Yaşam Bilimi: Biyoloji

Biyoloji, Yunanca "Bios" (Yaşam) ve "Logos" (Bilim) kelimelerinden gelen, canlıları inceleyen bilim dalıdır. Bu alanda çalışan kişilere biyolog veya dirimbilimci denir.

Canlıların hepsinde ortak olarak görülen karakteristik özellikler şunlardır: hücresel yapı, beslenme, solunum, boşaltım, hareket, uyarılara tepki, uyum, organizasyon, üreme, büyüme ve gelişme.

Her canlıda hücre bulunur ve hücre, canlılık özelliklerini gösterebilen en küçük birimdir. Tüm canlıların hücrelerinde protein sentezi, nükleik asitler (DNA, RNA), ATP üretimi, enzimler ve taşıma mekanizmaları gibi ortak özellikler bulunur.

Dikkat! Virüsler nükleik asit içermelerine rağmen hücresel yapı göstermez ve enzim üretemezler. Bu nedenle tam anlamıyla canlı sayılmazlar.

Canlılar hücre yapılarına göre iki gruba ayrılır:

• Prokaryot hücre: İlkel yapılı, çekirdek ve zarlı organelleri olmayan hücreler (bakteriler ve arkeler)
• Ökaryot hücre: Gelişmiş yapılı, çekirdek ve zarlı organelleri olan hücreler (protistler, mantarlar, bitkiler ve hayvanlar)

Canlıların Beslenme ve Solunum Özellikleri

Tüm canlılar yaşamak için enerjiye ihtiyaç duyar. Bu enerji beslenmeyle sağlanır ve solunum yoluyla açığa çıkar.

Beslenme şekillerine göre canlılar iki ana gruba ayrılır:

• Üreticiler (ototrof): Kendi besinlerini kendileri üretebilen canlılar
  • Fotoototroflar: Işık enerjisini kullananlar (bitkiler, algler, siyanobakteriler)
  • Kemoototroflar: Kimyasal enerji kullananlar (bazı bakteriler)
• Tüketiciler (heterotrof): Besinlerini dışarıdan hazır alan canlılar (hayvanlar, mantarlar)

Bazı canlılar miksotrof beslenir, yani hem fotosentez yapar hem de dışarıdan besin alır (örneğin öglena).

Solunum, ATP elde etmek için besinlerin yıkıldığı tepkimelerdir. Üç farklı şekilde gerçekleşebilir:

• Oksijenli solunum
• Oksijensiz solunum
• Fermantasyon

İyi Bilgi: Fermantasyonda oksijenli solunuma göre daha az ATP üretilir. Bazı canlılar koşullara göre hem oksijenli solunum hem de fermantasyon yapabilir - örneğin çizgili kas hücrelerimiz!

Canlıda gerçekleşen tüm kimyasal olayların toplamına metabolizma denir. İki kısımdan oluşur:

• Anabolizma (yapım): Küçük moleküllerin birleştirilmesi
• Katabolizma (yıkım): Büyük moleküllerin parçalanması

Canlılarda Boşaltım ve Hücresel Yapı

Her canlı, metabolizma sonucu oluşan atık maddeleri vücuttan uzaklaştırmak zorundadır. Bu işleme boşaltım denir. Boşaltım, vücuttaki madde dengesini koruyarak iç dengeyi (homeostasi) sağlar.

Tek hücreliler atıklarını hücre zarından veya boşaltım kofullarıyla dışarı atar. Tatlı sulardaki tek hücreliler fazla suyu kontraktil kofullarla dışarı pompalar. Bitkiler sıvı atıkları damlama (gutasyon) veya terleme yoluyla, katı atıkları ise yaprak dökerek uzaklaştırır.

Çok hücreli hayvanlarda özelleşmiş boşaltım organları vardır. Örneğin omurgalı hayvanlarda böbrekler temel boşaltım organıdır.

Prokaryot ve ökaryot hücreler arasındaki farklar:

Prokaryot Hücreler:

• Çekirdek ve zarlı organeller yoktur
• DNA sitoplazmada serbest halde bulunur
• DNA'ları halkasal yapıdadır
• Hepsi tek hücrelidir
• Bakteriler ve arkeler bu grupta yer alır

Ökaryot Hücreler:

• Belirgin bir çekirdek ve zarlı organeller vardır
• DNA çekirdekte bulunur
• DNA'ları doğrusal yapıdadır
• Tek veya çok hücreli olabilir
• Protistler, mantarlar, bitkiler ve hayvanlar bu grupta yer alır

Unutma: Tüm hücrelerde ortak olan yapılar: hücre zarı, sitoplazma, DNA, RNA, protein, ribozom, enzim, su, lipit ve ATP'dir.

Solunum Süreçleri ve Metabolizma

Canlılar enerji ihtiyaçlarını karşılamak için organik maddelerin parçalanmasını sağlayan solunum yapar. Solunum türleri arasında temel farklar vardır:

Oksijenli Solunum:

• Oksijen kullanılır
• ETS (elektron taşıma sistemi) görev alır
• İnsan, hayvan, bitki, mantar ve bazı prokaryotlarda görülür
• En fazla enerji verimi sağlanır

Oksijensiz Solunum:

• Oksijen kullanılmaz
• ETS görev alır
• Genellikle prokaryotlarda görülür

Fermantasyon:

• Oksijen kullanılmaz
• ETS görev almaz
• Bazı bakteriler, maya mantarları ve memelilerin kaslarında görülür

Metabolik faaliyetler yaşam boyunca değişir:

• Zigot → Yetişkinlik: Anabolizma > Katabolizma
• Yetişkinlik: Anabolizma = Katabolizma
• Yaşlılık → Ölüm: Anabolizma < Katabolizma

Bazal metabolik hız, bir canlının yemekten 12 saat sonra, oda sıcaklığında, tam dinlenme halinde sadece yaşaması için gereken enerji miktarıdır. Yaş, cinsiyet, vücut ağırlığı gibi faktörlerden etkilenir.

İlginç Bilgi: Bazal metabolizma hızını ölçmek için kişinin tükettiği oksijen, ürettiği karbondioksit ve kaybettiği ısı miktarına bakılır. Genç insanların metabolizma hızı genellikle yaşlılardan daha yüksektir!

Canlıların Hareket ve Uyarılara Tepki Özellikleri

Tüm canlılar çevresel değişikliklere uyum sağlamak için hareket eder ve uyarılara tepki verir.

Hareket:

• Tek hücrelilerde özelleşmiş yapılar vardır:
  • Amipte yalancı ayaklar
  • Paramesyumda siller
  • Öglenada ve bazı bakterilerde kamçılar
• Hayvanlarda iskelet, kas ve sinir sisteminin iş birliğiyle hızlı hareket sağlanır
• Bitkilerde ise hormonlar ve hücre basıncı sayesinde yavaş hareket gerçekleşir

Uyarılara Tepki:

• Tüm canlılar ısı, ışık, ses, kimyasal maddeler gibi faktörlere tepki gösterir
• Hayvanlar sinir ve kas sistemiyle uyarılara hızlı tepki verir
• Bitkiler daha yavaş tepki gösterir
• Örneğin, öglena göz lekesiyle (stigma) ışığı algılar ve kamçısıyla ışığa doğru hareket eder
• Küstüm otu dokunulduğunda yapraklarını kapatan tepki verir

Biliyor muydun? Kraliçe arının salgıladığı kokular (feromonlar), diğer arıların davranışlarını etkileyerek kovanda düzeni sağlar. Bu sayede binlerce arı mükemmel bir uyum içinde çalışabilir!

Hareket eden her nesne kinetik enerjiye sahiptir. Moleküllerin hareketinden kaynaklanan toplam kinetik enerjiye "ısı", bu enerjinin yoğunluğuna "sıcaklık" denir.

Canlılarda Uyum ve Organizasyon

Uyum (Adaptasyon): Canlının yaşadığı ortamda hayatta kalmasını sağlayan kalıtsal özelliklerin tümüdür. Uyum yeteneği düşük olan canlılar zaman içinde yok olma tehlikesiyle karşı karşıya kalır.

Adaptasyon örnekleri:

• Ördeklerin perdeli ayakları onlara suda daha iyi hareket etme imkanı sağlar
• Develer hörgüçlerinde depoladıkları yağı suya dönüştürerek çöl şartlarına uyum sağlar
• Kaktüsler gövdelerinde su depolayarak kurak ortamlarda yaşayabilir

Organizasyon: Canlılarda basitten karmaşığa doğru bir düzen vardır. Bu düzen atom → molekül → organel → hücre şeklinde başlar. Çok hücrelilerde organizasyon hücre → doku → organ → sistem → organizma şeklinde devam eder.

Ekolojik organizasyon ise organizma → popülasyon → komünite → ekosistem → biyom → biyosfer şeklinde genişler.

Unutma! Tek hücreli canlılar da birer organizmadır, bunlara mikroorganizma denir.

Eşeyli üremeyle oluşan yeni canlılar, genetik varyasyon sayesinde çeşitlilik kazanır. Bu çeşitlilik, canlıların değişen çevre şartlarına uyum sağlama olasılığını artırır.

Canlılarda Üreme, Büyüme ve Gelişme

Üreme, canlının kendine benzer yeni bir canlı meydana getirmesidir. Üremenin amacı neslin devamını sağlamaktır.

Eşeysiz Üreme:

• Tek ata canlıdan döllenme olmadan yeni canlı oluşur
• Temeli hücre bölünmesine dayanır
• Kalıtsal çeşitlilik oluşmaz (mutasyon olmadığı sürece)
• Üreme hızı yüksektir
• Değişen çevre koşullarına dirençsiz bireyler oluşur

Eşeyli Üreme:

• Dişi ve erkek üreme hücrelerinin birleşmesiyle yeni birey oluşur
• Temeli mayoz bölünmeye dayanır
• Kalıtsal çeşitlilik artar
• Üreme hızı düşüktür
• Değişen çevre koşullarına dirençli bireyler oluşabilir

Dikkat! Eşeyli üremenin en büyük avantajı genetik çeşitlilik sağlamasıdır. Bu da türün değişen çevre koşullarında hayatta kalma şansını artırır.

Büyüme ve Gelişme:

• Büyüme, tek hücrelilerde hacim ve kütle artışı, çok hücrelilerde ise hacim, kütle ve hücre sayısının artmasıdır
• Gelişme ise organların işlevlerini daha verimli yapabilecek duruma gelmesi sürecidir

Unutma, üreme canlının kendisi için değil, türünün devamı için önemlidir. Bazı canlılarda (işçi arılar, katırlar gibi) üreme yeteneği çok düşük olabilir.