Tartu Üniversitesi orman toprağına tarayıcı gömdü

Tartu Üniversitesi bilim insanları, Järvselja ormanında toprağın altına su geçirmez kutulara yerleştirdikleri tarayıcılarla daha önce görülemeyen yer altı ekosistemini gerçek zamanlı izledi. Yeni yöntem, toprak altındaki yaşam ritimlerinin ilk kez görünür kılınmasını ve yer üstündeki süreçlerle ilişkilendirilmesini sağladı.

Kökler en az Aristo'dan bu yana insanlığın ilgisini çekse de bitkibilimciler kökleri bilimsel olarak ancak yüz yıl kadar önce incelemeye başladı. Bu incelemeler uzun süre kök sisteminin toprakla birlikte kazılarak çıkarılmasını gerektirdi; bu da hassas kök ağını kaçınılmaz olarak bozuyordu.

Tartu Üniversitesi kök ekolojisi profesörü Ivika Ostonen, "Ökoskoop" programında yaptığı açıklamada, ciddi kök araştırmalarının 100 yıldan fazla bir süre önce başladığını, geçen yüzyılın sonuna kadar bu çalışmaların çoğunlukla kazı yoluyla yapıldığını söyledi. Kazı sırasında kökleri analiz etmek, incelemek veya ölçmek için sistemin tahrip edildiğini belirtti.

İnsan gözünün görmediği toprakta saklı yaşam

İnsan gözünden gizlenen toprak, ağaçların ve bitkilerin bağlı olduğu olağanüstü bir biyolojik çeşitliliği barındırıyor. Ostonen, bir metrekare boreal orman toprağının altında yaklaşık 20 metre kalın kök, 20 kilometre ince kök ve bir milyon kilometreye kadar mantar hifi bulunabildiğini söyledi. Bunların tamamının toprak içindeki besin zincirini ve toprak canlılarının biyolojik çeşitliliğini ayakta tuttuğunu, ancak bu canlıların çoğunun hâlâ bilinmediğini vurguladı.

Ofis tarayıcılarının orman toprağının altına girmesi tesadüfler sonucu gerçekleşti. Ekibe katılan bir mühendis, cihazlar için su geçirmez kutular yaptı ve araştırmacılar ilk pilot projeyi aynı yılın baharında hayata geçirdi. Toprağa yerleştirilen kameralar çevrelerindeki ortamın saatlik aralıklarla binlerce fotoğrafını çekti.

Araştırmacılar bu fotoğraflardan hızlandırılmış videolar oluşturdu. Videolarda mantar hiflerinin nasıl büyüdüğü ve küçük akarların toprak içinde nasıl hareket ettiği ortaya çıktı. Ekolojistler ayrıca farklı görevleri olan köklerin hangi saatlerde etkin olduğunu ve yağmurdan sonra suyun toprak içinde nasıl ilerlediğini izleyebildi.

Ostonen, yöntemi uygulamaya başladıktan sonraki ilk aylarda, kökleri kazdığı, mikroskopta incelediği, temizlediği ve ölçtüğü önceki 20 yılda öğrendiğinden daha fazlasını öğrendiğini hissettiğini belirterek bunu bir "evreka anı" olarak nitelendirdi.

İlk deneyler, aralarında sıradan ladin büyüme köklerinin günlük döngüsünün de bulunduğu sonuçları ortaya koydu. Günü dörde bölen bir yüksek lisans öğrencisi, verileri incelerken ladin köklerinin öğleden sonra saat altıya kadar büyümelerini yavaşlattığını fark etti. Bulunan ritim, toprak altındaki süreci doğrudan ağacın tacında olanlarla ilişkilendirmeye yardımcı oldu.

Ostonen, yer üstü ekofizyolojik ölçümlerle yer altı ölçümlerinin ilk kez birleştirilebildiğini, daha önce bunun mümkün olmadığını ve topraktan veri alınabileceğine inanmadıklarını vurguladı.

Karbon ihtiyacını ağaç köklerinden karşılayan mantarların yaşam döngüsünün ise farklı olduğu ortaya çıktı. Görüntüler, mantar hiflerinin en aktif olarak şafaktan hemen önce büyüdüğünü gösterdi. Araştırmacılar ritim farkının metabolizma ve toprak canlıları üzerindeki uzun vadeli etkisini henüz tam olarak açıklayamıyor.

Yeni yöntemin veri toplamayı belirgin biçimde ucuzlatabileceği belirtiliyor. Ostonen, yer altı gözlemleri için uygun mini rizotron kameraların 1980'lerde bilim dünyasına girdiğini, ancak yüksek fiyatları nedeniyle yalnızca az sayıda araştırma grubunun bunlardan yararlanabildiğini söyledi. Ekip çalışması, daha derin toprak katmanlarının çok daha basit araçlarla incelenebileceğini gösterdi.

Öte yandan yüz binlerce fotoğraf içeren bu araştırma yöntemi bilim insanlarından yeni analiz yöntemleri de talep ediyor. İnce köklerle mantar hiflerini ayırt edebilen yapay zekâ modelleri yardımcı olabilir; yazılım yüz binlerce fotoğrafı birkaç gün içinde analiz edebiliyor.

Kesin veri seti, bilim insanlarının iklim değişikliğinin etkisini daha iyi değerlendirmesine de yardımcı olabilir. Toprakta yaşayan mikroorganizma toplulukları yaşam faaliyetleri sırasında sürekli büyük miktarda sera gazı üretiyor. Ekolojistler mikroorganizmaların ritimlerini ne kadar kesin bilirse, tüm ekosistemdeki karbon döngüsünü o kadar güvenilir tahmin edebilir. Ostonen, köklerin sera gazı salan mikroorganizma topluluklarını beslediğini, bunun da yer altı canlılığının ne kadar güçlü olduğunu tahmin etmeyi sağladığını ve gelecekteki iklim modellerine uyduğunu söyledi.