Atmosfere saldığımız aşırı karbondioksit miktarını azaltmak için bitkileri kullanma fikri pek çok kişiyi heyecanlandırıyor. Ormanları yeniden canlandırarak yarattığımız karmaşadan kurtulabileceğimiz düşüncesi cazip gelse de, son çalışmalar bunun için yeterli verimli arazi bulunmadığını gösteriyor.
Bu duruma bir alternatif olarak, bitkilerin karbondioksiti daha verimli bir şekilde tutmasını sağlamak düşünülebilir. Ancak, fotosentezde karbondioksiti birleştiren enzim olan RUBISCO'nun oldukça verimsiz olduğu biliniyor. Bu nedenle Tayvan'daki bir araştırmacı ekibi, bitkilere doğada bulunmayan yeni bir biyokimyasal döngü ekleyerek karbondioksiti çok daha verimli bir şekilde tutmalarını sağlayan bir dizi enzim geliştirdi. Sonuç olarak elde edilen bitkiler daha büyük büyüdü ve daha fazla karbonu bünyesine kattı.
Döngüler ve Geri Dönüşümler
Karbondioksiti atmosferden hücre biyokimyasına dahil etmek soyut olarak basit görünse de, pratikte oldukça karmaşık bir süreçtir. Karbondioksit çok kararlı bir molekül olduğundan, onu dahil etmek için yüksek enerjili bir tepkime gerekir. Fotosentezin Calvin döngüsünde bu tepkime, karbondioksiti, beş karbonlu bir şeker olan ribüloz-1,5-bifosfat ile birleştirerek iki adet üç karbonlu molekül oluşturur. Bu moleküllerin bir kısmı hücre metabolizmasına katılırken, diğerleri tekrar beş karbonlu bir şekere dönüştürülerek döngüyü yeniden başlatır.
Bu sistem işlese de, belirttiğimiz gibi CO2'yi tutan anahtar enzim verimsizdir. Araştırmacılar, yeni çalışmaları hakkında yayımladıkları makalede, bu döngünün ürettiği üç karbonlu moleküllerin, hücrenin tüm metabolizmasıyla tam uyumlu olmadığını belirtiyorlar. Yağları ve hücre zarını oluşturan lipitler, ikişerli karbon birimleri halinde inşa edilir. Bunun gerçekleşmesi için bitki hücreleri, lipit üretimi için iki karbonlu bir kaynak oluşturmak amacıyla aslında bir karbonu karbondioksit olarak salar. Bu, atmosferden alınan karbondioksitin bir kısmının geri salınması anlamına gelir.
Bu nedenle, ekip, Calvin döngüsüne benzer ancak yakalanan karbondioksit molekülünü yeniden salmadan iki karbonlu bir molekül üretebilen bir sistem kurmakla ilgilendi. Geliştirdikleri sisteme, kolay hatırlanması için malil-CoA-gliserat döngüsü adını verdiler (McG döngüsü olarak kısaltıldı). Bu döngü, tamamı mevcut enzimler tarafından katalize edilen sekiz ayrı tepkimeden oluşur. Bu enzimler farklı türlerden toplandığı için doğal olarak bir arada bulunmazlar.
İşe Yarıyor mu?
2018 yılında aynı araştırma grubu McG döngüsünü fotosentetik bakterilerde test etti. Yeni makalelerinde ise, McG döngüsü için gerekli tüm genleri bir bitki hücresine yerleştirdiklerini ve bitkinin buna nasıl tepki verdiğini incelediklerini açıklıyorlar. Testler için, bitki araştırmalarında sıklıkla kullanılan küçük bir yabani ot olan Arabidopsis türü kullanıldı.
Sonuçlar oldukça etkileyiciydi. McG döngüsü genlerinin tamamını taşıyan Arabidopsis bitkileri, genlerin yalnızca bir kısmını taşıyan kontrol bitkilerine göre iki ila üç kat daha ağır geldi. Daha fazla yaprağa sahip oldular, yaprakları daha büyüktü ve daha fazla tohum ürettiler. Farklı yetiştirme koşullarında, tam bir McG döngüsüne sahip bitkiler daha fazla karbonu bünyelerine kattılar ve bunu su tüketimini artırmadan başardılar.
İki karbonlu bir çıktıya sahip olmanın beklendiği gibi çalıştığı da gözlemlendi. Bitkilere radyoaktif bikarbonat besleyerek, karbonun beklenen moleküllerde ortaya çıktığını izleyebildiler. Görüntüleme çalışmaları, bitkilerin o kadar çok lipit ürettiğini doğruladı ki, hücrelerinde sadece yağlı maddelerden oluşan iç cepler oluştu. Trigliserit seviyeleri 100 kat veya daha fazla arttı.
Dolayısıyla, çeşitli ölçütlere göre, bitkiler ek bir karbon sabitleme yoluna sahip olduklarında aslında daha iyi performans gösterdiler. Ancak bu sonuçların dikkate alınması gereken bazı noktaları var. Öncelikle, küçük bir yabani ot üzerinde elde edilen bilgilerin daha büyük bitkilere veya ekinlere, hatta şu an için Arabidopsis dışındaki diğer türlere ne ölçüde uygulanabilir olduğu net değil. Hücrelerde aşırı miktarda yağ birikmesinin ağaçlar gibi daha karmaşık organizmalar üzerinde beklenmedik sonuçları olabilir. Laboratuvarda yetiştirilen bitkiler genellikle zenginleştirilmiş toprakta büyütülür ve bu durumun gerçek dünya koşullarında da geçerli olup olmayacağı belirsizliğini koruyor.
Son olarak, bu bitkilerin atmosferden çektiği fazla karbonun herhangi bir faydalı şekilde depolanıp depolanmayacağı henüz bilinmiyor. Bitki öldüğünde tüm yağın oksitlenerek tekrar atmosfere salınma ihtimali de var. Buna rağmen, bitkilerde veya alglerde bulunan yağları modifiye etmeye dayanan pek çok biyoyakıt üretim yaklaşımı bulunmaktadır. Bu teknolojinin, iklim üzerinde net pozitif bir etkiye sahip olacak şekilde biyoyakıtları verimli hale getirmeye yardımcı olabileceği olasıdır.
Pratik etkilerinden bağımsız olarak, milyarlarca yıldır işleyen bir metabolizmanın bir parçasını, bitkilere tamamen zarar vermeden temelden yeniden yapılandırabileceğimiz bir noktaya gelmiş olmamız oldukça inanılmazdır.
