bitkilerin dili1 1 

Bitkilere Kulak Verin!

Böceklere karşı verdiğimiz savaşı kaybediyoruz.

Her yıl üzerlerine 1 milyar ton böcek ilacı boca ediyoruz; onlarsa her yıl yetiştirdiğimiz ürünlerin beşte birine kadarki kısmını yiyorlar. Bu bir “lose-lose (kaybet-kaybet)” senaryosu. Böcek ilaçlarının üretimi ve kullanımı pahalı: Örneğin elma ağaçlarının yılda 20 kez ilaçlanması gerekiyor. Zehirlerin yan etkileri var: hasta çiftçiler, kâbus gibi endüstriyel kazalar, hatta kelebeklerin ve arıların sayılarının önemli ölçüde azalması.

Neticede, zararlı böcekler evrimleşiyor, böcek ilaçlarına dayanıklı hale geliyor ve böcek ilaçları artık işe yaramıyor.

Başka bir yol daha var. Bu yol söz konusu mücadeleye bizden çok daha uzun süredir devam eden bitkilere kulak vermekten geçiyor.

Bir tırtıl veya böcek herhangi bir yaprağı çiğnemeye başladığında, bitki, böceği uzaklaştırmak amacıyla kendi savunma kimyasallarını sentetize ederek cevap veriyor. Ayrıca bitki, havaya kimyasal bir duman bulutu salgılayarak yakındaki canlılar tarafından algılanabilen bir mesaj veriyor. Diğer bitkiler bu işaretlere kendi kimyasal silahlarını üreterek cevap veriyor, yaprak yiyen böcekleri geri püskürtüyor. Zararlı böcekleri yiyen avcı hayvanlar da bu sinyalleri tespit ederek avlarının yerini belirlemek için bir işaret olarak kullanıyor.

Bu titreşim etrafımızda sürekli devam ediyor. Tarlada uçuşan bir güve, yaban arısı veya kuş, hangi bitkilerin ve canlıların yakında olduğu ve bunların ne yapmak üzere oldukları hakkındaki sürekli durum güncellemeleri vasıtasıyla engelleniyor. Bu, Dünya üzerindeki en büyük ve en önemli iletişim. Ancak yakın zaman öncesine kadar bunun gerçekleştiğinden hiç haberimiz yoktu, çünkü insan burnu söz konusu kimyasal iletilerin çoğunu tespit edemiyor. (Biçilmiş çim kokusu bunun bir istisnası. Bize göre yaz gibi kokuyor, ancak diğer bitkiler için bu yaklaşan bir saldırıya karşı bir uyarı.)

bitkilerin dili1

Yetişkin bir turunçgil kök kurdu. Foto: Keith Weller/USDA

Bitkilerin birbirleriyle iletişim kuruyor olabileceğine ilişkin ilk kanıt 1983’te söğüt ağaçlarının savunma mekanizmaları hakkında yapılan bir çalışma ile ortaya çıktı. Araştırmacılar bir söğüt ağacının yaprakları tırtıllar tarafından yendiğinde sadece o ağacın değil, yakındaki söğütlerin de böcekleri uzaklaştıracak kimyasal bileşimler sentetize etmeye başladığını keşfettiler. Bu çok ilginç bir bulguydu: Ağaçlar bir şekilde, kulakları, gözleri veya beyinleri olmadan bilgi paylaşımında bulunabiliyordu. Ve kısa zamanda ortaya çıktı ki, hepsi olmasa da bitkilerin çoğu söz konusu hava yoluyla iletilen kimyasal sinyalleri alabiliyor ve gönderebiliyor.

Bitki kodunu kırmak, tarımımızın geleceği için yeni bir fırsat sunuyor. Bitki sinyalleri üzerinde çalışan araştırmacılar şimdi ekinlerin zararlıları tespit ederek doğal böcek-savar kimyasal bileşimler salgılayacakları ve kendi böcek-yiyen korumalarını kullanacakları, zararlı kimyasallardan ari bir çağ öngörüyorlar.

Bu çalışmayı yürüten ilk isimlerden kimyager John Pickett’a göre “Şu anda dünyayı bu teknolojiyle doyuramayız. Ancak yarın dünyayı bugünün teknolojisiyle doyuramayacağız.”

Bu özelliğe ulaşmak için böceklere karşı yürütülen savaşı yeniden kavramsallaştırmamız gerekiyor. Şu anda bunu, kazanmak için daha fazla düşmanı öldürmek amaçlı daha fazla ve daha ölümcül silahlar üretmek gereken normal bir savaş gibi değerlendiriyoruz. Bu savaşı düşmanlarımız hakkında casusluk yaparak ve onları şaşırtmak ve alt etmek için kendi kodlarını kullanarak kazanılacak bir bilgi savaşı olarak görmeye başlamamız gerekiyor

bitkilerin dili2

Yonca bitkisi böceği yerli olmayan bir bitki zararlısı. Foto: Scott Bauer/USDA

İlk adım dili öğrenmek olacak. Bitkiler binlerce değişken kimyasal bileşim üretebiliyorlar ve sadece bir emisyonda 200’den fazla farklı kimyasal bir arada bulunabiliyor. Yanlış mesaj iletmek bir felaket olabilir: Bir araştırmada bazı değişken kimyasal bileşimler kullanılan mısır bitkileri ordu tırtılları ve salatalık böcekleri için daha çekici hale geldi.

Pickett’in Rothamsted Research, Birleşik Krallık’taki ekibi, kimyasal bileşenleri ayrıştırmak için gaz kromotografisi gibi teknikleri kullanarak çoğu bitkinin cevap verdiği cis-jasmone gibi birçok değişken kimyasalı tespit ediyor. Parfüm endüstrisinde tanınan cis-jasmone maddesi yasemin çiçeğinin yoğun ve hoş kokusunun sebeplerinden biri, ama aynı zamanda bitki savunmalarını aktive etmeye yarayan bir sinyal. Pickett sentetik cis-jasmone’u soya fasulyesinden pamuğa kadar çeşitli bitkilere uyguladığında bitkiler yaprak biti ve diğer böcekleri uzaklaştıran bileşimler üretmeye başladılar.

Bu mesajları dinleyen sadece bitkiler değil. Avcı böcekler ve tırtıl parazitleri, yenmekte olan bitkinin salgılarının kokusunu alıyor ve Batman’in gece gökyüzünde bir yarasa sinyaline karşılık verdiği gibi kurtarma amaçlı olarak müdahalede bulunuyor. Hollanda Wageningen Üniversitesi’nden kimyasal ekolojist Marcel Dicke, bitki özsuyu yiyen örümcek maytları ile çevrilmiş Lima fasulyesi bitkilerinin avcı maytları bu şekilde çektiğini keşfetti. O ve diğerleri hangi böceklerin hangi kimyasallara cevap verdiğini tespit etmeye çalışıyor. En çok başvurdukları yöntem, avcı böceklerin antenlerini kesip, kesilen antenin üzerine bitki emisyonlarını taşıyarak koku-alıcı hücrelerin elektronik cevaplarını izlemek için elektrotlar kullanmak. Onlar, bitkilerin imdat çağrılarını algılayan ve kirpikkanatlı böcek, avcı süne, böcek, uğur böceği, ufak solucanvari kurtlar, yumurtalarını tırtıllar üzerine bırakan parazitoid yaban arısı ve hatta kuşları da içeren canlıların uzun bir listesini yaptılar.

Pickett, Dicke ve dünyadaki başka birkaç ekip bu bilgileri ekin bitkilerimize unutulmuş kendini savunma sanatını öğretmek için kullanmak istiyor. Gıda amaçlı olarak yetiştirdiğimiz bitkilerin çoğu nesiller boyunca tatlarının veya kokularının güzel olması için çoğaltıldı ve bu süreçte atalardan kalma iletişim becerilerini kaybetti. Büyük ölçüde aynı türden üretilerek çoğaltılan ve Amerika Birleşik Devletleri’nde yaygın olarak yetiştirilen mısır türleri mesajlara artık cevap vermiyor, ancak dünyanın başka yerlerindeki çiftçiler tarafından tercih edilen türler hala bu hünere sahip. Onların genleri ticari amaçla kullanılan ekinlere yeniden yerleştirilebilir. Dicke, avcı maytları çekmede Hollanda’da ticari açıdan yaygın olarak kullanılan türlerden iki kat daha başarılı olan bir salatalık türü tespit etti ve bu beceriyi bitkiye yeniden kazandırabilmeyi umuyor

bitkilerin dili3

Pamuk kurdu masraflı ekin zararlılarından biri. Foto: Scott Bauer/USDA

Bu stratejinin işe yarayabileceğine dair gerçek hayat kanıtı, sap kurdu denen güve larvalarının mısır ekinlerinin yüzde 80’ine kadarını yediği Kenya ve Doğu Afrika’daki komşu bölgelerde 1995’ten beri sürdürülen bir proje ile ortaya çıktı. Kenya’daki Böcek Fizyolojisi ve Ekoloji Uluslararası Merkezi tarafından Rothamsted Research ile işbirliği içinde geliştirilen “itme-çekme” sistemi çerçevesinde, çiftçiler, sinyal ileten bitkileri larvaları ekinlerinden uzak tutmak için şaşırtmak amacıyla kullanıyor.

“İtme” için mısır veya süpürge darısı bitkilerinin arasında desmodium isimli çalı şeklinde yonca türünden bir bitki yetiştiriyorlar. Bu bitkinin emisyonları sap kurtlarını itiyor ve tanelerden uzak tutuyor. “Çekme” ise yumurtalarını bırakmak isteyen güveleri çeken ve güveleri mısırdan uzak tutmak için tarlanın etrafında yetiştirilen Napier çiminden geliyor. Sinyalleri sap kurdu larvalarını yok eden küçük parazit özellikli yaban arılarını çeken Molasses çimi de ek bir silah olarak mısırın etrafında yetiştirilebiliyor. Böcek Fizyolojisi ve Ekoloji Uluslararası Merkezi’ne göre 75.000 küçük çiftçi şu anda kazançlarını üçe katlayabilecek olan bu sistemi uyguluyor.

Bu sistem dünyada küçük ölçekli çiftçilerin geleneksel olarak birden fazla bitkiyi bir arada yetiştirdiği birçok bölgeye uyarlanabilir. Peki ya Amerika veya Kanada usulü, makineler, tek yönlü ekin ekme ve böcek ilaçları sayesinde önemli ölçüde kar edilen yoğun çiftçilik

CINVESTAV Irapuato Meksika araştırma enstitüsünde bitki-böcek sinyalleri üzerinde çalışan ekolojist Martin Heil, ekinleri tarım zararlılarını avlayan avcıları çeken kimyasallarla basit şekilde ilaçlamanın işe yaramayacağını söylüyor. Bu bütün sistemi bozabilir. Avcı böcekler önceleri yardım çağrısında bulunuyor gibi görünen bir bitkinin etrafında toplanacaktır. Ancak bitki yanlış alarm veriyorsa ve lezzetli av böcekler mevcut değilse, avcılar ya oradan ayrılacak ya da açlıktan ölecektir.

Heil “Güvenilir, dürüst bilgi çok kritik bir öneme sahip.” diyor. Heil, köklerinden ve yapraklarından doğal olarak sıvı salgılayan ve et-obur böceklerin özellikle hoşuna giden türlerin yetiştirilmesi vasıtasıyla ekin bitkilerini ziyaret eden avcı böcekleri beslemek için başka bir yöntem üzerinde çalışıyor.

Bitkileri daha iyi iletişim yetilerine sahip olmak üzere çoğaltmak bitki sinyalleri biliminden ilham alan düşüncelerden yalnız biri. Genetik olarak tasarlanmış nöbetçi bitkiler, saldırıya uğrayacak ve alarm verecek ilk bitkiler olmak üzere kömür madenindeki kanaryalar gibi tarlalara yerleştirilebilir, bu şekilde değerli ekinler kendi savunmalarını yapmak üzere bir uyarı almış olacaktır. Buna karşılık doğal olarak zararlıları çeken değişkenleri üreten ekinler ise genetik olarak sessizleştirilebilirler, bu yolla gizlenebilirler ve böcekler onların nerede olduğunu bile bilmeyecektir

bitkilerin dili4

Benekli bitki biti tohum için yetiştirilen yonca için ciddi bir zararlı. Foto: Scott Bauer/USDA

Ancak bilgiye dayalı zararlı böcek-kontrol stratejisinin işe yaraması için tarımın daha verimli hale gelmesi gerekiyor. Bitkiler, zararlılar ve avcılar arasındaki iletişim üçgenlerinin tümüyle anlaşılması şart. Ayrıca zamanlama da kilit noktalardan biri: Avcı böceklerin zararlı böceklerin önemli zararlar vermesinden önce hızlı davranmak üzere yönlendirilmesi gerekiyor.

Böcekleri öldürmeden onları yanıltmaya geçiş sadece baskı altında, böcek ilaçları işe yaramamaya başladığında veya bunların kullanımı çok pahalı olduğunda veya tüketiciler tepki duyduğunda, gerçekleşebilir. Dicke İspanya’nın Almeria bölgesinde domates ve biber yetiştiricilerinin Almanlar 2006’da bunu öğrenene dek seralarında hukuka aykırı böcek ilaçları kullandıkları olaya dikkat çekiyor. Bu olayda birdenbire Avrupa piyasası İspanyol biberlerini satın almayı bıraktı ve yetiştiriciler avcı böceklerden faydalanılan bir metoda geçmek zorunda bırakıldı.

Şu anda bölgedeki tüm biberler ile salatalıkların ve kavunların çoğu bu şekilde yetiştiriliyor ve bu yöntem oldukça başarılı. Yapılan bir ankette, yetiştiricilerin yüzde 97’si biyokontrolün kimyasal böcek ilaçlarından çok daha fazla işe yaradığını belirtiyor. Dicke “Bu seçenek kimyasalların yerini büyük ölçüde tutabilecek nitelikte. Bunun için gerekli olan “Bunu kimyasallar olmadan da yapabiliriz, herkesin imkânsız dediği şeyi yapmak mümkün.” dedirtecek bir zihniyet değişikliği.” diyor.

Bu bitkilerin dünyası, biz sadece bu dünyanın içinde yaşıyoruz. Bu durumda onların düşmanlarını nasıl tespit ettiğini ve koruyucularını nasıl devreye soktuğunu anlamak, zayi olan mahsullerimizi geri kazanmak için gerçekten tek şansımız olabilir. Bizi besleyen ekinlerin kendi savunma mekanizmalarını nasıl harekete geçirdiğini anlayarak onların bunu daha iyi yapmasına yardımcı olabiliriz. Bitkileri, onların dilini konuşmayı öğrenerek müttefiklerimiz haline getirebiliriz.

Kat McGowan New York City ve Kaliforniya’da sağlık ve bilim gazetecisi ve Discover dergisi yardımcı editörüdür.

Kat McGowan imzasıyla slate.com’da yayınlanan yazıyı, Yeşil Gazete gönüllü çevirmenlerinden Pınar Güzel‘in çevirdi.

Yeşil Gazete : Pınar GÜZEL - 25 Nisan 2014

Yazının özgün hali (ingilizce)

Listen to the Plants!

They talk to bugs and birds all the time in a language that could be the future of food.

By Kat McGowan  - April 18 2014

We are losing the war on bugs. Every year, we dump 1 billion tons of insecticides on them; every year, they eat up to a fifth of the crops we grow. It’s a lose-lose scenario. Insecticides are expensive to make and use: Apple trees, for example, must be sprayed 20 times a year. Poisons have side effects: sick farmworkers, nightmarish industrial accidents, even the die-off of butterflies and bees. Eventually, pests evolve and become resistant to the pesticides, and they stop working.

There is another way. It involves listening to plants, which have fought this battle much longer than we have.

When a caterpillar or a beetle starts chewing on a leaf, the plant responds by synthesizing its own defense chemicals in an attempt to drive away the insect. It also releases a chemical plume into the air, a message that can be intercepted by creatures nearby. Other plants respond to these alerts by producing their own chemical weapons, substances that repel leaf-eating insects. Predators that eat plant pests also detect the signals, using them like beacons to locate their prey.

This chatter is going on all the time, all around us. A moth or wasp or a bird flitting through a field is barraged by constant status updates about which plants and creatures are nearby and what they’re up to. It’s the biggest and most important conversation on Earth. But until recently we had no idea it was happening, since human noses can’t detect most of these chemical communiqués. (The scent of cut grass is one exception. To us, it smells like summer, but to other plants, it’s a warning that something is attacking.)

*** *** ***

The first evidence that plants might be able to communicate with one another came in 1983, with a study exploring the defense mechanisms of willow trees. When one willow tree’s leaves got chewed up by caterpillars, researchers discovered, not only that tree but also willows nearby began synthesizing compounds to fend off bugs. It was an amazing find: Somehow, trees could share information, without ears, eyes, or brains. And it soon turned out that most, if not all, plants can send and receive these airborne chemical signals.

Cracking the plant code offers a new opportunity for our agricultural future. Researchers who study plant signals now foresee an era in which crops can identify pests, deploy natural bug-deterring compounds, and summon their own bug-eating bodyguards—all without toxic chemicals.

“We can’t feed the world with this technology at the moment,” says chemist John Pickett, one of the pioneers of this work. “But we’re not going to be able to feed the world tomorrow with today’s technology.”

To reach this future, we will have to reconceptualize the war on bugs. Now, we treat it like a conventional war, where the way to win is to make more and deadlier weapons to kill more opponents. We have to start thinking about it like a war of intelligence, won by spying on our enemies and using their own codes to trick and defeat them.

*** *** ***

The first step will be mastering the language. Plants can make thousands of volatile compounds, and just one emission may blend more than 200 different chemicals. Sending the wrong message could be a disaster: In one study, corn plants treated with some volatile compounds actually became more attractive to armyworms and cucumber beetles.

Using techniques like gas chromatography to separate out individual compounds, Pickett’s team at Rothamsted Research in the United Kingdom is identifying several volatile chemicals that many plants respond to, such as cis-jasmone. Well-known in the perfume business, cis-jasmone is partly responsible for the intense sweetness of jasmine flower, but it also works as a signal to activate plant defenses. When Pickett sprayed synthetic cis-jasmone on plants ranging from soybeans to cotton, they began producing compounds to repel aphids and other bugs.  

Plants aren’t the only ones listening to these messages. Predatory bugs and caterpillar parasites sniff out the emissions of a plant being eaten, and like Batman responding to a bat signal in the night sky, swoop in for the rescue. Lima bean plants infested with sap-sucking spider mites attract predatory mites this way, chemical ecologist Marcel Dicke of Wageningen University in the Netherlands discovered. He and others are working to identify which insects respond to which chemicals. Their go-to technique involves cutting the antennae off of predatory insects, wafting plant emissions over the disembodied antennae, and using electrodes to monitor the electrical responses of odor-sensing cells. They have compiled a long list of creatures that recognize plant distress calls, including thrips, predatory stink bugs, beetles, ladybirds, tiny wormlike nematodes, parasitoid wasps that lay their eggs on caterpillars, and even birds.

*** *** ***

Pickett, Dicke, and a few other teams around the world want to use this knowledge to teach our crop plants the lost art of self-defense. Many of the plants we grow for food have been bred for generations to taste or look good and along the way have lost their ancestral communication skills. The highly inbred strains of corn commonly grown in the United States no longer respond to signals, but varieties preferred by farmers in other parts of the world still have the knack. Their genes could be reintroduced to commercial crops. Dicke has identified one strain of cucumber that’s twice as good as the usual Dutch commercial varieties at attracting predatory mites, and he hopes to breed this ability back into the plant.

Real-world proof that this strategy can work comes from a project running since 1995 in Kenya and neighboring parts of East Africa, where moth larvae called stem borers eat up to 80 percent of the corn crop. Under the “push-pull” system developed by the International Center of Insect Physiology and Ecology in Kenya in collaboration with Rothamsted Research, farmers use signaling plants to fool larvae into staying off their crops.

For the “push,” they plant a shrubby cloverlike plant called desmodium in between the corn or sorghum plants. Its emissions repel stem borers, keeping them away from the grains. The “pull” comes from Napier grass, which attracts moths looking to lay their eggs, planted around the edge of the field to keep the moths away from the corn. Molasses grass, whose signals summon tiny parasitic wasps that destroy stem borer larvae, can also be planted among the corn as an added weapon. According to ICIPE, more than 75,000 smallholder farmers now follow this system, which can triple their yields.

This system could be adapted to many parts of the world where small-scale farmers customarily plant several plants together. But what about American- or Canadian-style intensive farming, where enormous yields are made possible by machines, monocrops, and insecticides?

Simply spraying crops with chemicals to attract predators of agricultural pests won’t work, says Martin Heil, an ecologist at the Mexican research institute CINVESTAV Irapuato who studies plant-insect signaling. It could crash the whole system. At first, predatory bugs would swarm around a plant that seems to be calling for help. But if the plant is crying wolf, and there are no juicy bugs to be found, the predators will either move on or starve to death.

“Reliable, honest information is crucial,” Heil says. He is working on another way to feed predatory insects that visit crop plants, by cultivating varieties that naturally produce nectar from their stems and leaves, a treat that meat-eating bugs particularly enjoy.

Breeding plants to be better communicators is just one of the ideas inspired by the science of plant signaling. Genetically engineered sentinel plants could be stationed in fields like canaries in the coal mine—the first to get attacked and the first to raise the alarm, so valuable crops get a head start on making their own defenses. Crops that naturally produce pest-attracting volatiles could instead be genetically silenced, a way of cloaking them so that the bugs don’t even know they’re there.

*** *** ***

But for a pest-control strategy based on information to work, agriculture is going to have to become smarter. The communication triangles among plants, pests, and predators must be fully understood. Timing is also key: Predatory bugs need to be persuaded to show up early, before pests do much damage.   

The transition from killing bugs to deceiving them may happen only under duress—when pesticides stop working or become too expensive to use, or if consumers revolt. Dicke points to a case in the Almeria region of Spain, where tomato and pepper growers were using illegal pesticides in their greenhouses until the Germans got wind of it in 2006. Overnight, European markets stopped buying Spanish peppers, and growers were forced to switch to a method that relies on insect predators instead.

Now all the peppers in the region are grown this way, as well as most of the cucumbers and melons—and pretty successfully. In a survey, 97 percent of growers said biocontrol worked better than chemical pesticides, Dicke says. “This option can replace chemicals to a large extent,” he says. “It needs this mind shift of saying, ‘We can do things without chemicals. What everyone says is impossible is possible.’ ”

It’s a plant’s world—we just live in it. So figuring out how they detect their enemies and recruit their protectors may truly be our best chance at reclaiming our lost harvests. By understanding how the crops that feed us deploy their own defenses, we can help them get better at it. We can turn plants into our allies—simply by learning to speak their language.

Kat McGowan is a health and science journalist based in New York City and California, and a contributing editor for Discover magazine.

http://www.slate.com/articles/health_and_science/feed_the_world/2014/04/plant_animal_communication_control_agricultural_pests_with_chemical_signals.2.html

Son Yazılar

Cloudy

26°C

Istanbul