentetik ve kemosentetik olarak ikiye ayrılması, oksidasyonun elektron kaybı olarak tanımı, kemosentezin tanımı ve yalnız bazı prokaryotlar tarafından yapılması, oksitlenen inorganik maddeler (H₂S, H₂, NH₃, NO₂, Fe²⁺, S), oksidasyon enerjisiyle ATP sentezi ve CO₂ ile hidrojenlerin birleştirilmesi, kemoototrofların üreticilik rolü, hidrotermal bacaların keşfi ve sıcaklıkları, çöplüklerdeki metan üreten arkeler ve 1993 Ümraniye patlaması, kemosentezin gece gündüz kesintisiz gerçekleşebilmesi
Ototroflar, inorganik maddelerden organik madde sentezlerken kullandıkları enerji kaynağına göre ikiye ayrılır: fotosentetik ototroflarda enerji ışıktan, kemosentetik ototroflarda inorganik maddelerin oksitlenmesinden sağlanır. İkisi de ototroftur.
Bir atom veya molekülden elektron ayrılmasını sağlayan kimyasal reaksiyondur. Tanımda oksijen geçmez; ölçü elektron kaybıdır.
Bazı prokaryot canlılar tarafından inorganik maddelerin oksidasyonu sonucu açığa çıkan kimyasal enerji ile inorganik maddelerden (H₂O ve CO₂) organik madde sentezidir. Yapanlar prokaryottur.
H₂S (hidrojen sülfür) · H₂ (hidrojen gazı) · NH₃ (amonyak) · NO₂ (nitrit) · Fe²⁺ (demir) · S (kükürt). Altısı da inorganiktir.
Oksidasyonda açığa çıkan enerjiyle ATP sentezlenir. ATP, CO₂ ile çeşitli kaynaklardan elde edilen hidrojenleri birleştirerek — fotosentezde olduğu gibi — organik moleküllerin üretiminde görev alır.
Besinini kemosentezle üreten canlıdır. Bulunduğu ekosistemin üretici organizmasıdır ve ürettiği besin, ekosistemin enerji akışının başlangıcını oluşturur.
Kemoototroflar klorofil bulundurmaz, ışık enerjisini kullanmaz. Bu nedenle kemosentez gece gündüz fark etmeksizin her zaman gerçekleşebilir. Kemoototrofu fotoototroftan ayıran önemli özellik budur.
Su ve gaz fışkırtan sıcak su kaynaklarının okyanus tabanındaki benzerleri. Hidrotermal çatlak / yarık da denir. 1977’de, Panama Kanalı’nın 500 km batısındaki Galapagos Adaları’nın bulunduğu Büyük Okyanus tabanında keşfedildi. İç kısım 350–400 °C, ağız ≈150 °C. Okyanuslardaki ısı transferinde rol oynar.
Bacaların etrafında kemosentez yapan bakterilerle beslenen karides, yengeç, midye, denizyıldızı gibi canlılar bulunur. Zincirin ilk halkası bitki değil, kemosentetik bakteridir.
Derin denizler · okyanus ve bataklık diplerindeki oksijensiz çamur tabakaları · çöplükler · lağım çamuru işleme kazanları · sabit vücut sıcaklığına sahip bazı memelilerin sindirim sistemleri.
Çöplüklerde yaşayan metan üreten arkeler, güneş ışığı olmadan inorganik maddelerden besin sentezler; bu sırada metan gazı açığa çıkar. Metan renksiz, kokusuz ve patlayıcıdır. 28 Nisan 1993, Ümraniye Hekimbaşı çöplüğü: metan birikmesinden kaynaklanan, can kayıplarıyla sonuçlanan patlama.
Kemosentez hücresel solunum değildir: solunumda organik madde parçalanır, kemosentezde inorganik madde oksitlenir ve organik madde kurulur. Ayrıca kemosentez bir ototrof beslenmedir — kemoototroflar heterotrof değildir.