Daha önce hiç etrafınızın sokak ışıklarıyla değil de canlıların büyüleyici ışıldamalarıyla aydınlandığı bir dünya hayal ettiniz mi? Birçoğumuz 2009 yapımı olan ve bilim kurgu türündeki Avatar filmini izlemişizdir. Peki ya hiç filmde izlediğiniz ışık saçan bitkilerin gerçekten var olabileceklerini düşündünüz mü? Belki çoğumuz bu canlıların sadece birer kurgudan ibaret olduklarını düşünmüşüzdür. İzlerken çok büyüleyici bulanlarımız da elbette olmuştur. Filmde konusu geçen, birçok biyolüminesan türün bir araya gelerek oluşturduğu ve biyoçeşitliliğin had safhada olduğu bu fantastik evrenin ismi Pandora biyosferi. Daha önce biyolüminesans terimini duyduysanız biyolüminesan türlerin ışık yaydığı bir biyosfer sizin için kulağa o kadar da imkansız gelmiyordur. Gelin sizlerle bu ilginç terimi daha detaylı bir şekilde inceleyelim.

Vaadhoo Adası – Biyolüminesan planktonların oluşturduğu manzara[g.1]

Yunanca bios (yaşam) ve Latince lümen (ışık) anlamlarına gelen kelimelerin bir araya gelmesiyle türetilen, canlı organizmalarda gerçekleşen ve bir kemilüminesans[2 , 3] türü olan biyolüminesans terimi, omurgalı ve omurgasız derin deniz canlılarının yaklaşık %90’ında görülür. Birçok kara canlısında da görülen, kimyasal reaksiyonlar sonucu ortaya çıkan bir olaydır. Canlı organizmaların gerçekleştirdiği bu olay, kimyasal enerjinin ışık enerjisine dönüştürülmesi sonucu ışık üretilmesi ile gerçekleşir. Canlılar için oldukça önemli olan bu kimyasal reaksiyonun neredeyse tamamı ışık enerjisine dönüştürülürken çok az bir miktarı ise ısı enerjisi olarak ortaya çıkar. Kimyasal reaksiyon sonucu %20’den daha azı termal radyasyona sebep olduğu için ve az bir miktarda ısı üretildiği için canlının kendi ısısında bir değişiklik olmadığı varsayılır. Bu yüzden biyolüminesans kavramı ayrıca soğuk ışık olarak da tanımlanabilmektedir[3]. Ayrıca hücre içinde veya dışında meydana gelen bu kimyasal reaksiyon sonucunda sizin de gördüğünüz üzere genelde mavi veya yeşil dalga boylarında ışımalar elde edilmektedir.

Tarihte de birçok insanın yararlandığı biyolojik ışıldama yapan bu canlılara rastlamaktayız. Geçmişteki insanlar her ne kadar bu canlıların yapmış olduğu ışıldamanın sebebini bir süre anlayamasa da birçok alanda bu canlılardan yararlanmışlardır. Örneğin özellikle geceleri oldukça parlak bir görüntüsü olan ve genellikle ağaç kabuklarında yetişen mantarlar karanlıkta ormanların aydınlatılması için bir doğal ışık kaynağı olarak kullanılırken ateşböcekleri gibi diğer ışık saçan canlıları ise güvenliği sağlamaları için kullanılmıştır.

Günümüzde ise birçok araştırmacı ve bilim insanının gündeminde önemli bir yer edinen, doğal ışık kaynağı olan bu canlılarla önümüzdeki yıllarda sık karşılaşacağımız ortada. Biyoteknoloji alanında oldukça ilgi çeken bu canlıların ismini her ne kadar yeni yeni duymaya başlasak da bu türlerin gelecekte evrenimize sağlayacağı devrim niteliğinde katkılar şimdiden saymakla bitmeyecek gibi görünüyor. Örneğin, şu anda gezegenimizde gittikçe büyümekte olan sorunlardan birisi de çok fazla enerji kullanımı. Savurgan bir şekilde elektrikli aydınlatmalar için kullanılan kaynakları azaltabilmek için bu canlıların önemi şimdiden oldukça fazla. Her gün saatlerce sokakları aydınlatan sokak lambaları, evlerimizde veya iş yerlerimizde kullandığımız elektrikli aydınlatmaların yerini, bu canlıların tuttuğunu bir düşünelim… Gezegenimizin doğal ışık kaynaklarını yani biyolüminesan canlıları kullanmak hiç de fena olmazdı.

Biyolüminesanın biyoteknolojideki yeri aydınlatmayla sınırlı değil. Hâlâ geliştirilmeye devam edilen ve bilim insanlarının üzerinde çalıştığı birçok çalışma alanı mevcut. Örneğin gıda mikrobiyolojisinde bozulmaya neden olan patojen mikroorganizmaların saptanmasında luminus bakterilerin veya lux geni taşıyan organizmaların kullanıldığı pek çok biyolüminesans yöntemler geliştirilmiştir[5].

Yapraklarına nanoparçacıklar enjekte edilen bir su teresi bitkisinin karanlıktaki görüntüsü[g.2]

Masanızda biyolüminesan canlılardan oluşan bir teraryumun var olduğunu ve siz kitabınızı okurken odanızı aydınlattığınızı hayal edin, kulağa oldukça büyüleyici gelmiyor mu? Araştırmacılara göre parlayan bir biyolüminesan mantarın yaydığı ışık sizin kitabınızı okumanız için oldukça yeterli. Yapılan çalışmalar ışığında biraz önce bahsettiğimiz sokakları aydınlatan biyolüminesan ağaçlar bizlere o kadar da uzak değildir belki.

Yandaki resimde gördüğünüz, yapraklarına, içinde biyolüminesans kaynağı olan bileşenlerden oluşturulmuş nanoparçacıklar enjekte edilen bir su teresi bitkisi. Massachusetts Institute of Technology (MIT) mühendislerinin tere yaprakları üzerinde çalışması sonucu bitkinin yapraklarına enjekte edilen nanoparçacıklar[4] ile bu bitkinin yaklaşık 4 saat ışık yayması sağlandı. Ayrıca tıpkı bir masa lambası gibi yapraklara enjekte edilen lüsiferaz inhibitörü taşıyan partiküllerle bu ışığı söndürebilirsiniz de.


Biyolüminesans, birçok yumuşakçada, böceklerde, bakterilerde, kara omurgasızlarında, planktonlarda, eklem bacaklılarda, alglerde ve daha sayamadığımız birçok deniz canlısında görülmesiyle birlikte biyolüminesan türlerin de diğer canlılar gibi bir evrimsel süreç geçirdiği ve bu süreçte biyolüminesan canlıların yaklaşık 50 farklı soyda evrimselleştiği düşünülmektedir.

Kara Biyolüminesansı Canlıları

Çevremizdeki kara biyolüminesansının en bilindik örneği hepimizin tahmin edebileceği, çiftleşme dönemlerinde sinyaller şeklinde ışık yayan ateş böcekleridir. Bu kimyasal reaksiyon canlıların fotosit hücrelerinde gerçekleşir. Reaksiyonun ana kimyasal bileşiği olan lüsiferin adlı maddenin ATP ve lüsiferaz enzimi yardımıyla oksidasyona uğraması sonucu lüsiferin enerji alarak uyarılmış hale geçer. Tekrardan temel hale geçmesi durumunda fazladan enerjisini dışarı verir ve tekrardan aktif hâle geçer. Bu olay sonucunda dışarıya verilen enerji ışık enerjisi olarak ortaya çıkar. Karın bölgelerinden periyodik olarak ışık yayan bu canlılarda ise enerjinin neredeyse tamamı ışık enerjisine dönüşür. Bu da ateş böceklerini karşı taraf için oldukça cazip kılar.

Bir diğer kara biyolüminesansı örneği verecek olursak mantarlar bu canlılara verilebilecek en iyi örneklerdir. Özellikle geceleri oldukça güçlü bir şekilde parlayan bu canlılar çoğunlukla yeşil renklerde ışıma yaparlar. Genellikle yaydıkları ışık sayesinde böcekleri kendine çeker. Bu da sporlarını daha hızlı bir şekilde etrafa yayarak üremelerinde yardımcı olur.


Deniz Biyolüminesansı Canlıları

Denizlerdeki biyolüminesan canlılara gelecek olursak, bu canlılar karadaki türlerin aksine oldukça çeşitlidir. Çoğunluğu biyolüminesan türlerden oluşan derin denizlerdeki bu canlıların her biri farklı amaçlar için biyolüminesanı kullanırlar. Kimi canlılar kara biyolüminesanın da örneklerinden biri olan ateşböcekleri gibi karşı cinsin ilgisini çekmek veya üremek için kullanırken kimi canlılar ise kamuflaj için kullanır. Aşağıdaki resimde görmüş olduğunuz fener balığında ise baş kısmından çıkan kese şeklinde uzantının içinde biyolüminesan bakteriler bulunur. Bu bakteriler sayesinde avının dikkatini çekerek ışığı merak etmelerine neden olur ve böylece kendine yaklaştırarak bu canlıları besin kaynağı olarak kullanır[1],[8]. Ayrıca bakterilerde de görüldüğü gibi tür içi iletişimde biyolüminesanstan yararlanılır.

Biyolüminesansın denizlerdeki kullanım şekillerine başka bir örnek verecek olursak yaklaşık 8 santimetre boyunda olan mürekkep balıkları[3] tehdit altındayken kimyasal reaksiyon sonucu etrafa yaydığı ışığı bir çeşit savunma mekanizması şeklinde kullanıp predatörlerinin kafasını karıştırarak uzaklaştırmada kullanır.[7]

Ayrıca bu özel canlılar, gece yaydıkları ışıkları her ne kadar kendi adaptasyonları için kullansalar da bizlere adeta birer görsel şölen sunmayı unutmuyor. Suyun milyonlarca planktonun bir araya gelmesiyle parıldadığı bir gecede sahil kenarında yürümek sizce de kulağa oldukça cazip gelmiyor mu? Birazdan aşağıdaki videoda izleyeceğiniz biyolüminesan alglerle kaplanmış sahiller kendinizi bu ışık saçan olağanüstü canlıların yanında veya daha önceden de bahsetmiş olduğumuz Avatar filminin kurgusal evreni olan Pandora biyosferinde hayal etmenize oldukça yardımcı olacaktır.

Avustralya’daki Jervis Körfezi’ndeki denizlerde bulunan biyolüminesan canlılar

Tarihin Işıldayan Canlıları

Hepimizin bildiği üzere ışık, geçmişten günümüze evrende oldukça büyük bir yere sahip olmuştur. Işığın önemi özellikle günümüzde aşikar şekilde anlaşılıyor. O yüzden gelin hep beraber hakkında daha az şey bildiğimiz ve ilginizi oldukça çekecek olan geçmişte ışığın önemine değinelim. Daha sonra da kimyasal enerjinin ışık enerjisine dönüşümü olan biyolüminesansın nasıl keşfedildiğine bir göz atalım.

Özellikle mitolojide de karşımıza oldukça sık çıkan ışık kavramı, tanrıların sahip olduğu kutsal bir güç veya bilgeliği temsil etmek üzere birçok mitte önemli bir yer almıştır. Ayrıca çoğu mitolojide bu kutsal güce sahip olduğu düşünülen ışık tanrılarına yer verilmiştir. Mitolojide olduğu gibi destanlarda da ışığın önemi oldukça fazladır. Denizlerde veya ormanlardaki ağaç diplerinde görülen gizemli ışıklar (aslında şu anki bildiğimiz üzere biyolüminesan canlıların yaydığı ışıldamalar) destanlarda kaynağı bilinmeyen kutsal bir ışık kaynağı olarak görülüp tanrının gücünü simgelemiştir. Ateşböceklerinin yaydığı ışıldamalara ise Hindistan ve Çin’in ilk dini yazılarında değinilmiştir. Böylelikle biyolüminesansın en eski kayıtları eski Doğu uygarlıklarının yazmış olduğu bu yazılardan gelmiştir.

Daha sonraları Yunan ve Romalıların denizlerdeki ışık yayan organizmaları gözlemlemesiyle birlikte bu canlıların özellikleri hakkında biraz da olsa fikir sahibi olunmuştur. Aristoteles (MÖ 384-322) ise daha önceden de bahsettiğimiz biyolüminesans teriminin diğer bir tanımı olan soğuk ışık kavramını tanımlayan ilk kişi olmuştur. 1555’te Conrad Gesner, biyolüminesans ve kemilüminesans hakkında ilk kitabı[6] yazmasıyla birlikte biyolüminesan canlılar artık birçok bilim insanı ve araştırmacıların dikkatini çekmiş ve bu canlılar hakkında birçok alanda araştırma yapılmaya başlanmıştır.

1830’da Michaelis ve Ehrenberg tarafından denizin fosforesansının kaynağı olduğu kabul edilen mikroskop altındaki dinoflagellatların çizimi (1830-1840) [g.7]

Kaynakça

[1]Rafferty, J. P., ve ark. (1998). “Marine Bioluminescence” girdisi, Britannica. Son Erişim Tarihi: 24.11.2021.
[2]Okatan, A. (2019). Biyolüminesans: Işık Yayan Canlılar, Tübitak Bilim Genç. Son Erişim Tarihi: 24.11.2021.
[3]Micalizio, C. (2013). Bioluminescence, National Geographic. Son Erişim Tarihi: 24.11.2021.
[4]Trafton, A. (2017). Engineers Create Plants That Glow, MIT News. Son Erişim Tarihi: 24.11.2021.
[5]Coşansu, S. & Ayhan, K. (2003). Bakteriyel Biyolüminesans ve Uygulama Alanları, Gıda, 28 (1), 69-75. 
[6]Lee, J. (2008). Bioluminescence: the First 3000 Years (Review). J. Sib. Fed. U. Biology 3: 194-205.
[7]Pallardy, R., “Everything’s Illuminated: 6 Bioluminescent Organisms” girdisi, Britannica. Son Erişim Tarihi: 24.11.2021.
[8] BBC Earth. (19 Mayıs 2009). “Deep Sea Creatures Exhibit Bioluminescence” [Video: Youtube]. Son Erişim Tarihi: 24.11.2021

Görsel Kaynakları

[g.1]Tarafdar, T. (2020). This Glow-In-The-Dark Beach In Maldives Has Sea Of Stars To Swoon You Over. Curly Tales. SET: 22.01.2022
[g.2]Trafton, A. (2017). Engineers Create Plants That Glow, MIT News. Son Erişim Tarihi: 24.11.2021.
[g.3]McKeever, A. (2021)
. See fireflies magically light up this national park. National Geographic. SET: 22.01.2022
[g.4]Ylem. (2009). “The saprobe Panellus Stipticus displaying bioluminescence.” girdisi, Wikipedia. SET: 22.01.2022
[g.5]Micalizio, C. (2013). Bioluminescence, National Geographic. Son Erişim Tarihi: 24.11.2021.
[g.6]Pallardy, R., “Everything’s Illuminated: 6 Bioluminescent Organisms” girdisi, Britannica. Son Erişim Tarihi: 24.11.2021.
[g.7]Lee, J. (2008). Bioluminescence: the First 3000 Years (Review). J. Sib. Fed. U. Biology 3: 194-205.

Yazı Sahibi