1.1 Biyoloji nedir? Biyoloji: Canlıların bilimsel araştırması Canlı: Tek hücreli bir atadan türeyen tüm organizmalar

Transkript

1 1 Yaşamı öğrenmek

2 1 Yaşamı öğrenmek 1.1 Biyoloji nedir? 1.2 Dünyadaki tüm canlıların birbiriyle bağlantısı 1.3 Biyologlar yaşamı nasıl araştırır? 1.4 Biyoloji kamu politikalarını nasıl etkiler?

3 1.1 Biyoloji nedir? Biyoloji: Canlıların bilimsel araştırması Canlı: Tek hücreli bir atadan türeyen tüm organizmalar

4 1.1 Biyoloji nedir? Canlıların ortak özellikleri: 1. Bir veya daha çok hücreden oluşurlar 2. Genetik bilgi içerirler 3. Çoğalırlar 4. Evrimleşirler 5. Büyürler 6. Çevreden enerji elde edebilir ve bunu biyolojik iş yapmak için kullanabilirler 7. İç çevrelerini düzenleyebilirler

5 1.1 Biyoloji nedir? Canlı formları bu özelliklerin hepsini aynı zamanda göstermeyebilir Ör: Bir çöl bitkisinin tohumu Virüsler? Hücrelerden oluşmazlar, tek başlarına yaşam fonksiyonlarını yürütemezler Ama genetik bilgi içerir, mutasyona uğrar ve evrilirler Var olmak için hücrelere ihtiyaçları vardır

6 1.1 Biyoloji nedir? Evrim: En temel prensiptir Canlı sistemler değişken hayatta kalma ve üreme yoluyla evrimleşirler Evrim süreçleri bugün dünya üzerinde gördüğümüz devasa çeşitliliği meydana getirmiştir

7 1.1.1 Hücre Yaşamın temel birimi hücredir Tek hücreli organizmalar: Tüm yaşam fonksiyonlarını tek bir hücre yürütür Çok hücreli organizmalar: Farklı görevler için özelleşmiş hücreleri vardır Gözle görünen yaşamı çok hücreliler oluşturur Virüsler hücresizdir (aselüler)

8 Şekil 1.1 Canlıların çeşitliliği Arkea Bakteri Protist

9 Şekil 1.1 Canlıların çeşitliliği Bitkiler Mantarlar Virüs Hayvanlar

10 Şekil 1.2 Tüm canlılar hücrelerden oluşur Hücrelerin keşfi 1590 larda Hollanda lı Hans ve Zaccharias Janssen tarafından mikroskopun icadı sayesinde oldu 1600 lerde Antony van Leeuwenhoek (Hollanda) ve Robert Hooke (İngilltere) bu teknolojiyi geliştirerek canlıları incelemek için kullandılar Hooke bitki parçalarının tekrarlayan birimlerden oluştuğunu gördü bunlara hücre ismini verdi

11 1.1.1 Hücre Hücre teorisi (ilk): Hücreler tüm canlı organizmaların temel yapısal ve fizyolojik birimleridir Hücreler hem bağımsız birimlerdir hem de daha karmaşık organizmaların yapı taşlarıdır. (Schleiden ve Schwann 1838)

12 1.1.1 Hücre Hücre teorisi (modern): Tüm hücreler önceden var olan hücrelerden gelir. Tüm hücrelerin kimyasal yapıları benzerdir. Yaşamsal kimyasal tepkimelerin çoğu sulu ortamda hücrelerin içinde gerçekleşir. Hücre bölünmesi sırasında genetik bilgi set halinde eşlenir ve aktarılır.

13 1.1.2 Evrim Charles Darwin tüm canlıların ortak atalardan türediğini öne sürmüştür. Doğal seçilim yoluyla evrim

14 1.1.2 Evrim Tür: Birbirine benzeyen ve başarılı bir şekilde üreyerek doğurgan yavru oluşturabilen bir organizma grubu.

15 1.1.2 Evrim İnsanlar hayvancılıkta istedikleri özellikleri seçerler ve o özellikteki hayvanların üremesine izin verirler yapay seçilim Bunu doğa da yapar sadece bilinçli değildir Darwin, doğal seçilimin hayatta kalma ve üreme başarısının değişkenliği yoluyla olabileceğini öne sürdü.

16 1.1.2 Evrim Bir organizmanın hayatta kalma ve üreme şansını artıran özellikler popülasyonda zamanla yaygınlaşır. Doğal seçilim adaptasyonu beraberinde getirir.

17 Şekil 1.3 Çevresel koşullara göre adaptasyonlar

18 1.1.3 Canlılar genetik bilgi içerir DNA: Ana hücreden yavru hücreye aktarılan bilgi Genom: Bir hücrenin içindeki DNA nın tamamı Çok hücreli bir canlının tüm hücreleri aynı genoma sahiptir. O zaman farklı organların hücreleri nasıl farklı proteinler üretir? Farklı hücrelerde DNA nın farklı bölümlerindeki genlerden protein üretilir Nasıl kontrol edilir???

19 1.1.3 Canlılar genetik bilgi içerir DNA: tekrarlayan alt birimlerden oluşur nükleotidler Gen: DNA nın belirli bir bölümü protein yapımı için gerekli bilgiyi içerir Mutasyonlar nükleotid dizisindeki değişimler. Mutasyonlar bazen kodladığı proteinde değiştirir. Mutasyonlar kendiliğinden veya kimyasal, radyasyon gibi dış etkenlerle oluşur. Çoğu mutasyon zararlıdır veya etkisizdir Fakat eğer canlının çevre koşullarına uyumluluğunu artırırsa evrimsel olarak seçilir

20 Nükleotidler Alfabenin harfleri Protein Cümleler Birleşik protein yapıları Paragraflar Sistemler (sindirim, solunum) Üniteler Organizma Kitap

21 Şekil 1.4 Genetik kod yaşamın parmak izidir 4 nükleotid (A, G, T, C), DNA nın yapıtaşlarıdır DNA birbirine bağlı iki zincirden oluşur Bir gen nükleotidlerin belirli diziliminden oluşur Bir gendeki nükleotid dizilimi, proteinin oluşumu için gerekli bilgiyi içerir

22 1.1.4 Enerji Hücreler çevrelerinden besin elde ederler. Besinler biyolojik yapıların oluşturulması için malzeme ve enerji sağlar - sentez Besin molekülleri kimyasal bağları içinde enerji barındırır.

23 Şekil 1.5 Besinlerdeki enerji depolanabilir veya hemen kullanılabilir

24 Elde edilen enerji ile iş yapılır: 1) Mekanik iş: molekülleri bir yerden bir yere hareket ettirmek Hücre veya dokuyu hareket ettirmek Tüm organizmayı hareket ettirmek 2) Sentez: Küçük kimyasal moleküllerden daha büyük, karmaşık yapılar oluşturmak 3) Elektriksel iş: Sinir sistemi Bu olayların tamamına metabolizma denir

25 1.1.5 İç denge Canlılar iç çevrelerini kontrol eder. Çok hücreli organizmaların hücreden oluşmayan bir iç çevreleri vardır. Hücreler bu iç çevrede sıvı içerisinde bulunur. Buradan besinleri alır ve atıkları buraya verirler. Hücreler özelleşmiştir Hücreler dokulara, dokular organlara organize olur.

26 Figure 1.6 Biyoloji pek çok organizasyon seviyesinde incelenir Atomlar Molekül Hücre Doku Organizma Popülasyon Komünite Biyosfer

27 1.1.6 Canlılar etkileşim içindedir Canlılar birbirleriyle etkileşir: Etkileşim denilince sadece iletişim anlaşılmamalıdır Avcı ve av, parazit ve konak canlı hep etkileşim içindedir

28

29 Figure 1.7 Çekişme ve işbirliği

30 1.1.6 Canlılar etkileşim içindedir Bir türün bireyleri popülasyonun parçasıdır. Pek çok türün oluşturduğu etkileşim içindeki popülasyonlar komünite (topluluk)dir. Bir bölgede etkileşim içindeki topluluklar ve çevrelerindeki cansız dünya ekosistemi oluşturur.

31 Ekosfer Biyom Peyzaj Ekosistem Komünite Popülasyon Organizma Organ Doku Hücre

32 1.2 Dünyada yaşam birbiriyle bağlantılıdır Dünyadaki tüm türler ortak bir atayı paylaşır. Fosil kayıtlar evrimsel ilişkilerin incelenmesine olanak sağlamaktadır.

33 Figure 1.8 Fosiller geçmiş yaşam hakkında bilgi verir Ammonoids

34 1.2 Dünyada yaşam birbiriyle bağlantılıdır Modern moleküler teknikler biyologların DNA ları karşılaştırmasına olanak tanır. DNA lar arasındaki fark ne kadar büyükse paylaşılan ata o kadar eski bir tarihe dayanır. Ör: Neandertal DNA incelemesi, modern insanla aynı zamanda var olduklarını ortaya çıkarmıştır

35 1.2.1 Yaşam cansız ortamda ortaya çıkmıştır Yaşam kimyasal evrim ile ortaya çıkmıştır. Kendini çoğaltabilen moleküllerin ortaya çıkışı dönüm noktasıdır. İkinci dönüm noktası: Biyolojik moleküller zarlar ile çevrelenmiştir. Yağ molekülleri sulu ortamda kendiliğinden kesecikler oluşturur Dış çevreden korunaklı bir iç ortam İlk hücreler

36 Üst sıra: 3.6 milyar yaşındaki, hücre fosilleri (Güney Afrika) Alt sıra: Günümüz bakterileri

37 Figure 1.9 Yaşamın takvimi Her 1 gün 150 milyon yılı gösterir Yaşam 4 milyar yıl önce ortaya çıktı Dünyanın oluşumu Hayatın başlangıcı Fotosentez Ökaryot lar Çok hücreliler Suda yaşam İlk karasal bitkiler İlk karasal hayvanlar Kömür oluşumu Ormanlar Böcekler İlk memeliler Dinozorlar çoğunluk İlk kuşlar Çiçekli bitkiler Memelile rin yükselişi İlk hominidler Homo sapiensin ortaya çıkışı 30. günün son 5 dakikasına denk gelir Yaklaşık yıl önce Kayıtlandırılan tarih 30. günün son birkaç saniyesine denk gelir

38 1.2.2 İlk hücreler 2 milyar yıl boyunca yaşam tek hücrelilerden ibaretti prokaryotlar. Bu hücreler okyanuslarda UV ışınlarından korunmaktaydı. Oksijen yoktu, dolayısıyla ozon tabakası da yoktu

39 1.2.3 Fotosentez Metabolizma: Hücrelerde gerçekleşen kimyasal reaksiyonların tümü. Fotosentez 2.5 milyar yıl önce evrimleşti. Oksijen o zamanda yaşayan canlılar için zehirliydi

40 Figure 1.10 Fotosentez yapan canlılar dünyanın atmosferini değiştirdi The first photosynthetic cells were similar to cyanobacteria.

41 1.2.3 Fotosentez Fotosentezin sonuçları: Atmosferde O 2 birikmeye başladı Oksijenli metabolizma başladı Ozon tabakası oluştu Organizmaların karada yaşamasına olanak sağladı

42 1.2.4 Ökaryotların evrimi Ökaryotlar prokaryotlardan evrimleşmiştir. Organeller Özelleşmiş görevleri olan zarla kaplı bölmeler: Çekirdek Kloroplast

43 1.2.5 Çok hücrelilerin evrimi Çok hücreli organizmalar 1 milyar yıl önce ortaya çıkmıştır. Hücresel özelleşme: Farklı hücreler belirli görevleri yerine getirmek üzere özelleşir.

44 1.2.6 Türleşme Evrim türleşme ile sonuçlanır: Bir türün bireyleri çiftleştiği sürece farklar oluşur ama aynı tür olarak kalırlar Eğer bir grubun diğerleriyle teması kesilirse, farklar o kadar artar ki bir noktada artık bu iki grup çiftleşemez - iki ayrı tür Her türün bilimsel bir adı vardır ikili sistem: Cins adı Tür adı, Ör: Homo sapiens

45 Figure 1.11 Yaşam ağacı Tüm organizmaların ortak atası Endosimiyotik bakteriler, ökaryotların mitokondrileri haline geldi Bitkiler Mantarlar Geçmiş Zaman Hayvanlar Günümüz

46 1.2.7 Filogenetik ağaç Günümüzde canlılar 3 ana bölümde incelenir. Bunlar moleküler yöntemler sayesinde ayrılmıştır: Bakteria Arkaea Ökarya

47 1.2.7 Filogenetik ağaç Çok hücreli Ökarya (bitkiler, mantarlar ve hayvanlar) protistlerden (tek hücreli mikrobik ökaryotlar) evrimleşmiştir.

48 1.3 Biyologlar nasıl araştırma yapar? Biyologlar yaşamı anlamamızı sağlamak için pek çok farklı yöntem kullanır. Fakat tüm araştırmalar iki temele dayanır: Gözlem: teknolojik gelişmelerle daha da ilerlemiştir Deney

49 Figure 1.12 Ton balığı izleme cihazı

50 1.3 Biyologlar nasıl araştırma yapar? Bilimsel yöntem: Gözlem Soru Hipotez Tahmin Test etme

51 1.3 Biyologlar nasıl araştırma yapar? Tümevarım mantığı kullanılarak kesin olmayan cevaplar veya açıklamalar ortaya atılır hipotez. Tümdengelim mantığı kullanılarak tahminler yapılır. Bu tahminleri test etmek için deneyler tasarlanır.

52 1.3.1 İyi tasarlanmış deneyler hipotezi çürütebilmelidir Karşılaştırmalı deneyler örnekler veya gruplar arasındaki farklara bakar. Kontrollü deneyler gruplar arasındaki farka yol açtığı düşünülen değişkeni değiştirerek test eder.

53 Figure 1.13 Karşılaştırmalı deneyler iki grup arasındaki fark veya benzerliklere bakar DENEY Hipotez: Çevrede bir etken Pasifik ağaç kurbağalarında uzuv anormalliklerine yol açıyor Yöntem 1. Anormal ağaç kurbağalarının görüldüğü bir alanda küçük göletlerin olduğu bir test alanı belirleyin 2. Göletlerden su örnekleri toplayın ve analiz edin. 3. Göletlerdeki organizmaları sayın 4. Kurbağa anormallikleri ile su özellikleri arasındaki ilişkileri araştırın Deforme bacak

54 Figure 1.13 Karşılaştırmalı deneyler iki grup arasındaki fark veya benzerliklere bakar DENEY SONUÇLAR Pasifik ağaç kurbağaları 35 göletin 13 ünde bulunmuştur. Uzuv anomalisine sahip kurbağalar bu 13 göletin 4 ünde görülmüştür. Su ve sayım analizleri su kirliliği açısından bir fark göstermemiştir. Fakat uzuv anomalisi görülen 4 gölette yassı solucan paraziti içeren salyangozlara rastlanmıştır. Normal kurbağa olan göletler Suda ilaç kalıntısı? Suda ağır metal? Suda endüstriyel kimyasal? Suda salyangoz? Suda yassı solucan? Kurbağalarda yassı solucan larvası? Anormal kurbağa olan göletler Yargı: Yassı solucan parazit enfeksiyonları Pasifik ağaç kurbağalarında uzuv anomalilerine yol açabilir

55 Figure 1.14 Kontrollü deneyler bir değişkeni değiştirir DENEY Hipotez: Pasifik ağaç kurbağası larvalarının Ribeiroia paraziti tarafından enfekte olması gelişimsel uzuv anomalilerine yol açar Yöntem 1. Anormal kurbağa görülmeyen bir alandan kurbağa yumurtası toplayın 2. Yumurtaların laboratuvar ortamında çatlamasını bekleyin. Oluşan larvaları rastgele eşit sayıda gruba (kontrol ve deney grubu) bölün. 3. Kontrol grubunun normal gelişimine bırakın. Deney gruplarının birine Ribeiroia, birine farklı bir parazit ve sonuncusuna iki parazitin karışımını verin 4. Gelişimleri takip edin. Yetişkin kurbağaları sayın ve inceleyin. Kontrol Deney 1 Deney 2 Deney 3

56 Figure 1.14 Kontrollü deneyler bir değişkeni değiştirir Yüzde DENEY Sağ kalım Anomali oranı Yargı: Ribeiroia Pasifik ağaç kurbağalarında gelişimsel uzuv anomalilerine yol açar.

57 1.3.2 Bilimsel yöntem Bağımsız değişken: Deneyin sonucunu etkileyen değişken Bağımlı değişken: Bağımsız değişkene bağlı olarak değişime uğrayan değişken

58 1.3.3 İstatistik önemli bir bilimsel araçtır İstatistiksel yöntemler, iki grup arasında görülen bir farkın anlamlı olup olmadığını belirler. İstatistiksel testler sıfır hipotezi ile başlar İki grup arasında fark yoktur.

59 1.3.3 İstatistik önemli bir bilimsel araçtır Elde edilen sonucun sıfır hipotezi doğru olduğu halde alınabilme ihtimalini gösterir. Alınan sonuçların şansa bağlı olma ihtimali elenmiş olur.

60 1.3.4 Her hipotez bilimsel değildir Bilimsel ve bilimsel olmayanı ayırt etmek: Bilimsel hipotezler test edilebilir olmalıdır Bilimsel hipotezlerin çürütülebilme potansiyeli olmalıdır. Kanıtlar tekrarlanabilir ve ölçülebilir gözlemlere dayalı olmalıdır

61 1.4 Biyoloji kamu politikalarını nasıl etkiler? Biyolojik bilgi tıp ve tarım gibi pek çok alanda gelişmeye sebep olur. Bu gelişmeler etik ve politik bazı soruları beraberinde getirir. İnsan veya diğer canlıların genleriyle oynamalı mıyız? Bitki ve hayvanların genlerini seçme-üretme yöntemiyle mi yoksa biyoteknoloji ile mi değiştirmeliyiz? Genetiği değiştirilmiş organizmaların (GDO) üretimini kim kontrol etmeli?

62 1.4 Biyoloji kamu politikalarını nasıl etkiler? Biyolojik bilgi insanların çevre üzerine etkilerini anlamamızı sağlar. Hükümetler kararlar verirken biyologlara danışmaktadır.

63 1.4 Biyoloji kamu politikalarını nasıl etkiler? Örnek: Mavi yüzgeçli ton balıklarının bir bölümü batıda Meksika Körfezi nde ürer, diğer bölümü doğuda Akdeniz de. Aşırı avlanma batıdaki popülasyonu yok olma durumuna getirdi. Doğu ve batıda üreyen popülasyonların Atlantik in doğu ve batısında, kendi taraflarında beslendiği düşünülüyordu. 45o batı meridyeninin batısına avlanma kotası koyuldu. Fakat balıklar yine de azalmaya devam etti. Yeni izleme teknikleri sayesinde doğu ve batı popülasyonlarının karışık bir şekilde beslendiği anlaşıldı

64 Figure 1.15 Mavi yüzgeçli ton balığı haritalarda çizilen sınırları bilmez