MAVİ-YEŞİL ALGLERDEKİ BİOENERJİNİN FİZİKSEL PARAMETRELERE DÖNÜŞEBİLİRLİĞİNİN İNCELENMESİ VE VERİMLİLİĞİ ARTTIRICI FAKTÖRLERİN TESPİT EDİLMESİ

MAVİ-YEŞİL ALGLERDEKİ BİOENERJİNİN FİZİKSEL PARAMETRELERE DÖNÜŞEBİLİRLİĞİNİN İNCELENMESİ VE VERİMLİLİĞİ ARTTIRICI FAKTÖRLERİN TESPİT EDİLMESİ

 

 

  

 

AMAÇ:

1.         Günümüzde kullanılan çeşitli devre elemanlarının atıklarının doğaya verdiği zararı azaltabilmek amacıyla çevre dostu, yenilenebilir, istenen şekil ve ebatlarda hazırlanabilirliği ile kullanım kolaylığı sağlayan, daha ekonomik ve kolay elde edilebilir bir yöntem geliştirilmesi amacı ile mavi-yeşil alglerin kullanılması

2.        Mavi-yeşil alglerde depolanan biyoenerjinin verimliliğini arttırabilmek amacı ile bakterilerin besin ortamına sülfür eklenmesi ve bakterilerin elektrik ve manyetik alana maruz bırakılması

3.      Elde edilen verilerin grafiklerle yorumlanması

 

 

Anahtar kelimeler:  

 

RAPOR:

1.1.  GİRİŞ:

Cyanobacteria oldukça geniş bir gruptur ve morfolojik açıdan çeşitli fototrofik bakterilerden oluşur. Cyanobacteria'yı mor ve yeşil anoksifototroflardan ayıran, onların oksijenik fototroflar olmalarıdır. Bu grup Bacteria'daki en büyük alemlerden biridir. Bu canlılar evrimsel açıdan büyük öneme sahiptir çünkü onların Dünya üzerinde ilk oksijen oluşturan fototrofik organizmalar olduğu, bu sayede de Dünya'nın atmosferinin oksijensiz (anoksik) halden oksijenli (oksik) hale geçtiği düşünülmektedir. Gerçek bir zarla çevrili çekirdekleri bulunmaması nedeniyle bakteri, fotosentetik özellikte olmaları nedeniyle de bazen alg olarak sınıflandırılırlar.

Morfolojik açıdan çeşitlilik gösteren Cyanobacteria'da ipliksi ya da tek hücre halindeki formlara rastlanılır. Morfolojik özellikler göz önünde bulundurularak Cyanobacteria beş gruba ayrılmıştır. Cyanobacteria'da hücre büyüklüğü 0,5-1 µm'den 60 µm'ye kadar (ör: Oscillatoria princeps) değişebilir.

Hücre duvarının yapısı Gram negatif bakterilerin hücre duvarına benzer ve az miktarda peptidoglikan içerir. Cyanobacteria'da sadece bir çeşit klorofil bulunur (klorofil a). Ayrıca hepsinde fikobilin (phycobilin) adı verilen karakteristik bir pigment çeşidi bulunur. Fikobilinlerin, fikosiyanin (phycocyanin) adı verilen bir sınıfı mavi renklidir ve yeşil renkli klorofil pigmentleriyle birlikte bu canlılara mavi-yeşil renk verirler.

Gaz kesecikleri, Cyanobacteria'da görülen önemli sitoplazmik yapılardandır. Bu yapılar, özellikle açık sularda yaşayan türlerde yaygın olarak görülür. Gaz keseciklerinin görevi canlının suda istediği derinlikte durabilmesini sağlamaktır. Canlı bunu, keselerin içindeki gaz miktarını ayarlayarak yapar. Çoğu Cyanobacter'in kayarak hareket ettiği ve kamçıya (flagella) sahip olmadığı bilinmektedir.

 

Cyanobacteria'da beslenme oldukça basittir. Vitamin ihtiyacı yoktur ve nitrat ya da amonyak, azot (N) kaynağı olarak kullanılır. Bazı mayi-yeşil bakteri türleri, fotosentezin yanından azot fiksasyonu (bağlaması) da yapabilir. Bu türlerde azot bağlanması, "heterokist" adı verilen özel yapılar içerisinde, oksijensiz koşullarda gerçekleşir. Cyanobacteria tarafından üretilen birçok metabolik ürün pratik açıdan önemlidir. Çoğu Cyanobacteria nörotoksin üretme yeteneğine sahiptir ve bu toksinlerin bulunduğu suyu içen herhangi bir canlı hızla ölüme gidebilir. Ayrıca Cyanobacteria toprağa has kokunun oluşmasını sağlayan bakteri gruplarından biridir.

        Mavi-yeşil alg olarak bilinen siyanobakteriler, bugün bile çok yetenekli organizmalar olarak göze çarpmaktadır.Kendi kendilerine yeterli olan bu canlılar, CO₂ ve N₂ ‘ yi organik moleküllere dönüştürebilmektedir. Bu organizmaların sadece su , hava ve güneş ışığında yaşam sürdürmek için kullanıldıkları mekanizmaları; milyonlarca yıldan beri değişmeden kalmıştır.Bu yeteneklerin bazılarına sahip diğer bakterilerle birlikte daha karmaşık organizmaların evrimlerine zemin hazırlamışlardır. Organizmaların bir bölümü bu kez inorganik ham maddelerden tüm organik hücre bileşenlerini sentezlemeyi başarmış ve böylece diğer organizmalar ise primer sentezleyiciler ve onların ürünler üzerinden beslenmeyi yeğlemişlerdir. Gördüğümüz bütün renkler belirli bir dalga boyun ve frekansa sahiptir.Örneğin kırmızının dalga boyu mordan uzundur.Bizim renkleri görebilmemizin sebebi ise gözlerimizin bu hassas dalga boylarını algılayacak ve beynimizin de bunları yorumlayacak şekilde yaratılmasından kaynaklanır.Işığın dalga boyu “nanometre” adı verilen bir birimle tanımlanır.Bir nanometre ise metrenin milyarda birine eşittir.Örneğin kırmızının dalga boyu 770, koyu morun ise 390 nanometredir.Ancak bu o kadar küçük bir birimdir ki, insanın gözünde canlandırabilmesi kesinlikle imkansızdır.Bu ışıkların bi de frekansları vardır.Bu frekans “hertz” veya saniyedeki devir sayısıyla ölçülür.Bir devir ise dalganın en üst ve en alt noktası arasındaki mesafedir.Işık saniyede 300.000 km yol alır.Eğer dalga boyu daha küçük ise fotonlar aynı sürede daha fazla mesafe kat etmek zorunda kalırlar.Bitkinin kullandığı ışık çok özel bir yapıya sahiptir.Bu ışık hem atmosferde hassa bir elekten geçirilerek süzülür,hem bizim algılayamayacağınız kadar küçük bir mesafe aralığında hareket eder,hem de bilinen en büyük hıza sahiptir.Ayrıca hem dalga olarak hem foton denilen tanecikler şeklinde hareket ettiği için maddeleri oluşturan atomlara çarparak kimyasal reaksiyonlara sebep olma özelliğine de sahiptir.

YÖNTEM:

                

                    Deneyimizde kullanılan siyanobakteriler İstanbul Üniversitesi Su Ürünleri Fakültesinden temin edilmiştir ve ekimi yapıldıktan 40 gün sonra beklenerek bakterilerin üreme hızının yavaşlama sürecine girmesi beklenmiştir.Bu süreci beklememizin nedeni yapılan deneylerde bakteri sayısındaki değişim faktörünün elektrik deneylerindeki etkisini en aza indirmektir.

                      Deneyimizin birinci bölümünde 4 ayrı kapalı sistem kurulmuş,her bir sisteme aynı miktarda(20 ml )Klorofilli bakteri özdeş kaplar içinde yerleştirilmiştir.Tüm kaplara elektrotlar eşit miktarda , eşit uzaklıkta yerleştirilerek sistemler farklı renkte ve farklı şiddette ışıklarla aydınlatılmıştır. Siyanobakterilerin farklı renk ve ışıklara maruz bırakıldıklarında ortaya çıkarttıkları biyoenerji elektrik akımı ve gerilim olarak elektrotlardan ölçülmüştür. Deneyler sırasında ortam sıcaklığı ve Ph değişimlerinin deney sonuçlarına etkisi incelenmistir. Bütün deneylere aynı anda başlanarak önce karanlık ortamda ampermetrelerin gösterdiği değer okunmuş sonradan ışıklar yakılarak her 5 dk da bir ampermetredeki değer tespit edilmiş, deneyler yaklaşık bir buçuk saat beklenerek sonuçlar alınmıştır.

               

                Daha sonra deneyde kullanılan elektrot çeşitleri değiştirilerek hangi metal grubu ile daha iyi verim alındığı tespit edilmiştir.

 

                Deneylerimizde ayrıca elektrotların besi ortamına batma miktarı ve elekrotlar arası mesafe değiştirilerek akım ve gerilim değerleri ölçülmüştür.

 

                Siyanobakterilerin hareketliliğinin üretilen biyoenerji üzerindeki etkisini görmek amacıyla besi ortamı sabit frekanslarda titreştirilerek elde edilen gerilim ve akım üzerindeki etkisi incelenmiştir.

 

                İlaveten kullanılan siyanobakterinin aktifleşmesini arttıracağı düşünülerek ortama CO₂ verilerek deneyler tekrarlanmıştır.

                       Deneyimizin 2.bölümünde eşit süre, farklı renklerdeki ışımalara mağruz kalan bakterilerin enerji depolama yeteneklerini incelemek amacıyla siyanobakterilerine  uygulanan gerilim ve ışıma kesilmiş ve birer dk aralıklarla elektrotlardaki gerilim değerleri alınmıştır.

                Ayrıca gerilimdeki artışı incelemek amacı ile bakterilerin ışık kaynaklarına mesafeleri değiştirilerek , besin ortamına demir sülfür eklenerek , bakteriler elektrik ve manyetik alana maruz bırakılarak deneylerimiz devam etmektedir.

 

 

 

 

 

 

SONUÇLAR VE TARTIŞMALAR:

 

1.       Aydınlanma süresi arttıkça siyanobakterinin ürettiği gerilimin arttığı ancak akımın sabit kaldığı gözlenmiştir.

2.       Aynı şiddetle farklı ışıklarla yapılan aydınlanma deneyleri süresince siyanobakterilerinin elektrik gerilimi üretiminin artış yüzdesinin en az kırmızı ışıkta, en çok ise beyaz ışıkta olduğu gözlenmiştir.

3.       Ortam sıcaklığı 29.5 ⁰C’ye kadar arttırıldığında üretilen gerilimde artış olduğu tespit edilmiş bu değerden sonra gerilim sabit kalmış ve ardından düşüş gözlenmiştir.

4.       Deneylerimizde siyanobakterilerin ortam Ph’ları sabit tutulmuştur.

5.       Elektrot çeşitleri değiştirilerek yapılan deney sonuçlarına göre siyanobakteri hareketliliğinin ölçülmesinde en iyi sonucu bakır-kalay elektrot çifti sağlamıştır.

6.       Elektrotların temas yüzeyinin arttırılması ile elde edilen gerilim az da olsa artış göstermiştir.

7.       Elektrotlar arası mesafe azaldıkça üretilen gerilimin arttığı tespit edilmiştir.

8.       Siyanobakterilerin titreştirilmesiyle yapılan deney sonuçlarına göre titreşim frekansı arttıkça elde edilen gerilimin de arttığı gözlenmiştir.

9.       Ortama verilen CO₂ ile gerilimin artış göstermiş olması CO₂’nin siyanobakterilerin büyüme hızını arttırdığı sonucuna bağlanmıştır.

10.    Deneyin ikinci bölümünde elde edilen verilere göre eşit ışımalara maruz bırakılan bakterilerden elde edilen veriler kıyaslandığında kırmızı ışığa maruz bırakılan bakterilerin ürettiği gerilim artışının diğerlerine göre daha fazla olduğu saptanmış ve bu sonuç siyanobakterinin en çok kırmızı ışık altında enerji depoladığı şeklinde yorumlanmıştır.

11.    Aydınlanma deneyleri süresince elektrik iletimi artış yüzdesini en çok olduğu yeşil ışıkta bekletilen bakterilerin devre kesildikten sonra en az gerilim artış yüzdesine sahip olduğu saptanmıştır.

12.    Bakterilerden elde edilen gerilim artışı incelemek ve verimliliği arttırmak için amacı ile bakterilerin ışık kaynaklarına mesafeleri değiştirilerek , besi ortamına demir sülfür eklenerek, bakteriler elektrik ve manyetik alana maruz bırakılarak deneylerimiz devam etmektedir.Kullanılan ışık kaynaklarından elde edilen veriler bakterilerin karanlık ortamdaki davranışları referans alınarak anlamlandırılmıştır.

13.    Bakterilerdeki üremenin deney sonuçlarına etkisi minimuma indirme amacıyla siyanobakterilerin ekimi yapıldıktan sonra 40 gün beklenmiş, böylece bu bakterilerdeki üreme artışı hızının yavaşladığı periyot yakalanmaya çalışılmıştır.

14.    Kullanılan tüm sistemlerde deneyler aynı anda başlatılıp aynı anda bitirilerek , gerek bakteri artışının gerek ortam şartlarının  tüm sistemlerde aynı olması sağlanmış ve verilerimizde referans olarak kullanılmıştır.

 

 

 

 

 

 

 

 

KAYNAKÇA:

1.      Berkeley Fizik Dizisi (Series of Physics )

2.      Blatt F. J. :Princeiples of Physics 2nd addition Allyn-Bacon (1986)

3.      Ertaç I. :Denel Fizik Deneyleri Cilt 2 (1975)

4.      Orhan Ö. Özdaş K. : Uygunluk Temel Fizik

5.      Çetin K. : Endüstriyel Elektronik

6.      www.rvt.com/lucas/school/cyano.htlm

7.      www.ucmp.berkeley.edu/bacteria/cyanointro.html