TÜBİTAK 115Y629 Genel Bilgi

Denizel üreticiler (ototrof canlılar) güneş ışığından elde ettikleri enerjiyi kullanarak karbon dioksit, nitrat ve fosfat gibi inorganik besinleri bünyelerinde organik maddeye dönüştürürler. Bu organizmalar tarafından üretilen organik maddeler, mikroskoik canlılardan başlayarak son tüketiciye kadar uzanan denizel besin ağının tüm öğelerine direkt veya dolaylı olarak besin sağlamaktadır.

Heterotrofik bakteriler ise organik maddeyi geri dönüştürmeleri sebebi ile denizlerdeki biyojeokimyasal döngüler içerisinde merkezi bir role sahiptirler. Bu işlevleri onları iklim değişikliği ve ötrofikasyon gibi günümüzün en büyük çevresel sorunları açısından çok önemli kılmaktadır. Ayrıca bakteriler, üretilen organik maddenin yüzey tabakalarında kalan ve deniz tabanına çökelen miktarını kontrol ederek atmosferden deniz tabanına aktarılan karbon miktarını belirlerler.

Diğer yandan, bazı ototrofik bakteri türleri nitrat ve amonyak gibi denizlere nehirler ve atmosferik çökelme yoluyla giren besinlere gerek duymadan, azot ihtiyaçlarını çözünmüş azot gazını bağlayarak giderirler. Dolayısıyla denizlerdeki azot döngüsü çalışmalarında bu bakteri türlerinin de dikkate alınması gerekmektedir.

Denizlerde oynadıkları birçok önemli role rağmen bakteriler denizel biyojeokimyasal döngülerin içerisinde yer alan öğeler arasında en az bilinenleridir. Bunun nedeni ise topluluk yapılarının karmaşık olması ve çoğu denizel bakteri türünün kültür edilip laboratuvar ortamında çalışılamamasıdır.

Son yıllarda geliştirilen ve genetik analizler içeren metagenomik ve metatranskriptomik yöntemler denizel bakterilerin kültür edilmeden çalışılmalarını mümkün kılmıştır. Bu yöntemler kullanılarak bakterilerin topluluk yapıları, bollukları ve metabolizmalarının aktif olduğu dönemler detaylı bir biçimde çalışılabilmektedir.

 

Fiziksel Özellikler

Akdeniz, buharlaşmanın yoğuşmayı aştığı bir yoğunlaşma havzasıdır. Türk Boğaz Sistemi ile Karadeniz'e, Süveş Kanalı üzerinden Kızıl Deniz'e ve Cebelitarık Boğazı ile Atlantik Okyanusu'na bağlanır. Eşik derinliği 500 m olan Sicilya Boğazı ile Batı ve Doğu olmak üzere iki havzadan oluşmaktadır (Bergamasco ve Malanotte-Rizzoli, 2010). Akdeniz'in doğu kısmı hacim ve alanca daha büyüktür. Çalışma Doğu Akdeniz'in Levant Baseni olarak bilinen havzasında yapılırken, Ege Denizi ve İyon Deniz'i de Doğu Akdeniz'in diğer iki havzasıdır.

Akdeniz, Cebelitarık boğazı üzerinden Atlantik Okyanusu'na bağlanır. Ana dolaşım, yüzeyde Atlantik suyu girdisi olarak tarif edilir ve bu akıntı doğu Akdeniz'e ulaşır ve tekrar Levant Baseni'nde oluşan ara su olarak geri döner. Atlantik suyu Batı Akdeniz'de siklonik dolaşım sergiler ayrıca orta ölçekli ve büyük girdaplar aracılığı ile Atlantik suyu iç kesimlere taşınır (Tanhua vd., 2013). Levanten havzası, nispeten daha yüksek ısı akısına sahiptir ve bu tabakalaşmaya neden olur, bu nedenle havza ölçekli sirkülasyon, termohalin zorlamanın bir sonucudur.

Levant Havzasındaki ısı kaybı, az tuzlu Atlantik yüzey suyunun girişi ile telafi edilmektedir (Malanotte-Rizzoli vd., 2014). Yüzey sularının orta sulara ve derin sulara dönüşümü, Atlantik suyunun Doğu Akdenize doğru akarken suyun aşağı doğru hareketinin okyanus koşullarıyla ve hava-deniz etkileşimleriyle desteklendiği alanlarda meydana gelir. Bu dönüşüm yüzey ve derin sular arasında fiziksel ve biyokimyasal özelliklerin değişimi açısından önemlidir. Batı havzasında derin sular Lions Körfezinde kışın soğuma ve buharlaşma sırasında oluşur. Adriyatik Denizi'nin güney kısmı ise doğu Akdeniz'deki derin su oluşumuna katkıda bulunur. Levant Ara Suyu (Levantine Intermediate Water - LIW), yaklaşık 200-500 m derinlikte ve 29.0-29.1 kg/m3 potansiyel yoğunlukta bir tuzluluk maksimum tabakası olarak tanımlanmaktadır (Malanotte-Rizzoli ve Hecht, 1988). Levant Ara Suyu'nun oluşum alanlarının Rodos'un doğusu ve muhtemelen Girit Denizi olduğu bildirilmektedir.

Levanten havzası farklı su kütlelerine sahiptir (Şekil 1). Yüzeyde, tabakalaşmanın yoğun olarak görüldüğü dönemlerde yüzey karışım suyu içerisinde, en yüksek sıcaklık ve tuzluluk ölçümleri ile temsil edilen Levant Yüzey Suyu (LSW) bulunmaktadır. Değişmiş Atlantik Suyu (kuzey havzada MAW- düşük sıcaklık 15 0C ve tuzluluk 36,2 psu ve Levanten havzasında 36,8 psu), Atlantik Okyanusu ve Levanten Ara Suyundan (LIW) Levanten Havzasına ulaşır. Kuzey Levanten Havzasında ve Levanten Derin Suyunda (LDW) yerel olarak oluşmuştur (Özsoy vd., 1993). Alt yüzey tuzluluğunda gözlemlenen minimum, daha tuzlu ve daha sıcak olan Levantine Yüzey Suyu (LSW) altında AW'nin varlığını gösterir (Bingel vd., 1993).

Şekil 1. Akdeniz Su Kütleleri (http://www.grida.no/resources/5885)

Özellikler

Tüm dünya denizlerindeki biyojeokimyasal döngüler içerdikleri ana bileşenler ve süreçler göz önünde bulundurulduğunda birbirleriyle benzer bir yapı sergilemektedirler. Pelajik biyojeokimyasal döngülerin genel yapısı Şekil 2'de verilmiştir. Canlılar için önemli olan karbon (C), azot (N), fosfor (P), silikon (S) ve demir (Fe) gibi elementlerin döngülerinin tümü ana hatlarıyla Şekil 2'de verilen bu yapıya uymaktadır. Fitoplanktonlar tarafından gerçekleştirilen birincil üretim inorganik besinlerin güneş ışığından elde edilen enerji kullanılarak organik forma dönüşmesinden oluşmaktadır (Şekil 2, Süreç 1). Fitoplanktonlar inorganik karbon olarak karbondioksit kullanırlar ve bu maddenin suda çözünebilirliği yüksek olduğundan ve dolayısıyla denizlerde yüksek seviyede bulunmasından dolayı ekosistem dinamikleri üzerindeki kontrolü azdır. Buna kıyasla N, P, S ve Fe'nin denizlerdeki derişimi göreceli olarak azdır ve bu maddelerin derişimlerindeki dinamiklerin canlıların üretkenliği üzerindeki etkileri büyüktür. İnorganik besinlerden azot içeren amonyum, nitrit ve nitrat; fosfor içeren fosfat; ve silikon içeren çeşitli silikat türleri fitoplanktonlar için önemli besin kaynağı teşkil ederler.

 

Şekil 2. Denizlerdeki biyojeokimyasal döngülerde önemli roller oynayan bileşenler ve bu bileşenler arasında madde akışını belirleyen süreçler (Libes, 2009).

Fitoplanktonların inorganik besinleri kullanarak ürettikleri ve bünyelerinde barındırdıkları organik madde avlanma yoluyla zooplankton bünyelerine geçer (Şekil 2, Süreç 2). Zooplankton ve fitoplanktonların ölümleri, randımansız beslenmeleri ve metabolik regülasyon için hücre dışına madde salgılamaları sistemde organik madde üretimine neden olur (Şekil 2, Süreç 3).  Organik maddenin özellikle partikül içeren kısmı çökelerek deniz tabanına ulaşır ve bentik ekosistem için besin kaynağı olur (Şekil 2, Süreç 4). Organik maddenin önemli bir kısmı ise bakteriler tarafından kullanılarak remineralizasyon ismi verilen süreç aracılığıyla inorganik besinlere dönüştürülür (Şekil 2, Süreç 5). Bakteriler gerçekleştirdikleri bu süreç ile inorganik besinlerin geri dönüşümünü sağlarlar ve dolayısıyla besin zincirinin tabanını teşkil eden fitoplanktonların dinamiklerinde önemli bir rol oynarlar. Şekil 2'de 1>2>3>5 süreçlerinden oluşan döngüye mikrobiyal döngü ismi verilmektedir.

Akdeniz yüzey sularında düşük inorganik besin derişimlerine ve dolayısıyla düşük üretkenliğe sahip oligotrofik bir denizdir (Zenetos vd.,2001). Bunun birkaç nedeni bulunmaktadır: (1) Atlantik'ten gelen yüzey suyunun düşük besin derişimli, alt tabakadan Atlantik'e akan Akdeniz suyunun ise göreceli olarak yüksek besin derşimine sahip olması ve dolayısıyla net besin akışının Akdeniz'den Atlantik'e olması (Huertas vd., 2012) (2) yüzey sularına derinlerden gelen besin akışının yüksek tabakalaşma nedeniyle az olması ve (3) Akdeniz'e nehirlerden giren besin miktarının göreceli olarak az olması (Karydis ve Kitsiou, 2012).

Karadeniz ve Marmara gibi üretken denizler genellikle yüksek besin yüklemesi olan denizlerdir (Şekil 2, Süreç 6) (Yalçın vd., 2017, Strokal vd., 2013). Bu yükleme nehirler aracılığıyla yatay bir şekilde veya atmosfer kaynaklı karışım aracılığıyla dikey bir şekilde gerçekleşebilir. Böyle denizlerde besin yüklemesi ekosistem dinamiklerinde baskın etkidir ve remineralizasyon (Şekil 2, Süreç 5) nispeten düşük bir öneme sahiptir. Buna kıyasla Akdeniz gibi besin yüklemesi az olan denizlerde mikrobiyal döngü ve bu döngü aracılığıyla geriye dönüştürülen inorganik besinler önem kazanır (Hagström vd., 2012).