Mitoz ve Eşeysiz Üreme

Hücre bölünmesi yaşamın devamlılığı için temel bir süreçtir. Bölünmenin birkaç nedeni vardır: hormonal uyarılar, hücre içindeki hacim-yüzey oranının bozulması ve sitoplazma-çekirdek oranının değişmesi. Büyüyen hücrede zarın yüzey artışı yetersiz kalınca madde alışverişi zorlaşır ve çekirdek bölünme emri verir.

Hücre döngüsü, interfaz ve mitotik evreden oluşur. İnterfaz, iki bölünme arasındaki süreçtir ve döngünün yaklaşık %90'ını kapsar. G₁, S ve G₂ olmak üzere üç alt evreden oluşan bu süreçte hücre büyür, DNA eşlenir ve organellerin sayısı artar. Mitoz ise çekirdek bölünmesidir ve profaz, metafaz, anafaz ve telofaz evrelerinden oluşur.

Profazta kromozomlar belirginleşir, çekirdekçik kaybolur, çekirdek zarı parçalanır. Metafazta kromozomlar ekvator düzleminde dizilir ve en belirgin şekilde görülebilir. Anafazta kardeş kromatitler birbirinden ayrılarak zıt kutuplara çekilir. Telofazta çekirdek zarı yeniden oluşur ve kromozomlar kromatin haline gelir. Sitoplazma bölünmesi (sitokinez) genellikle telofazla başlar ve hayvan hücrelerinde boğumlanma ile, bitki hücrelerinde ise ara lamel oluşumu ile gerçekleşir.

Unutma! Mitoz sonunda bir hücreden genetik olarak birbirinin aynısı iki yavru hücre oluşur. Bu nedenle eşeysiz üremede genetik çeşitlilik oluşmaz.

Hücre Döngüsü Kontrolü ve Eşeysiz Üreme

Hücre döngüsü G₁, G₂ ve M kontrol noktalarında düzenlenir. G₁ kontrol noktasında hücre büyüklüğü ve metabolik durum, G₂ kontrol noktasında DNA'nın doğru eşlenip eşlenmediği kontrol edilir. M kontrol noktasında ise tüm kromozomların iğ ipliklerine bağlanıp bağlanmadığı denetlenir.

Eşeysiz üreme, ana canlının döllenme olmadan yeni bireyler oluşturmasıdır. Mitozla gerçekleşen bu üreme şeklinde, yavru bireyler ana canlıyla aynı genetik yapıya sahiptir. Eşeysiz üremede çoğalma hızı yüksektir ve kısa sürede çok sayıda birey oluşabilir.

Eşeysiz üreme çeşitleri şunlardır:

• Bölünerek üreme: Bakteri, amip, paramesyum gibi canlılarda görülür. En hızlı üreme tipidir ve birey sayısı geometrik dizi şeklinde artar.
• Tomurcuklanma: Bira mayası, hidra ve mercanlarda görülür. Ana canlının vücudunda bir çıkıntı oluşur ve bu tomurcuk gelişerek yeni bireyi oluşturur.
• Sporla üreme: Plazmodyum, bazı mantarlar ve eğreltilerde görülür.
• Rejenerasyon: Canlının kopan parçalarını tamamlayarak yeni bireye dönüşmesidir.
• Partenogenez: Döllenmemiş yumurtadan yeni birey oluşmasıdır.

Bitkilerde vejetatif üreme ise ana bitkinin gövde, dal, yaprak gibi kısımlarından yeni bitki oluşmasıdır. Yumruyla, soğanla, rizomla, sürünücü gövdeyle, daldırma, çelik, aşılama ve doku kültürü teknikleriyle gerçekleştirilebilir.

İlginç not! Doku kültürü tekniğinde, bitkinin küçük doku parçaları steril besi ortamına yerleştirilir, hücreler çoğalarak kallus oluşturur ve farklılaşarak yeni bitkiyi meydana getirir.

Mayoz ve Eşeyli Üreme

Mayoz, eşeyli üreyen canlıların üreme organlarındaki eşey ana hücrelerinde gerçekleşen bir bölünme türüdür. Mayozla oluşan gametler (üreme hücreleri) döllenmeyle birleşerek yeni bireyi meydana getirir. Bu süreç, canlılardaki kalıtsal çeşitliliği sağlar.

Mayoz iki ardışık bölünmeden oluşur: Mayoz I ve Mayoz II. İnterfaz evresinde DNA eşlenir ve miktarı iki katına çıkar. Mayoz I'de homolog kromozomlar birbirinden ayrılır ve kromozom sayısı yarıya iner. Profaz I'de homolog kromozomlar yan yana gelerek tetrat oluşturur ve aralarında krossing over (parça değişimi) gerçekleşir. Bu olay, genetik çeşitliliği artıran en önemli faktördür.

Metafaz I'de tetratlar ekvatoral düzlemde dizilir. Anafaz I'de homolog kromozomlar birbirinden ayrılır. Telofaz I ve sitokinez I sonrasında haploit kromozomlu iki hücre oluşur.

Mayoz II, mitoza benzer şekilde gerçekleşir. Profaz II, metafaz II, anafaz II ve telofaz II evrelerinden sonra sitokinez II ile haploit dört hücre oluşur. Bu hücreler daha sonra farklılaşarak sperm veya yumurta hücrelerine dönüşür.

Mayozda DNA miktarı ve kromozom sayısındaki değişimler şöyledir:

• İnterfazda DNA eşlenerek iki katına çıkar
• Mayoz I sonunda kromozom sayısı yarıya iner (2n→n)
• Mayoz II sonunda kromozom sayısı değişmez, ancak her hücre başlangıçtaki hücrenin yarısı kadar DNA içerir

Önemli! Mayoz I'deki krossing over ve homolog kromozomların bağımsız dizilimi, mayozun genetik çeşitlilik sağlamasının iki temel nedenidir.

Mitoz, Mayoz ve Üreme Karşılaştırması

Mayoz ve mitoz arasında önemli farklar bulunur. Mayozda homolog kromozomlar ayrılırken, mitozda böyle bir ayrılma olmaz. Mayoz sonucunda haploit dört hücre oluşurken, mitoz sonucunda diploit iki hücre oluşur. Mayoz sadece eşey ana hücrelerinde gerçekleşirken, mitoz vücudun çoğu hücresinde görülür.

Mayoz ve mitoz arasında benzerlikler de vardır. Her ikisinde de interfaz gerçekleşir, DNA eşlenir, kontrol noktaları bulunur, karyokinez ve sitokinez evreleri görülür. Sonuçta her ikisi de hücre sayısının artmasını sağlar.

Eşeyli üreme, mayozla üretilen üreme hücrelerinin döllenme ile birleşmesine dayanır. Bu süreçte zigot oluşur ve mitoz bölünmelerle yeni birey gelişir. Eşeyli üreme, canlının değişen çevre şartlarına uyum yeteneğini artırır.

Eşeyli ve eşeysiz üreme karşılaştırıldığında önemli farklar ortaya çıkar:

Hatırla! Eşeyli üreme kalıtsal çeşitliliği artırarak türün değişen çevre koşullarına uyum sağlamasına yardımcı olur.

Kalıtımın Genel İlkeleri

Kalıtım, canlıların genetik özelliklerinin nesilden nesile aktarılmasıdır. Bu aktarım, genler aracılığıyla gerçekleşir. Gen, kalıtsal bilgiyi taşıyan birimdir. Bir genin farklı şekillerine alel denir.

Genotip, bireyin taşıdığı genlerin tamamını ifade eder. Fenotip ise, bireyin gözlenebilen özellikleridir. Bir karakteri kontrol eden alel çiftinin her ikisinin de aynı olmasına homozigot (arı döl), farklı olmasına ise heterozigot (melez döl) denir. Heterozigot durumda etkisini gösteren alele baskın (dominant), sadece homozigot halde etkisini gösterebilen alele çekinik (resesif) denir.

Mendel'in ilkeleri kalıtımın temelini oluşturur:

1. Dominantlık ve Resesiflik İlkesi: Bir karakterin belirlenmesinde bir çift alel bulunur ve bunlardan biri dominant, diğeri resesiftir.
2. Ayrılma İlkesi: Bir gen çiftinin alelleri gametlere eşit olasılıkla dağılır.
3. Bağımsız Dağılım İlkesi: Farklı karakterlere ait alel çiftleri birbirinden bağımsız olarak gametlere dağılır.

Homozigot bireyler tek çeşit gamet oluştururken, heterozigot bireyler farklı çeşitlerde gametler oluşturabilir. Heterozigot karakter sayısı (n) bilindiğinde, oluşabilecek gamet çeşidi sayısı 2^n ile hesaplanır.

Önemli not! Genetik problemlerinde aksi belirtilmedikçe genlerin bağımsız olduğu varsayılır. Aynı kromozom üzerindeki genler "bağlı genler" olarak adlandırılır ve Mendel yasaları bu genler için geçerli değildir.

Monohibrit ve Dihibrit Çaprazlamalar

Monohibrit çaprazlama, bir karakter bakımından heterozigot (melez) bireylerin çaprazlanmasıdır. Örneğin, yuvarlak (dominant) ve buruşuk (çekinik) tohum karakterini ele alırsak:

Homozigot yuvarlak (DD) x Homozigot buruşuk (dd) → F₁: Hepsi heterozigot yuvarlak (Dd) F₁ x F₁ (Kendileştirme) → F₂: ¼ DD (yuvarlak), ½ Dd (yuvarlak), ¼ dd (buruşuk)

Fenotip olarak F₂'de ¾ yuvarlak, ¼ buruşuk tohum elde edilir. Genotip çeşidi 3 (DD, Dd, dd), fenotip çeşidi 2'dir (yuvarlak ve buruşuk).

Kontrol çaprazlaması, fenotipinde baskın özellik gösteren bir bireyin genotipini belirlemek için çekinik homozigot bireyle çaprazlanmasıdır. Sonuçta tüm yavrular baskın fenotipli olursa birey homozigottur; hem baskın hem çekinik fenotipli yavrular oluşursa birey heterozigottur.

Dihibrit çaprazlama, iki karakter bakımından heterozigot bireylerin çaprazlanmasıdır. Örneğin, mor çiçekli-düzgün tohumlu (MMDD) ve beyaz çiçekli-buruşuk tohumlu (mmdd) bezelyeler çaprazlandığında:

F₁: %100 mor çiçekli-düzgün tohumlu (MmDd) F₁ x F₁ → F₂: 9/16 mor-düzgün, 3/16 mor-buruşuk, 3/16 beyaz-düzgün, 1/16 beyaz-buruşuk

Dihibrit çaprazlamada 4 fenotip, 9 genotip çeşidi oluşur. Fenotip oranı 9:3:3:1'dir.

Eş baskınlık, alellerin birbirine baskınlık kuramadığı durumdur. Heterozigot bireylerde her iki alelin etkisi birlikte görülür. İnsanlarda MN kan grubu ve AB kan grubu eş baskınlık örneğidir.

Dikkat! Eş baskınlık durumunda heterozigot bireyler, her iki homozigot ebeveynden farklı bir fenotip gösterir. Bu nedenle fenotip çeşidi ile genotip çeşidi sayısı birbirine eşittir.

Soyağaçları ve Çok Alellilik

Soyağaçları, kalıtsal özelliklerin aileler içinde izlenmesini sağlayan şemalardır. Normal bireyler boş daireler ve karelerle, hasta bireyler doldurulmuş şekillerle gösterilir. Evlilikler yatay çizgilerle, çocuklar dikey çizgilerle bağlanır.

Soyağacı analizi, bireylerin genotiplerinin belirlenmesinde önemlidir. Çekinik özelliklere sahip bireylerin genotipi kesinlikle homozigot çekiniktir. Baskın özellikler ise homozigot veya heterozigot olabilir, soyağacı analizi ile belirlenir. Bazen mutasyonlar nedeniyle beklenmeyen özellikler de görülebilir.

Çok alellilik, bir türde aynı karaktere ait alel sayısının ikiden fazla olmasıdır. İnsanlardaki kan grupları (ABO sistemi) çok alelliliğe örnektir. A, B ve O genleri vardır; A ve B genleri O genine baskın, kendi aralarında ise eş baskındır.

Kanda yabancı antijenlere karşı üretilen proteinlere antikor denir. Aynı antijen ve antikor karşılaştığında alyuvarların kümelenmesine çökelme (aglütinasyon) denir.

Rh sistemi de kan gruplarında önemlidir. Rh⁺ bireyler alyuvar zarında Rh antijeni taşırken, Rh⁻ bireylerde bu antijen bulunmaz. Rh⁻ anne ile Rh⁺ baba evliliklerinde Rh uyuşmazlığı görülebilir.

Bilgi notu! Gregor Mendel çalışmalarında bezelyeleri tercih etmiştir çünkü kolay yetiştirilebilir, çeşidi fazladır, kontrollü tozlaşma yapılabilir, üreme döngüsü kısadır ve sonuçlar kısa sürede alınabilir.

Ekosistem Ekolojisi

Ekoloji, canlıların birbirleri ve çevreleriyle olan etkileşimlerini inceleyen bilim dalıdır. Ekolojik kavramlar büyükten küçüğe doğru biyosfer, biyom, ekosistem, komünite, popülasyon ve organizma olarak sıralanır.

Ekosistem, belirli bir alandaki canlı (biyotik) ve cansız (abiyotik) faktörlerin oluşturduğu sistemdir. Biyotik faktörler üreticiler, tüketiciler ve ayrıştırıcılardan oluşur. Abiyotik faktörler ise enerji kaynağı, sıcaklık, iklim, pH, su, toprak ve minerallerdir.

Canlılar beslenme şekillerine göre üç gruba ayrılır:

1. Ototrof beslenme: Kendi besinlerini sentezleyen canlılardır. İki tiptir:

   • Fotoototroflar (bitkiler, algler, siyanobakteriler): Işık enerjisini kullanarak fotosentez yaparlar.
   • Kemoototroflar (nitrit, nitrat, demir ve kükürt bakterileri): İnorganik maddeleri oksitleyerek enerji elde ederler.

2. Heterotrof beslenme: Besinlerini hazır alan canlılardır. Üç tiptir:

   • Otçullar (herbivorlar): Bitkilerle beslenirler. Örnek: Keçi, tavşan, koyun.
   • Etçiller (karnivorlar): Diğer hayvanlarla beslenirler. Örnek: Aslan, şahin, kurt.
   • Hepçiller (omnivorlar): Hem bitki hem hayvanlarla beslenirler. Örnek: İnsan, bozayı.

3. Hem ototrof hem heterotrof beslenme: Öglena ve böcekçil bitkiler gibi canlılar hem fotosentez yapar hem de hazır besin alabilirler.

Önemli! Ayrıştırıcılar (saprofit), organik atıkları parçalayıp inorganik maddeleri açığa çıkaran canlılardır. Ekosistemde madde döngülerinin tamamlanmasında hayati rol oynarlar.

Ekosistemdeki Madde ve Enerji Akışı

Ekosistemlerde madde ve enerji, besin zinciri boyunca bir canlıdan diğerine aktarılır. Besin zinciri, üreticilerden başlayıp sırasıyla birincil tüketiciler (otçullar), ikincil tüketiciler (etçiller) ve üçüncül tüketicilere (hepçiller) doğru uzanır. Çok sayıda besin zincirinin birbirine bağlanmasıyla besin ağı oluşur.

Besin piramidi (ekolojik piramit), canlıların enerji, sayı ve biyokütle açısından oluşturdukları hiyerarşiyi gösterir. Her basamağa trofik düzey denir. Bir trofik düzeyden diğerine geçerken enerjinin yaklaşık %10'u aktarılır, geri kalanı ısı olarak kaybolur. Besin piramidinde yukarı çıkıldıkça:

• Birey sayısı azalır
• Biyokütle azalır
• Aktarılan enerji azalır
• Zehirli madde birikimi artar

Biyolojik birikim, zehirli maddelerin besin zincirinde yukarı doğru çıkıldıkça konsantrasyonunun artmasıdır. Pestisitler, radyoaktif maddeler ve ağır metaller biyolojik birikime örnek olarak verilebilir.

Ekosistemdeki madde döngüleri, yaşamın sürdürülebilirliği için hayati önem taşır. Azot döngüsü, atmosferdeki azotun canlılar tarafından kullanımı ve tekrar doğaya dönmesidir. Bu döngüde azot bağlayıcı bakteriler, nitrifikasyon bakterileri ve denitrifikasyon bakterileri önemli rol oynar.

Azot döngüsünün aşamaları:

1. Azot fiksasyonu: Atmosferdeki azotun (N₂) bakteriler tarafından tutularak amonyağa (NH₃) dönüştürülmesi.
2. Nitrifikasyon: Amonyağın nitrifikasyon bakterileri tarafından önce nitrite (NO₂⁻), sonra nitrata (NO₃⁻) dönüştürülmesi.
3. Denitrifikasyon: Nitratın denitrifikasyon bakterileri tarafından tekrar azot gazına dönüştürülmesi.

Hatırlatma! Azot, canlıların protein, nükleik asit ve ATP gibi temel moleküllerinin yapısında bulunur. Bu yüzden azot döngüsü yaşam için kritik öneme sahiptir.

Karbon Döngüsü ve Çevre Sorunları

Karbon döngüsü, karbonlu bileşiklerin ekosistem içinde dolaşımını ifade eder. Atmosferdeki en önemli karbon bileşiği olan CO₂, fotosentez yapan canlılar tarafından organik maddelere dönüştürülür. Solunum, yanma ve ayrıştırıcıların faaliyetleriyle karbon tekrar atmosfere geri döner.

Günümüzde insan faaliyetleri sonucu birçok çevre sorunu ortaya çıkmıştır:

Hava Kirliliği: Atmosferdeki gazların ve kirleticilerin normal değerlerin üzerine çıkmasıdır. Kükürtdioksit (SO₂), karbondioksit (CO₂), ozon (O₃) ve azotdioksit (NO₂) gibi gazlar kirletici etkiye sahiptir. Doğal kaynaklar (volkanik patlamalar, orman yangınları) olabildiği gibi, insan kaynaklı (fabrikalar, motorlu taşıtlar) da olabilir.

Su Kirliliği: Kimyasalların ve kirleticilerin sularda normal değerlerin üzerine çıkmasıdır. Fabrika atıkları, tarım ilaçları ve evsel atıklar başlıca kaynaklardır. Sulara karışan azot ve fosfor, ötrofikasyon adı verilen suyun aşırı alg gelişimiyle oksijensiz kalması sorununa yol açar.

Toprak Kirliliği: Toprağın fiziksel, kimyasal ve biyolojik yapısının bozulmasıdır. Ağır metaller, kimyasal atıklar ve yanlış gübreleme toprak kirliliğine neden olabilir.

Radyoaktif Kirlilik: Radyoaktif maddelerin canlılarda ve çevrede birikmesidir. Nükleer santraller, tıbbi cihazlar ve elektronik aletler radyasyon kaynağı olabilir.

Asit Yağmurları: Atmosferdeki CO₂, SO₂ ve NO₂ gibi kirleticilerin su buharıyla birleşerek nitrik asit ve sülfürik asit gibi asitli bileşikleri oluşturması ve yağış olarak yeryüzüne inmesidir.

Önemli uyarı! İnsan faaliyetleri sonucu artan sera gazları, küresel ısınmaya neden olmaktadır. Bu durum, iklim değişikliği, buzulların erimesi ve deniz seviyesinin yükselmesi gibi ciddi çevresel sorunlara yol açmaktadır.