Nitrojen biraz muammalı bir konu. Gaz formunda atmosferde en bol bulunan elementtir ancak çok az organizma onu kolaylıkla kullanabilir. Tüm canlı organizmalar nitrojen içeriyor olsa da, Vermont Üniversitesi’nde yapılan yeni bir araştırma, çok küçük miktarlarda nitrojenin bile siyanobakteri çoğalmasını tetikleyebileceğini ve göl ekosistemlerini bozabileceğini ortaya koyuyor.
UVM Rubenstein Çevre ve Doğal Kaynaklar Okulu eski doktora öğrencisi ve çalışmanın başyazarı Katelynn Warner, “Gölleri, üretimi ve siyanobakterileri neyin beslediğini düşündüğümüzde, bunun bir fosfor sorunu olduğuna dair tarihsel bir bakış açısı var” diyor. Limnoloji ve Oşinografi. “Fakat bence çalışmamız bunun bundan daha fazlası olduğunu gösteriyor.”
Tarihsel olarak aşırı fosfor, Champlain Gölü’ndeki birçok siyanobakteri çoğalmasının ardındaki suçlu olmuş, ara sıra plajların kapanmasına yol açmış ve izleme çabalarını teşvik etmiştir. Bu yeni UVM araştırması, nitrojenin toksik alg çoğalmalarının oluşmasında oynadığı rolün anlaşılmasının da öneminin altını çiziyor.
Siyanobakteriler dünyadaki en eski yaşam formlarından biridir. Su ortamlarına ait fotosentetik organizmalardır. Sorun, genellikle mavi-yeşil algler olarak adlandırılan siyanobakterilerin popülasyonlarının dengesinin bozulmasıdır. Bu, fosfor ve nitrojen içeren akış göl sistemine girdiğinde meydana gelebilir.
Siyanobakteriler bu besinleri katlanarak çoğalmak için kullanır ve balıklardan ve sudaki diğer yaşam formlarından gelen güneş ışığını ve oksijeni engelleyen çiçekler açar. İnsanlara ve yaban hayatına zararlı toksinler üreten siyanobakteri türlerinden kaynaklandıklarında özellikle tehlikeli hale gelirler.
Warner, “Çiçekler her yerde bulunmuyor, her zaman aynı olmuyor” diyor. “Toksin üretimine ve çiçeklenme gelişimine yol açan farklı şeyler var.”
Warner, UVM’deki doktora çalışmaları sırasında siyanobakteri çoğalmasını tetikleyen çevresel faktörleri ve Champlain Gölü’ndeki toksin üretiminin ciddiyetini inceledi. Warner, 2021 yılında UVM araştırmacılarından oluşan bir ekiple fitoplankton, siyanotoksinler ve besin yüklerini test etmek için St. Albans Körfezi ve Missisquoi Körfezi’nden haftalık su örnekleri topladı. Oksijen ve pH seviyeleri, su sıcaklığı, bulanıklık ve rüzgar hızı ve hava sıcaklığı gibi meteorolojik okumalar dahil olmak üzere her 15 dakikada bir tam su sütunu profillerini yakalamak için sensörlerle donatılmış yüksek frekanslı şamandıralar kullandılar.
Warner, verilerin bilim adamlarına çok kısa zaman dilimlerinde havzada neler olup bittiğini bilme olanağı sağladığını ve haftalık izlemenin gözden kaçırabileceği siyanobakteri çoğalmaları sırasındaki aktiviteyi ölçebildiğini açıklıyor.
St. Albans Körfezi ve Missisquoi Körfezi sığ olduğundan ve iki farklı havzaya bağlı olduğundan, bilim adamları farklı göl dinamiklerinin çiçeklenme gelişimini nasıl etkilediğini analiz edebildiler. Çalışma gölde bulunan iki yaygın siyanobakteri türüne (Microcystis ve Dolichospermum) odaklandı ve çeşitli siyanotoksinler için örnekler tarandı. Çiçeklenme sırasında düşük konsantrasyonda toksin bulmuş olsalar da, biyokütlede muhtemelen sisteme giren küçük miktarlarda nitrojenin tetiklediği farklılıklar vardı.
Warner, “Missisquoi Körfezi’ndeki nitrojenin bazı durumlarda St. Albans Körfezi’ndekinin iki katı olduğunu gördük” diyor. “Ve bu, çiçek açan biyokütlede bu güçlü farklılığa yol açabilir, çünkü potansiyel olarak büyümek için ekstra besin maddelerine sahipler.”
Tüm yaşam formları gibi siyanobakteriler de sınırlı kaynaklar üzerinde rekabet eder. Havadan ve sudan fosfor ve nitrojen gibi değerli besinleri sabitlemede uzmandırlar. Bazıları atmosferdeki nitrojen de dahil olmak üzere fazla besin maddesini depolamaya adapte olmuşlardır. Ancak bu maliyetli bir çabadır.
Warner, “Bunu yapmak çok fazla enerji gerektiriyor ancak büyümek için rekabet avantajına sahip olacak şekilde kendilerini konumlandırabilirler (uygun koşullar oluştuğunda),” diye açıklıyor Warner.
Fosfor probleminden daha fazlası
Bir kar küresi hayal edin. Rahatsız edilmediğinde kar, içindeki su çalkalanıncaya kadar dibe çöker ve parçacıklar suya karışır. Aynı kavram göllerdeki tortular için de geçerlidir. Yalnızca koşullar değiştiğinde (sıcaklık, rüzgar hızı veya su baskını nedeniyle), içerdiği tortu ve besinler su sütunu boyunca yayılarak siyanobakteriyel çoğalmaları besler. Çoğu zaman bu çiçeklerin açılmasına neden olan suçlu aşırı fosfordur.
UVM Rubenstein Çevre ve Doğal Kaynaklar Okulu’nda doçent ve makalenin ortak yazarı Ana “Mindy” Morales, “Su yönetimi ve göl ekolojisinde nitrojene ihtiyacımız olduğu kadar dikkat etmiyoruz ve bu her zaman çiçeklenme başlangıcını değil, çiçeklenmenin bileşimini, çiçeklenmenin toksisitesini ve ne kadar süreceğini belirlemede çok önemlidir” diyor.
Bilim insanları, fosforun göl sistemlerini nasıl etkileyeceğini daha kolay tahmin edebilirken nitrojenin bu etkisini daha az tahmin edebiliyor. “Nitrotun önemini gerçekten anlamamız gerekiyor ve sadece temel bilimde değil, aynı zamanda yönetim ve eyleme de dönüştürülmesi gerekiyor ve bu zor.”
Bunun nedeni kısmen nitrojenin çok uçucu olmasıdır. Doğal olarak farklı şekillerde bulunur ve endüstriyel ve tarımsal amaçlar için sentetik olarak üretilir. İlginç bir şekilde, Champlain Gölü’nün kuzeydoğu kolundaki nitrojen seviyeleri on yıllar boyunca düştü. Ancak Warner, 2009’dan bu yana nitrojen seviyelerinin arttığını ve son yıllardaki en güçlü yükselişin, muhtemelen selin sistemlere daha fazla nitrojen sürüklemesinin sonucu olduğunu söylüyor.
Ancak çalışmalarının gösterdiği gibi, bir göle zarar vermek için çok fazla nitrojene gerek yok.
Morales, “Bu büyük fırtına olaylarıyla birlikte bir miktar nitrojen de içeri girerse, bunun gölün ekolojisi üzerinde oldukça önemli etkileri olabilir” diyor. “Azodu nasıl yönettiğimiz konusunda daha eleştirel düşünmemiz gerekiyor; çünkü bunu gerçekten ele almıyoruz.”
Champlain Gölü’nün daha derin kısımlarında su, ilkbaharda ve sonbaharda olmak üzere yılda iki kez karışan katmanlara ayrılır. Missisquoi Körfezi gibi sığ sular, rüzgar faaliyeti nedeniyle karışmaya daha duyarlıdır. Bu çalkalama, göl koşullarına ve siyanobakteri çoğalma oluşumunun zamanlamasına bağlı olarak çiçek açan çiçekleri besleyebilir veya çökertebilir. Sıcak hava dalgaları veya aşırı yağışlar (iklim değişikliğiyle birlikte Vermont’ta artması beklenen olaylar) çiçeklerin daha da kötüleşmesine neden olabilir.
Morales, “Siyanobakteriler istikrarlı sakin koşulları sever” diye açıklıyor. “Fakat eğer bu tekrarlanan darbelere ve karışma olaylarına sahipseniz, bu onları üstel bir gelişme aşamasında tutabilir; burada şeyler dolaşıma devam eder ve onlara daha fazla besin verir, dengelenir ve dolaşıma girer.”
Sonraki adımlar
Siyanobakterilerin çoğalması sırasında üretilen yüksek düzeyde biyokütleye rağmen, UVM bilim adamları düşük konsantrasyonlarda toksin buldular. Bu iyi bir haber olsa da, suyun yüzmek için mutlaka güvenli olduğu anlamına gelmiyor.
Morales, “Ekran örnekleme olaylarında toksin bulmamamız, bu çiçeklerin zehirli ve gerçekten tehlikeli olmadığı anlamına gelmiyor” diye uyarıyor.
Warner, bazı çözülmemiş soruları yanıtlamak amacıyla doktora sonrası çalışma için UVM’ye dönmeyi planlıyor. Nitrojenin çiçek açan siyanobakteri üretimini ve toksisitesini nasıl etkilediğini daha iyi anlamak için Champlain Gölü boyunca dört bölgeden hem yüksek frekanslı hem de iki haftada bir örnekleme yapacak. Champlain Gölü’ndeki baskın çiçek oluşturucuların siyanotoksin üretme kapasitesine sahip olup olmadığını belirlemeyi amaçlıyor.
Warner, “Toksin üretme yeteneğine sahip olan ve olmayan türlerin türlerine sahip olabilirsiniz, ancak yalnızca onlara bakarak farkı anlayamazsınız” diyor. “Aynı türden, morfolojik olarak aynı görünen iki koloniye sahip olabilirsiniz… (ancak) DNA’ya girmeniz ve genomlarında bu genlere sahip olup olmadıklarını görmek için bu genleri hedeflemeniz gerekir.”
Warner, hangi siyanobakteri türlerinin mevcut olduğunu, hangi genlere sahip olduklarını ve hangilerinin çeşitli çevresel koşullar altında ifade edildiğini belirlemek için genetik test kullanacak. Ayrıca sıcaklık ve besin yüklerindeki değişikliklerle neler olduğunu öğrenmek için laboratuvar deneyleri yapacak. Bazı siyanobakteriler popülasyondan çıkarken diğerleri gelişebilir. Missisquoi Körfezi’ndeki çalışmalarını düşünün: İlk çiçeklenme döneminde toksinler tespit edilmedi; ancak büyük çiçeklenme çöktüğünde, ikincil çiçeklenmede toksinler bulundu.
“Onlarla birlikte bu çiçek açan başka türler de var mı?” Warner merak ediyor. “Bu toksin üretimini sınırlayan başka besinler veya başka faktörler var mı?”
Ve son olarak bu zararlı çoğalmalarla nasıl başa çıkabiliriz?
