SİSTEMATİK (TAKSONOMİ)

Transkript

1 CANLILARIN ÇEŞİTLİLİĞİ VE SINIFLANDIRILMASI Aristo (M.Ö ) Yaptığı gözlemlere dayanarak yapay sınıflandırmayı ortaya çıkarmıştır. Kelimelerin kökeni: Analog yunanca analogos "orantılı, uygun" anlamına gelir. Kelimelerin kökeni: Homolog yunanca homologia "uyuşma, uyuşan" anlamına gelir. Kelimelerin kökeni: Filogeni yunanca phylan "soy" ve genesis "köken" anlamına gelir. İnsanlar yaşadığı yere göre yukarıdaki hayvanı dağ aslanı, puma, jaguar ya da panter olarak tanımlayabilir. Bilimsel sınıflandırmada bu hayvan Felis concolor olarak adlandırılır ve karmaşa ortadan kalkar. I. CANLILARIN SINIFLANDIRILMASI VE PROKARYOT CANLILAR SİSTEMATİK (TAKSONOMİ) Bugün dünya üzerinde yaşayan 1,5 milyon tür biyologlar tarafından tanımlanmış ve adlandırılmıştır. Bununla beraber 2 ila 100 milyon arasındaki türün daha keşfedilemediği düşünülmektedir. Başka bir deyişle, canlılar arasında büyük bir çeşitlilik bulunmaktadır. Bu nedenle sayıları milyarları aşan canlıları tek tek incelemek mümkün değildir. Canlılar hakkında yeterli bilgi edinebilmek için büyük grupları küçük gruplara ayırmak gerekir. Canlıların benzer ve ortak özelliklerine göre gruplandırılmasına sınıflandırma denir. Sınıflandırmayı, biyolojinin alt bilim dallarından biri olan taksonomi (sistematik) yapar. 1. Sınıflandırmanın Tarihçesi İnsanlar çok eski yıllardan beri canlıları belirli özelliklerine göre sınıflandırmaya çalışmıştır. Her dönemde, o dönemin bilgi düzeyine bağlı olarak canlılar sınıflandırılmış, bilgi düzeyi geliştikçe gerekli düzenlemeler yapılmıştır. İlk olarak yapılan sınıflandırmaya "yapay (ampirik) sınıflandırma" denir. Günümüzde geçerli olan ise "doğal (filogenetik) sınıflandırma" dır. a Yapay (Ampirik) Sınıflandırma: Canlıların dış görünüşüne ve yaşadıkları yere bakılarak yapılan sınıflandırmaya denir. Temeli, Aristo (M.Ö ) tarafından atılmıştır. Aristo yaptığı gözlemler sonucunda bitkileri otlar, çalılar ve ağaçlar; hayvanları ise karada ve suda yaşayan canlılar şeklinde gruplandırmıştır. ÜNİTE 2 Tür Farklılık gösteren amino asit sayısı Ampirik sınıflandırmada yararlanılan özelliklerden biri anolog organlardır. Kökenleri farklı, görevleri aynı olan organlara analog organ denir. Arı ve serçenin kanadı anolog organlara örnek olarak verilebilir. Bu iki organın görevleri aynı olmasına rağmen yapıları farklıdır. Bu nedenle bu organlara bakılarak arı ve serçe aynı gruba konulamaz. nsan 0 Rhesus maymunu 8 Fare 27 Horoz 45 Kurba a 67 Yuvarlaka zl 125 Filogenetik sınıflandırma kullanılan en önemli kriterlerden biri de protein benzerliğidir. Çünkü protein benzerliği DNA'nın nükleotid dizilimlerinin benzediğini kanıtlar. Yukarıda insanın hemoglobin proteinin (146 amino asit), omurgalı hayvanlar ile farklılık gösteren amino asit sayısı verilmiştir. Yapay sınıflandırma sadece gözleme dayalı olduğu ve analog organları kullandığı için bilimsel bir sınıflandırma değildir ve günümüzde kullanılmamaktadır. b Doğal (Filogenetik) Sınıflandırma: Canlıların köken benzerlikleri, akrabalık dereceleri ve sahip oldukları homolog organlara bakılarak yapılan sınıflandırmadır. Filogenetik sınıflandırmada hücre tipi ve sayısı, protein benzerlikleri (DNA benzerliği), embriyolojik gelişim, fizyolojik benzerlikler ve beslenme şekli gibi birçok özellik dikkate alınır. Tanımdan da anlaşılabileceği gibi filogenetik sınıflandırmada dikkat edilen en önemli özelliklerden birisi de homolog organlardır. Kökenleri aynı, görevleri benzer ya da farklı olabilen organlara homolog organ denir. Yandaki şekilde gösterilen insanın kolu, kedinin ön bacakları, balinanın yüzgeçleri ve yarasanın kanadı homolog organlara örnek olarak verilebilir. Başka bir deyişle memelilerin ön üyeleri, iskeletin aynı elemanlarından oluşturulmuştur. nsan Kedi Balina Homolog organlar Yarasa 205

2 ÜNİTE 2 Carolus Linnaeus ( ) Doğal sınıflandırmayı ilk yapan bilim adamı John Ray ( )'dir. Tür kavramı ilk kez bu bilim adamı tarafından ortaya atılmış, hayvan ve bitkileri sınıflandırmaya çalışmıştır. Geleneksel taksonomi, İsveçli botanikçi Carolus Linnaeusʼnin 1758 yılında bilinen tüm doğal yaşamın sınıflandırılması anlamı taşıyan Systema Naturea yani "Doğanın Düzeni" kitabının yayınlanması ile başlar. Linnaeus'nin sisteminin iki temel niteliği bulunmaktadır; Her canlı türünün iki bölümden oluşan bir isimle adlandırılması Türlerin gittikçe daha fazla canlı türünü kapsayan hiyerarşik bir düzen içinde sınıflandırılması. Kelimelerin kökeni: Latincede bi "iki", nomen "isim" anlamına gelir. Bu nedenle binomial nomenclature "ikili adlandırma" anlamında kullanılır. 2. İkili Adlandırma: Linnaeus (Linne) ikili adlandırma (binomial nomenclature) sistemini kurmuştur. Bu sistemde, canlıların adlandırılmasında tür esas olarak alınmıştır. Tür ortak bir atadan gelen, yapı ve görev bakımından benzer özelliklere sahip, birbirleriyle doğal olarak çiftleştiklerinde verimli (kısır olmayan) yavrular oluşturan bireyler topluluğudur. UYARI Aynı türe ait bireyler benzer olmasına rağmen aynı değildir. Bu farklılıklara varyasyon denir. Tür içi genetik varyasyon evrimin hammaddesi olarak kabul edilir. Aynı türe ait deniz salyangozlarının (Liguus fasticus) renklerindeki farklılıklar genetik varyasyonu yani çeşitliliği ifade etmektedir. İkili adlandırmada ilk kelime, türün ait olduğu cinsin adıdır ve büyük harfle başlar. İkinci kelime ise tanımlayıcı ad olarak kullanılır ve küçük harfle başlar. Her iki kelimede latince olup italik olarak yazılır. Felisdomestikus = Ev kedisi Pinus nigra = Kara çam Z \ Z Cins Tanımlayıcı Cins Tanımlayıcı 1ismi isim ismi 42isim Tür ismi Tür ismi 3. Sınıflandırma Birimleri: Filogenetik sınıflandırmada canlılar tür ile başlayıp âlem ile biten yedi farklı sistematik grupta incelenirler. Canl çeflitlili i azal r. Gen benzerli i artar. Protein benzerli i artar. Tür Cins Familya Tak m S n f fiube Alem At Eşek Protein benzerli i azal r. Gen benzerli i azal r. Canl çeflitlili i artar. UYARI Katır At ve eşek farklı türler olarak varlığını sürdürür. Çünkü, onların yavrusu olan katır kısırdır. Herhangi bir sistematik birimde beraber bulunan canlılar, daha büyük birimlerde de beraber bulunurlar. Örneğin aynı takımda bulunan iki canlının sınıf, şube ve âlemleri de aynıdır. 206

3 Kategori UYARI Bir canlının embriyolojik gelişimi sırasında önce şube, en son ise tür özellikleri ortaya çıkar. Başka bir ifadeyle özelliklerin ortaya çıkışı genelden özele doğru olur. Canlılar Amip Kara çam Bal arısı Kurt Kutup ayısı Alem Protista Plantae Animalia Animalia Animalia Şube Protozoa Tracheophyta Arthropoda Chordata Chordata ÜNİTE 2 Sınıf Rhizopoda Coniferae Insecta Mammalia Mammalia Takım Amoebina Pinales Hymenoptera Carnivora Carnivora Aile Amoebidae Pinaceae Apidae Canidea Ursidae Cins Amoeba Pinus Apis Canis Ursus Tür A.proteus Pinus nigra Apis mellifica Canis lupus Ursus maritimus Değişik türlerin sınıflandırılması Kutup ay s Siyah ay Panda Kurt K rm z sincap Timsah At sine i ALEM Hayvanlar (Animalia) fiube Omurgal lar (Chordata) SINIF Memeliler (Mammalia) TAKIM Etçiller (Carnivora) A LE(Familya) Ay giller (Ursidae) C NS Ay lar (Ursus) TÜR Kutup ay s (Ursus maritumus) UYARI Aynı takımda (carnivora) yer alan kurt ve kutup ayısının sınıf, şube ve âlemleri de aynıdır. Farklı hayvanların sınıflandırma basamakları 207

4 ÜNİTE 2 UYARI Linnaeus insanlar için "akıllı adam" anlamına gelen Homo sapiens bilimsel ismini kullanmayı tercih etmiştir. Aralarındaki ortak özellikler en fazla olan canlılar, aşağıdaki filogenetik sınıflandırma basamaklarından hangisinde bulunur? A) Tür B) Cins C) Familya D) Takım E) Sınıf 2007 ÖSS (Fen1) Sınıflandırma basamakları büyükten küçüğe doğru "Âlem-Şube- Sınıf-Takım-Familya-Cins-Tür" şeklinde sınıflandırılır. Âlemden türe doğru gidildikçe ortak özellikler artar. Yanıt A (a) Farklı türler arasındaki benzerlik. Sturnella magna, (sol taraftaki) ve Sturnella neglecta, vücut biçimi ve renklenme bakımından birbirine çok fazla benzerlik gösterir; fakat, ayrı türleri temsil etmektedirler. Onların ötüş sesleri farklıdır; bir davranışsal farklılık olan bu durum, iki tür arasındaki üremeyi önler. Canlıların bilimsel olarak adlandırılmasında kullanılan yönteme göre, I. Capra domestikus II. Felis domestikus III. Canis lupus IV. Felis leo olarak adlandırılan canlıların cins ve tür adlarına bakarak, hangilerinin birbirleriyle diğerlerinden daha yakın akraba olduğu düşünülebilir? A) I ve II B) I ve III C) II ve III D) II ve IV E) III ve IV 1992 ÖSS İkili adlandırmada ilk isim cins, ikinci ise tanımlayıcı isim olup ikisi beraber tür adıdır. Verilenler arasında aynı türde bulunan canlı yoktur. II ve IV nolu canlılar ise aynı cinsin farklı türleridir. Yanıt D (b) Bir tür içerisindeki çeşitlilik. Görünüş bakımından çok farklı olabiliriz; fakat, insanların hepsi tek bir türe (Homo sapiens) aittir; bu tür, kendisini oluşturan bireylerin kendi aralarında üremesi ile tanımlanmıştır. 208

5 Domain Eukarya Alem Animalia fiube Chordata S n f Mammalia Tak m Carnivora Familya Felidae Aynı familyada yer alan A ve B canlıları, I. Şube II. Tür III. Sınıf IV. Cins sistematik birimlerinden hangilerinde kesin olarak bir arada bulunurlar? A) I ve II B) I ve III C) I ve IV D) II ve III E) III ve IV ÜNİTE 2 Cins Panthera Tür Panthera pardus Herhangi bir sistematik birime birlikte giren canlılar, daha büyük birimlere de birlikte girerler. Bu nedenle aynı familyada yer alan canlıların takım, sınıf, şube ve âlemleri de aynı olmak zorundadır. Yanıt B Filogenetik sınıflandırmada aşağıda verilen özelliklerden hangisi dikkate alınmaz? A) Protein benzerliği B) Analog organ C) Embriyolojik gelişim D) Homolog organ E) Anatomik benzerlik Kökenleri farklı, görevleri benzer ya da farklı olan organlara analog organ denir. Bu nedenle filogenetik sınıflandırmada analog organlar kullanılmaz. Yanıt B Asya uğurböceği populasyonundaki renk varyasyonu gösteren, bir kaç birey 209

6 ÜNİTE 2 CANLILAR ÂLEMİ Sınıflandırma sürekli değişen ve gelişen bir bilim dalıdır. Önceden doğru kabul edilen bilgiler bilimsel gelişmelerin ışığında yerini yeni bilgilere bırakmıştır. Bu nedenle sınıflandırma basamaklarında zamana bağlı olarak bazı değişimler olabilmektedir. Carl Woeseʼnin 1990 yılında yaptığı sınıflandırma, günümüzde geçerliliği en fazla olan sınıflandırma yöntemidir. Woese âlemden daha üstte bir sınıflandırma basamağı olan ve Domain adı verilen bir taksonomi birimi kullanmıştır. Bu sınıflandırmaya göre canlılar Bakteria (bakteriler), Archaea (arkeler) ve Eukarya (ökaryotlar) olmak üzere üç domain altında incelenirler. Bu üç domain altında ise bakteriler, arkeler, protisler, bitkiler, mantarlar ve hayvanlar olmak üzere altı farklı âlem bulunur. Domain Bakteria Domain Archaea Domain Eukarya (Ökaryotlar) Evrensel ata Yaşamın üç domaini Günümüzde canlılar âlemi hücre yapısına göre prokaryot ve ökaryot canlılar olmak üzere iki büyük gruba ayrılır. Bakteri ve arkeler âlemleri, prokaryot canlılar grubunda yer alırlar. Protista, bitki, mantar ve hayvanlar âleminde bulunan canlılar ise ökaryot canlılar grubunda yer alırlar. CANLILARIN SINIFLANDIRILMASI ÂLEM BAKTERİLER ARKELER PROTİSTALAR BİTKİLER MANTARLAR HAYVANLAR HÜCRE TİPİ Prokaryot Prokaryot Ökaryot Ökaryot Ökaryot Ökaryot HÜCRE SAYISI Tek hücreli Tek hücreli Genelde tek hücreli bazıları çok hücreli Çok hücreli Çok hücreli Çok hücreli BESLENME BİÇİMİ Ototrof veya heterotrof Ototrof veya heterotrof Ototrof veya heterotrof Ototrof Heterotrof Heterotrof ÖRNEK E.coli Metanojenler Paramesyum Eğrelti otu Maya mantarı İnsan 210

7 CANLILAR Prokaryot canl lar Bakteriler âlemi Arkeler âlemi Protista âlemi Kamç l lar Kök ayakl lar Sporlular Silliler ÜNİTE 2 Algler C v k mantarlar Damars z tohumsuz bitkiler Ökaryot canl lar Bitkiler âlemi Damarl tohumsuz bitkiler Damarl tohumlu bitkiler Aç k tohumlu bitkiler Kapal tohumlu bitkiler Tek çenekli bitkiler Çift çenekli bitkiler Mantarlar âlemi Süngerler Sölentereler Omurgas zlar Solucanlar Yumuflakçalar Eklem bacakl lar Hayvanlar âlemi lkel kordal lar Derisi dikenliler Bal klar Kurba alar Omurgal lar Sürüngenler Kufllar Canlıların sınıflandırılmasını gösteren genel flema Memeliler 211

8 ÜNİTE 2 PROKARYOT CANLILAR I BAKTERİLER ÂLEMİ Bakterilerin yaşamı, 3,5 milyar yıl geriye uzanan bir başarı öyküsüdür. Bu organizmalar, bitki ve hayvan ölülerinde, tatlı ve tuzlu sularda, toprağın derinliklerinde ve canlı vücudu gibi çok farklı ortamlarda yaşamaya adapte olmuş türlere sahiptir. Bu bölümde bakterilerin yapılarını, işlevlerini, çeşitliliklerini ve ekolojik önemlerini inceleyerek onları daha yakından tanımaya çalışacağız. 1. Bakterilerin Yapısı Günümüzde, prokaryotlar biyosfere hâlâ hakimdirler. Toplam biyolojik kütleleri(biyokütle), ökaryotların toplamını en az on kat aşmaktadır. Bir avuç toprakta, bir insanın ağzında ya da derisinde yaşayan prokaryotların sayısı, şimdiye değin yaşamış insan toplam sayısından fazladır. Yukarıdaki renklendirilmiş elektron mikroskobik resimde turuncu küçük çomaklar, bir iğnenin ucundaki bakterlerdir. Bu resimden anlaşılabileceği gibi, iğne batmasının neden enfeksiyon oluşturduğu ve batan bir kıymığı çıkarmak için kullanacağınız iğnenin neden daha önce alevden geçirilmesi gerektiği açıktır. DNA molekülleri halkasal yapıda olup, çekirdek zarı olmadığından sitoplazmada çekirdek alanı adı verilen kısımda bulunur. Ortalama olarak DNA miktarı, ökaryotların 1/1000'i kadardır. Mitokondri ve kloroplast gibi zarlı organelleri içermezler. İlgili enzimler genelde sitoplazma içinde bulunur. Ribozomları ökaryot hücrelerde bulunanlara göre biraz farklıdır. Glikozun fazlasını mantar ve hayvan hücrelerinde olduğu gibi glikojen olarak depolarlar. Hücre zarının üzerinde hücre duvarı bulunur. Ancak hücre duvarının ana bileşeni bitkilerde olduğu gibi selüloz değildir. Bakterilerin hücre duvarı peptidoglikan adı verilen bir maddeden yapılmıştır. Bu yapı kısa polipeptit zincirleriyle çapraz bağlanmış şeker polimerlerinden oluşur. Yapısı türlere göre farklılık gösterebilir. UYARI Peptidoglikan Kamçı Hücre duvarı DNA Hücre zarı Plazmit Ribozom Arkelerin hücre duvarı peptidoglikan içermez. Bilinen en büyük prokaryot. Sol üstteki parlak top, neredeyse bir meyve sineğinin başı büyüklüğünde hücresi olan bir deniz bakterisidir (sinek, oranlama için resimde yer almıştır). Parlak olanın üzerindeki daha küçük iki hücre ölüdür. 1997ʼde bulunan bu dev prokaryota araştırıcılar, Namibyaʼnın kükürt incisi anlamına gelen, Thiomargarita namibiensis adını vermişlerdir. Metabolizmasında kükürtlü bileşikleri kullanarak, bir Afrika ülkesi olan Namibya kıyılarında yaşamaktadır. Bazı bakterilerin hücre duvarının dışında polisakkarit yapıda olan kapsül bulunur. Bu yapı bakterilerin yüzeylere tutunmasını ve daha dirençli olmasını sağlar. Kapsül, hastalık oluşturan bakterilerde daha çok görülür. Örneğin, kapsülsüz pnömokoklar zararsızken, kapsüllü pnömokoklar zatürre hastalığına neden olur. Bazı bakterilerin yüzeylere ve birbirine tutunmak için pilus denilen kısa uzantıları bulunur. Bu yapılar konjugasyon sırasında iki bakteriyi bir arada tutar. Bazı bakteriler kamçılarıyla aktif hareket ederler. Kamçısı olmayan bakterilerde ise pasif hareket görülür. Bazı bakterilerde hücre DNA'sından bağımsız olarak çoğalan küçük ve halka biçimindeki DNA parçacıkları bulunur. Bunlara plazmit adı verilir. Plazmitler, bakterilerin antibiyotik ve bazı kimyasal maddelere dirençli olmasını sağlayan genleri içerirler. Plazmitler ana kromozomdan bağımsız olarak eşlenmekte ve çoğu, konjugasyonla diğer hücrelere aktarılabilmektedir. Bakteriler n kromozomlu olup amitoz ile bölünürler. Monoploit yapıda olduklarından mayoz bölünme geçiremezler. Bazı bakteriler (özellikle çubuk şeklinde olanlar) uygun olmayan ortam koşullarında hayatta kalabilmek için endospor oluşturur. Asıl hücre kromozomunu kop- 212

9 Pili Pili: Bu çıkıntılar, prokaryotların yüzeylere ya da diğer prokaryotlara tutunmalarını sağlar (renklendirilmiş TEM). Bazı piluslar, konjugasyonda DNA aktarımı sırasında eşleri bir arada tutar. yalarken, bir kopya dayanıklı bir duvar ile çevrelenir. Su oranı çok düşük olduğundan metabolizma hızı normal hücreye göre çok daha yavaştır. Bu yapı yüksek ısı, kuraklık ve donma gibi olumsuz koşullara karşı dayanıklıdır. Ortam koşulları yeniden uygun hale geldiğinde, endospor gelişerek normal bir bakteri hücresini oluşturur. Normal bakteriler 100 C' de ölürken, endosporlu bakteriler ölmez. Bu tür bakterileri öldürmek için, 121 C'de 1 atmosfer basınç altında 15 dakika tutmak gerekir. Mikrobiyologlar ortamı, cam malzemeyi ve laboratuvar gereçlerini sterilize etmek için (endosporları öldüren) otoklav adı verilen basınçlı bir alet kullanırlar. UYARI Bakterilerde görülen endospor oluşumu bir üreme biçimi değildir. Zor koşullara karşı dayanıklılık sağlayan bir yaşam biçimidir. ÜNİTE 2 Hücre duvarı Sitoplazma Ana DNA Hücre zarı 1 Yeni DNA molekülü bir miktar sitoplazma ile ana hücreden ayrılmaya başlar. İki katlı zar 2 Yeni DNA molekülü ve bir miktar sitoplazma iki katlı zarla çevrilerek ana hücreden ayrılır. Peptidoglikan (b) Bakteri içindeki endosporun TEM deki görüntüsü 3 İki zar arasında peptikoglikan sentezlenir. Endospor 5 Hücrenin parçalanması ile endospor serbest kalır. 4 Sporun etrafında dayanıklı bir örtü oluşur. Endospor oluşumu 213

10 ÜNİTE 2 Endospor Şarbon endosporu: Büyük ve küçükbaş hayvanlarla, insanlarda da öldürücü olmasıyla tanınan bu prokaryot, Bacillus anthracisʼtir (TEM). Dıştaki hücre, endospor olarak adlandırılan içteki özelleşmiş hücreyi yapmıştır. Endosporun kalın, koruyucu bir kılıfı vardır. Sitoplazması kurumuş olan hücrenin metabolizması da durmuştur. Zorlu koşullarda, dıştaki hücre parçalanabilir; fakat endosporlar, besin ve su azlığı, aşırı soğuk ya da sıcak ve çoğu zehirleyici maddeler gibi koşullara dayanıklıdır. Ortam koşulları düzelince, endospor su alarak üremeye yeniden başlar yılı sonlarında, bir ya da daha fazla terörist, antraks sporlarını A.B.D.ʼnin posta sistemi yoluyla dağıtmışlardır. Aşağıdaki özelliklerden hangisi tüm bakterilerde ortaktır? A) Uygun olmayan koşullarda endospor oluşturma B) Kamçısını kullanarak aktif hareket etme C) Hücre duvarı dışında kapsül bulundurma D) Sahip olduğu pilus ile başka bir bakteriye tutunma E) Hücre duvarına sahip olma Endospor, kamçı, kapsül ve pilus gibi yapılar tüm bakterilerde ortak olarak bulunmaz. Tüm bakterilerde peptidoglikan yapılı bir hücre duvarı bulunur. Yanıt E 2. Bakterilerin Üremesi Bakterilerde eşeysiz ve eşeyli olmak üzere iki çeşit üreme görülür. Eşeysiz üreme enine bölünerek gerçekleşir. Uygun koşullarda bulunan bakteriler 20 dakikada bir bölünebilir. Bu yüzden sayıları kısa bir süre içinde artabilir. a) Eşeysiz üreme: Enine bölünmede hacimce artan bakteri hücresi DNA'sını eşler. Daha sonra hücre duvarı ve hücre zarı orta kısımdan içeri doğru girinti oluşturur. Bu girinti hücre ortasında birleşerek bakteri hücresi ikiye ayrılır Bakteri hücresi hacimce artar. Hücre zarı ve duvarı girinti oluşturur. Çökme devam eder İki yeni bakteri hücresi oluşur. Efley pilusu Bakteri konjugasyonu: E.coli bakterileri arasında oluşan sitoplazmik köprü sayesinde bir bakteriden diğerine plazmit DNA'sı aktarılır. b) Eşeyli Üreme: Ökaryot hücrelerin eşeyli üremesi sırasında görülen mayoz bölünme ve döllenme olayları bakterilerde görülmez. Buna rağmen bireyler arasında gen aktarımını sağlayan üç mekanizma vardır. Bunlar konjugasyon, transdüksiyon ve transformasyondur. Bu olaylar bakterilerde genetik varyasyona neden olur. Konjugasyon, iki bakteri arasındaki gen aktarımına denir. Aynı tür iki bakteri arasında pilus kullanılarak geçici bir sitoplazmik köprü kurulur. Bu köprü kullanılarak, bir bakteriden diğerine plazmit DNA'sı aracılığı ile gen aktarımı gerçekleşir. Gen aktarımı tek yönlü meydana gelir. Bu yöntemle antibiyotiklere direnç sağlayan genler, bir bakteriden diğerine aktarılır ve genetik çeşitlilik ortaya çıkar. Transformasyon, bakterinin ortamdaki bir DNA parçasını alarak kendi DNA' sına eklemesidir. Bu yöntemle farklı türler arasında gen aktarımı da olabilir. Transdüksiyon, bir virüsün iki bakteri arasındaki gen transferini gerçekleştirmesidir. 214

11 fiekillerine göre 3. Bakterilerin Sınıflandırılması Yapılan araştırmalara göre bakteriler dört farklı özelliğine göre gruplandırılmıştır. Bu gruplar aşağıdaki tabloda gösterilmiştir. Yuvarlak (Coccus) Çubuk (Bacillus) Virgül (Vibrio) ÜNİTE 2 Spiral (Spirillum) Gram boyanma özelli ine göre Gram pozitif Gram negatif BAKTER LER Zorunlu aerob Solunum biçimlerine göre Zorunlu anaerob Geçici aerob Geçici anaerob Beslenme flekillerine göre Ototrof Heterotrof Fotoototroflar Kemoototroflar Parazit Saprofit 215

12 ÜNİTE 2 Yuvarlak bakteriler (Coccus) a. Şekillerine Göre Bakteriler: Mikroskobik inceleme sonucunda bakteriler şekillerine göre dört farklı grupta incelenirler. Yuvarlak bakteriler (Coccus): Tek ya da koloni şeklinde bulunabilirler. Tek olanlara cocsus, ikili olanlara diplococcus, uzun zincir biçiminde olanlara streptococcus ve üzüm salkımı biçiminde olanlara ise staphylococcus denir. Çubuk bakteriler (Bacillus): Boyları enlerinden fazla olan bakteriler olup, silindirik şekilleri vardır. Bazıları ise uzun iplik şeklindedir. Spiral bakteriler (Spirillum): Kıvrımlı olan burgumsu bakterilerdir. Virgül bakteriler (Vibrio): Virgül biçiminde kıvrımlı olan bakterilerdir. Çubuk bakteriler (Bacillus) b. Gram Boyanma Özelliklerine Göre Bakteriler: Bakterileri tanımlamada kullanılan en iyi yöntemlerden biri de, hücre duvarındaki farklılıkları temel alan ve türleri iki gruba ayıran gram boyamadır. Gram pozitif (+) bakteriler: Hücre duvarları oldukça basit olup fazla miktarda peptidoglikan içerir. Gram boyası ile boyandıklarında mavi mor rengi alırlar. Gram negatif ( ) bakteriler: Hücre duvarları daha az peptidoglikan içerip, oldukça karmaşık bir yapıya sahiptir. Gram boyası ile boyanmazlar. Bu bakterilerin hücre duvarının dışında bulunan dış zar toksik olup, bakteriyi konak hücrenin savunma mekanizmasından korur. Bunların dışında, dıştaki zar ilaçların geçişini engellediğinden, gram ( ) türler antibiyotiklere daha dirençlidir. Hastalık yapan bakterilerin çoğu gram negatiftir. Spiral bakteriler (Spirillum) Peptidoglikan a) Gram pozitif bakteri duvarlarında çok miktarda bulunan peptidoglikan gram boyasını tutar ve mor renk alır. Gram pozitif hücre duvar Hücre duvar Plazma zar (a) Gram pozitif Peptidoglikan b) Gram negatif bakteriler, plazma zarı ile dış zar arasında yer alan ara zarda daha az miktarda peptidoglikan içerirler. Bu nedenle gram boyası, gram negatif bakterilerden daha kolay yıkanıp gider fakat hücreler pembe renk alır. Gram negatif hücre duvar Hücre duvar D fl zar Ara zar Plazma zar (b) Gram negatif. Gram pozitif ve gram negatif bakteriler: Hollanda lı bir doktor olan Hans Christian Gram ın 1800 lerin sonlarında geliştirdiği teknikten adını alan bu boyama yöntemi, iki farklı bakteri hücre duvarını ayırt etmek amacıyla yapılır. Bakteriler, viyole ve iyot ile boyanarak alkolle yıkanır ve daha sonra kırmızı bir boya ile yeniden boyanır. Hücre duvarının yapısı, boyaya verilecek tepkiyi belirler. (Şekillerdeki zar renkleri boyaları göstermemektedir). 216

13 c. Solunum Biçimlerine Göre Bakteriler: Diğer canlılar gibi bakteriler de kesintisiz bir biçimde enerjiye ihtiyaç duyarlar. Bu enerji hücresel solunum ile elde edilir. Bakteriler hücresel solunum biçimlerine göre dört farklı grupta incelenir. Bakteriler ÜNİTE 2 Zorunlu aerob bakteriler Oksijenli ortamda ürerler. Zorunlu aerob Zorunlu anaerob Geçici anaerob Geçici aerob Zorunlu aerob bakteriler: Enerji ihtiyaçlarını oksijenli solunum ile karşılarlar. Oksijenin olmadığı ortamda üreyemezler. Tüberküloz hastalığına neden olan Mycobacterium tuberculosis bakterisi zorunlu aerob bakterilere örnek olarak verilebilir. UYARI Aerob bakterilerde mitokondri bulunmaz. Oksijenli solunum enzimleri ve elektron taşıma sistemi (ETS) mezozom ve sitoplazmada bulunur. Zorunlu anaerob bakteriler Oksijensiz ortamda ürerler. Zorunlu anaerob bakteriler: İhtiyaç duydukları enerjiyi oksijensiz solunum ile karşılarlar. Sadece oksijensiz ortamda yaşayabilirler. Oksijensiz solunum sonucu etil alkol ve laktik asit gibi ürünler oluştururlar. Bu organizmalar için oksijen öldürücüdür. Bu bakteriler gıda sektörü için önemli bir sorundur. Sterilizasyona dikkat edilmezse konserve besinlerde de üreyebilirler. Toprağın derinliklerinde yaşayan Clostridium botulinum anaerob bakterilere örnek olarak verilebilir. Geçici aerob bakteriler: Normalde oksijensiz solunum ile enerji üretirler. Geçici olarak oksijenli solunum da yapabilirler. E.coli bakterileri bu gruba örnek olarak verilebilir. Bu bakteri kalın bağırsağımızda anaerobik olarak yaşar. Çöplüklerde ve kirli sularda ise aerobik solunum yapar. Fakültatif bakteriler Hem oksijenli hem de oksijensiz ortamda ürerler. Geçici anaerob bakteriler: Bu bakteriler enerji ihtiyaçlarını oksijenli solunumla karşılarlar. Oksijenin olmadığı ortamlarda ise geçici olarak oksijensiz solunum yaparlar. UYARI Geçici aerob ve geçici anaerob bakteriler birlikte fakültatif olarak adlandırılırlar. 217

14 ÜNİTE 2 Hücre duvar Plazma zar Kamçı Kanca plikçik Bazal ayg t Prokaryotik kamçının yapı ve işlevi. Prokaryotik canlılara ait kamçı protein yapılıdır. Kamçı bazal aygıt içine gömülü olan, kanca şeklindeki bir proteine bağlıdır. Bazal aygıt kamçıyı döndürerek hücrenin hareketini sağlar. Bu olay için gerekli olan enerjiyi, plazma zarına gömülü, ATP enerjisi ile çalışan proton pompalarından karşılar. Kapalı salça kutuları açıldıktan sonra, salçaların sadece üst yüzeylerinde bakteri üremesi olduğu, alt kısımlarda ise bakteri üremesi olmadığı görülmüştür. Bu gözleme göre, bu bakteri türü ile ilgili olarak aşağıdaki yargılardan hangisi yanlıştır? A) Oksijenli solunum yapar. B) Enerji kaynağı olarak glikoz kullanabilir. C) Solunum ürünü olarak alkol meydana getirir. D) ATP sentezler. E) Karbondioksit açığa çıkarabilir ÖSS Bakterilerin salça kutusunun sadece üst yüzeyinde üreyebilmesi oksijenli solunum yaptığını kanıtlar. Alkol ise oksijensiz solunumda üretilir. Yanıt C Koloniler Kültürdeki prokaryot kolonileri. Mikrobiyologlar, prokaryotların laboratuvar kültürlerini içeriği bilinen sıvı ya da katı ortamlarda üretirler. Petri plakları ya da deney tüplerindeki ortamlar, istenmeyen mikroorganizmaların üremelerini engellemek için sterilize edilirler. Sonra, bazen tek bir hücre de olabilen prokaryot örneği, ortama ekilerek uygun sıcaklıkta saklanır. Prokaryotlar katı besi ortamında üredikten sonra, koloniler genelde bir iki gün sonra çıplak gözle görülebilecek boyutlara ulaşır. Koloninin büyüklüğü, şekli, yüzeyi ve rengi ilgili mikroorganizmanın tanımlanmasına yardımcı olur. Zorunlu aerob olan bir bakteride, I. hücre zarı, II. mitokondri, III. ribozom yapılarından hangileri bulunur? A) Yalnız III B) I ve II C) I ve III D) II ve III E) I, II ve III Hücre zarı ve ribozom bütün bakterilerde ortak olarak bulunur. Bakteriler prokaryot hücre yapısına sahip olduklarından mitokondri gibi zarlı organelleri içermezler. Yanıt C d. Beslenme Şekillerine Göre Bakteriler: Bakteriler beslenme yönünden büyük bir çeşitliliğe sahiptir. Ökaryotlarda bulunan her çeşit beslenme, bakterilerde de bulunduğu gibi, sadece bakterilere özgü beslenme şekilleri de vardır. Bakteriler beslenme şekillerine göre ototrof ve heterotrof olmak üzere iki büyük grupta incelenebilir. 218

15 Ototrof Bakteriler İnorganik maddeleri kullanarak organik maddeleri üretebilen bakterilerdir. Karbon kaynağı olarak CO 2 'yi kullanırlar. Kullandıkları enerji kaynağına göre fotosentetik ve kemosentetik olmak üzere ikiye ayrılırlar. ÜNİTE 2 Heterokistler Dünyadaki en bağımsız organizmalardan biri. Atmosferik azotu (N 2 ), azot kaynağı olarak kullanabilen bir fotoototrof, Anabaena, siyanobakterlerin adeta metabolik sanatçısıdır. Azot bağlanması için özelleşmiş enzimleri içeren hücrelerine ise heterokist adı verilir. Fotoototrof Bakteriler Fotosentez yaparak kendi besinini üreten bakterilerdir. Enerji kaynağı olarak güneş ışığını kullanırlar. Kloroplast içermezler. Klorofil pigmenti sitoplazmada bulunur. Siyanobakteriler, yeşil sülfür bakterileri, mor sülfür bakterileri ve hidrojen bakterileri fotoototrof bakterilere örnek olarak verilebilir. Siyanobakteriler Yeşil bitkilerde olduğu gibi elektron kaynağı olarak su kullandıklarından yan ürün olarak oksijen üretirler. Günefl enerjisi Karbondioksit + Su \ Besin + Oksijen Klorofil e- kayna ı UYARI Siyanobakterilerde yeşil rengi veren klorofil pigmenti ile beraber mavi rengi veren fikosiyanin pigmenti bulunur. Bu yüzden mavi - yeşil olarak görülürler. Siyanobakteriler: Bitkilere benzer şekilde fotosentez yaparak oksijen üretirler. Su bulunan her yerde hem koloni hem de tek tek yaşayan siyanobakteriler sulara büyük oranda besin sağlarlar. Bazı ipliksi koloniler, atmosferik azotun (N 2 ) bağlanmasında özelleşerek, proteinlerin ve diğer organik moleküllerin yapısını oluşturan metabolik sürece kaynak sağlamaktadırlar. UYARI Siyanobakteriler havadaki serbest azotu bağlayarak, topraktaki azotlu bileşiklere dönüştürürler. Böylece toprağı azot bakımından zenginleştirerek bitkilere fayda sağlarlar. Yeşil sülfür, mor sülfür ve hidrojen bakterileri Fotosentezde elektron kaynağı olarak H 2 O yerine H 2 S ya da H 2 kullandıklarından yan ürün olarak oksijen üretmezler. Karbondioksit + Hidrojen sülfür Günefl enerjisi Klorofil Besin+ Kükürt e- kayna ı Karbondioksit + Hidrojen e- kayna Günefl enerjisi Klorofil Besin UYARI Chromatium: Fotosentezde elektron kaynağı olarak H 2 S kullandığından yan ürün olarak kükürt oluştur. Şekilde görülen sarı damlacıklar, fotosentezin kükürt artıklarıdır. Fotosentez yapan bakterilerde CO 2 kullanımı, inorganik maddenin organik maddeye dönüşümü ve klorofilin güneş enerjisini soğurması ortaktır. H 2 O kullanımı ve O 2 üretimi ise bazı bakterilerde görülür. 219

16 ÜNİTE 2 Nitrosamonas: Kemosentez ile kendi besinini üretir. Kemoototrof bakteriler Kemosentez yaparak kendi besinlerini üreten bakterilerdir. Enerji kaynağı olarak ışık enerjisi yerine kimyasal enerjiyi kullanırlar. Bu bakteriler amonyak, nitrit, kükürt, hidrojen ve demir gibi inorganik maddeleri oksitleyerek kimyasal enerji elde ederler. Daha sonra bu kimyasal enerjiyi karbondioksit ve sudan organik madde sentezlenmesi için kullanırlar. 1 2 norganik maddenin oksidasyonu Amonyak + Oksijen Nitrit + Su + Kimyasal enerji Besin sentezi Karbondioksit + Su Nitrit bakterisinin kemosentezi Besin Kemosentetik bakteriler klorofil içermezler ve güneş enerjisini kullanmazlar. Bu nedenle kemosentez gündüz ve gece devam edebilen bir olaydır. UYARI Azot döngüsünde görev yapan nitrifikasyon bakterileri aynı zamanda kemosentez yaparlar ve topraktaki nitrat tuzu (NO 3 ) miktarını artırırlar. Fotosentetik Bakteriler Kemosentetik Bakteriler Karbon kaynağı olarak CO 2 kullanırlar. Karbon kaynağı olarak CO 2 kullanırlar. İnorganik maddeleri organik maddelere çevirirler. Güneş enerjisini kullanırlar. Klorofil içerirler. İnorganik maddenin oksidasyonu görülmez. Sadece gündüzleri besin üretirler. İnorganik maddeleri organik maddelere çevirirler. Kimyasal enerjiyi kullanırlar. Klorofil içermezler. İnorganik maddelerin oksidasyonu görülür. Besin üretimi süreklidir. Fotosentetik ve kemosentetik bakterilerin karşılaştırılması Ototrof bakterilerin tamamında, I. oksijen üretimi, II. karbondioksit kullanımı, III. besin sentezi, IV. klorofilin güneş ışığını soğurması olaylarından hangileri ortak olarak gerçekleşir? A) I ve II B) I ve III C) II ve III D) II ve IV E) III ve IV Fotosentetik ve kemosentetik bakterilerde karbondioksit kullanımı ve besin sentezi ortaktır. Bazı fotosentetik bakteriler oksijen üretmez. Kemosentetik bakteriler ise klorofil içermezler. Yanıt C 220

17 Çok zararlı bir mikrop. İnsan burnunun içini döşeyen hücrelerin üzerinde yer almış olan sarı renkteki çomak hücreler, Haemophilus influenzaʼdır (renklendirilmiş SEM). Bu patojenler hava yoluyla yayılmaktadırlar. H. influenza, dünyada her sene yaklaşık dört milyon insanın ölümüne neden olan zatürre ve diğer akciğer hastalıklarının etkeni, grip virüsleri ile karıştırılmamalıdır. Kötü beslenme nedeniyle patojenlere karşı direncin azaldığı yerler olan gelişmekte olan ülkelerdeki ölümlerin çoğu çocuklarda görülmektedir. Bir bakteri kültürünün bir damlası lam üzerine damlatılıp mikroskopta incelendiğinde, bakterilerin damlanın her yerine dağılmış olarak bulunduğu gözleniyor (Şekil 1). Bu damla lamelle kapatıldıktan sonra ise bakterilerin lamelin kenarlarında toplandığı gözleniyor (Şekil 2). Lamel kaldırılarak damlanın içine bir yeşil alg konulup lamel tekrar kapatıldıktan bir süre sonra, bakterilerin bir kısmının algin çevresinde toplanmaya başladığı gözleniyor (Şekil 3). Alg fiekil 1 fiekil 2 fiekil 3 Bakterilerin dağılımında gözlenen bu değişikliklere, I. bakterilerin fermantasyon yapması II. algin fotosentez yapması III. bakterilerin oksijenli solunum yapması olaylarından hangileri neden olabilir? A) Yalnız I B) Yalnız II C) I ve II D) I ve III E) II ve III 2004 ÖSS ÜNİTE 2 Şekil 1'deki damlanın her yerine dağılan bakteriler Şekil 2'de lamelin kenarlarında toplanmıştır. Bunun nedeni lamelin kenarlarında bol miktarda oksijen bulunmasıdır. Buna bağlı olarak bakterilerin oksijenli solunum yaptığı söylenebilir. Şekil 3'de ise bazı bakterilerin algin etrafında toplanması algin fotosentezle oksijen ürettiğini kanıtlar. Yanıt E Mutualizm: bakteri farları. Bu derin deniz balığının gözünün altında yer alan ışıklı oval yapı, biyolojik ışıma yapabilen simbiyotik bakterilere ev sahipliği yapmaktadır. ATPʼden enerjisini alan kimyasal bir tepkime, ışık oluşturmaktadır. Balık bu farlarını kullanarak, ışığa gelen avlarını yakalamakta, ayrıca eş bulabilmek için sinyal göndermektedir. Heterotrof Bakteriler Kendi besinlerini üretemeyen bakterilerdir. Bu nedenle ihtiyaç duydukları organik maddeleri dışarıdan alırlar. Bakterilerin çoğu heterotrof olup simbiyotik ve saprofit olarak beslenirler. Bakterilerde en fazla görülen simbiyotik yaşam ise parazitliktir. Parazit Bakteriler Hücre dışı sindirim enzimleri olmayan bakterilerdir. Bu nedenle monomer besinlerin bulunduğu ortamlarda yaşarlar. Hastalık yapanlarına patojen denir. Bu bakteriler şarbon, tifo, tetanos, verem, zatürre, difteri, menenjit, kolera ve frengi gibi hastalıklara neden olurlar. UYARI Parazit bakteriler nişasta, glikojen ve protein gibi polimer besinlerin bulunduğu ortamlarda yaşayamazlar. Glikoz, aminoasit ve gliserol gibi monomer besinlerin bulunduğu ortamlarda ise yaşayabilirler. 221

18 ÜNİTE 2 Saprofit (Çürükçül) Bakteriler Bu gruptaki bakteriler ayrıştırıcı organizmalardır. Organik atıkları inorganik maddelere çevirerek doğadaki madde döngüsüne katkı sağlarlar. Bu süreç aşağıdaki biçimde özetlenebilir: Saprofit bakteriler ribozomlarında ürettikleri sindirim enzimlerini hücre dışına salgılar. Hücre dışındaki polimerlerin hidrolizi ile monomer besinler oluşur. Monomer besinler yoğunluk farkına göre difüzyon ya da aktif taşıma ile hücre içine alınır. Hücrenin monomer besinleri solunum olayında kullanması sonucunda CO 2, NH 3 ve H 2 O gibi inorganik maddeler oluşur. Bakterilerce oluşturulan hastalıklar tehdit oluşturmaya devam etmektedir. Geçtiğimiz yüzyılda uygulanan sağlık politikaları ve eğitim sayesinde bu hastalıklarda belirgin bir düşüş görülmüştür. Bu noktada bir örnek de, halen A.B.Dʼde böceklerle bulaşan en yaygın hastalık olan Lyme hastalığıdır. Bu, geyikler ve tarla fareleri üzerinde yaşayan keneler aracılığıyla bulaşan bir spiroket bakterisi tarafından oluşturulmaktadır. Lyme hastalığı genellikle, kenenin ısırdığı yerin etrafında kırmızı daire şeklindeki döküntüler ile başlamaktadır. Mikrobun alınmasından sonra bir ay içinde antibiyotiklerle tedavi edilmesi gerekir. Tedavi edilmezse, hastalık, hareket yavaşlamasına neden olan artrit, kalp hastalığı ve sinirsel bozukluklara neden olmaktadır. Aşısı bulunmakla beraber, tam bir koruma sağlamamaktadır. En iyi korunma kene ısırıklarından kaçınma ve tipik kızartılar oluşursa tıbbi yardım almaktır. Çalılıklar arasında yürürken, böcek kaçırıcı ilaçlar kullanmak ve kenelerle teması azaltacak açık renkli giysiler giyilmesi önerilmektedir. Son yıllarda ülkemizde yaygınlaşan ve keneler tarafından bulaştırılan, Kanamalı Kırım Kongo hastalığı ile mücadelede de bu yöntemler kullanılabilir. Çürükçül beslenen bir canlıda, I. sindirim enzimlerinin oluşması, II. sindirim enzimlerinin besin maddelerini etkilemesi, III. boşaltım maddelerinin oluşması olaylarından hangileri bu canlının hücresi dışında gerçekleşir? A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve II E) II ve III Saprofit (çürükçül) canlılar sindirim enzimlerini hücre içinde ürettikten sonra hücre dışına salgılarlar. Hücre dışı sindirimle oluşan monomerlerin solunum olayında kullanılması sonucu karbondioksit gibi metabolik atıklar oluşabilir. Bu nedenle I ve III hücre içinde, II ise hücre dışında gerçekleşir. Yanıt B Bakterilerin Biyolojik ve Ekonomik Önemi ile İnsan Sağlığı Üzerine Etkileri Zararlı Bakteriler Patojen bakterilerden bazıları konak canlının hücre ve dokularını tahrip ederken bazıları da toksin adı verilen zehirli proteinler üretirler. Böylece organizmanın hastalanmasına, bazen de ölümüne neden olabilirler. Bazı anaerob bakterilerin ürettiği toksinler yiyeceklerin ve konservelerin bozulmasına neden olur. Bu besinleri tüketen insanlarda besin zehirlenmesi görülür. Yararlı Bakteriler Saprofit bakteriler, organik atıkları inorganik maddelere çevirerek doğadaki madde döngüsüne büyük katkı sağlarlar. Azot bağlayıcı bakteriler atmosferdeki azot gazını, bitkilerin yararlanabileceği bir molekül olan nitrat tuzuna çevirirler. 222

19 S v at klar Dönen püskürtücü kol Aerobik bakteri ve funguslarla kaplanm fl kaya tabakas Ç k fl İnsanların kalın bağırsağında yaşayan mutualist bakteriler B ve K vitamini üretirler. Kullandığımız antibiyotiklerin (streptomycin, neomycin, erythromycin, aureomycin ve tetracylin gibi) yarıdan çoğu toprak bakterilerinin bir cinsi olan Streptomyces'tan elde edilmektedir. Fakat uygun kullanılmayan bu antibiyotikler mikroorganizmaların mutasyonla direnç kazanmasına neden olabilirler. Hastalıklardan korunma ve tedavide bakterilerden yararlanılarak hazırlanan aşı ve serum kullanılır. Aşı ile sağlıklı bireye zayıflatılmış ya da öldürülmüş bakteriler verilir. Bağışıklık sisteminin uyarılması ile oluşan antikorlar aktif bağışıklık sağlar. Serum elde etmek için bazı hayvanların vücuduna zayıflatılmış bakteriler verilir. Hayvanın ürettiği antikorlar bir dizi özel teknik ile izole edilerek serum elde edilr. Serum, hasta bireylere verilip, pasif bağışıklık sağlar. ÜNİTE 2 İnsanlar bakterileri ticari ürünlerin üretiminde "fabrika" olarak da kullanmaktadırlar. Kimyasal endüstri, aseton, bütanol ve diğer bazı ürünlerin üretiminde çok büyük miktarda bakteri kültürleri kullanmaktadır. İlaç firmaları vitamin ve antibiyotik üretimi için bakterilerden yararlanmaktadır. Ayrıca gıda sanayi, sütün yoğurda dönüşümünde ve çeşitli peynirlerin yapımında bakterileri kullanmaktadır. DNA teknolojisi ise prokaryotların ticari alanda işlev görmesinde bir çağ başlatmıştır. Atık su arıtım sistemlerinde prokaryotların kullanılması. Bu, katı kısmın uzaklaştırılmasından sonra, sıvı atıkların arıtımında kullanılan yöntemlerden biri olan damlatmalı filtrasyon sistemidir. Uzun yatay borular yavaşça dönerek, sıvı atıkları alttaki kalın kaya tabakası üzerine püskürtmektedir. Bu kayalar üzerinde üremekte olan bakteri atık içinde çözünmüş durumdaki organik bileşiklerin büyük bölümünü parçalamaktadırlar. Kaya tabakasından çıkan su sterilize edilerek, genellikle nehirlere ya da okyanusa verilmektedir. Su, hava ve topraktaki kirleticilerin giderilmesinde mikroorganizmaların kullanılmasına biyoremediasyon denmektedir. Atık suların temizlenmesi olayına ait bir biyoremediasyon örneği yanda verilmiştir. II ARKELER ÂLEMİ 1990'larda sistematikçiler tüm prokaryotları içeren tek bir âlemin (monera) evrimsel geçmişle uyumlu olmadığı sonucuna varmışlardır. Böylece prokaryot canlılar bakteriler ve arkeler olmak üzere iki farklı âlemde incelenmeye başlamışlardır. Arkelerin birçok türü sıcak su kaynakları ve tuz gölleri gibi zorlayıcı ortamlarda yaşamaktadırlar. Bu canlılar prokaryot olmalarına rağmen bazı özellikleri ile ökaryot hücrelere benzerler. Arkeler üç ana grupta incelenebilir. Bunlar metanojenler, halofiller ve termoasidofillerdir. UYARI Bakterilerin DNA'ları çıplaktır. Arkelerin DNA'ları ise ökaryotlardaki gibi histon proteini içerir. a. Metanojenler Enerji metabolizmaları sonucu metan gazı (CH 4 ) üretirler. Zorunlu anaerob olan bu arkeler, oksijenden zehirlenirler. Bataklıklarda gaz çıkışına neden olurlar. Pis su arıtımında parçalayıcı olarak metanojenlerden faydalanılır. Bazı türleri hayvanların bağırsaklarında yaşayarak, temel besini selüloz olan otçul hayvanların ve termitlerin beslenmesine yardımcı olurlar. Ürettikleri metan gazı ise sera etkisinde önemli bir rol oynamaktadır. b. Halofiller Tuzu seven bu arkeler Büyüz Tuz Gölü ve Kızıl Deniz gibi tuzlu yerlerde yaşarlar. Bazı türler tuzluluğa sadece dayanırken, diğerleri büyümek için deniz suyundan on kat daha tuzlu ortama gereksinim duyarlar. Halofillerin kolonileri, mor kırmızı renklerini, göz retinasındaki görme pigmentleriyle hemen aynı olan bakteriyorodopsin adlı bir fotosentetik pigmentten alırlar. 223

20 ÜNİTE 2 Aşırı halofiller. San Francisco körfezindeki bu deniz suyu gölcüklerinin buharlaşmasıyla oluşan renkler, tuzluluğun %15 20ʼlere ulaşması sonucu burada yoğun şekilde üreyen aşırı tuzcullar tarafından oluşturulmaktadır. (Buharlaşma öncesi, deniz suyunun tuzluluğu %3 dolaylarındadır.) Gölcükler, ticari tuz üretiminde kullanılmakta olup, tuz seven arkeler, zararsızdır. c. Termoasidofiller Sıcak seven bu arkeler için en uygun sıcaklıklar, C'dır. Kükürt oksitleyerek yaşayan bu bakteriler ph'ı 1 olan asidik ortamlarda yaşarlar. Kemosentez ile kendi besinlerini üretebilirler. UYARI Soğuk seven arkelere psikrofilik adı verilir. Bu bakterilerin çoğu 5 C'nin altındaki ortamlarda yaşar. Sıcak seven prokaryotlar. Bu kayaları boyayan canlı kırmızılar, turuncular ve sarılar, bu Nevada gayzerinden çıkan aşırı sıcak suda (104 Cʼa ulaşan) üreyen prokaryot kolonileridir yılında su kuyusu açan çiftçiler tarafından rastlantısal olarak bulunmuştur. 224

21 Bütün bitkiler büyümelerinde ve üremele rin de ge rek li ami no asit le ri, pro te in le ri, nükleik asitleri ve diğer maddeleri sentezleyebilmek için, yüksek miktarda azota gereksi nim du yar lar. An cak, ha va da ki azot ga zı çok yüksek miktarda bulunmasına rağmen, bit ki ler ta ra fın dan kul la nı la maz. Bit ki ler azo tu sa de ce baş ka ele ment ler le bir leş miş halde, yani bağlı olarak kullanabilirler. Bitki ler ken di le ri azot bağ la ma sı için ge rek li kimyasal işlemleri gerçekleştirecek mekanizmalara sahip değildirler. Topraktaki azotun dü şük se vi ye de ol du ğu or tam lar da ye ti şen ya da aşırı miktarda azota ihtiyaç duyan bitki ler, bu ge rek si nim le ri ni kar şı la mak için azot bağlama servisi yapan bakterilerden faydalanırlar. İşte, baklagiller familyasına giren bu bitkiler, azot bağlayan bakterilerle, insanla rın kur du ğu ano nim şir ket le r gibi, or taklıklark uranb itkilerdir. Baklagil tohumları bol miktarda protein depolar (bu da baklagil tohumlarını insanlar için özellikle besleyici kılar). Bu yüzden de, baklagiller, toprakta bulunan alınabilir azottan çok da ha faz la, bağ lı azo ta ge rek si nim du yar lar. Bak la gil ler azot bağ la ma ye ti le ri kazanmak için pirim öderler, köklerinde bu işe yarayacak özel yapılar (nodüller) inşa etmek için yatırım yaparlar. Nodüller de bakteri ler de iş çi ola rak ça lı şır. Bak la gil ler, çalışma ortamının verimli olması için iş çevre sin de ki ko şul la rı op ti mum hal de tu tar lar ve iş çi le rin ma aş la rı nı öder ler. Bak te ri le re ya pı lan öde me ler bak la gil le rin fo to sen tez ürünlerinden türetilen organik asitler şeklinde olur. Bakteriler bunları besin olarak kulla nır. Kont rat la rı nın ku ral la rı çer çe ve sin de (kontrat kimyasal sinyal iletişimi ile yapılır) bak te ri ler bak la gil bit ki si ne amon yum sağlarlar. Amonyum, bitki tarafından hızla kendi me ta bo liz ma sı için ge rek li olan azot lu bi le şik le re çev ri lir. Bit ki ler bü yü me yi sı nırlayan ve bağlı azot kıtlığının olduğu yaprakla ra, ge liş mek te olan to hum la ra ve di ğer yer le re azot lu bi le şik le rin da ğı tı mı nı ya parlar. Kök no dül le rin den ge len bağ lı azot ne kadar fazla olursa, baklagil bitkileri de o kadar et kin fo to sen tez ya par lar. Fo to sen tez ürünleri bakteri büyümesini desteklemek ve kendilerinee nerjis ağlamaki çink ullanılır. En iyi iş çi bak te ri le ri çe ke bil mek için baklagiller, iş imkânlarının reklamını yaparlar. Bunun için baklagil köklerinden toprağa flavonoidler salınır (Flavonoidler diğer pek Okuma Metni Baklagil Bitkileri Anonim Şirketi: Azot Bağlama Ticareti çok başka bitkiler tarafından meyvelerini ve çi çek petal la rı nı renk len dir mek için sen tezlenir). Toprak ortamında baklagillerden salınan fla vo no id ler azot bağ la yan bak te ri ler ta ra fın dan tes bit edi lir. Bak te ri ler de ken di ürettikleri kimyasal sinyallerle karşılık verirler. Bakterilerin ürettiği kimyasal sinyallere NOD (no dü las yon) fak tör le ri de nir. NOD fak tör le ri bit ki kök le rin de, bak te ri ye kar şı olumlu tepkiler yaratır. Bu tepkilerden bir tanesi, narin kök tüylerinin azot bağlayan bakte ri ler çev re sin de bü kü le rek on la rı kö ke ya kın laş tır ma sı dır. Son ra bit ki, bak te ri le rin girmesi için, hücre duvarı materyalinden kök yüzeyinden içeri doğru geçitler inşa eder (bu aşamada işe girmeye aday bakteriler, "mülakat" yapmaktadırlar). Bunu takiben, bakterilerin işi kabul etmek üzere kendi koşullarını ortayak oyduklarıp azarlıks ürecib aşlar. Kimyasal iletişimle, bakteriler bitki köklerini, geniş nodül odaları inşa etmeye teşvik ederler. Nodüller binlerce bakterinin barınmasını sağlayacak büyüklüktedir. Bakteriler ay rı ca, bit ki kök le ri ni ça lış ma or tam la rı nın atmosferini kendi isteklerine göre ayarlama - ya mecbur ederler. Buna göre, nodüllerdeki oksijen seviyesi, besinlerden enerji üretilmesine ancak yetecek düzeyde, fakat bu esnada nit ro je na zı (azot fik sas yo nu ya pan en zi mi) zehirlemeyecekb ira yardat utulur. Bak la gil ler ok si jen aya rı nı, üret tik le ri leg he mog lo bin (le güm he mog lo bi nin kı sa şek li) adı ve ri len pem be bir pro te in le de netim altında tutarlar. Leghemoglobin, tıpkı kanınızdaki hemoglobin gibi iş gören, oksijene bağlanan bir proteindir. Bakteri müteahhitler iş or ta mı nın op ti mum dü ze ye gel di ği ni gördükleri zaman çalışmaya başlarlar ve toprak ha va sın da bu lu nan azot ga zın dan yüksek mik tar lar da azot bağ lar lar. Bak te ri ler bağladıkları azotun bir kısmını kâr-paylaşımı an laş ma la rı uya rın ca ken di kul la nım la rı na ayırırlar. Pek çok bitki azot bağlanması için çevrelerindeki bakterilerle daha serbest ilişkiler kursalar da (ki bu ilişkiler, geçici danışman lık ser vis leri dü ze yin de dir), yal nız ca bak la gil ler ve birkaç di ğer bit ki tü rü, azot bağ la yan bak te ri ler le eş gü dü me da ya lı ve son de re ce de et ki le yi ci bir lik te lik ler oluş tururlar. ÜNİTE 2 225

22 ÜNİTE 2 DERS NOTLARI 226

23 Etkinlik 1 Canlıların Sınıflandırılması ve Prokaryot Canlılar Boşluk Tamamlama Soruları patojen fotoototrof parazit metanojenler anaerob alem saprofit kemoototrof homolog halofiller prokaryot filogenetik konjugasyon glikojen plazmit endospor monoploit yapay analog varyasyon ÜNİTE 2 Aşağıdaki cümlelerde boş bırakılan yerleri tabloda verilen kavramlar ile tamamlayınız. 1. Bakteri ve arkeler âlemlerinde yer alan canlılar hücre yapısına sahiptir. 2. Canlıların köken benzerlikleri, akrabalık dereceleri ve homolog yapılarına bakılarak yapılan sınıflandırmaya sınıflandırma adı verilir. 3. Bazı bakterilerde halkasal DNA'dan farklı olarak bulunan ve belirli antibiyotiklere karşı direnç sağlayan genleri içeren yapıya adı verilir. 4. Görevleri aynı, kökenleri farklı olan organlara organlar denir. 5. Hastalık yapan bakterilere bakteriler denir. 6. Aşırı tuzlu ortamlarda yaşayan arkelere adı verilir. 7. bakteriler organik atıkları inorganik maddelere çevirerek doğadaki madde döngüsünde görev alırlar. 8. sınıflandırma canlıların dış görünüşlerine ve yaşadıkları ortamlara bakılarak yapılır. 9. Bakteriler glikozun fazlasını olarak depolama özellikleri ile hayvansal hücrelere benzerler. 10. Zorunlu bakteriler oksijenin bulunduğu ortamlarda yaşayamazlar. 11. canlılar inorganik maddelerin oksidasyonundan elde ettikleri enerjiyi kullanarak organik madde sentezlerler. 12. Bakteriler hücre yapısında olduğundan mayoz bölünme geçiremezler. 13. Bazı bakterilerin uygun olmayan ortamlarda oluşturdukları dayanıklı yapıya adı verilir. 14. Farklı canlı türlerinde bulunmasına rağmen ortak bir kökene sahip olan organlara organlar denir. 15. Arkelere ait bir grup olan, metabolik faaliyetleri sırasında karbondioksit ve hidrojeni birleştirerek metan gazı oluştururlar. 16. filogenetik sınıflandırmada en fazla canlıyı içeren birimdir. 17. bakterilerin sitoplazmasında klorofil pigmenti bulunur. 18. Aynı türün bireyleri arasında görülen farklılıklara denir. 19. Bir bakteriden diğer bir bakteriye gerçekleşen gen transferine adı verilir. 20. Sadece glikoz ve amino asit gibi monomer besinlerin bulunduğu ortamda yaşayabilen bakterilere bakteriler denir. 227

24 ÜNİTE 2 Etkinlik 2 Canlıların Sınıflandırılması ve Prokaryot Canlılar Aşağıdaki ifadelerden doğru olanların yanına "D", yanlış olanların yanına "Y" harfi yazınız. Doğru Yanlış Soruları 1. İkili adlandırmada ilk kelime türün ait olduğu cinsi belirtirken, ikinci kelime tanımlayıcı ad olarak kullanılır. 2. Peptidoglikan bakteriler alemindeki canlıların hücre duvarında bulunurken, arkelerin hücre duvarında bulunmaz. 3. Bir bakteri hücresinde DNA ve RNA molekülleri beraber bulunamaz. 4. Bakteri fotosentezinde oksijen çıkışı görülemez. 5. Çiftleştiklerinde verimli döl oluşturabilen canlılar aynı tür içinde incelenir. 6. Bazı bakteriler endospor oluşturarak birey sayısını arttırabilirler. 7. Gram pozitif bakterilerin hücre duvarındaki peptidoglikan miktarı, gram negatif bakterilerden çoktur. 8. Kemosentetik bakteriler güneş enerjisini kullanmadıklarından, karanlık ortamda da besin sentezi gerçekleştirebilirler. 9. Çubuk şeklinde olan bakteriler "coccus", yuvarlak olan bakteriler ise "bacillus" olarak adlandırılır. 10. Zorunlu aerob bakteriler, oksijenin olmadığı ortamlarda yaşayamazlar. 11. Bazı bakteriler fagositoz ile aldıkları besinleri lizozomları ile sindirirler. 12. Arkeler aşırı tuzlu ve soğuk gibi zorlu ortamlarda canlılıklarını devam ettirebilirler. 13. Aerobik bakterilerde mitokondri organeli bulunurken, anaerobik bakterilerde bulunmaz. 14. Filogenetik sınıflandırmada aynı sınıfta bulunan canlıların şube ve âlemleri de aynıdır. 15. Siyanobakteriler fotosentezde elektron kaynağı olarak su kullandığından, besinle beraber oksijen de üretirler. 16. Bakteriler ile mücadelede kullanılan aşı pasif bağışıklık sağlarken, serum aktif bağışıklık sağlar. 17. Azot döngüsünde görev alan nitrifikasyon bakterileri kemoototroftur. 18. Canlılar bakteriler, arkeler ve ökaryotlar olmak üzere üç domain altında incelenirler. 19. Mor sülfür bakterileri fotosentez sırasında oksijen yerine kükürt üretir. 20. Aerob bakterilerde solunum olayında görev alan elektron taşıma sistemi (ETS) elemanları bulunurken, anaerob bakterilerde bulunmaz. 228