Küresel veritabanı bitki yaşamını oluşturan unsurların daha kapsamlı bir resmini sağlar

Bir bitki tam olarak nelerden oluşur? Bilim adamları, bitkilerin büyümesi için ihtiyaç duyduğu temel besin maddeleri hakkında iyi bir anlayışa sahiptir. Ancak bitkilerin ihtiyaç duyduğu şeyler ile içerdikleri şeyler mutlaka aynı değildir.

Bitkiler su ve besin maddelerini kökleri aracılığıyla çekerken, çevrelerindeki diğer elementleri de emebilirler. Bu elementler bitki dokularına dahil olur; yani toprakta bulunanlar bitkinin içindekileri şekillendirmeye yardımcı olabilir.

Bu, zemin Dünya’da olmadığında özellikle önemli hale gelir.

Ay ve Mars’ta bitki yetiştirme olasılığını araştıran araştırmacılar, kökleri yüzeylerini kaplayan metal açısından zengin kayalık malzeme olan regolitle karşılaştığında neler olabileceğini anlamak istiyor. Farklı bir yerçekimi ortamında büyümek aynı zamanda bir bitkinin içerdiği maddeleri de etkileyebilir; eğer bu bitkiler sonunda yiyecek olarak yetiştirilirse bu önemli bir husustur.

Ancak bu farklılıkları anlamak için öncelikle Dünya’da bitkilerin neler içerdiğine dair daha net bir resim gerekiyor.

Texas A&M Üniversitesi Tarım ve Yaşam Bilimleri Fakültesi Toprak ve Bitki Bilimleri Bölümü ve Dr. Julie Howe’un laboratuvarında doktora araştırmacısı olan Harrison Coker, “Dünya hakkında bilgi edinerek bir uzay sorusunu yanıtlamamız gerekiyordu” dedi.

Coker ve uluslararası bir ekip artık bu temelin oluşturulmasına yardımcı oldu. Yayınlanan bir çalışmada ve küresel meta-analizde ACS Çevresel Au73 ülkede 52 element, 21 iklim sınıfı ve 26 toprak grubunu kapsayan 5.474 bitki örneğinden ölçümler derlediler.

Ortaya çıkan küresel veri tabanı, tipik olarak bitki büyümesiyle ilişkilendirilen tanıdık besinlerin ötesinde düzinelerce element de dahil olmak üzere bitki element kompozisyonunun daha kapsamlı bir resmini sağlar.

Bitkilerin ihtiyaç duyduğu şeyin ötesine bakmak

NASA Uzay Teknolojisi Lisansüstü Araştırma Fırsatı üyesi olarak Coker, ay ve Mars’ta bitki büyümesini desteklemenin yollarını araştırıyor ve son üç yazını NASA’nın Kennedy Uzay Merkezi’nde araştırma yaparak geçirdi.

Bu ilgi, Coker’ı, eski öğrencileri Dr. Borja Barbero ve Rachel Rivero’nun önderlik ettiği, ayın keşfi ve geliştirilmesine odaklanan bir kuruluş olan Moon Village Association tarafından bir araya getirilen uluslararası bir bilim insanı grubuyla buluşturdu. Grup, simüle edilmiş ay ve Mars regolitinde yetiştirilen bitkilerin elementel bileşimi hakkında veri aramaya başladı, ancak üzerinde çalışacak çok az şey buldu.

Bu da onları daha geniş bir soruna yöneltti: Bitki besleme araştırmaları geleneksel olarak nitrojen, fosfor ve potasyum gibi bilinen makro besinlerden çok daha küçük miktarlarda ihtiyaç duyulan mikro besinlere kadar temel elementlere odaklanıyordu. Ancak genellikle toprakta bol miktarda bulunan ve aynı zamanda bitki dokularında da bulunabilen daha geniş yelpazedeki elementleri bir araya getiren çok daha az bilgi vardı.

Coker, kendisinin ve çalışma arkadaşlarının başlangıçta Dünya’daki zorlu ortamlarda yetişen bitkilere odaklanmayı planladıklarını söyledi. Ancak proje geliştikçe, çok daha geniş bir bitki ve ortam yelpazesini yakalamak için dünyanın dört bir yanından yayınlanmış ölçümleri toplayarak araştırmalarını genişlettiler.

Temel ihtiyaçlardan daha fazlası

Araştırmacılar, bitkilerin hayatta kalmak için ihtiyaç duyduğu elementlerin ötesine baktıklarında, bitkilerin gerçekte ne içerdiğine dair bazı şaşırtıcı modeller buldular.

Bitki büyümesi için gerekli kabul edilmeyen yirmi element, çalışmada en düşük konsantrasyonda bulunan temel element olan molibdenden daha yüksek ortalama konsantrasyonlarda bulundu.

Bu bulgu Coker’ın dikkatini çekti.

Coker, “Büyüleyici bulduğum şey, küresel ölçekte, bitki yaşamı için gerekli sayılmayan birçok unsurun, gerekli olandan çok daha yüksek konsantrasyona sahip olmasıydı” dedi. “Eğer bu daha az çalışılmış elementler düşündüğümüzden daha yaygınsa, bir arada bulunan bu elementlerin bir bitkideki görünmeyen biyolojik rolleri nelerdir?”

Daha az çalışılan bu unsurların çoğu için henüz net bir cevap yok. Çalışma, bunların kolektif olarak bitki dokularının önemli bir bölümünü oluşturduğunu ve araştırmacılara bu elementlerin bazılarının bitkilerde hangi rolleri oynayabileceğini araştırmak için daha geniş bir temel sağladığını buldu.

Analiz aynı zamanda güçlü bir evrimsel model de buldu: Yakından ilişkili bitkiler benzer element profillerine sahip olma eğilimindeydi; bu da farklı bitki soylarının karakteristik element bileşimlerine sahip olduğunu gösteriyor.

Yeni bir referans noktası

Çalışma, bitkilerin ekosistemler boyunca elementleri hareket ettirmede, onları çevrelerinden alıp canlı dokuya dahil etmede önemli bir rol oynadığını belirtiyor. Bu unsurların daha eksiksiz bir resmine sahip olmak, bilim adamlarının bu daha büyük döngüleri daha iyi anlamalarına yardımcı olabilir.

Veritabanı aynı zamanda araştırmacıların daha geniş bir yelpazedeki unsurları küresel modellere dahil etmesine veya verileri bitki kompozisyonu ile ekosistem topluluğu arasındaki ilişkileri araştıran makine öğrenimi araçlarını eğitmek için kullanmasına da olanak tanıyabilir. Tarımda veri tabanı, mahsullerin topraktan çıkardığı elementleri ve bu elementlerin tarımsal sistemlerde nasıl dolaştığını incelemek için bir referans sağlayabilir.

Aynı zamanda araştırmacılara, Ay veya Mars regolitleri de dahil olmak üzere alışılmadık ortamlardaki bitkileri incelemek için bir temel sağlar. Bilim insanları, bu bitkilerin elementel bileşimini, şu anda Dünya’daki bitkiler için mevcut olan çok daha geniş bir tabloyla karşılaştırabilirler.

Ancak Coker, işin değerinin herhangi bir uygulamanın ötesine uzandığını düşünüyor. Araştırmacılar, halihazırda gerekli olduğu bilinen elementlerin ötesine bakarak, bitki dokularında bulunan birçok element ve bunların oynayabileceği roller hakkında daha temel sorular sormaya başlayabilirler.

Coker, “Hayatın neden oluştuğunu bilmek önemlidir. Tüm unsurları bildiğimizde, bunların işlev ve kararlılık gibi karmaşık özellikleri oluşturmak için birlikte nasıl çalıştığı gibi daha karmaşık süreçlere bakmaya başlayabiliriz” dedi. “Elementler yaşamın bileşenleridir.”