ANKARA ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ DOKTORA TEZĠ

Transkript

1 ANKARA ÜNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ DOKTORA TEZĠ KAYSERĠ ĠLĠ YÖRESĠNDE KĠRLĠLĠĞE MARUZ BIRAKILMIġ Pseudevernia furfuracea (L.) Zopf LĠKEN TÜRÜNDE HAVA KĠRLĠLĠĞĠNĠN GENOTOKSĠSĠTESĠNĠN ATOMĠK ABSORBSĠYON SPEKTROSKOPĠSĠ VE MOLEKÜLER MARKÖRLERLE DEĞERLENDĠRĠLMESĠ Çiğdem VARDAR BĠYOLOJĠ ANABĠLĠM DALI ANKARA 2011 Her hakkı saklıdır

2 ÖZET Doktora Tezi KAYSERĠ ĠLĠ YÖRESĠNDE KĠRLĠLĠĞE MARUZ BIRAKILMIġ Pseudevernia furfuracea (L.) Zopf LĠKEN TÜRÜNDE HAVA KĠRLĠLĠĞĠNĠN GENOTOKSĠSĠTESĠNĠN ATOMĠK ABSORBSĠYON SPEKTROSKOPĠSĠ VE MOLEKÜLER MARKÖRLERLE DEĞERLENDĠRĠLMESĠ Çiğdem VARDAR Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Biyoloji Anabilim Dalı DanıĢman: Doç. Dr. Sümer ARAS Sivas, Çat Ormanları ve civarından toplanan Pseudevernia furfuracea (L.) Zopf liken türünde ağır metal birikimi atomik absorpsiyon spektrometresi (AAS) ve çevre kirliliğinin DNA üzerindeki olası etkileri Rastgele ÇoğaltılmıĢ Polimorfik DNA (RAPD) ve ÇoğaltılmıĢ Parça Uzunluk Polimorfizmi (AFLP) analizleri kullanılarak incelenmiģtir. Kayseri ilindeki farklı kirlilik bölgelerine asılıp, farklı iki zaman periyodunda toplanan liken materyalinde, ağır metal elementlerinin (Cd, Cu, Cr, Pb, Zn) konsantrasyonları AAS ile belirlenmiģtir. Elde edilen AAS verileri kirlilik seviyelerini belirlemek amacıyla kullanılmıģ ve bu kirliliğin DNA da meydana getirebileceği değiģimler RAPD ve AFLP yöntemi kullanılarak araģtırılmıģtır. ÇalıĢmada polimorfizm oranları hesaplanırken kontrolün bant profili dikkate alınmıģ ve örneklerde yeni ortaya çıkan bantlar ve kaybolan bantlar sayılmıģtır. RAPD ve AFLP analizleri sonucu elde edilen polimorfizm oranları nemli ve kurak dönemlerde ilgi çekici farklılıklar göstermiģtir. Temmuz 2011, 125 sayfa Anahtar Kelimeler: Hava kirliliği, Pseudevernia furfuracea (L.) Zopf, Genotoksisite, AFLP, RAPD, Türkiye, Atomik Absorpsiyon Spektroskopisi, Liken, Kayseri i

3 ABSTRACT Ph. D. Thesis HEAVY METAL ANALYSIS BY ATOMIC ABSORBTION SPECTROSCOPY AND ASSESSMENT OF AIR POLLUTION GENOTOXICITY IN THE EXPOSED SAMPLES OF Pseudevernia furfuracea (L.) ZOPF LICHEN SPECIES IN THE PROVINCE OF KAYSERI (CENTRAL ANATOLIA) BY MOLECULAR MARKERS. Çiğdem VARDAR Ankara University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Biology Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Sümer ARAS Heavy metal accumulation was analysed by using Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) and effects of environmental pollution on DNA was investigated by Randomly Amplified Polymorphic DNA (RAPD) and Amplified Fragment Length Polimorphism (AFLP) analysis in lichen species Pseudevernia furfuracea (L.) Zopf talli collected from around the Çat Forests. Lichen samples were transplanted to the different pollution sources in province of Kayseri for two time periods of the year. Concentrations of heavy metal elements (Cd, Cu, Cr, Pb, Zn) in the collected material were detected by atomic absorption spectrometry. The AAS data were evaluated via pollution scales, and specimens were analysed using RAPD and AFLP to detect the probable pollution effects and changes on DNA molecules. Polymorphism was calculated in relation to the appearance of new bands and disappearance of normal bands considering the band patterns of the control samples. RAPD and AFLP polymorphism rates obtained from wet and dry periods have shown significant differences. July 2011, 125 pages Key Words: Air pollution, Pseudevernia furfuracea (L.) Zopf, Genotoxicity, RAPD, AFLP, Turkey, Atomic Absorption Spectroscopy, Lichen, Kayseri ii

4 TEŞEKKÜR Bu tezin hazırlanmasında destek olan ve emeği olan danıģman hocam Sayın Doç. Dr. E. Sümer ARAS (Ankara Üniversitesi Biyoloji Anabilim Dalı) a teģekkür ederim. AFLP analizlerinde yardımını esirgemeyen Prof.Dr. Ali ERGÜL (Ankara Üniversitesi Biyoteknoloji Enstitüsü) e; RAPD analizinde ve Atomik Absorpsiyon Spektrofotometresi ölçümleri sırasında ve ölçümlerin istatistiksel analizinde emeği geçen Dr. Demet CANSARAN (Refik Saydam Hıfzısıhha Merkezi BaĢkanlığı) a, tez örneklerinin temin edilmesinde emeği geçen Doç.Dr. Gökhan HALICI (Erciyes Üniversitesi Biyoloji Anabilim Dalı) ya, AFLP analizinde Esin BAġARAN a, Çiğdem DÖNMEZ e ve aileme içtenlikle teģekkür ederim. Ayrıca tez çalıģması sırasında Atomik Absorpsiyon Spektrofotometresi ölçümlerinin yapılmasında destek olan Refik Saydam Hıfzısıhha Merkezi BaĢkanlığı na, Moleküler analizler için Ankara Üniversitesi Biyoteknoloji Enstitüsü ne içtenlikle teģekkür ederim. Bu tez çalıģması, Türkiye Bilimsel ve Teknolojik AraĢtırma Kurumu, 109T046 numaralı, Kayseri Ġli Yöresinde Kirliliğe Maruz BırakılmıĢ Pseudevernia furfuracea (L.) Zopf Liken Türünde Atomik Absorpsiyon Spektroskopisi ile Ağır Metal Analizi ve Hava Kirliliğinin Genotoksisitesinin Moleküler Markörlerle Değerlendirilmesi konulu proje tarafından desteklenmiģtir. Çiğdem VARDAR Ankara, Temmuz 2011 iii

5 İÇİNDEKİLER ÖZET.... i ABSTRACT....iii TEŞEKKÜR....iv SİMGELER DİZİNİ......vii ŞEKİLLER DİZİNİ....ix ÇİZELGELER DİZİNİ... xi 1. GİRİŞ Likenlerin Morfolojik Özellikleri Likenlerin Habitatları Likenlerin Sınıflandırılması Tallus yapılarına göre likenler Homomerik likenler Heteromerik likenler Morfolojilerine göre likenler Kabuksu likenler Yapraksı likenler Dalsı likenler Yapısına katılan mantarın cinsine göre likenler Askolikenler (Askuslu likenler) Basidiolikenler (Bazidiyumlu likenler) Substrat tiplerine göre likenler Epifitik ve kortikol likenler Saksikol likenler Terrikol likenler Likenlerin Üremesi Likenlerin önemi ve kullanım alanları Besin olarak kullanımları Barınak olarak kullanımları Tıptaki kullanımları iv

6 1.6 Hava Kirliliği ve Likenler Hava kirliliğinin etkileri Hava kirliliğinin belirlenmesinde biyomonitör / biyoindikatör organizmalar Hava kirliliğine neden olan ağır metaller ve özellikleri Hava kirliliğinin belirlenmesinde kullanılan çanta tekniği ile likenler ve karayosunlarında ağır metal birikiminin ölçülmesi Genotoksisite çalışmaları ve kullanılan markör teknikleri DNA melezleme markörleri RFLP: Restriksiyon parça uzunluk polimorfizmi (Restriction fragment length polymorphism) Polimeraz zincir reaksiyonuna dayanan markör teknikleri RAPD: Rastgele çoğaltılmış DNA farklılığı (Randomly amplified polymorphic DNA) AFLP: Çoğaltılan parça uzunluğu farklılığı (Amplified fragment length polymorphism) Basit dizi tekrarları (SSR: Simple sequence repeat veya mikrosatelitler) ISSR: Basit dizi tekrarları arası polimorfizm (Inter simple sequence repeats) ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Yüksek Bitkilerle Yapılmış Biyomonitör Ve Genotoksisite Çalışmaları Likenlerle Yapılmış Biyomonitör Çalışmaları Diğer Çalışmalar MATERYAL VE YÖNTEM Liken Materyali Örneklerin Hazırlanması Örneklerin Toplanması Ağır Metal Analizi DNA İzolasyonu RAPD Analizi AFLP Analizi v

7 3.8 Veri Analizi BULGULAR Atomik Absorpsiyon Spektroskopisi Analiz Sonuçları DNA İzolasyonu Sonuçları RAPD Analizi Sonuçları AFLP Analizi Sonuçları TARTIŞMA ve SONUÇ KAYNAKLAR...99 ÖZGEÇMİŞ vi

8 SİMGELER ve KISALTMALAR DİZİNİ AAS AFLP AG bç CAPS CTAB dk datp dctp dgtp dttp DNA EDTA HCI ISSR M MA MgCI 2 ml mm NaCI ng PBI PBS PCR ph PO PVP RAPD RFLP RNase A rpm SCAR SSR Taq TBE TBS Tris Tris HCI UPGMA Atomik Absorbsiyon Spektrometresi ÇoğaltılmıĢ Parça Uzunluk Polimorfizmi (Amplified Fragment Length Polymorphism) Ayırma Gücü Baz çifti Kesilip ÇoğaltılmıĢ Polimorfik Diziler (Cleaved Amplified Polymorphic Sequence) Setil Trimetil Amonyum Bromit Dakika Deoksi Adenozin Trifosfat Deoksi Sitidin Trifosfat Deoksi Guanozin Trifosfat Deoksi Timidin Trifosfat Deoksiribonükleik asit Etilendiamin Tetraasetikasit Hidroklorik asit Basit dizi tekrarları arası (Inter Simple Sequence Repeats) Molar Moleküler ağırlık Magnezyum Klorür Mililitre Milimolar Sodyum Klorür Nanogram Polimorfik Bilgi içeriği Polimorfik Bant Sayısı Polimeraz Zincir Reaksiyonu Hidrojen iyonlarının negatif logaritması Polimorfizm Oranı Polivinilpirolidon Rastgele ÇoğaltılmıĢ Polimorfik DNA (Randomly Amplified Polymorphic DNA) Restriksiyon parça uzunluk polimorfizmi (Restriction Fragment Length Polymorphism) Ribonuclease A Revolutions per minute BelirlenmiĢ ÇoğaltılmıĢ Dizi Bölgeleri (Sequence Characterized Amplified Region) Basit Dizi Tekrarları (Simple Sequence Repeats) Thermus aquaticus Tris/ Borik asit/ EDTA Tampon Çözeltisi Toplam Bant Sayısı Tris (Hidroksil Metil) Aminometan Tris Hidroklorür Unweighted Pair Group Method with Arithmetic Mean vii

9 UV μm μl Ultraviolet Mikromolar Mikrolitre viii

10 ŞEKİLLER DİZİNİ ġekil 1.1 Heteromerik likenin (Hypogymnia physodes) görüntüsü...6 ġekil 1.2 Homomerik likenin (Collema tenax ) görüntüsü ġekil 1.3 Kabuksu likenin (Lecanora campestris var. campestris) görüntüsü ġekil 1.4 Yapraksı likenin (Lobaria amplissima) görüntüsü ġekil 1.5 Dalsı likenin (Ramalina cuspidata) görüntüsü ġekil 1.6 Askuslu likenin (Ascolichens sp.) görüntüsü ġekil 1.7 Bazidiyumlu likenin (Dictyonema glabratum) görüntüsü ġekil 1.8 Pseudevernia furfuracea (L.) Zopf var. furfuracea nın görüntüsü ġekil 3.1 P. furfuraceae liken örneklerinin torbalama tekniği kullanılarak Kayseri ilinde asıldığı istasyonlar ġekil 4.1 Nemli dönem örneklerine ait Zn konsantrasyonlarını gösteren grafik ġekil 4.2 Nemli dönem örneklerine ait Cr konsantrasyonlarını gösteren grafik.61 ġekil 4.3 Nemli dönem örneklerine ait Cd konsantrasyonlarını gösteren grafik 62 ġekil 4.4 Nemli dönem örneklerine ait Pb konsantrasyonlarını gösteren grafik. 62 ġekil 4.5 Nemli dönem örneklerine ait Cu konsantrasyonlarını gösteren grafik. 63 ġekil 4.6 Kurak dönem örneklerine ait Zn konsantrasyonlarını gösteren grafik. 63 ġekil 4.7 Kurak dönem örneklerine ait Cr konsantrasyonlarını gösteren grafik.64 ġekil 4.8 Kurak dönem örneklerine ait Cd konsantrasyonlarını gösteren grafik ġekil 4.9 Kurak dönem örneklerine ait Pb konsantrasyonlarını gösteren grafik...65 ġekil 4.10 Kurak dönem örneklerine ait Cu konsantrasyonlarını gösteren grafik...65 ġekil 4.11 ÇalıĢılan örneklerden DNA izolasyonu sonucunda elde edilen DNA bantlarının agaroz jel elektroforez görüntüsü ġekil 4.12 Tube A04 (5 AATCGGGCTG 3 ) primerine ait jel görüntüsü. 71 ġekil 4.13 Nemli dönemde Tube 01 (5 CAGGCCCTTC 3 ) primerine ait jel görüntüsü. 72 ġekil 4.14 Kurak dönemde Tube A01(5 CAGGCCCTTC 3 ) primerine ait jel görüntüsü.72 ġekil 4.15 Nemli ve Kurak dönemlerde Tube A10 (5 GTGATCGCAG 3 ) primerine ait jel görüntüsü ix

11 ġekil 4.16 Kurak ve nemli dönemlerde, kirliliğe maruz bırakılmıģ Pseudevernia furfuraceae (L.) Zopf örneklerinin DNA bant patern farklılıklarına göre dendogram ile gösterimi...74 ġekil 4.17 Ön amplifikasyon sonucu elde edilen elektroforez görüntüsü ġekil 4.18 E-22 M-3 selektif primerlerine ait elektroforez görüntüsü.. 80 ġekil 4.19 E-32 M-7 selektif primerlerine ait elektroforez görüntüsü.. 81 ġekil 4.20 E-32 M-6 selektif primerlerine ait elektroforez görüntüsü.. 82 ġekil 4.21 E-32 M-3 selektif primerlerine ait elektroforez görüntüsü.. 83 ġekil 4.22 E-22 M-6 selektif primerlerine ait elektroforez görüntüsü.. 84 ġekil 4.23 RAPD analizlerine göre oluģan nemli dönem GKS (Genomik Kalıp Stabilitesi) oranlarını gösteren grafik ġekil 4.24 AFLP analizlerine göre oluģan nemli dönem GKS (Genomik Kalıp Stabilitesi) oranlarını gösteren grafik ġekil 4.25 RAPD analizlerine göre oluģan kurak dönem GKS (Genomik Kalıp Stabilitesi) oranlarını gösteren grafik ġekil 4.26 AFLP analizlerine göre oluģan kurak dönem GKS (Genomik Kalıp Stabilitesi) oranlarını gösteren grafik ġekil 4.27 Kurak dönem RAPD polimorfizm durumunu gösteren grafik ġekil 4.28 Kurak dönem AFLP polimorfizm durumunu gösteren grafik..90 ġekil 4.29 Nemli dönem RAPD polimorfizm durumunu gösteren grafik. 91 ġekil 4.30 Nemli dönem AFLP polimorfizm durumunu gösteren grafik..91 x

12 ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge 1.1 ÇeĢitli liken türleri ile yapılmıģ ağır metal kirliliği çalıģmalarından örnekler Çizelge 1.2 Pseudevernia fufuracea liken türü ile yapılmıģ ağır metal kirliliği çalıģmalarından örnekler Çizelge 3.1 Örneklerin isimlendirilmesi Çizelge 3.2 RAPD primerlerinin adları ve dizileri.54 Çizelge 3.3 AFLP seçici primerlerinin adları ve sekansları...57 Çizelge 4.1 Nemli dönem AAS analiz sonuçları 59 Çizelge 4.2 Kurak dönem AAS analiz sonuçları 60 Çizelge 4.3 Nemli dönem örneklerinin spektrofotometrik DNA ölçüm sonuçları 67 Çizelge 4.4 Kurak dönem örneklerinin spektrofotometrik DNA ölçüm sonuçları 68 Çizelge 4.5 Nemli dönem örneklerinde kontrol ve polimorfik bantların değiģimi...69 Çizelge 4.6 Kurak dönem örneklerinde kontrol ve polimorfik bantların değiģim...70 Çizelge 4.7 Örneklere ait polimorfizm oranları Çizelge 4.8 AFLP analizi sonucu nemli dönem örneklerine ait polimorfizm oranları Çizelge 4.9 AFLP analizi sonucu kurak dönem örneklerine ait polimorfizm oranları Çizelge 4.10 Polimorfizm oranları Çizelge 4.11 RAPD ve AFLP analizi sonucunda nemli dönemde oluģan polimorfik bantların sayısı. 85 Çizelge 4.12 RAPD ve AFLP analizi sonucunda kurak dönemde oluģan polimorfik bantların sayısı Çizelge 4.13 AFLP analizlerine göre oluģan GKS (Genomik Kalıp Stabilitesi) oranları...86 Çizelge 4.14 RAPD analizlerine göre oluģan GKS (Genomik Kalıp Stabilitesi) oranları Çizelge 4.15 RAPD ve AFLP analizlerine göre Toplam Bant Sayısı (TBS), Toplam Polimorfik Bant Sayısı (TPBS), Toplam Polimorfizm Oranı (TPO) xi

13 1. GİRİŞ Likenler yıllarca mutualizmin akla ilk gelen örneğini oluşturmuşlardır. Bununla birlikte, laboratuvar çalışmaları sonucunda, hücresel düzeyde alg hücrelerinin düzenli durumda ve kontrollü olarak mantar tarafından parazitize edildiği organizmalardır (Hawskworth 1988). Likenler başlı başına birer organizma değildirler. Mantarlar ile alglerin birleşerek morfolojik ve fizyolojik bir bütün halinde meydana getirdikleri simbiyotik birliklerdir (Güner 1986). Liken terminolojisinde simbiyozu oluşturan mantar için mikobiyont, alg veya siyanobakteri için fotobiyont terimi kullanılır. Fotobiyont ayrımında liken oluşumuna katılan siyanobakteri için siyanoliken, alg için fikoliken terimleri de kullanılır (Friedl ve Büdel 1996). Likenlerde mikobiyontla birlikte genellikle bir çeşit fotobiyont bulunur, fakat nadir olarak bazı likenlerde birden fazla fotobiyont türü bulunabilir (Nash 1996). Liken tallusu iki organizmanın meydana getirdiği kompleks bir yapıdır. Fungus bileşeni (mikobiyont), yeşil algler veya mavi-yeşil algler (fikobiyont) ile simbiyotik işbirliği kuran bir Ascomycetes veya Basidiomycetes üyesidir. Yaklaşık kadar taksonla temsil edilen likenler, mantarlar içerisinde sınıflandırılmaktadırlar. Liken yapısında yer alan alg üyeleri, Chlorophyta da yaklaşık 25 cins, Xanthophyta, Phaeophyta da 1 cins ve Cyanobacteria da 12 cinste toplanmaktadır. Liken yapısına katılan mantarlar ise çoğunlukla Ascomycetes, daha az sayıda Basidiomycetes üyeleridir Ascomycetes türünün hemen hemen yarısının liken yapısına katıldığı belirtilmektedir (Brodo vd. 2001). Birçok kaynakta likenler bütün ortakların fayda sağladığı mutualizmin klasik bir örneği olarak gösterilirler (Nash 1996), fakat alternatif olarak bazı araştırmacılar mantar bu birliktelikten daha çok faydalandığı için kontrollü parazitizm olarak tanımlarlar (Ahmadjian 1993). Simbiyotik birlik kökleri olmayan ortak bir bünye (tallus) oluşturur (Garty 2001). Tallus mantar dokudan oluşan korteks, medulla ve mantar hifleri tarafından sarılmış gonidiyum tabakasından oluşmuştur. Korteks, fotobiyont hücreleri 1

14 kurumaktan ve aşırı güneş ışığından korurken, gevşek dokulu medulla gaz değişimini kolaylaştırır. Gonidiyum tabakasındaki hücreler optimum güneş ışığı alacak şekilde yerleşmişlerdir (Ahmadjian 1993). Liken simbiyozu basit bir etkileşim ya da sadece bir arada bulunma değildir, fungus ve fotobiyont arasındaki ilişki oldukça karmaşıktır. Likenlerde simbiyotik ortaklar arasında sıkı bir fizyolojik ilişki vardır. Daha baskın olan heterotrof mantar karbonik besin ihtiyacını fotobiyontun fotosentez ürünleri ile karşılar (Nash 1996). Fotobiyonttan mikobiyonta doğru olan karbonhidrat akışının, yeşil alg bulunan likenlerde polyoller olarak ve siyanobakteri içeren likenlerde ise glikoz şeklinde gerçekleştiği belirlenmiştir (Feige ve Jensen 1992). Fotobiyontların hücre duvarı, bu organizmaların serbest yaşam formlarındayken sahip olduğu hücre duvarı yapısıyla farklılık gösterir. Likenleşmiş haldeki fotobiyontların hücre duvarı, bazı karbonhidratların hücre dışına doğru çıkışına izin verecek şekilde değişmiştir (Smith 1980, Smith ve Douglas 1987). Buna ek olarak mikobiyont, azot fikse eden bir siyanobakteri ile birlikte olduğu durumda da diğer biyonttan azot kaynağı elde etmiş olur. Buna rağmen mantardan fotobiyont hücrelere doğru bir besin geçişi olup olmadığı bilinmemektedir, fakat mantarın diğer mantar simbiyozlarında olduğu gibi, fotobiyont için inorganik besin rezervuarı olarak fonksiyon görebileceği kabul edilmektedir (Rai vd. 1980, Smith 1980, Rai 1988). Yakın fizyolojik ilişkinin bir başka sonucu da likenlerde hücre dışında kristaller halinde bulunan sekonder metabolitlerdir. Bu metabolitlerin çoğu serbest yaşayan mantarlarda bulunmaz (Culberson ve Elix 1989). Mantar hifleri, liken tallusunun ihtiyacı olan su, CO 2 ve mineral maddeleri temin eder. Alg hücreleri ise mantara, klorofili vasıtasıyla sentezlediği organik maddeleri ve oksijeni sağlar (Yurdakulol ve Yıldız 2002). Mantar bu besinleri alg hücrelerinin içerisine kadar uzanan boruları sayesinde emer. Özgül yaşam şekilleri sayesinde likenler ekstrem koşullarda yaşam şansı kazanır (Güner 1986). Alg hücreleri mantar dokularıyla kaplanmıştır, böylece mantar onları şiddetli ışık, kuraklık ve ısıdan da korur ( 2

15 Ökaryotik organizmalar olan mantarlarda, likenleşmiş ve likenleşmemiş bireyler arasında sitolojik yönden temel olarak bir fark yoktur. Sadece likenleşmeye katılan Ascomycetes lerde konsantrik cisimler göze çarpar. Bu yapılar fonksiyonu ve orijini bilinmeyen yarı - kristalik protein benzeri oluşumlardır (Honegger 1996). Mantarların yaklaşık beşte biri likenleşmiş haldedir ve karbon kaynağı elde etme bakımından likenleşme iyi bir beslenme stratejisidir (Hawksworth 1988). Liken oluşumuna katılan yaklaşık 40 fotobiyont cinsi belirlenmiştir (Tschermak-Woess 1989, Büdel ve Scheidegger 1996). Likenlerde en çok bulunan siyanobakteri türleri Nostoc, Scytonema, Stigonema, Gloeocapsa ve Calothrix, en çok bulunan alg türleri ise Trebouxia, Trentepohlia, Coccomyxa ve Dictyochloropsis cinslerine aittir (Ahmadjian 1993, Friedl ve Büdel 1996). Bu ayrı bileşenler bir araya geldiklerinde meydana gelen tallus, liken olmayan fungus ve algler ile hiçbir benzerlik göstermeyen uzun ömürlü ayrı bir yapı meydana getirir. Fungus ve alg elementleri sadece tallustan kesit alındığında ve mikroskop altında incelendiğinde tanınabilirler (Hale 1974). Likenler oldukça yavaş büyürler (Honegger 1996) ve biyokütleye olan katkıları değişkendir. Çok yavaş büyüdüklerinden ekosistemin üretkenliğine olan katkıları oldukça küçüktür, büyümeleri yılda birkaç milimetreden bir iki santimetreye kadar olabilir. Kısa ömürlü liken sayısı oldukça az olmakla beraber, bazılarının yüzlerce yıl yaşadığı düşünülmektedir (Nash 1996, Honegger 1996). 1.1 Likenlerin Morfolojik Özellikleri Likenlerin morfolojileri, boyutları ve sahip olduğu renkler büyük ölçüde çeşitlilik göstermektedir. Tallusları yeşil, kırmızı, gri, kahverengi, sarı veya siyah renkte olabilir (Jahns 1988). Usnea gibi bazı epifitik formların arasında boyu iki metreden uzun olan türler bulunur, farklı formlardaki bazı türlerin ise boyları sadece birkaç milimetredir (Büdel ve Scheidegger 1996). 3

16 1.2 Likenlerin habitatları Bilindiği gibi algler suda veya çok nemli yerlerde yaşayabilen ototrof organizmalardır. Mantarlar ise saprofittirler. Kısacası her iki grubun da yaşam alanları oldukça sınırlıdır. Oysa bu simbiyotik birlik sayesinde likenler tropik kuşaktan kutuplara, deniz kıyısından dağlık bölgelere kadar pek çok ortamda yaşayabilirler. Geniş coğrafik dağılımlarına ek olarak, çok geniş bir substrat yelpazesine de sahiptirler. Likenler rhizinea (rizin) adı verilen yapılarla çeşitli substratlara tutunarak büyürler. Toprağın, kayaların ya da taşların üzerinde, ağaçlar, diğer bitki, mantar ve likenlerin üzerinde, ölü ağaç kabukları, duvarlar, çatılar, terk edilmiş eski eşyalar hatta paslı metallerin üzerinde bile yaşayabilirler. Kayaların üzerinde yaşayan likenlerin çoğunluğu, yüzey üzerinde epilitik olarak, diğerleri ise kaya yüzeyleri arasında endolitik olarak bulunur. Toprak üzerinde yaşayanlar terrikol, ağaçların üzerinde yaşayanlar epifitik, yaprakların üzerinde hızlı koloni oluşturarak yer almış olan likenler de epifilik olarak adlandırılır (Nash 1996). Likenler ekstrem şartlarda su içeriklerini hızlı bir şekilde kaybederler. Fotosentez hızları düşer ve metabolizma hızları azalır. Deniz kıyılarından, en yüksek dağlara, sıcak bölgelerden kutuplara kadar geniş bir yayılım alanına sahiptirler, en kötü şartlar altında dahi gelişebilmektedirler. Likenler yağmurdan, hatta likenle çok kısa süre temasa geçen çok seyreltik bir akıntıdan bile besin sağlayabilir ve bu besini biriktirebilirler (Nash 1996, Ahmadjian 1993). Bazı likenler sadece özgül habitatlarda bulunurlar. Örneğin; yalnız bir çeşit ağaç veya kaya üzerinde yaşayabilirler. Aynı zamanda bir ağaç gövdesinde otuz türden fazla liken çeşidine rastlamak da mümkündür. Sınırlı habitat koşullarında yaşayan likenler habitat şartlarına karşı oldukça hassastırlar. Örneğin; bazı türler hava kirliliğine hassastır ve hava kalitesinin belirlenmesinde bu türler kullanılırlar (Nash 1996). Likenlerin coğrafik dağılımı oldukça geniştir ve hemen hepsi karasal organizmalardır, tatlı su akıntılarında ve denizde yaşayabilen sadece birkaç tane tür bulunur. Ekvatorda, kutup bölgelerinde, dağlık ve kıyı bölgelerde, tayga veya yağmur ormanları gibi çok 4

17 değişik orman ekosistemlerinde ya da çöllerde olmak üzere tüm karasal ekosistemlerde bulunabilirler (Kappen 1993, Galloway 1996). 1.3 Likenlerin sınıflandırılması Likenler sistematikçiler tarafından değişik şekillerde sınıflandırılmıştır. Sınıflandırma yapılırken; tallus yapıları, morfolojik yapıları, üzerinde büyüdükleri bitki substratları, likeni oluşturan mantarın sınıfı dikkate alınmıştır Tallus yapılarına göre likenler Alg ve mantarın birbiri ile etkileşimi değişik şekillerde karşımıza çıkmaktadır. Eğer alg ve mantar, tallus yapısında homojen bir dağılım gösteriyorsa böyle likenlere Homeomerik liken, alg ve mantar türleri homojen değil de tabakalı bir dağılım gösteriyorsa bu tiplere Heteromerik liken adı verilir Homeomerik likenler Homeomerik tip talluslu likenlerde tallus, jelatini andıran müsilajımsı bir yapı göstermektedir. Alg ve mantar türleri ayrı bir tabaka oluşturmaksızın birbirleri ile homojen olarak karışmışlardır (Güner 1986). Mantar miselyumu, algin salgıladığı müsilaj içerisinde homojen olarak dağılmıştır. Likenin şekli alg tarafından belirlenmektedir (Yurdakulol ve Yıldız 2002) Heteromerik likenler Heteromerik tipi talluslu likenlerde algler üst korteks tabakası ile orta kısım (medulla) arasında bir tabaka oluşturur. Diğer kısımlar sıkı veya gevşek olarak mantar hiflerinden oluşmuş dokular halindedir. Likenlerin çoğu bu tipe dahil edilir. Üst kabuk tabakasının altında alglerin oluşturduğu gonidiyum tabakası belirgin bir şekilde ayırt edilebilir (Güner 1986). Bunun altında mantar hiflerinden oluşmuş medulla isimli tabaka bulunur. Örnek olarak Hypogymnia cinsini verebiliriz. Heteromerik likenlerde, likenin 5

18 şekli içerisinde alg bulunan tabakalara sahip mantar tarafından belirlenir (Yurdakulol ve Yıldız 2002). Şekil 1.1 Heteromerik likenin (Hypogymnia physodes) fotoğrafı ( ) Şekil 1.2 Homomerik likenin (Collema tenax ) fotoğrafı ( 2010) Morfolojilerine göre likenler Likenler bulundukları ortama ve beraber yaşadıkları substratların durumlarına göre değişik şekillerde gruplandırılabilirler. Morfolojilerine göre geleneksel olarak kabuksu (crustose), yapraksı (foliose) ve dalsı veya çalımsı (fruticose) olarak üç tipte sınıflandırılabilirler (Büdel ve Scheidegger 1996). 6

19 Kabuksu (Crustose) likenler Tallusları tamamen substrata yapışık olan likenlerdir. Liken tamamen ağaç kabuğuna, kayalara veya diğer substratlara tutunmuş olup, kabuk şeklinde, yassı ve sıkı bir örtü meydana getirmiştir. Crustose likenler alt yüzeyleri ile substrata sıkıca tutunmuşlardır ve onları parçalamadan bu yüzeylerden ayırmak zordur. Kayalar üzerinde de gelişirler, bazen kayaların yüzeylerini eritip derinlere girerler (Güner 1986). Substratından kazıyarak ayrılabilirler ( Salgıladıkları liken asitleriyle bazen kayaları eriterek içine kadar girerler. Bu tip likenlere endolitik likenler denir. Likenlerin yaklaşık % 75 i crustose tiptedir (Ahmadjian 1993). Aspicilia, Lecidea, Rhizocarpon, Leproplaca, Caloplaca, Lecanora, Acaspora kabuksu liken cinslerine verilebilecek örneklerdendir. Şekil 1.3 Kabuksu likenin (Lecanora campestris var. campestris) fotoğrafı ( 2009) Yapraksı (Foliose) likenler Dorso-ventral olarak yassılaşmış tallus tipine sahiptirler. Rizin veya umbilikus ile substrata tutunan likenlerdir. Çoğu yapraksı likenin kenarları yuvarlak veya biraz açılıdır. Lopların şekilleri, uzunluk ve genişlikleri bir likeni diğerinden ayıran önemli karakteristiklerdir. İki koruyucu mantar tabakaları vardır. Tallusları küçük veya büyük loplara ayrılmıştır (Güner 1986). Tutunma yapıları sayesinde yaşadıkları yüzeyden biraz yüksekte dururlar. Büyüdükleri ortamlara rizoid şeklinde hifler gönderirler. Substratlarına hafifçe bağlıdırlar ( 2004). 7

20 Çoğu foliose likenler yılda 2 veya 5 mm büyürler (Armstrong 2004). Peltigera Parmelia, Lobaria, Umbilicaria, Xanthoria, Hypogymnia cinsleri yapraksı likenlere örnek olarak verilebilir. Şekil 1.4 Yapraksı likenin (Lobaria amplissima) fotoğrafı ( 2009) Dalsı veya Çalımsı (Fruticose) likenler Bu gelişim şekli çok fazla dallanmış, çalıya benzer likenleri ve dallanmamış saplar veya iplikler halindeki likenleri kapsar. Tıpkı çalıya benzeyen, oldukça büyük likenlerdir. Yaşadıkları yüzeylere tek bir noktadan bağlıdırlar. Ağaçlar üzerinde gelişirler. İpliksi veya şeritsi tallusları diktir. Tallusları çok sık dallanmıştır (Güner 1986). Kolayca substratlarından ayrılırlar ( 2009). Evernia, Pseudevernia, Ramalina, Usnea cinsi likenler dalsı likenlere örnek olarak verilebilir. Şekil 1.5 Dalsı likenin (Ramalina cuspidata) fotoğrafı ( 2009) 8

21 1.3.3 Yapısına katılan mantarın cinsine göre likenler Likenler yapısına katılan mantarların sınıfına uygun olarak başlıca iki gruba ayrılırlar Askolikenler (Askuslu likenler) Alglerin askuslu mantarlarla birlikte oluşturdukları likenlerdir. Likenlerin çoğu bu gruba dahildir. Toprakta, kayalarda, taşlarda, ağaçlarda, ağaç kabuklarında dallarda, kemiklerde, deride, yünde, kerestelerde, evlerin duvarlarında, anıtlarda, kiremitlerde, mezar taşlarında, camlarda ve eski demir alet ve eşyalarda büyüyüp gelişebilirler (Yurdakulol ve Yıldız 2002). Şekil 1.6 Askuslu likenin (Ascolichens sp.) fotoğrafı ( 2009) Basidiolikenler (Bazidiyumlu likenler) Genellikle tropikal bölgelerde rastlanır. Tallusları çok yavaş büyür (Güner 1986). 9

22 Şekil 1.7 Bazidiyumlu likenin (Dictyonema glabratum) fotoğrafı ( 2009) Substrat tiplerine göre likenler Likenler üzerlerinde büyüdükleri substrata göre de isimlendirilirler. Toprakta büyürse terrikolous, kayalarda büyürse saksikolous, ağaçlarda büyürse lignikolous, ağaç kabuklarında büyürse kortikolous, karayosunları üzerinde büyürlerse musikolous, likenlerin üzerinde yetişirlerse likenikolous likenler olarak isimlendirilirler (Nash 1996) Epifitik veya kortikol likenler Doğadaki diğer bitki formlarını (ağaç, çalı, karayosunu vb.) substrat olarak seçen likenlerdir. Likenler substrata kısmen veya tamamen gömülü durumda (Örnek: Lecidea ve Lecanora ) ya da yüzeyde (Örnek: Buellia, Caloplaca ) gelişim gösterirler (Brodo vd. 2001) Saksikol likenler Çeşitli taş veya kaya üzerinde gelişen likenlerdir. Bunlarda kaya yüzeyinde gelişen likenler yani epilithik likenler (Örnek: Rhizocarpon sp.) ve kayaya kısmen gömülü olan endolithik (Örnek: Verrucaria sp.) likenler olmak üzere ikiye ayrılırlar. Genellikle 10

23 kalkerli substratlar üzerinde gelişenler az çok endolitik, silisli substratlarda gelişenler ise epilitik türlerdir (Brodo vd. 2001) Terrikol likenler Karbonatlı, silisli, humuslu topraklar üzerinde üzerinde gelişen likenlerdir. Örnek olarak, Cladonia ve Squamarina türleri verilebilir. 1.4 Likenlerin Üremesi Likenlerde eşeysiz ve eşeyli üreme görülür. Genellikle sadece mikobiyont tam eşeyli üremeyi gerçekleştirir. Fotobiyontun üreme fonksiyonu likenleşmiş durumda kısıtlanmıştır. Likenleşme sürecinde temel olgu, fungal sporların doğru fotosentetik eşle karşılaşması ve simbiyoz yaşamın yeniden kurulmasıdır. Tipik eşeyli ve eşeysiz üremenin yanı sıra likenleşmiş Ascomycetes ler her iki biyontun da dağılmasını sağlayan birkaç vejetatif propagül yapısı evrimleştirmişlerdir (Büdel ve Scheidegger 1996). Eşeyli üreme birimleri mantar tarafından meydana getirilir. Ascomycetes sınıfına ait mantarlar apotesyum ve peritesyum denen üreme organları oluşturur. Apotesyumlar tallus üzerinde küçük çanak şeklinde, ya da çizgi şeklindeki bazen tallusa gömülü, siyah, kahverengi, turuncu, sarı gibi değişik renklerde üreme birimleridir. Peritesyumlar ise tallus yüzeyinde sadece ostiol denilen açıklığı ayırt edilebilen nokta şeklinde tallusa gömülü üreme organlarıdır. Apotesyum ve peritesyumlar, ilkbahar ve sonbahar olmak üzere yılda iki kez spor üretirler (Hale 1989). Likenlerin sınıflandırılmasında bu üreme organlarının tipleri, şekilleri, askuslarında taşıdıkları spor sayısı ve sporlara ait özellikler önemli ayırt edici karakterlerdir (Nash 1996). Likenlerde apotesyum şeklindeki üreme organları daha yaygın görülür ve üç grupta incelenir. Bunlar; Lecanorine (tallus kenar içeren ), Lecideine (özel bir dokudan oluşan 11

24 apotesyum kenarı içeren), Biatorine (kenar içermeyen) olarak gruplandırılırlar (Brodo vd. 2001). Bir başka görüşe göre; eşey organı oluşturmayan likenler nesillerinin devamı için eşeysiz üreme gösterirler. Bu amaçla liken tallusu yüzeyinde isid ve sored adı verilen yapılar meydana gelir. İsid, birkaç alg hücresi ve çok sayıda mantar hifinin bir araya gelerek oluşturduğu, tallus üzerindeki dışarı doğru büyüyen parmak ya da siğil şeklindeki yapılardır. İsid yapıları korteks ile kaplanmışlardır. Bu yapılar tallus yüzeyinin, dolaylı olarak da fotosentez yüzeyinin artmasını sağlarlar. Soredler ise, isidin korteks ile kaplanmamış halidir. Tallus, üzerinde birkaç alg hücresi ve bunları çevreleyen mantar hiflerinden oluşan toz partikülleri şeklindedir. Soredler tallus üzerinde belirli bir bölgede yoğunlaşmış ve korteks ile sınırlanmış ise soral adını alır. Eşeyli üreme organları gibi eşeysiz üreme organları da liken sistematiğinde önemli ayırt edici karakterlerdir (Öztürk ve Güvenç 1995). 1.5 Likenlerin Önemi ve Kullanım Alanları Likenler ekolojik açıdan büyük öneme sahip organizmalardır. Toprak oluşumuna yaptıkları katkıdan dolayı ekolojik süksesyonda önemli rol üstlenirler. Çıplak kayalık alanları ilk olarak örten canlılar arasındadırlar. Salgıladıkları asitlerle kayaları eriterek toprak oluşturdukları gibi ölen talluslarından da organik madde birikir. Bu olaylar çok yavaş gerçekleşir fakat bir süre sonra yeterli miktarda toprak ve organik madde birikince bu sahada yosunlar ve eğreltiler yerleşir. Liken asidi kalkerli ve granitik kayaları kademeli olarak parçalar. Zamanla buralarda parçalanma sonucu oluşan ufak taşçıklar üzerinde yapraklı kara yosunları gelişmeye başlar. Daha sonraları da parçalanmanın ilerlemesi ve karayosunlarının artıklarının birikmesi ile toprak miktarı çoğalmaya ve böyle yerlerde yüksek bitkiler büyümeye ve gelişmeye fırsat bulurlar (Güner 1986). Böylece likenler bitki örtüsünün gelişim sürecinde öncül canlılardır (Yurdakulol ve Yıldız 2002). 12

25 1.5.1 Besin olarak kullanımları Likenler doğada omurgasız küçük hayvanlardan başlayarak insanlara kadar birçok canlının gıdasını oluşturmaktadır. Güveler, tırtıllar, solucanlar, sümüklüböcekler, salyangozlar örümcekler, kelebek larvaları gibi böcekler ve birçok kemirgen hayvan likenleri besin olarak kullanmaktadır. Likenler, genellikle acı kimyasallar içerdiklerinden yaban hayatının ana besin kaynağını oluşturmazlar ancak besin zincirinde önemli yere sahiptirler ( 2009). Özellikle kıtlık zamanlarında boreal ve subarktik bölgelerdeki insanlar tarafından likenlerin besin olarak kullanıldıklarına dair birçok kayıt vardır. Batı Kanada ve ABD de de bazı kabilelerin Bryoria fremontii yi (fruticose bir liken) yedikleri bilinmektedir ( 2008). Ağaç kabukları ve rutubetli ortamlardaki kayalar üzerinde gelişen yapraksı ve dalsı likenler büyük oranda hayvan besini olarak kullanılmaktadır. Bunların basında arktik bölgelerde bol gelişen ve ren geyiklerinin önemli besinlerini oluşturan Cladonia rengiferina ve Cetraria islandica türleri gelmektedir (Nimis 1996). Likenler insanlar tarafından da yiyecek maddesi olarak kullanılmaktadır. Likenlerin insanoğlu açısından besin değerleri oldukça kısıtlıdır. Çünkü geviş getiren hayvanların aksine insanlarda mide ve barsaklar içerisinde bulunan ve karmaşık liken karbonhidratlarını emilebilen ve küçük moleküllere parçalayan bakteri florası mevcut değildir. Afrika ve Arabistan da yetişen Aspicilia esculanta (Manna likeni) dan ekmek yapılmaktadır. Bugün Japonya da kaya fungusu olarak bilinen Umbilicaria gibi bazı yapraksı türler dağlık alanlardan toplanır ve salatalarla veya yağda kızartılarak yenilir, bunların lezzetli olduğu söylenir. Besinsel değeri diğerleri ile karşılaştırıldığında avantajlı olsa bile bunların çok yavaş büyümesi insanların bunları kültüre alması için bir dezavantajdır (Hale 1974). 13

26 1.5.2 Barınak olarak kullanımları Böcekler likenleri sadece gıda olarak kullanmazlar, aynı zamanda kendilerini likenlere benzeterek diğer canlılardan korumuş da olurlar. Örneğin güve ve kene larvaları likenlere benzemek yoluyla düşmanlarından korunurlar. Likenle kaplı ağaçlar üzerinde yetişkin güveler mimikri yaparak dinlenirler ( 2004). Çoğu kuş likenleri yuva yapımında kullanır. Missouri nin en renkli ötücü kuşu Parula yuva yapımında Usnea likenini kullanmıştır ( 2004) Tıptaki kullanımları Likenlerin çeşitli biyolojik aktivitelere sahip olduğunu gösteren çok sayıda çalışma yapılmıştır. Bu çalışmaların bir bölümü likenlerin antitümöral, antienflamatuvar ve antiülserojenik etkilere sahip olduklarını göstermektedir. Diğer pek çok literatürde likenlerin soğuk algınlıkları, kuduz hastalığı, barsak kurtlarının düşürülmesi, alerji, ateşli hastalıklar, sarılık, cilt hastalıkları, humma nöbetleri, boğmaca, öksürük ve solunum yolu hastalıkları ve kemik kırıklarının tedavi edilmesinde kullanıldığı yer almaktadır ( 2009). Peltigera canina Hindistan da karaciğer hastalıklarına çare olarak yenilmektedir ve yüksek metiyonin aminoasitini içermesi güç kaynağı olarak kullanılmasını da sağlamaktadır (Hale 1974). Liken maddeleri aynı zamanda bitki patolojisinde de antibiyotikler olarak incelenmektedir. Mesela likenlerden elde edilen sodyum usnatın domates çürüklüklerine (Corynebacterium michiganensis) karşı etkili olduğu bulunmuştur. Tütün mozaik virüsü da çeşitli liken özütleri ile inhibe edilmiştir ve etken maddelerin lekanorik, psoromik ve usnik asit olduğu ispat edilmiştir (Hale 1974). Su özütlü liken maddelerinin aynı zamanda otlarda tohum çimlenmesini ve kök başlamasını inhibe ettiği gösterilmiştir. Mesela Peltigera canina yanındaki ot 14

27 kolonilerinde kök sistemleri çok az gelişir. Cladonia cinsine ait likenler Finlandiya daki konifer ormanlarında ağaç fidelerinin çimlenmesini inhibe eder. İnhibisyon mekanizmalarından bir tanesi de metafaz evresinde kromozom hatalarında artış olarak gözükür. Toprak habitatında yaşayan diğer Cladonia türleri karayosunu sporlarının çimlenmesini inhibe eder (Nimis 1996). Likenlerden yapılan çay ve merhemler tüm dünyada geleneksel ilaç olarak kullanılmıştır. Roccella türlerinden asit/baz indikatörü olarak kullanılan turnusol elde edilir (Hale 1974). 1.6 Hava Kirliliği ve Likenler Hava kirliliği; yoğunluğu, bulunma süresi ve frekansı organizmaların sağlığını olumsuz etkileyen ve çevreye zarar veren maddelerin havada bulunması olarak tanımlanabilir. Bir başka deyişle hava kirliliği; havada katı, sıvı ve gaz şeklindeki yabancı maddelerin insan sağlığına, canlı hayatına ve ekolojik dengeye zarar verecek miktar, yoğunluk ve sürede atmosferde bulunmasıdır. İnsanların çeşitli faaliyetleri sonucu meydana gelen üretim ve tüketim aktiviteleri sırasında ortaya çıkan atıklarla hava tabakası kirlenerek, yeryüzündeki canlı hayatı olumsuz yönde etkilemektedir ( 2009). Hava kirliliğinin birincil kaynağı enerji elde etmek üzere fosil yakıtların tüketilmesi, çeşitli endüstriyel işlemler ve taşıma faaliyetleridir (Yu 2005). Isınmadan, motorlu taşıtlardan ve endüstriyel çalışma alanlarından çevreye salınan birçok madde kirliliğe neden olabilmektedir Hava kirliliğinin etkileri Kirli hava, insanlarda solunum yolu hastalıklarının artmasına sebep olmaktadır. Örneğin; kurşunun kan hücrelerinin gelişmesini ve olgunlaşmasını engellediği, kanda ve idrarda birikerek sağlığı olumsuz yönde etkilediği, karbonmonoksit (CO)'in ise, kandaki hemoglobin ile birleşerek oksijen taşınmasını aksattığı bilinmektedir. Ayrıca kükürtdioksit ve ozon bitkiler, hayvanlar ve insanlar için zararlı olup özellikle ozon, 15

28 bitkiler için ürün kayıplarına sebep olmakta ve ormanlara zarar vermektedir (Nriagu 1996). Sanayi, endüstri ve ısınmada kullanılan fosil yakıtlar ile ormanların tahribi ve arazi değişmesi sonucu, atmosferdeki karbondioksit miktarının %5 oranında arttığı tespit edilmiştir. Bunun ise küresel ısınmaya yol açabileceği öngörülmektedir ( Son elli yıldan beri, özellikle gelişmiş ülkelerde, hava kirliliği sorunlarına daha yoğun bir ilgi oluşmuştur. Havada, sülfür oksitler (SOx), azot oksitler (NOx), karbon monoksit (CO), ozon (O 3 ), farklı tipte partiküller, ağır metaller ve değişik türde uçucu organik bileşikler gibi birçok kirletici bulunur. Kirleticilerin risk oluşturma derecesi, kirleticiye maruz kalma süresine, kirleticilerin konsantrasyon ve yoğunluğuna bağlıdır ve ağır metaller veya bazı organik bileşikler gibi, yüksek seviyede bulunan bazı kimyasallara maruz kalan kişilerde kanser riskinin arttığı saptanmıştır (Anonymous 2003). Endüstri devriminden sonra bakır, kurşun, çinko, kadmiyum, civa ve nikel gibi ağır metallerin salınımı sürekli olarak artmıştır (Nriagu 1996). Bu metaller ve diğer bazı ametal elementler sınırlı coğrafik bölgelerde aşırı miktarlarda birikmiş ve insan sağlığını etkilemiştir. Akut etkilerinin yanında, ağır metalleri içeren çeşitli hava kirleticilerine düşük konsantrasyonlarda fakat uzun süre maruz kalınması nedeni ile bitkilerde, hayvanlarda ve insanlarda oluşan kronik hasarlar daha etkilidir (Yu 2005). Meslek dalları üzerinde yapılan çalışmalarda hava kirliğine maruz kalma ve solunum yolları kanser vakaları arasında yakın bir ilişki olduğu, çalışma koşullarında asbest, arsenik, krom ve diğer bazı toksik maddeleri solumanın akciğer kanseri olayları ile bağlantılı olduğu bulunmuştur (Goldsmith ve Friberg 1977). Küçük parçacıklar solunum yollarına kolayca nüfuz edebildikleri için insan sağlığı açısından büyük önem taşırlar. Madencilik veya metal işleme gibi faaliyetlerde tahriş edici metalik veya mineral parçacıkların solunmasının akciğer hastalıklarına neden olduğu saptanmıştır (Yu 2005). Kentsel aerosollerin çoğunda kurşun, kadmiyum, nikel, selenyum, vanadyum, çinko, brom, manganez, kobalt gibi potansiyel toksik 16

29 elementlerin bulunduğu belirlenmiştir (Abelson 1998, Natusch ve Wallace 1974). Metallerin bazıları esansiyel element olmasına rağmen, ağır metallerin çoğu esansiyel değildir. Genellikle ağır metaller yoğunluğu 5 g/cm 3 den fazla olan, belirli kimyasal ve elektriksel özellikleri olan metalleri içerir. Ağır metallerin çoğu biyolojik yapılarda birikme ve protein ya da nükleik asitler gibi biyomoleküllere bağlanma eğilimlerinden dolayı oldukça zararlıdırlar. Arsenik, kadmiyum, nikel, kurşun, hegzavalent krom gibi elementlerin kanseri başlattığı gösterilmiştir. Bu metallerden bazıları insanlar ve hayvanlar için esansiyeldir, örneğin trivalent krom memelilerde normal glikoz metabolizmasının düzenlenmesinde önemli rol oynar (Yu 2005). Özellikle kadmiyum, kurşun, krom ve civanın insanlar için en yüksek toksisiteye sahip olduğu belirlenmiş ve Uluslararası Kanser Araştırma Örgütü bu elementleri ve bazı bileşiklerini karsinojen olarak tanımlamıştır. Metal tuzlarının çeşitli sitotoksik etkileri üzerine yapılan çalışmalarda, reaksiyon süreçlerinin sonunda bazı makromoleküllerin yapısal kararlılığının bozulduğu belirlenmiştir. Bazı metaller; iyonları nukleik asitlerle reaksiyonu sonucunda, mutajeneze ve karsinojeneze katkıda bulunması nedeniyle özellikle önemlidir. Örneğin civaya maruz kalan hücrelerde kromozomların ve mitoz bölünmenin olumsuz yönde etkilendiği belirlenmiştir. Civa gibi ağır metallerin asıl önemli olan toksik etkisi biyomoleküllerdeki belirli kimyasal gruplarla veya organellerdeki belirli bölgelerle spesifik reaksiyonu olabilir. Civa ya da kurşun gibi ağır metaller proteinlerdeki SH gruplarına bağlanabildiği gibi, kadmiyum gibi metaller organizmalar için esansiyel olan çinko, magnezyum ve kalsiyum gibi elementlerle rekabete girebilirler. Bu esansiyel metaller kofaktör olarak birçok enzim sistemi için gereklidir ya da biyomoleküllerin yapısal stabilizasyonuna katkıda bulunurlar (Yu 2005). Magnezyum ve kalsiyum gibi metal iyonları nükleik asitlerde fosfat gruplarına bağlanarak DNA çift zincirli heliks yapısının korunmasına katkıda bulunurken, cıva ve gümüş iyonları bazlara bağlanarak heliks yapının kararlılığını bozabilmektedirler (Jacobson ve Turner 1980). Yapılan çalışmalarda hegzavalent krom bileşiklerinin memeli hücre kültürlerinde kromozom anormalliklerine ve mutasyonlara sebep olduğu, ayrıca DNA nın bir zincirinde kırılmalara yol açabileceği saptanmıştır (Majone ve Levis 1979, Tsuda ve Kato 1977, Sugiyama vd. 1991). Anastassopoulou (2003), pozitif yüklü 17

30 metal iyonlarının DNA nın negatif yüklü kalıntılarıyla veya yüksek elektron yoğunluğu bulunan bölgelerle direk ya da dolaylı olarak etkileşime girebileceğini bildirmiştir. Yazar bu tip bölgelerin DNA nın her iki zincirinde bulunan fosfat gruplarındaki negatif yüklü oksijen atomları ile bazların azot ve oksijen gibi elektron donörü olan atomları olabileceğini belirtmiştir. Buna göre metaller DNA daki olası bölgelere direk veya dolaylı olarak sıkıca bağlanabilirler (Anastassopoulou 2003). Metallerin DNA ya bağlanması genellikle baz eşleşmesini sağlayan hidrojen bağlarının kırılmasına ve çift zincirli yapının kararlılığının bozulmasına neden olabilir, fakat nukleik asitlerin konformasyonunda meydana gelebilecek bu gibi değişimler bağlanan metal iyonunun çeşidine bağlıdır (Theophanides 1981, Yang vd. 1996) Hava kirliliğinin belirlenmesinde biyomonitör / biyoindikatör organizmalar Kirleticilere duyarlı organizmalar vasıtasıyla çevresel kirlilik seviyelerini göstermek uzun süredir var olan ve gittikçe gelişen bir çalışma alanıdır. Bu alanda kirleticiler, kirleticilere duyarlı organizma türleri ve araştırma prosedürleri üzerine birçok çalışma yapılmıştır. Bütün bu araştırmaların temelinde organizmaların çevrelerinde bulunan farklı tipteki uyarıcılara karşı duyarlı olmaları ve çeşitli biçimlerde reaksiyon vermeleri bulunur. Belirli organizmalar, örneğin likenler, kirlenmiş alanlarda bulunan diğer organizmalara göre bazı kirleticilere karşı daha duyarlı, daha toleranslı ya da kirletici faktörü biriktirebilme gibi özelliklere sahip olabilirler. Organizmaların bu özellikleri onların içinde bulundukları ortamın kirlilik seviyesi hakkında kalitatif bilgi sağlamak amacıyla kullanılır. Bu anlamda organizmalar birer gösterge (indikator) ya da görüntüleyici (monitor) olarak değerlendirilirler. Birçok araştırıcıya göre biyondikatör; belirli çevresel faktörlere karşı gözlemlenebilir ve ölçülebilir değişimler ya da reaksiyonlar veren organizma olarak tanımlanır. Dolayısıyla organizmadaki değişimlerin gözlemlenmesi ve ölçülmesi ile kirletici, kirliliği oluşturan kaynaklar ve kirliliğin yoğunluğu arasında bir bağıntı kurulabilmelidir. Biyoindikatör organizmalar çevre kalitesi hakkında bilgi verirler. Kirleticiye maruz kalma süresi, kirletici konsantrasyonu ya da kirleticiye maruz kalan organizma sayısı veya miktarı gibi bazı değişkenler standardize edilirse, biyoindikatör organizmalar çevre kalitesini nicel olarak 18

31 değerlendirebilmeye olanak sağlarlar (Martin ve Coughtrey 1982, Nash 1989, Markert 1993, Nimis vd. 1993, Nimis ve Purvis 2002). Çevresel kirleticilerin canlı organizmalarla gösterilmesi çalışmalarında gösterge ya da görüntüleyici organizmaların ve çalışmayı oluşturan diğer elemanların bazı özelliklere sahip olması gerekir (Conti ve Cecchetti 2001). Likenin bol miktarda bulunması, coğrafik yayılımının geniş olması, tanımlama ve örneklemenin kolay yapılabilmesi, mevsimsel değişimlerden etkilenmemesi ve bütün yıl boyunca çalışılabilir olması tüm biyoindikatör grupları için sahip olması istenen ortak özelliklerden bazılarıdır. Bu anlamda biyoindikatörlerin kirlilik çalışmalarında kullanılması birçok avantaj sunar, fakat bu organizmaların kesin nicel değerler verememesi ve uygulama süreçlerinde tam olarak standardizasyon yapılamaması en büyük dezavantajlarıdır. Genellikle belirli bir alanda yaşayan biyoindikatör organizmaların her bir bireyi, bu alanda bulunan kirleticilere tamamen aynı oranlarda maruz kalmazlar. Ayrıca iklim koşullarının farklı olması kirleticilerin hareket ve birikim miktarlarını etkileyeceğinden bölgeler arası karşılaştırmalarda bir takım zorlukları da beraberinde getirir. Ortamda birçok farklı kirletici tipinin bulunması da bir tek kirletici tipi hakkında yorum yapılmasını zorlaştırır (Manning ve Feder 1980, Martin ve Coughtrey 1982, Puckett 1988, Wittig 1993). Atmosferik ağır metal kirliliği çalışmalarında önemli bir yeri olan likenler biyoindikatör olma özelliklerinin hemen hepsine sahip organizmalardır. Likenler hava kirliliğine oldukça duyarlı organizmalardır ve onların yüksek duyarlılıkları biyolojik yapıları ile ilgilidir. Hava kirliliğine duyarlılık özelliği her liken için aynı değildir. Daha ziyade farklı liken türleri, farklı kirleticilere değişik derecelerde duyarlıdırlar (Gries 1996). Likenler uzun ömürlü olduklarından hava kirleticilerine bütün yıl boyunca maruz kalırlar. Morfolojileri mevsimsel olarak değişmez. Birçok vasküler bitkinin tersine yaprak gibi dökülen geçici yapıları yoktur ve bu yüzden talluslarında biriken kirleticilerin bir miktarını bu yolla uzaklaştıramazlar. Stomaları ve kutikül tabakası yoktur ve sonuç olarak aerosoller ve gazlar bütün tallus yüzeyi boyunca absorblanır. 19

32 Tallus üzerinde biriken mineral elementlerin alınımı pasif fizikokimyasal bir süreçtir ve likenin bu harekette kontrolü çok sınırlıdır. Dehidratasyon işlemi likenin kurak dönemlerde hayatta kalmasını sağlar. Fakat bu durumda tallus üzerinde çözelti şeklinde birikmiş olan elementlerin konsantrasyonu su kaybı nedeniyle artar (Gries 1996). Bu süreçlerin hepsi likenlerin talluslarında yüksek konsantrasyonlarda mineral element birikmesine neden olur. Geniş coğrafik dağılıma sahip olmaları likenleri iyi bir biyoindikatör organizma yapan başka bir nedendir. Bu sayede farklı bölgelerdeki kirleticileri karşılaştırmaya olanak sağlarlar. Kök sistemleri olmadığından beslenebilmeleri için atmosferik depozisyona (çöküntü) bağımlıdırlar. İyi gelişmiş bir kütikülün bulunmayışı bu atmosferik elementlerin absorblanmasına izin veren bir özelliktir (Puckett 1988, Nash 1996). Likenlerde metal alım mekanizmaları Brown ve Beckett (1984) ve Brown (1987) a göre; iyon değişimi, hücre içi alım ve partiküllerin yakalanmasıdır. Pb, Zn, Cd, Ni, Cu, Hg ve Cr gibi diğer birçok yaşayan organizma için zararı olan çeşitli ağır metaller, birçok durumda zarar vermeden bir liken örneği tarafından eş zamanlı olarak biriktirilebilirler ve likenlerin çoğu bu metallere karşı oldukça tolerans gösterebilirler (Garty 1993). Son otuz yıldan beri, hava kirliliğinin likenler üzerindeki etkisini inceleyen birçok çalışma gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmalar temel olarak üç yaklaşım tarzı olarak düşünülebilir. Birinci yaklaşım tarzında liken komüniteleri incelenir ve kirliliğe hassas olan türlerin bulunup bulunmadığı araştırılır. Bazı türler iyi hava kalitesinin belirtecidir ve kirliliğin yoğun olduğu bölgelerde sayıları azalır. İkinci yaklaşım tarzında kirlenmiş bölgelerden toplanan likenlerdeki çeşitli fizyolojik değişimler incelenir. Bu tür çalışmalar in situ olarak da adlandırılır. Üçüncü yaklaşım tarzında ise likenler temiz bölgelerden alınıp kirli bölgelere yerleştirilir (transplant) veya laboratuarda kontrollü biçimde kirleticilere maruz bırakılır. Atmosferik kirleticilerin likenlerle görüntülenmesinin birçok avantajının yanı sıra bu alanda çok sayıda çalışma yapılmış olması nedeniyle, kirliliğe toleranslı türler, kirleticileri biriktirme kapasiteleri gibi konularda oldukça fazla veri bulunmaktadır. 20