Azot ve fosforun su bünyesindeki değişimleri
Hücrelerin yaşamı için gerekli olan fosfat, çeşitli organik formlara bağlı olan ortofosfat bileşikleri şeklinde organik dokuda bulunur. Bu bağların en önemli işlevi enerji transformasyonudur. Azot için biyokimyasal istek bilindiği gibi aminoasit oluşumu içindir. Bunlar protein ve enzimlerin sentezi için gereklidir.
Azot ve fosfatın transformasyonunu 3 ayrı alana ayırabiliriz:
• Su bünyesine girme
• Su da metabolik reaksiyonlar
• Sistemden taşınma
Fosfat ve azot; yağmur suları, nehir ve çayların taşıdığı tarımsal ve kentsel atıklar ve mineral depozitlerden yeniden oluşum yolu ile sisteme girerler. Bu üç kaynağa ilave olarak, azot sisteme azot fiksasyonu ile girip denitrifikasyon yolu ilede çıkmaktadır. Sisteme giren azot ve fosfor bileşiklerinin sistemden çıkışına kadar geçen süreçlerin tamamı azot ve fosfor döngüsü olarak tanımlanmaktadır.
Ötrofikasyona neden olan en önemli organizmalar mikro alglerdir. Bu organizmaların fotosentetik kabiliyeti, sadece fosfat ve azot artışı ile orantılı olarak artmamaktadır. Ötrofikasyon da bir çok diğer faktörlerinde rolü vardır. Örneğin sıcaklık, ışık yoğunluğu, enerji sağlamak için kullanılan organik kimyasalların varlığı, kimyasal toksikler ve mikroherbivorlar veya zooplanktonların ortamdaki aktiviteleri bu işlevde rol oynamaktadır.
Ötrofikasyondan sorumlu olan mikro-algleri bazı taksonomik gruplar altında toplayabiliriz. Bunlardan en önemlisi Cyanophyceae ya da mavi-yeşil alglerdir. Mavi-yeşil algler terimi aslında yanlış bir adlandırmadır. Çünkü bu grup aslında fotosentetik pigmentler içeren bir prokaryot grubu olarak özelleşmiştir. Fotosentez tipi genelikle bakteriyal fotosentezden çok gerçek alglerde bulunana benzemektedir.
Cyanophyceae'nin bir çok türü olmasına rağmen, ötrofikasyon oluşturabilen yaklaşık yirmi tür dikkati çekmektedir. Barica adlı bir araştırıcı sığ göllerde alglerin geliştiğini, yoğun çiçekler meydana getirdiğini ve bunların oksijen yetersizliği nedeniyle biriktiğini ortaya koymuştur. Bu işlemler sonucu azot ve fosfatın serbest kalması ve algal bloom (alg patlaması) olayının meydağa geldiğini ortaya koymuştur. Sonuçta bu şekilde su çiçekleri oluşmaktadır.
Su çiçeklerinin teşkil eden yetenekli türlerin, Cyanophycea'in değişik grupları olduğu bilinmektedir. Hepsi de gaz vakulü olarak tanımlanan bir özelliği sahiptirler, ama bunlar arasında çok geniş bir tür olan Synechococcus istisnadır.
Gaz vakuller elektronik mikroskopla incelendiği zaman içiboş (çukur) membran görünmektedir, buna gaz vesikül (kesecik) denir. Bunlar birbirlerine yığındığı zaman bal peteği hücreleri gibi görünüm oluştururlar. Veskül duvarı çözülmez bir proteindendir ve yaklaşık 2 atmosfer basınca karşı koyabilmek için, yapıya bir sertlik verir. Daha yüksek basınçlarda vesikül parçalanabilir.
Anabeaena flos-aquae ile yapılan ölçümler, gaz vaküllerin hacminin kültürün yaşı ile arttığını göstermektedir keseciklerin rolü batmazlığı sağlamak ve alge yüzme imkanını vermektir.
Dinsdale ve Walsby, A. Flos-aquae yüksek yoğunlukta bir ışığın ortasına yerleştirildiğinde, hücrenin hidrostatik basıncının arttığını ve gaz boşluğunun sönerek hücreyi daha az yoğunlukta aydınlatılmış bir bölgeye doğru batırdığını bulmuşlardır. Bir alg populasyonunun su üzerinde yüzüp yüzmeyeceğine karar veren kritik faktör, populasyonun yüksek ışık yoğunluklarına gösterdiği dirençtir. İkincil bir faktör olarak da, su da oluşan yüksek populasyonlarda besin maddesinin tüketilmesidir. Şimdiye kadar açıklanmamış bir problem ise, su populasyonlarından alınan birçok hücrenin zayıf göründüğü ve laboratuar koşulları altında çoğalmadıkları gerçeğidir.
Su üzerinde yüzme mekanizması, hücreye nötr bir yüzme yeteneği verir ve birçok gölde bulunan mavi-yeşil alglerin değişik katmanlarda çökelmelerinin nedenini açıklar. Bazı türler generatif hücrelerde gaz boşlukları oluşturur ve böyle bir durumda bu olayın rolü hücrenin yükselmesine, ebeveynden ayrılmasına ve yeni bir koloni kurmasına izin veren, bir ayrılma mekanizması oluşturmaktır. Cyanophyceae’nin gaz boşluklarının yapısı, fonksiyonu ve fizyolojisi Walsby tarafından araştırılmıştır.
Ortak birçok fizyolojik özellikleri olmasına rağmen, gaz boşluklarının populasyon oluşturan mavi-yeşil algler arasındaki tek ortak yapısal özellik olarak karşımıza çıkar. Fitzgerald ve arkadaşları, 2,3 DNQ’nun (2,3 dikloro-1,4 naphthoquinone) alg patlaması oluşturan Cyanophyceae için seçici bir toksisiteye sahip olduğunu ve bu bileşiğin eklenmesinin beyazlaşmaya (ağarmaya) ve hücrelerin eriyip yok olmasına neden olduğunu belirtmektedirler. Ayrıca bunlar diğer alglere göre, bu tip populasyonları kontrol etmede etkin olarak kullanılan bakır ve bakır sülfata karşı hassastırlar.
Birçok yazarın belirttiği gibi, organik azotun inorganik azottan daha yavaş alınması nedeniyle organik materyallerin rolünün belirgin olmamasına rağmen, birçok yazar alg populasyonu oluşumu ile bir ay önce çözünen organik azot konsantrasyonu arasında bir korelasyon olduğunu söylemektedirler. Organik bileşikler, alglerin daha hızlı gelişmelerine neden olan metabolit veya vitamin kaynağı gibi davranabilirler; ya da müsılajlı (zamklı) bakterilerin gelişmesine izin vererek çözünmüş karbondioksit seviyesinin yükselmesine ve algal fotosentezin desteklenmesine neden olabilirler. Goldman ve arkadaşlarının, Scenedesmus’un gelişim oranı sınırlandıran faktörün çözünmüş karbondioksit seviyesi olduğunu söylediklerini düşünürsek -ki Scendesmus’un Cyanophyceae’nın bir üyesi olmamasına rağmen-, bu son faktör oldukça önemli olabilir. Organik materyalin tamponlayıcı etkisi olabileceği de bildirilmektedir.
Birçok populasyon oluşturan türün çevresel fosfat kaynaklarını tamamlamak için kullanılabilecek çok büyük polifosfat rezervlerini akümüle edebilme yeteneği göz önünde tutulduğunda, bir alg populasyon yoğunluğunu fosfat seviyesiyle ilişkilendirme girişimlerinin oldukça karmaşık olduğu görülür. Shapiro, fosfat alımının mevcut anyonların konsantrasyonu ve tipi tarafından etkilendiğini belirtmektedir ve ayrıca bazı türler için gerekli optimum fosfat seviyeleri göz önünde tutulduğunda, alandaki gözlemlerle laboratuar sonuçları arasında oldukça fazla uyuşmazlık olduğu görülmektedir.
Bir çok Cyanophyceae azot fikse edilebilir ve bunun nedeni ise nitrojenaz enzimi sayesinde atmosferik azotu amonyağa çevirebilmeleridir. Bu şu anlama gelir: teorik olarak azot hiçbir zaman mavi-yeşil alglerin gelişim oranının sınırlandırıcı bir faktör olamaz. Nitrojenazın geniş bir özgüllük substratı vardır ve bazı bileşikleri indirgeme yeteneğindedir. Her türlü şart altında kullanılması mümkün olmamasına rağmen, normalde kullanılan tahlil metodu asetilenin indirgenmesidir. İlk oluşan kararlı son ürün amonyaktır ve kullanılan hidrojen vericisine bağlı olarak türler farklılık gösterir. Bazıları moleküller hidrojeni kullanırken, diğerleri organik bileşikleri kullanır. Her türlü durumda nitrojenin indirgenmesi enerji gerektirir. Nitrojenazın yapı ve fonksiyonu son zamanlarda Mortenson ve Thorneley tarafından araştırılmıştır; ve biyolojik azot fiksasyonu Shamugam ve arkadaşları ve Postgate tarafından incelenmiştir.
Bazı tek hücreli türlerin de bu reaksiyonu gerçekleştirmesine rağmen, en bilinen azot fikse eden Cyanophyceae formları heterokist olarak adlandırılan oldukça özelleşmiş hücreler içeren filamentli formlardır. Heterokistlerin işlevi hakkında belirli tartışmalar olmuştur; ancak günümüzde azot fiksasyonunun gerçekleştiği yer olarak kabul edilmektedir.
Birçok durumda Cyanopyhceae’nın diğer türlere toksik olan kimyasallar ürettiği gözlenmiştir ve bir bakteri türü olan Bacillus, Anabaena circinalis tarafından sentezlenen koku üretici bir bileşik olan geosmini degrade etmekte kullanılmaktadır. Maksimum organik madde açığa çıkışı gelişimin lag fazı boyunca görülür ve hücrenin ölmesinden sonra görülmez. Tassignay ve Lefevre, Aphanizomenon gracile ve Oscillatoria planctonica populasyonların içinden alındığı suyun diğer alglerin gelişimini engelleyici olduğunu göstermişlerdir.
Bu alglerin diğerlerine olan toksisitesi hakkında çok iyi bir dökümantasyon hazırlanmamıştır; ancak Cyanophyceae üyelerinin birçok ülkedeki insan ve evcil hayvan hastalıklarından sorumlu olduğu belirtmektedir. Çeşitli salgınlardan sorumlu organizmalar çoğunluk Microcystis, Anabaena ve Aphanizomenon türleridir. Gasto-enterit (mide ve bağırsak iltihabı) ve çeşitli alerjik durumlar su kaynaklarında alg populasyonların görülmesinden sonra ortaya çıkmıştır.
Cyanophyceae en çok rastlanılan olmasına rağmen, patlama oluşturan tek alg grubu değildir.
Belirli deniz dinoflagellate’leri algal populasyonların içinde gelişerek denizin kahverengi veya kırmızı bir renk almasına neden olurlar. Bu algal populasyonlar balıkların ve diğer türlerin ölümüne neden olabilir. Birçok kuşun ölümüne ve birçok insanın hastalanmasına neden olan 1968 yılında Northumbria kıyısının ölmesinden sorumlu olan organizma Gonyaulax tamarensis’ti. Kırmızı algal populasyonları oluşumuna neden olan koşullar Pingree ve arkadaşları tarafından araştırılmıştır.
Tuzlu sularda bulunan Prymnesium parvum krisofiti Hollanda, Danimarka ve İsrail’de birçok balık ölümüne neden olan bir toksin üretmektedir.
Tek hücreli bir kamçılı (flagellate) olan Cryotomanas ve zırhlı dinoflagellate olan Peridinium ve Ceratium da algal populasyonlar oluşturur ve yüksek su bulanıklılığının Cyanophyceae’nın dışındaki kamçılı alglerin gelişimine destek verdiği belirtilmektedir. Diatomlar da (ancak mikroskopla görülebilen bir çeşit deniz algi) populasyonlar oluşturabilir ve diatom populasyonrı sudaki silis seviyesiyle ilişkilidir.
Yüzey suyunda bulunan alg tipleri mevcut kirliliğin indikatörü olarak kullanılabilir. Bakteri veya zooplankton gibi organizmaların ötesinde alglerin başlıca avantajları diğerlerine göre sayılmalarının ve tanımlanmalarının kolay olmasıdır. Palmer kirliliğe toleranslı alg türlerini belirten geniş bir liste oluşturmuştur ve bunlardan organik kirlilik derecesini belirlemede kullanılabilecek bir algal kirlilik indeksi meydana getirmiştir. Bu indekse göre en önemli gruplar sırasıyla yeşil algler, diatomlar, kamçılılar ve mavi-yeşil alglerdir.
Ötrofikasyon kontrolünün birkaç yolu vardır. En belirgin metot su sistemine giren azot ve fosfat miktarını kontrol etmektir. Bu konudaki literatür Foehrenbach tarafından incelenmiştir, ancak birçok durumda hem pratik açıdan hem de ekonomik olarak bu kimyasalların tamamen uzaklaştırılmasının gerçekçi olmadığı kabul edilmelidir.
Larsen ve arkadaşları Shagewa, (Minesota) Gölüne dökülen fosfatın % 70’inin lağım sularının tersier yoluyla uzaklaştırılmasının, işlemin başlamasından 18 ay sonra bir iyileşme başlattığını bildirmektedirler.
Çeşitli atık tipleri üzerinde mikro alglerin gelişimi üzerine birkaç deney yapılmıştır ve bunlardan birinde algler çiftlik hayvanları için besin maddesi olarak kullanılmıştır. Bu teknikte ortaya çıkan birkaç problemden biri alglerin yeterli büyüklükte bir ölçekte biçilmesi işidir. Santrifüj yöntemi çok karmaşıktır ve mikro-filtreler balçık oluşumuna neden olur. En iyi metodun kum filtreleri olduğu sonucuna varılmıştır. Diğer problemler depo edilebilecek şekilde alglerin yeterince kurutulması ve halledilmesi gereken toksik metabolit problemdir.
Algleri kontrol etmek için algisitlerin (alg öldürücü kimyasal ilaçlar) kullanılması olayı Sladeckova ve Sladecek tarafından araştırılmıştır. Bu yazarların ortaya koyduğu önemli bir nokta ise algisitin etkisinin çok şiddetli olması durumunda daha büyük bir probleme yol açabileceğidir. Eğer tüm algler aynı anda öldürülürse, çürüyen hücreler gölün onları okside edebilme kapasitesini aşabilir. Algisitlerin kullanımıyla ilgili başlıca problemler geniş hacimli su ve kümülatif algisitlerin diğer türler üzerine olası uzun vadeli etkileridir. Cyanophyceae familyasının populasyon patlamalarını kontrol etmekte kullanılan bakır sülfatın kullanımı uzun vadeli ekolojik sorunlara yol açabilir.
Oeterson ve arkadaşları, ötrofikasyonu kontrol etme maksadıyla akvatik makrofitlerin hasadı olasılığını araştırmışlardır. Gelişme mevsiminde uzaklaştırılan bitkilerin yaş ağırlığı oldukça fazla olmakla birlikte; gölün fosfor girdisi sadece yaklaşık % 1.4 oranında azaltılabilmiştir.
Birçok yazar tarafından bir olasılık olarak düşünülmesine rağmen, biyolojik kontrol sağlamak amacıyla alglerin doğal patojenlerinin kullanımı çok yaygın olarak uygulanmamaktadır.
Cyanophyceae’nin fungal patojenleri çoğunlukla, çok sınırlı sayıda konukçulları olan ve bazı durumlarda konukçul organizmalardaki tek bir spesifik yapıya bağımlı olan chytrid’lerdir.
Birçok zooplanktonun Cyanophyceae haricindeki alglerle beslenmeyi tercih etmesine rağmen (bunun nedeni bu grubun oluşturduğu toksik metabolitlerdir), fitoplanktonlar ile beslenen zooplanktonların etkisi oldukça fazladır.
Birkaç yazar mavi-yeşil algleri yok eden virüslerin varlığına işaret etmektedir. Morfolojik olarak bu virüsler bakterilere saldıran bakteriofajlara benzerlik gösterirler ve siyanofaj olarak isimlendirilirler. Siyanofajlar önemli derecede konukçuk özgüllüğü sergilerler ve Cyanophyceae populasyonlarının azalmasından sorumlu olabilecekleri söylenmektedir.
Mikro alglerin bakteriyal patojenleri de bilinmektedir; bu Myxobacterales olarak bilinen bir gruptur. Bu bakteriler alglerin vejetatif hücrelerinin erimesinde etken olurlar. Ancak spor hücreleri ve heterokistlerin bakteriyal çözülmeye dirençli olduğu gözlenmiştir. Algal populasyonların biyolojik kontrolünde doğal patojenlerin kullanımı henüz başlangıç aşamasındadır. Populasyonları kontrol etmek için bu alanda virüs ve bakteriler kullanılarak çalışmalar devam etmektedir. Tercih edilecek patojenin bakteriyal türler olacağı olasıdır; çünkü bunların daha hızlı bir yok etme mekanizması vardır.
#fosforun #bünyesindeki #değişimleri