Biyoindikatörler: Çevre Kirliliğinin Doğal Göstergeleri

Bazı organizmalar çevrelerindeki kirliliğe karşı çok hassastır, bu nedenle kirleticiler mevcutsa organizmaların morfolojileri, fizyolojileri veya davranışları değişebilir veya hatta ölebilirler. Dolayısıyla çeşitli canlı türleri çevrelerindeki kimyasal seviyelerinin ölçülmesi için sıklıkla kullanılabilir. Biyoindikatörler, çevredeki doğal ekosistemin sağlığı hakkında fikir veren bitkiler, su yosunları, likenler, mantarlar, planktonlar, hayvanlar ve mikroorganizmalar gibi canlı organizmalardır. Bu organizmalar aynı zamanda çevredeki olumlu veya olumsuz değişiklikleri ve bunların insan toplulukları üzerindeki sonraki etkilerini tespit etmek için önemli bir araçtır.
Işık, su, sıcaklık ve askıdaki (çökelmemiş) katı maddelerin iletimi gibi ortamdaki biyoindikatörlerin varlığını yöneten belirli faktörler vardır. Biyoindikatörlerin uygulanması sayesinde, belirli bir bölgenin doğal durumu, kontaminasyon ya da kirlilik seviyesi/derecesi tahmin edilebilir. Ekolojik değişkenliğe karşı dirençleri nedeniyle bioindikator türlerinin kullanımı ile çevrenin durumu etkin bir şekilde izlenebilir. Biyoindikatörler, ekosistemdeki farklı kirleticilerin kümülatif (birikmiş veya toplam) etkilerini ve bir sorunun ne kadar süredir mevcut olabileceğini, hangi fiziksel ve kimyasal testlerin yapamayacağını söyleyebilir.
Biyoindikatörler şu anda çeşitli kuruluşlar (Dünya Koruma Birliği, Uluslararası Doğayı Koruma Birliği) tarafından biyolojik izleme ve insan etkilerini değerlendirme aracı olarak kullanılmakta ve teşvik edilmektedir. Bitkiler, hayvanlar veya mikroorganizmalar birer biyoindikatör olabilir.

Bitkisel İndikatörler

Bitkiler, çevresel streslerin tahmini ve tanınması için çok hassas araçlar olarak kullanılır. Son zamanlarda sanayileşme ve kentleşmeye bağlı olarak su kirliliği sorunu yoğunlaşmıştır. Bazı belirli bitkilerin veya diğer bitki örtüsünün varlığı veya yokluğu, çevre sağlığı hakkında geniş bilgi sağlar.
Likenler ve Briyofitler (kara yosunlarıyla birlikte ciğer otları bu filumda bulunur) hava kalitesinin güçlü biyoindikatörleridir. Genellikle ağaç gövdelerinde, kayalarda veya toprak gibi yüzeylerde bulunabilen likenler hem mantarları hem de algleri içeren organizmalardır. Likenler, gelişmeleri için temiz havaya ihtiyaçları olduğundan çevredeki hava kalitesinin iyi bir göstergesidir. Ağaçların üzerindeki liken miktarı ve türüne göre ormanların temiz bir havaya sahip olduğu söylenebilir. Bir ormandaki likenlerin yok olması, yüksek seviyelerde kükürt dioksit , kükürt bazlı kirleticiler ve nitrojen oksitler gibi çevresel streslerin varlığını gösterebilir. Farklı liken türleri hava kirliliğine karşı farklı duyarlılık seviyelerine sahiptir, bu nedenle hangi türlerin mevcut olduğu gözlemlenerek kirlilik seviyesi hakkında bir fikir edinilebilir.
Bilim insanları Hylocomium splendens adlı bir yosun türünü kuzeybatı Alaska’nın uzak tundra ortamında ağır metallerin doğal bir göstergesi olarak kullanmışlardır. Wolffia globosa ise (sularda yaşayan, su mercimeği de denilen bir otsu bitki türü) kadmiyum duyarlılığını göstermede önemli bir türdür ve ayrıca kadmiyum kontaminasyonunu belirtmek için de kullanılır.
Deniz bitkileri de hareketsiz oldukları ve doğal çevreleriyle hızlı bir şekilde denge sağladıkları için okyanus ortamının durumunu tahmin etmek için değerli bilgiler sağlar. Su sistemlerindeki alg türlerinin bileşimi ve toplam biyokütlesi, organik su kirliliği, nitrojen ve fosfor gibi besin yüklemesi için önemli bir ölçü görevi görür. Yosun (alg) patlamaları genellikle göllerde ve nehirlerde büyük nitrat ve fosfat artışlarını göstermek için kullanılır.

Hayvansal İndikatörler

Hayvan popülasyonlarındaki değişiklikler ekosistemdeki kirlilikten kaynaklanan zararlı değişiklikleri gösterebilir. Nüfus yoğunluğundaki değişiklikler, ekosistem üzerinde olumsuz bir etkiye işaret edebilir. Popülasyon değişiklikleri, popülasyonlar ve gıda kaynakları arasındaki ilişkinin bir sonucu olabilir; eğer gıda kaynakları kıt hale gelirse ve nüfus talebini sağlayamazsa bunu söz konusu popülasyonun azaltılması takip edecektir. Örneğin, kirlilik bir bitkinin tükenmesine neden olursa, yaşamı o bitkiyle beslenmesine bağlı olan hayvan türlerinin popülasyonunda düşüş yaşanacaktır. Tersine, aşırı nüfus bir ekosistemdeki diğer türlerin kaybına yanıt olarak bir türün fırsatçı büyümesi nedeniyle gerçekleşmiş olabilir. Öte yandan, strese bağlı ölümcül olmayan etkiler, hayvanların fizyolojisinde , morfolojisinde ve bireylerin davranışlarında , tepkiler ifade edilmeden ve popülasyon düzeyinde gözlemlenmeden çok önce ortaya çıkabilir. Bu çeşit tepkiler ölümcül değildir, popülasyonların nasıl daha fazla tepki vereceğini tahmin edilebilmesi için “erken uyarı sinyalleri” olarak çok yararlı olabilir.
Hayvansal indikatörler ayrıca hayvanların dokularında bulunan toksin miktarını tespit etmeye yardımcı olur. Örneğin balıklardaki bazı karaciğer enzimlerinin seviyeleri sudaki kirletici maddelere maruz kaldıklarında artar. Kurbağalar da çevre kalitesinin ve çevre değişikliklerinin biyoendikatörleridir. Kurbağalar temel olarak tatlı su ve karasal habitatlarında meydana gelen değişikliklerden etkilenir. Bu, onları ekolojik kalite ve değişimin önemli biyoindikatörleri haline getirir. ABD’de bulunan mutasyona uğramış kurbağa sayısındaki artış, çevrelerindeki toksinlerin bir göstergesi olarak kullanılmaktadır.

Su Kalitesi Testi için Bentik İndikatörler

Omurgasızlar da biyoindikatör olabilirler; suda yaşayan omurgasızlar, su kütlelerinin dibine yakın yaşayan dipte beslenenler (bentik veya makro omurgasızlar olarak da bilinir) canlılar olma eğilimindedir. Bentik (dipte beslenen) makro omurgasızlar, bir dere veya nehrin bentik bölgesinde (sahilden başlayıp deniz ya da okyanusların en derin kısımlarına kadar uzanan bölgedeki sularda) bulunur. Makro omurgasız türleri (suda yaşayan böcekler , kabuklular , solucanlar ve yumuşakçalar) dünyanın en zorlu ortamlarından bazıları dışında hemen hemen her akarsu ve nehirde bulunabilir. Bentik göstergeler genellikle tatlı su akıntılarının ve nehirlerin biyolojik bileşenlerini ölçmek için kullanılır. Genel olarak, bir akarsunun biyolojik işleyişinin iyi durumda olduğu düşünülürse akarsunun kimyasal ve fiziksel bileşenlerinin de iyi durumda olduğu varsayılır.
Bentik indikatörler Amerika Birleşik Devletleri’nde su kalitesi testlerinde çok sık kullanılır.
Makro omurgasızlar neredeyse her zaman mevcutturlar, örneklenmesi ve tanımlanması kolaydır. Bu, büyük ölçüde, çoğu makro omurgasızın çıplak gözle görülebilmesi, tipik olarak kısa bir yaşam döngüsüne sahip olmaları (genellikle tek bir mevsim uzunluğunda) ve genellikle hareketsiz olmaları gerçeğinden kaynaklanmaktadır. Nehir tipi ve akışı gibi önceden var olan nehir koşulları, makro omurgasız topluluklarını etkileyecektir, bu nedenle çeşitli yöntemler ve endeksler, belirli akarsu türleri için ve belirli eko-bölgeler dâhilinde uygun olacaktır. Bazı bentik makro-omurgasızlar çeşitli su kirliliğine karşı oldukça toleranslıyken, diğerleri değildir. Spesifik çalışma bölgelerindeki popülasyon büyüklüğü ve tür tiplerindeki değişiklikler, akarsuların ve nehirlerin fiziksel ve kimyasal durumunu gösterir. Tolerans değerleri, tropikal ormanlarda insan faaliyetleri (örn. seçici ağaç kesimi ve orman yangınları ) gibi su kirliliği ve çevresel bozulmayı değerlendirmek için yaygın olarak kullanılmaktadır.

Mikrobiyal İndikatörler

Mikroorganizmalar genellikle sucul ve karasal ekosistemlerin sağlık göstergeleri olarak kullanılır. Bol olmalarından dolayı, test edilmesi kolaydır ve kolayca temin edilebilirler. Mikroorganizmalar, okyanus biyokütlesinin önemli bir parçasıdır ve bir deniz ekosistemindeki üretkenliğin ve besin döngüsünün çoğundan sorumludur. Mikroorganizmalar hızlı bir büyüme oranına sahiptir ve düşük seviyelerde kirletici maddelere ve diğer fizikokimyasal ve biyolojik değişikliklere bile tepki verirler. Araştırma açısından, çevresel değişimin önemli işaretlerini verirler. Bazı mikroorganizmalar benzen ve kadmiyum gibi belirli kirleticilere maruz kaldıklarında erken uyarı işaretleri olarak kullanılabilen stres proteinleri olarak bilinen yeni proteinler üretir. Stres proteinlerinin seviyeleri ölçülerek, çevrede bulunan kirlilik seviyesi hakkında bir fikir edinilebilir.
Mikrobiyal göstergeler, biyolüminesan bakterilerin kullanımı da dahil olmak üzere sudaki çevresel kirleticileri tespit etmek için çeşitli şekillerde kullanılabilir. Sulardaki toksinlerin varlığı, bakterilerin yaydığı ışık miktarında değişikliklere neden olabilecek toksinlerin varlığı ile engellenen veya bozulan mikropların sindirim sistemindeki değişikliklerle kolayca izlenebilir. Mevcut diğer geleneksel testlerle karşılaştırıldığında, bu testlerin izlenmesi çok hızlıdır ancak bunların sınırlanması, organizmalardaki toksinlerin varlığından kaynaklanan değişiklikleri yalnızca gösterebilmeleridir. Böyle bir örnek, kantitatif olarak ağır metallere tepki veren bakteri Vogesella indigofera’dır. Metal kirliliğinin etkisi altında, bu bakteri, görsel olarak etkili bir şekilde gözlemlenebilen morfolojik değişikliklerin önemli bir belirteci olan mavi pigmentasyon üretir. Alternatif olarak, altı değerlikli kromun çevresinde olduklarında pigment üretimleri engellenir. Pigment üretimi, krom konsantrasyonu ile bakteri tarafından mavi pigmentasyon oluşumu arasındaki ilişkiye bağlanabilir.
Mikroalgler , kirleticilere diğer birçok organizmaya göre daha fazla duyarlı olmaları da dahil olmak üzere çeşitli nedenlerden dolayı son yıllarda dikkat çekmiştir. Bu organizmalar doğada bol miktarda bulunurlar, birçok besin ağında önemli bir bileşendirler, kültüre alınmaları ve tahlillerde kullanımı kolaydır, kullanımlarında çok az etik sorun vardır. Euglena gracilis hareketli, tatlı suda yaşayan tek hücreli fotosentetik bir kamçılıdır. Her ne kadar Euglena asitliğe oldukça toleranslı olsa da ağır metaller veya inorganik ve organik bileşikler gibi çevresel streslere hızlı ve hassas bir şekilde yanıt verir. Tipik tepkiler, hareketin engellenmesi ve yönelim parametrelerinin değişmesidir. Dahası, bu organizmanın kullanımı ve büyümesi çok kolaydır, bu da onu eko-toksikolojik değerlendirmeler için çok faydalı bir araç haline getirir. Bu organizmanın çok yararlı bir özelliği de kirletici maddelere karşı çok hassas olan yerçekimine dayalı yönelimdir. Gravireceptörler, ağır metaller ve organik veya inorganik bileşikler gibi kirleticiler tarafından bozulur. Bu nedenle, bu tür maddelerin varlığı, su kolonundaki hücrelerin rastgele hareketiyle ilişkilidir. Kısa süreli testler için, E. gracilis’in gravitaktik yönelimi çok hassastır.

Biyomonitörler, Biyolojik izleme

Biyo organizmalar temel olarak bir biyosferin özelliklerini tanımlamak için kullanılır. Bu organizmalar, her ikisi de önemli ölçüde değişiklik gösterebilen biyoindikatörler veya biyomoniatörler olarak bilinirler. Biyomonitörün kullanımı biyolojik izleme olarak tanımlanır ve bir organizmanın özelliklerinin biyosferin belirli yönleri hakkında bilgi elde etmek amacıyla kullanılmasıdır. Çevreyi incelerken, meydana gelen değişikliklerin kalitesi biyoindikatörler tarafından belirlenebilirken, biyomonitörler (biyo izlem) çevre kalitesi hakkında kantitatif (niceliksel) bilgi elde etmek için kullanılır. Biyolojik izleme, aynı zamanda geçmişteki şiddetlenmeler ve çeşitli değişkenlerin etkileri ile ilgili verileri de içerir. İyi bir biyo-izlem, kirletici maddenin varlığını göstermek, maruziyetin miktarı ve yoğunluğu hakkında ek bilgi sağlamak amacıyla da kullanılabilir.
Sağlık durumundaki zamansal ve mekansal değişiklikleri gözlemlemek, belirli çevrenin veya antropojenik (insanlar tarafından oluşturulan) stresörlerin etkilerini değerlendirmek ve antropojenik önlemlerin uygulanabilirliğini değerlendirmek amacıyla çeşitli biyolojik süreçler veya sistemler için izleme yapılabilir. Çoğu durumda, önceden belirlenmiş biyotik koşullar için temel veriler toplanır. Referans sahaları, çok az dış müdahale ile karakterize edilmelidir (örneğin, antropojenik rahatsızlıklar, arazi kullanım değişikliği, istilacı türler). Belirli bir indikatör türünün biyotik koşulları zaman içinde hem referans bölgede hem de çalışma bölgesinde ölçülür. Çalışma bölgesinden toplanan veriler, çalışma bölgesinin göreceli çevre sağlığını veya bütünlüğünü anlamak için referans sahadan toplanan benzer verilerle karşılaştırılır. Genel olarak biyoindikatörlerin önemli bir sınırlaması, coğrafi ve çevresel olarak farklı bölgelere uygulandıklarında yanlış olarak rapor edilmiş olmalarıdır. Sonuç olarak, biyoindikatör kullanan araştırmacıların, her bir indeks setinin, izlemeyi planladıkları çevresel koşullar ile alakalı olmasını tutarlı bir şekilde sağlamaları gerekir.
Tür çeşitliliği, çevrenin sağlığının belirlenmesinde değerli bir parametre olarak kabul edilen biyolojik izlemede ana unsur olarak kullanılmaktadır. Biyo-izleme, su kalitesinin değerlendirilmesi için gereken temel bileşenlerden biridir ve su kirliliği üzerine çalışmalar yürütmenin ayrılmaz bir parçası haline gelmiştir. Biyomonitörler tüm dünyada serbestçe kullanılabilir. Temel olarak canlılar üzerindeki doğal etkiyi yansıtırlar ve minimum hazırlık ve eğitimle anlaşılabilir, kullanılabilir.

Planktonlar

Denizler, göller, akarsular ve bataklıklar gibi birçok su kütlesinde önemli biyolojik üretim plankton tarafından gerçekleştirilir. Planktonlar, klorofil içeren organizmalar yani fitoplanktonlar ile zooplanktonlar gibi hayvansal organizmalardan oluşur. Planktonlar, akıntılar ve gelgitler boyunca yüzen topluluklardan oluşur, daha yüksek trofik (beslenme) seviyelerine aktarılan önemli miktarlarda enerjiyi birleştirir ve döngüye dahil ederler.
Yirminci yüzyılın ortalarında Hint lentik (durgun su) ekosistemleri planktonlar bakımından araştırılmıştır. Bu çalışmalar, baskın planktonların yaşlarına, morfometrilerine ve diğer konum değişkenlerine bağlı olarak çeşitli su kütlelerinde son derece değişken olduğunu göstermiştir. Planktonlar ekolojik değişikliklere hızla tepki verirler, üreme hızları nedeniyle göllerin su kalitesi ve trofik koşulların mükemmel göstergeleri olarak kullanılırlar.
Doğal koşullar altında, planktonik organizmaların oluşumu, canlılar arasındaki biyotik bağlantıların yanı sıra abiyotik ekolojik bileşenlere (sıcaklık, oksijen fiksasyonu ve pH) ilişkin direnç aralığı ile tanımlanır. Plankton toplulukları içinde meydana gelen değişiklikler su kütlelerinin trofik durumunu belirlemek için bir platform sağlar. Planktonlar doğal değişime karşı son derece hassas olduklarından, su kalitesinin ve özellikle göl koşullarının en iyi belirteçleridir. Göllerde planktonların dikkate alınmasının nedenlerinden biri, yüksek fosfor ve azot birikimleri olduğunda gölün su kalitesini izlemektir; bu birikimler, artan bir oranda çoğalan bazı planktonlarla gösterilebilir. Bu, su kütlesinde yaşayan diğer organizmaları etkileyebilecek kötü su kalitesinin kanıtıdır. Planktonlar sadece bir sağlık göstergesi değil, aynı zamanda göldeki birçok büyük organizma için de temel bir besin kaynağıdır. Bu nedenle planktonlar, hem su kalitesinin bir göstergesidir hem de birçok balık için ana besin kaynağı olarak deniz organizmaları için anahtar roldedir.
Planktonlar, organik maddenin biyolojik bozulmasında da önemli bir rol oynar ancak plankton popülasyonları çok büyükse, su kütlesinin yönetiminde başka sorunlar yaratır. Balıkların oynadığı roller, havuzlardaki veya göletlerdeki planktonların uygun dengesini korumaya yardımcı oldukları ve atık suda bulunan besin maddelerini insanlar tarafından tüketilebilen bir forma dönüştürdükleri için çok önemlidir. Ek olarak, siyanobakteriler gibi bazı planktonlar balıkların büyümesi için zararlı olan toksinler üretir. Bu nedenle, planktonlar, atık su ile beslenen balık üretimi ile ilgili olarak yararlı veya zararlı olarak adlandırılabilir.
Fitoplankton: Mikroalg olarak da bilinen fitoplanktonlar, klorofil içerdikleri, yaşamak ve gelişmek için gün ışığına ihtiyaç duydukları için karasal bitkilere benzer. Çoğu hafiftir ve ışığın suya nüfuz ettiği denizin üst kısmında yüzer. Gelişmeleri fotosentezle yakından ilişkilidir. Algler kirlenmeye karşı oldukça hassastır ve bu onların popülasyon gelişimini veya fotosentezi etkiler, çoğunlukla algler diğer türler kadar kirlenmeye karşı duyarlıdır. Bazı fitoplankton türlerinin çeşitliliğinde değişiklik olması deniz ekosisteminin kirlendiğini gösterebilir. Bir fitoplankton türü olan Cynophyta, alg patlaması oluşturması yoluyla barajlar, göller gibi su kütlelerinin hızlı ötrofikasyonunu gösterdiği bilinen özellikle güçlü bir biyoindikatördür.
Zooplanktonlar: Zooplanktonlar, su kütlesinin yüzeyine yakın yaşayan mikroskobik hayvanlardır. Zayıf yüzücülerdir, bunun yerine bir taşıma mekanizması olarak gelgitler ve akıntılara güvenirler. Zooplanktonlar, fitoplanktonlarla, bakteriyoplanktonlarla veya döküntülerle ( parçalanmış organik atıklarla) beslenirler ve balıklar için hayati bir besin kaynağıdırlar. Ayrıca biyoindikatör olarak önemli bir rol oynarlar, su kirliliği seviyesinin değerlendirilmesine yardımcı olurlar. Zooplanktonlar, çok çeşitli ekolojik koşullarda mevcut olabilir. Yine de parçalanmış oksijen, sıcaklık, tuzluluk, pH ve diğer fizikokimyasal parametreler onlar için kısıtlayıcı unsurlardır.
Zooplanktonlar tatlı su topluluklarında balıklarla birlikte diğer birçok deniz türünün temel besin takviyesidir. Su kalitesini, ötrofikasyonu ve tatlı su kütlesindeki besin üretimini göstermede hayati bir rol oynadıkları varsayılmaktadır. Bir tatlı su kütlesinin durumunu belirlemek için mevsimsel değişimleri ve zooplankton varlığını ölçmek gerekir. Biyolojik bir sistemin gücünü belirlemek için farklı tür çeşitleri, biyokütle çeşitliliği ve zooplankton gruplarının zenginliği kullanılabilir. Zooplanktonların bir biyoindikatör tür olarak potansiyeli, gelişimlerinin ve taşınmalarının bazı abiyotik (örn. sıcaklık, tuzluluk, tabakalaşma ve kirleticiler) ve biyotik parametrelere (örneğin, gıda kısıtlaması, avlanma ve rekabet) tabi olduğu gerekçesiyle yüksektir. Araştırmalarda zooplanktonların okyanus kütlelerinin (tuzlu su) kontaminasyonunu değerlendirmek için mükemmel bir biyoindikatör olduğu bulunmuştur.
Genel olarak bakılırsa biyoindikatörler yardımcı, nesnel, basit ve tekrarlanabilirdir. Biyoindikatörler, belirli bir biyolojik toplulukta meydana gelen değişiklikleri değerlendirmek için hücre düzeyinden çevre düzeyine kadar çeşitli ölçeklerde kullanılabilir. Planktonik monitörler biyolojik, fiziksel, kimyasal faktörleri birleştirir ve su kütlelerinin sağlık durumunun değerlendirilmesinde önemli bir araç olarak kullanılır. Biyoindikatörlerin ve biyo-izlemenin, bir ekosistem ve onun gelişimi üzerindeki dış faktörlerin etkilerini incelemek, kirlenmiş ve kirlenmemiş alanları ayırt etmek için umut verici yöntemler haline geldiği sonucuna varılabilir.

Kaynakça:
https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/21553769.2016.1162753#:~:text=Bioindicators%20are%20living%20organisms%20such,taking%20place%20in%20the%20environment.
https://www.sciencelearn.org.nz/resources/1538-bioindicators
https://en.wikipedia.org/wiki/Bioindicator

Yazar: Müşerref Özdaş