HAYATIN BAŞLANGICI Abiyogenez ve Biyogenez Panspermia, ototrof ve heterotrof hipotezleri Yaratılış görüşü EVRİM...

Transkript

1 ÜNİTE II II HAYATIN BAŞLANGICI VE EVRİM Sayfa No HAYATIN BAŞLANGICI Abiyogenez ve Biyogenez Panspermia, ototrof ve heterotrof hipotezleri Yaratılış görüşü EVRİM Evrim ile ilgili kavramlar Hardy Weinberg teorisi ve mikroevrim Evrimin fosil kanıtları ve jeolojik zamanlar Evrimin ilkeleri Etkinlikler Testler

2 HAYATIN BAŞLANGICI ÜNİTE II Yer yüzünde hayatın başlangıcı ile ilgili çeşitli hipotezler vardır. 1. Abiyogenez (Kendiliğinden oluşma): Aristoʼnun savunduğu bu görüşe göre yumurtalarda, kum tanelerinde ve çamur içerisinde bir aktif öz bulunuyordu. Bu aktif öz hava ile etkileşip uygun koşullarda bir canlıyı oluşturabiliyordu. Yani canlılar, cansız maddelerden kısa bir sürede kendiliğinden oluşabiliyordu. Bu hipoteze göre; Cansız maddelerdeki aktif öz kısa sürede Kompleks canlı Çürüyen etten, kurtlar Çamurdan, kurbağalar Bitki yapraklarındaki çiğ taneciklerinden, böcekler Karanlık bir yerde bekleyen buğday serpilmiş kirli ve nemli bir gömlekten, fareler Kavuna benzer meyvelerden, kuzular Okyanus kıyılarındaki köknar ağacından, kazlar Şiddetli bir yağış sırasında topraktan, solucanlar Kaynamış et suyundan, mikroorganizmalar oluşabilirdi. Bu görüş uzun süre benimsenmiş, F. Redi ve daha sonra da Pasteurʼün yaptığı deneylerden sonra tamamen çürütülmüştür. 2. Biyogenez (Canlının canlıdan oluşumu): F. Rediʼnin savunduğu bu görüşe göre canlılar, kendilerinden önceki başka canlılardan oluşuyordu. Canlıların cansızlardan oluşmadığını kanıtlamak için yaptığı deneylerle; çürüyen etten sinek larvalarının yeni baştan oluşmadığını, bu larvaların sineklerin bıraktığı yumurtaların açılması ile ortaya çıktığını gösterdi. Böylece hayvanların kendiliğinden oluşması yönündeki inanç yıkılmaya başladı. Bundan iki yüz yıl kadar sonra da (1862 ) L. Pasteur, bakteri gibi mikroorganizmaların kendiliğinden değil, daha önce var olan bakterilerden oluştuğunu kesin olarak gösterdi (Bkz. şekil II. 1). Canlılar Yeni canlılar 273

3 ÜNİTE II 1 Pasteur, besi ortam olarak et suyu kulland ve mikroorganizmalar öldürmek için et suyunu s tt. Mikroorganizmalar öldürülmüfl (steril edilmifl) olan et suyunun a z aç k b rak l nca içi mikroorganizmalarla doluyor ve bir kaç gün içinde et suyu bozuluyordu. Mikroplar, bu et suyundan kendili inden mi oluflmufltu? Ya da havadan cam balonun içindeki et suyuna düflen mikroorganizmalar n ço almas yla m meydana gelmiflti? Et suyu s t larak sterilize ediliyor. A z kapal cam balonlardaki steril etsuyu Steril etsuyu Mikroorganizmalarla bozulmufl etsuyu Hiçbir organizma ortaya ç km yor 2 E er cam balonlar s t ld ktan sonra a zlar kapal olarak saklan rlarsa, et suyu, aylarca steril olarak kalmaktayd. Buna karfl n, Pasteur ü elefltirenler, cam bolanlar n a z n n kapat lmas n n kendili inden oluflma için gerekli olan ve havada bulunan yaflam gücünün cam balonlardaki et suyu içine girmesini engelledi ine de inerek karfl ç kt lar. Ku u boyunlu cam balonda steril etsuyu Kontrol: U k vr m, toz partiküllerini ve mikroorganizmalar tutar; etsuyu sterilli ini korur. Deneysel: Cam balonun k vr ml boyunun k r lmas, mikroorganizmalar n balon içine girifline zemin haz rlar, etsuyu bozunur. 3 Pasteur, deneylerini, boyun k sm ku u boynuna benzeyen cam balonlar kullanarak tekrarlad. Cam balonun boyun k sm ndaki k vr m, toz partiküllerini ve mikroplar tutuyor ve d flar daki havan n et suyuna geçmesine izin veriyordu. Şekil II. 1 : Pasteur ve mikroorganizmaların biyogenezi Ancak biyogenez görüşünün cevaplayamadığı iki soru vardı; Birincisi, bir canlıyı başka bir canlı meydana getiriyorsa ilk canlı nasıl ortaya çıkmıştı? İkincisi, canlılar ortak bir atadan mı gelmişti, öyleyse çeşitlilik nasıl ortaya çıkmıştı? 274

4 3. Panspermia Hipotezi: Bu hipotez canlıların, güneş sistemimiz içinde bir başka gezegende oluştuğunu savunur. Başka gezegenden Dünyaʼya, gök taşları veya toz parçacıkları üzerinde, bakteri sporları şeklinde taşındığını ifade eder. Ancak panspermia hipotezinin cevaplayamadığı sorular vardır; Birincisi, yaşam o gezegende nasıl başlamıştır? İkincisi, canlılar başka bir gezegenden dünyaya gelirken soğuk, sıcak, radyasyon gibi etkenlerle karşılaşacaklardır, bu zorluklar nasıl aşılmıştır? Göktaşları üzerinde bu güne kadar bir canlı izine rastlanmamıştır fakat bazı organik maddelere rastlanmıştır yılında Hintli bilim adamları, DNA yapısındaki adenin bazının yıldızlar arasındaki gaz bulutları içinde oluşabileceğini açıkladılar. Belki Dünyaʼya çarpan göktaşları içindeki organik maddeler de bu şekilde oluşmuştur. 4. Ototrof hipotezi: ÜNİTE II Bu hipoteze göre ilk canlı, basit bir çevrede kendi besinini kendi yapan bir canlıydı. Bu görüş evrim teorisi ile çelişir, çünkü evrim teorisine göre ilk oluşan canlı, kendi besinini yapacak kadar kompleks olamaz. Evrim teorisine göre kompleks bir canlı, çok uzun zaman içinde birçok küçük değişiklikler sonucu ortaya çıkar. 5. Heterotrof hipotezi: Oparin ve Haldane adlı bilim adamlarının 1936 yılında ortaya attıkları bu görüşe göre, cansız maddelerden çok uzun süren kimyasal reaksiyonlar (kimyasal evrim) sonucunda canlılar meydana gelmiş ve bunlar ortamdan organik madde alarak canlılıklarını sürdürmüşlerdir. Başka bir ifadeyle kompleks bir ortamda, çok uzun süreler içinde heteretrof olan basit canlılar oluşmuştur. Cansız maddeler çok uzun süren kimyasal evrim Basit heteretrof canlı Oparin ve Haldane göre, ilk dünya koşullarında serbest oksijen (O 2 ) çok az hatta yoktu ve ozon tabakası bulunmuyordu. Ozon olmadığı için güneşin yoğun radyasyonu yer yüzüne gelmekte ayrıca bol yağmur, sıcak, yıldırım ve şimşek çakması gibi olaylar olmaktaydı. İlkin atmosferde metan (CH 4 ), amonyak (NH 3 ), hidrojen (H 2 ) ve H 2 O buharı vardı. Hidrojen fazla olduğu için indirgenme reaksiyonları kolaylıkla gerçekleşmekteydi, basit moleküller birleşerek kompleks molekülleri oluşturmakta, gerekli enerji de yıldırımlardan ve radyasyondan sağlanmaktaydı. Ortamda O 2 olmadığı için oluşan kompleks organik maddeler oksitlenmeyip birikebilmekteydi. Çok uzun süreler içinde de kompleks organik maddelerin bazı kombinasyonlarından organik madde tüketen ve çoğalan bir canlı meydana gelebilirdi. UYARI Günümüz atmosferi ilkin atmosferden çok farklıdır. Bugünkü atmosfer %78 moleküler azot (N 2 ), %21 moleküler oksijen (O 2 ), %0,33 karbondioksit (CO 2 ), az miktarıda helyum ve neon gibi nadir gazlar içerir. Günümüzün okside edici atmosferi, kompleks moleküllerin kendiliğinden sentezlenip birikmesini engellemektedir. 275

5 ÜNİTE II 1 Basit moleküllerin, NH 2 karmafl k polimerlerin N H 2 O yap tafllar n oluflturmas N H O CH 4 CO 2 O O N H3 N + C C N N O 2 O P O CH 3 H 2 NH 3 O HO OH 3 Canl bir organizma oluflturmak için zar ve enerji kayna ilave edilmesi Nükleotidler C O O Aminoasitler 2 Reaksiyonlar katalizleyen ve bilgi depolayan polimerlerin oluflmas 5 3 zar H + H 3 Proteinler Nükleik asitler Şekil II. 2 : Oparin-Haldane modelinin özeti: ➊ Biyolojik yapı taşları (nükleotid ve amino asitler), başlangıç yerküresi üzerinde var olan inorganik materyalden şekillenmiştir. ➋ Biyolojik yapı taşları makromolekülleri oluşturmak (nükleik asit ve proteinler) amacıyla polimerizasyon oluşturacaktır. ➌ Makromoleküller hücre membranı (zarı) gibi diğer biyolojik yapıların oluşumunu sağlayacaktır. Bilim dünyasında yaygın olarak kabul gören Oparin Haldaneʼnin görüşü üç basamakta incelenebilir (Bkz. Şekil II. 2); Birinci basamak, inorganik maddelerden basit organik maddelerin (amino asitler, nükleotitler, yağ asitleri ve basit şekerlerin) oluşması İkinci basamak, basit organik maddelerden kompleks organik maddelerin (nükleik asitler, polipeptitler) oluşması Üçüncü basamak, kompleks organik maddelerden hücre zarı ve daha sonra da basit bir canlı (prokaryot hücre) oluşumu Birinci basamak, 1953 yılında Miller ve Urey tarafından deneysel olarak gösterilebilmiştir. Miller Urey deney düzeneklerinde; inorganik maddelerden, amino asit, üre, hidrojen siyanid (HCN), asetik asit, laktik asit ve form aldehit (H 2 CO) gibi bileşiklerin oluşabileceğini (Bkz. Şekil II. 3) göstermiştir. Sonraki yıllarda da çeşitli bilim adamları inorganik maddelerden basit şekerlerin, amino asitlerin, pürin ve pirimidinlerin oluşabileceğini göstermişlerdir. 276

6 Su buhar CH 4 Elektrod ÜNİTE II H 2 O NH 3 H 2 Kimyasal analiz için örnek Yo unlaflt r c (Kondansör) So uk su Organik bileflikler içeren so utulmufl su Şekil II. 3: Miller Urey deneyi: ilkel atmosfer koşullarına benzeterek hazırladıkları deney düzeneğinde, ısıtılan cam balon içerisindeki su, ilkin denizlerdeki suyu andırmaktadır. İlk atmosfer, H 2 O buharı, H 2, CH 4 ve NH 3ʼten meydana gelmiştir. Kıvılcımlar, bu yapay atmosferdeki yıldırımları simgelemektedir. Bir yoğunlaştırıcı (kondansatör) atmosferi soğutarak yağmur yağdırmakta ve çözünmüş durumdaki bileşikler minyatür denize geri dönmektedir. Bir hafta sonra, Miller ve Urey, çözeltinin içeriğini analiz ettiler ve bazı amino asitlerin de yer aldığı çeşitli organik bileşikler buldular. İkinci basamak, S. Foxʼun ilkin dünya koşullarında amino asitlerden proteinlerin oluşabileceğini göstermesi ve 2006 yılında da J. Ferrisʼin tek bir günde 50 nükleotitli polinükleotit oluşturması ile desteklenmiştir. Günümüzde araştırıcılar RNAʼnın, protein ve DNAʼdan daha önce ortaya çıktığını düşünmektedirler. Üçüncü basamağı, destekleyecek deneysel kanıtlar bulunamamıştır. Günümüzde ilk canlının 3,5 milyar yıl önce ortaya çıkmış olduğu düşünülmektedir. İlk canlıların çevrelerinde serbest olarak bulunan karbonhidratları, amino asitleri ve diğer organik bileşikleri besin olarak kullandığı, fermantasyon ile enerji elde eden bakteri benzeri canlılar olduğu tahmin edilmektedir. Bilim adamları kimyasal evrimi, canlıların oluşumu ve değişimi olan biyolojik evrimin izlediğini savunmaktadırlar. Buna göre ilkel denizlerde biriken organik maddeler, bakteri benzeri ilk heteretroflar tarafından hızla tüketilmiştir. Bunun sonucu besin kıtlığı ortaya çıkmış böylece heteretroflar arasında yaşama savaşı başlamıştır. Bazı heteretroflarda mutasyonlar sonucu inorganik moleküllerden organik bileşik sentezleyen ototrofik yollar ortaya çıkmıştır. İlk olarak moleküler hidrojendeki kovelent bağların enerjisini kullanan kemosentetik ototroflar oluşmuş olabilir. Daha sonra bazı heteretroflarda ortaya çıkan mutasyonlarla klorofil meydana gelmiştir. Klorofili olanlar ışık enerjisi kullanarak organik madde sentezleme yeteneği kazanmıştır. İlkel ototrofların başlangıçta hem heteretrof hem ototrof olduğu, bunların evrimleşmesiyle tam ototrof canlıların oluştuğu sanılmaktadır. İlkel fotosentetik ototrofların fotosentez sırasında O 2 açığa çıkarmadıkları, zamanla O 2 üreten ototrofların ortaya çıktığı düşünülmektedir. Açığa çıkan O 2 gazı başlangıçta mevcut canlıları tehdit etmiş fakat bazılarında da oksijenden korunma mekanizması oluşmuştur. Oksijene dayanıklı olanlardan bazıları oksijeni metabolizmalarında kullanmaya başlamış yani oksijenli solunum ortaya çıkmıştır. 277

7 ÜNİTE II UYARI Atmosfere geçen O 2 güneşin ultraviole ışınları sayesinde önce atomik oksijene dönüşmüş, atomik oksijenin moleküler oksijenle birleşmesi sonucunda ozon oluşmuştur. Ozon, güneşin zararlı ışınlarının çoğunun emilmesini sağlamış, böylece canlılar yavaş yavaş önce su yüzeyine, daha sonra da karalara geçmeye başlamıştır. De iflim Yoluyla Türeme Heteretrof hipotezine göre metabolik olayların ortaya çıkış sırası şöyledir; Fermantasyon Fotosentez Solunum Ayr Yarat l fl Türler de iflmez. Her bir tür ayr yarat lm flt r. Dünya ve yaflam gençtir. Türler zaman içinde de iflir. Türler ortak bir atadan köken al r. Dünya ve yaflam yafll d r. Zaman Şekil II. 4 : Yaşam tarihi konusunda iki görüş: Bu çizimler Ayrı Yaradılış Teorisi ve Değişim Yoluyla Türeme Teorisi tarafından ileri sürülen zıt iddiaları resmetmektedir. 6. Yaratılış görüşü: Türlerin, Tanrı tarafından bağımsız olarak (doğrudan) yakın zamanda yaratıldığını ve zaman içinde değişmediklerini ileri sürer (Bkz. Şekil II. 4). Bilim ise; Yaşayan türlerden ve fosillerden elde ettiği veriler nedeni ile canlıların zamanla değiştiğini (Bkz. Şekli II. 4) Organizmalar arasında çok fazla yapısal, gelişimsel ve genetik benzerlik olması nedeniyle canlıların ortak bir atadan türediğini Radyometrik yaş tayini ile dünyanın genç olmayıp 4,6 milyar yıl önce oluştuğunu, yaşam için ilk fosil kayıtların 3,5 milyar yaşında olduğunu söyleyerek yaradılış görüşüne karşı çıkar. 278

8 EVRİM Canlıların uzun bir zaman içerisinde geçirdiği ve geçirmekte olduğu değişikliklere evrim denir. Evrim görüşüne göre eski türlerden yeni türler oluşmakta ve canlıların değişimi günümüzde de devam etmektedir. Evrim, geçmiş ile gelecekteki olayların yorumlanmasını sağlar ayrıca bugünkü canlıların aralarındaki akrabalık derecesini ve nedenini ortaya koyar. Evrimsel değişimler kalıtıma dayalıdır. Bilim dünyası en çok Lamark ve Darwinʼin evrim konusundaki görüşlerinden etkilenmiştir. I. Lamarkʼın Görüşleri: Lamarkʼın 1809 yılında yayınladığı evrim görüşü iki fikre dayanmaktaydı; Birincisi, kullanma ve kullanmama fikriydi. Buna göre canlıların kullandıkları organları gelişip güçlenmekte, kullanılmayan organları ise giderek körelip kaybolmaktaydı. İkincisi, kazanılan özelliklerin kalıtımı fikriydi. Buna göre bir canlıda kullanmayla gelişen, kullanmamayla körelen sonradan kazanılmış özellikler yavrulara aktarılabilmekteydi. Lamark, bu iki fikre dayanarak canlıların değiştiğine kanıt olarak çeşitli örnekler gösterdi; Zürafaların ağaçların uçlarındaki yapraklara uzanmak zorunda kalmaları boyun ve ön ayaklarının uzamasına neden olmuş ve bu özellik döllerine iletilmiştir. İn ve oyuklardaki ışıksız ortamda yaşamaya uyum sağlamış olan canlıların gözleri körelmiş ve bu özellikleri yavrularına aktarılmıştır. Yılanların kullanmadıkları ayakları körelmiş ve bu özellik döllerine iletilmiştir. Lamark döneminde genetik bilimi gelişmemişti. Günümüzde, çevre koşulları değiştiğinde canlıların dış görünüşünde değişiklik olduğu, ancak bu değişikliğin yeni nesillere aktarılmadığı bilinmektedir. Bu durum modifikasyon olarak adlandırılır, yani modifikasyonlar kalıtsal değildir. ÜNİTE II UYARI Bir özelliğin kalıtsal olabilmesi için değişimlerin üreme hücrelerinin genlerinde olması gerekir. Vücut hücrelerinin genlerinde olan değişiklikler kalıtsal değildir. II. Darwinʼin Görüşleri: Charles Darwinʼin 1859 yılında yayınladığı Türlerin Kökeni adlı kitabı, şu fikirleri içeriyordu; Birincisi, bugün yaşayan canlılar atasal türden türemiştir. İkincisi, doğal seçme adını verdiği mekanizmayla evrimleşme gerçekleşmektedir. Darwin, yapay seçilime benzer bir sürecin doğada da olduğunu düşündü. UYARI Yapay seçilim, insanlar tarafından istenilen özellikte olan bireylerin seçilerek çiftleştirilmesidir. Böylece istenilen özelliklere sahip döllerin oluşumu sağlanır. Hızlı koşan atlar, güzel tüyleri olan güvercinler, çok süt veren inekler, iyi özellikleri olan mevye ve sebzeler yapay seçilim ile elde edilmiştir. 279

9 ÜNİTE II Darwin, doğal seçilim görüşünü şu şekilde ifade etti; 1. Popülasyonu oluşturan bireyler arasında varyasyonlar (çeşitlilikler) vardır (Bkz. Şekil II. 5). 2. Varyasyonlar, ebeveynlerden döllere aktarılır (kalıtsaldır). 3. Her nesilde bazı bireyler hayatta kalmak ve üremek bakımından daha başarılıdır. 4. Hayatta kalmada ve üremede daha başarılı olan en elverişli varyasyonlara sahip bireyler doğal olarak seçilip üreyecektir (doğal seleksiyon). Böylece elverişli özellikler gelecek kuşaklara geçecek, zamanla tüm bireyler elverişli özelliklere sahip olacaktır (adaptasyon). Eğer bu dört önerme doğru ise popülasyonun bileşimi bir nesilden diğerine değişecektir. Şekil II. 6 da depo sıçanı tarafından yenilen bir acı biber popülasyonunda Darwin teorisinin nasıl rol oynadığını inceleyiniz. 1 Bireyler arasında varyasyon vardır. Şekil II. 5: Asya uğur böceklerinde renk varyasyonu Hafif acı 2 Varyasyonlar ebeveynlerden döllerine aktar l r. Çok acı 3 Hayatta kalıp üreyebilecek olandan daha fazla birey oluflup hayatta kal r. 4 Bazı varyantlar di erlerine göre daha fazla hayatta kalır ve ürerler. Sonuç: Populasyonun bileflimi bir nesilden di erine de iflir. Şekil II. 6 : Darwinʼin Doğal Seçilim yoluyla Evrim Teorisi 280 Eğer acı biber meyvelerinin acılık dereceleri farklı ise ve depo sıçanı az acı olan biberleri tercih ediyorsa çok acı olanları yemezler. Çok acı olanlar kendi aralarında üreyip döl verir ve bu özellikleri döllerine geçer. Biber populasyonunda zamanla acı olanların sayısı artar.

10 UYARI Darwinʼin evrim ile ilgili ana fikri şöyle özetlenebilir; Aynı türün bireyleri arasındaki varyasyonlar, değişik çevrelerde farklı bireylerin üremede başarılı olmasını sağlar (doğal seleksiyon). Doğal seçmenin ürünü olanlar, zamanla o ortamın en uygun bireyleri olurlar (adaptasyon). Böylece eski türlerden yen türler oluşabilir. Kal tsal Varyasyon De iflik çevre EVRİM İLE İLGİLİ KAVRAMLAR Do al $ Adaptasyon $ Evrim Seleksiyon Buna göre evrimin ham maddesi, kalıtsal varyasyondur. Evrimin temel mekanizması doğal seleksiyondur. Doğal seleksiyonun olabilmesi için aynı türün bireyleri arasında kalıtsal varyasyonlar (farklılıklar) olmalıdır. ÜNİTE II 1. Varyasyon (çeşitlilik): Bir türün bireyleri arasındaki farklılık, varyasyon olarak adlandırılır. Çevre etkisi ile oluşan, kalıtsal olmayan varyasyonlara modifikasyon denir. Besin, sıcaklık, nemlilik gibi dış koşullar genlerin işleyişini değiştirerek canlının fenotipinde farklılıklara neden olur. Arılarda döllenmiş yumurta; peteğin iri gözlerine konup besince zengin arı sütü ile beslenirse doğurgan kraliçe arının, peteğin normal gözlerine konup polenle beslenirse kısır dişiler olan işçi arıların oluşması, modifikasyona örnek gösterilebilir. İnsanda güneşin etkisi ile derinin esmerleşmesi modifikasyondur. Modifikasyonların evrim için önemi yoktur. Kalıtsal olan varyasyonlar evrim için önemlidir. Darwinʼin evrim teorisi kalıtsal varyasyonlardan söz eder ama kalıtsal varyasyonların nedeninden söz etmez. Kalıtsal varyasyonların nedeni eşeyli üreme ve üreme hücrelerindeki mutasyonlardır. Mutasyonlar ile kromozom sayısı veya yapısı değişebildiği gibi yalnızca genler de değişmiş olabilir. Mutasyonlar kendini gösterişine göre bir kaç grupta incelenebilir; Görünebilir Mutasyon: Evrim açısından çok önemlidir. Nötral Mutasyon: Bulunduğu canlıya yarar veya zarar sağlamaz. Yeni bir ortamda veya gelecekte canlı için değer kazanabilir. Lethal Mutasyon: Öldürücü genlerin (lethal gen) ortaya çıkmasıdır. Genellikle lethal genler çekiniktir. Zararlı mutasyon: Belli bir süre canlının yaşamasına izin verir veya yaşamaya izin verdiği halde üremenin azalmasına neden olur. UYARI Doğal seçilimde en etkili mutasyonlar çevre koşulları değişmeden önce meydana gelmiş olan nötral mutasyonlardır. Çevre koşulları değişince bu mutasyonlar doğal seleksiyona yol açar. Sonuç olarak doğal seçilimde etkili olan mutasyonlar, bir ortama girdikten sonra ihtiyaca göre değil yeni koşullarla karşılaşmadan önce oluşur. 281

11 ÜNİTE II 2. Doğal Seleksiyon: Değişen ortam koşullarına uygun kalıtsal özelliklere sahip bireylerin yaşama ve üreme şansının olması, uygun olmayanların yok olması veya üreyememesi doğal seleksiyon olarak adlandırılır. nsektisit uygulanmas 1 Ürünler üzerine zehir püskürtülmesi böcekleri öldürür; insanlar zehirlere karfl kal tsal olarak dirençlilik tafl yan böceklerin üreme baflar s n, fark nda olmadan hofl görür. nsektiside karfl dayan kl l k sa layan geni içeren kromozom 2 Dirençli bireyler yaflam n sürdürür ve insektisitlere direnç sa layan Yaflayanlar geni yavrular na aktararak ço al rlar. 3 Ayn insektisitin tekrar tekrar uygulanmas daha az etkili olacakt r ve populasyondaki dirençli böceklerin oran artacakt r. Şekil II. 7 : Böceklerde doğal seleksiyon Bir popülasyonda hangi kalıtsal özelliğe sahip olanların seçildiğine bakılarak üç seçilimden söz edilebilir; (a) Yönelik seçilim: Çevre koşullarında değişim yaşanırsa veya bir popülasyonun üyeleri farklı çevresel koşulları olan bir ortama göç ederse ortaya çıkar. İnsektisitler, böcekleri öldürmek için kullanılan zehirlerdir. Kullanılan insektisit, böceklerin %99ʼunu öldürebilir, canlı kalanlar bu kimyasala karşı genetik olarak dirençli olan bireylerdir. Bunlardan türeyen bireyler, insektisitlere karşı dirençlilik sağlayan genleri ebeveynlerinden almıştır. Her bir kuşakta dirençli birey oranı artar (Bkz. Şekil II. 7). Burada insektisit, dirençli birey yaratmamış popülasyon içinde bulunan dirençlilerin seçilmesi sağlanmıştır. Doğal seçme sonucu zamanla dirençli bir popülasyon ortaya çıkmıştır (adaptasyon). 282

12 Birey say s Bir kır çiçeği popülasyonunun beyaz çiçekleri, otçul böceklerin daha çok dikkatini çekmektedir. Bu nedenle böcekler beyaz olanları kırmızı olanlardan daha çok yemektedir. Sonuç olarak kırmızı çiçeğe sahip olanlar daha fazla yavru meydana getirebilme şansına sahiptirler. Nemli bir ortam giderek kuraklaşırsa, en az su kullanarak yaşama özelliğinde olanlar yaşamaya devam edip üreyecek, diğerleri yok olacaktır. Sıcak çevreden soğuk çevrelere doğru göç eden canlılarda, soğuğa karşı korunmuş kalıtsal özellikleri olanlar seçilecektir. Kürk rengi bakımından açıktan koyuya varyasyon gösteren bir fare popülasyonunda, büyüyen ağaçların yaptığı gölge nedeniyle koyulaşan bir alanda daha koyu renkli bireyler seçilecektir (Bkz. Şekil II.8 a). Orijinal populasyon ÜNİTE II Fenotipler (kürk rengi) Orijinal populasyon Evrimleflmifl populasyon (a) Yönelik seçilim (b) Dalland r c seçilim (c) Kararl hale getirici seçilim Şekil II.8: Seçilim tipleri (b) Dallandırıcı seçilim: Çevre koşulları, varyasyonun her iki ucundaki bireyleri ortalama olanlara oranla daha fazla tercih eder. Kürk rengi bakımından açıktan koyuya varyasyon gösteren bir fare popülasyonunda, açık renkli toprak üzerinde koyu renkli kayaların bulunduğu alanda zıt uçtaki tipler seçilir (Bkz. Şekil II. 8 b). 283

13 ÜNİTE II Belirli bir kuş popülasyonunda gaga uzunluğunun büyük bir varyasyon gösterdiğini varsayalım. Koşullar değiştiğinde kısa ve uzun gagalıların daha iyi beslendiğini, orta gagalıların besin bulmakta zorlandıklarını düşünelim. Bu durumda popülasyonda uzun ve kısa gagalı varyasyonlar çoğalacak orta gagalılar azalacaktır (Bkz. Şekil II.9). Şekil II.9: Bir ispinoz populasyonunda dallandırıcı seçilim. Kamerun Batı Afrikaʼda yaşayan bir ispinoz türü olan kara sırtlı tohumkıran ispinozun tek bir populasyonunda tamamen farklı iki gaga boyu ortaya çıkmaktadır. Küçük gagalı bireyler (soldaki) genellikle yumuşak tohumlar ile beslenirken geniş gagalılar büyük tohumları kırmakta ustalaşmışlardır. Olası bir hipoteze göre doğal seçilim, her iki grup tohumu, görece daha başarısızlıkla kıran orta boylu gagaya sahip bireylerin aleyhine çalışmıştır. (c) Kararlı hale getirici (dengeli) seçilim: Çevre koşulları, varyasyonun her iki ucundaki bireylerin aleyhine iş görür ve daha ortalama tipleri destekler. Aynı türün çok uzun boylu olan bitkilerinin fazla rüzgara maruz kalması, kısa olanların diğer bitkilerce gölgelenmesi sonucu yeterli güneş ışınını alamamaları ve ortamda orta boylu bitkilerin yaygın duruma geçmesi bir dengeli seçilimdir. Şekil II. 8 cʼde görüldüğü gibi kürk rengi bakımından zıt uçtaki farelerin ayıklanması, bir kararlı hale getirici seçilimdir. Dengeli seçilim tipinde varyasyonlar azalır. UYARI Hangi tip seçilim olursa olsun doğal seçilimin temel mekanizması aynıdır. Kısaca bu mekanizma, farklı üreme başarıları olarak ifade edilebilir. 3. Adaptasyon (uyum): Doğal seçilimin ürünü olan uyumlar (adaptasyonlar), organizmanın döl vererek genlerini devam ettirme şansını arttıran özellikleridir. Bazı popülasyonlar değişen çevre koşullarına çok hızlı adapte olabilir. Bunu şu örnekle açıklayalım; Çok büyük bir meraya çim ve baklagil karışımı tohumlar ekilmiş ve mera iki bölüme ayrılmıştır. 1. bölümde sığırlar otlatılmış. 2. bölüme hayvanlar sokulmamış ve otlar iyice büyümüştür. Üç yıl sonra meranın her bir parçasından mavi çim, bahçe otu ve beyaz yonca örnekleri alınmış ve tümü aynı çevresel koşullarda yetişeceği bir deneysel bahçeye ekilmiştir; 284

14 1. bölümden alınan her üç bitki de cüce ve düzensiz büyüme göstermiştir. 2. bölümden alınanlar çok fazla ve dik büyüme göstermiştir. Üç yıl önce tüm mera için aynı tohumlar kullanılmışken şimdi genetik olarak farklılaşmaları nasıl açıklanır? 1. bölümde otlayan sığırlar yüksek olan bitkileri yemiş, kısa olanlar yaşamış ve tohum bırakmıştır. Yani burada dik büyüyen bitkilerin aleyhine bir seçilim olmuş cücelik ve düzensiz büyümenin uyumsal olarak baskınlığı lehine şiddetli bir seçilim olmuştur. 2. bölümde otlayan hayvan olmadığı için dik büyüme uyumsal olarak baskın olmuş ve cüce bitkiler etkin olarak rekabet etme yeteneğinde olamamışlardır. Uyumlar (adaptasyonlar) yapısal, fizyolojik veya davranışsal olabilen kalıtsal özelliklerdir; Kaktüslerin yapraklarının diken biçiminde olması kurak ortamda, incirin yapraklarının geniş yüzeyli olması nemli ortamda soyunu sürdürmesini sağlayan adaptasyon özellikleridir. Balıkların fazla sayıda yumurta üretmesi döllenme şansını arttıran adaptasyon özelliğidir. Orkide türlerinde çiçeklerin şekli, kokusu ve rengi; eşek arısı, arı veya sineklerin dişilerine benzer. Erkek böcekler çiftleşmek için bu çiçeklere gelir. Çiçekle çiftleşmeye kalkıştığında böcek polenlerle kaplanır. Daha sonra bu böcek başka bir çiçekle çiftleşmeye kalkıştığında ilk çiçekten aldığı polenleri ikinci çiçek üzerine bırakır. Bu durum orkidenin soyunu sürdürmesi için gösterdiği bir adaptasyondur. Çöllerde yaşayan tarla kuşlarının, yaşadıkları bölgenin renklerine ve desenlerine şaşılacak derecede benzemesi, peygamber devesi adlı böceklerin şekil II. 10 da görüldügü gibi bulundukları ortama benzemeleri (kamuflaj) adaptasyon örnekleridir. (b) Ölü yapraklar taklit eden Trinidad a aç peygamberdevesi (a) Malezya da yaflayan çiçek fleklindeki peygamberdevesi (c) Yeflil yapra and ran orta Amerika Peygamberdevesi Şekil II.10: Evrimsel adaptasyonun bir örneği olarak kamuflaj. Peygamberdevesi adı verilen böceklerin akraba türleri, farklı ortamlarda ortaya çıkmış çeşitli vücut biçimlerine ve renklere sahiptir. 285 ÜNİTE II

15 ÜNİTE II Zehirli hayvanların çok renkli oluşu düşmanları için tehlike işaretidir. Gösterişli görünümleri kendileri için koruyucudur. Bazı kelebeklerin kanatlarındaki parlak renkler, göz veya ona benzer desenler düşmanlarını korkutmayı sağlar. Bazı hayvanlar korkutucu görünüşü olan veya tehlikeli davranışları olan yada kötü tadı olan türlere benzerler (buna mimikri = taklit denir). Böylece avcılardan korunup soylarını sürdürebilirler (Bkz. Şekil II. 11). a) fiahin güvesi larvas b) Y lan Şekil II.11: Mimikri. Rahatsız edildiğinde şahin güvesi larvası (a) ve yılan (b) UYARI Uyumlar (adaptasyonlar) her zaman bireyin yaşama şansını arttırmaz, döl verimini artırır. Çoğu türde ergin, üremeden hemen sonra ölür. 4. İzolasyon (Ayrılma): Aynı tür popülasyonların çeşitli nedenlerle bir araya gelmelerinin engellenmesi yani döl vermelerinin önlenmesine izolasyon (ayrılma) denir. Birbirinden ayrılan popülasyonlar yavaş yavaş farklılaşır ve zamanla yeni türler ortaya çıkar. Populasyonlar arasında gen akışının nasıl kesildiğine (izolasyonun nasıl olduğuna) dayanarak iki türleşme şeklinden söz edilebilir. Şekil II. 12 de görüldüğü gibi coğrafik nedenlerle (allopatrik türleşme) ya da bir grubun sadece kendi arasında üremesi ile türleşme (simpatrik türleşme) olabilir. İzolasyona; Coğrafik engeller Bazı bireylerin çiftleşme davranışlarının farklılaşması (b) Simpatrik türleflme: (a) Allopatrik türleflme: bir küçük bir populasyon, populasyon, yeni türü atasal populasyondan meydana getirirken, bu yeni co rafik olarak tür atasal populasyonundan ayr lmadan yeni tür co rafik olarak yal t l r. meydana getirir. Şekil II.12: Türleşme çeşitleri 286 Bazı bireylerin farklı habitatta yaşamaya başlaması neden olabilir. Örneğin, onbeşinci yüzyılda Maderia yakınlarına bulanan Porta Santo adasına, bir doğumdan elde edilen tavşan yavruları salındı. Adada başka tavşan ve karnivor (etçil) düşman olmadığı için tavşanlar hızla çoğaldı. Ondokuzuncu yüzyıla doğru Avrupadaki akrabalarından farklı renkte ve geceleri faal olan tavşanlar meydana gelmişti. Avrupa türleri ile bir araya getirildiklerinde yavru meydana getiremiyorlardı. Dörtyüz yıl içinde yeni bir tavşan türü ortaya çıkmıştı.

16 5. Uyumsal açılım: Aynı kökenden gelmiş bir canlı grubunun farklı ortamlara dağılarak meydana getirdiği çeşitlenmeye uyumsal açılım denir (Bkz. Şekil II. 13). ÜNİTE II Anakara A A A 1 2 A B B C B C C Üç adan n oluflturdu u bu kümedeki adalardan birisine, anakaradaki populasyondan rüzgarla sürüklenen A türüne ait bireylerin oluflturdu u küçük bir koloni taraf ndan, tohum sal nm flt r. Onun gen havuzu, flimdi, ana türden yal t lm flt r; ada populasyonu, bu yeni ortam na uyum sa lad nda B türüne evrimleflir. F rt nalar ya da yay lmay sa layan di er faktörler, B türünü ikinci bir adaya yayar. kinci adada B, C türüne evrimleflir. C, ilk adada yeniden koloni oluflturur ve B türü ile birlikte bulunur; fakat, üreme engelleri, türlerin ayr kalmas n sa lar. C türü, üçüncü bir adaya yerleflerek ço al r. A B C D 8 C D D Üçüncü adada, C türü uyum sa lar ve D türünü meydana getirir. D türü, atalar n n bulundu u iki adaya yay l r. A B C E 9 C D D 9 Bir adada D türü, yeni bir E türüne geliflir. Yal t m ve zaman zaman gerçekleflen yay lma olaylar yla birlikte bir seri allopatrik türleflme olay gerçekleflerek, hikaye devam eder. Şekil II.13: Ada zincirinde uyumsal açılım için bir model Galapagos adalarındaki ispinoz kuşlarının atası, Güney Amerikaʼdan bu adalara ulaşmış olan kuşlardır. Bu kuşların bir kısmı toprak üzerinde yaşar ve tohumla beslenir, bir kısmı yalnız kaktüslerle beslenir, bir başka grup ağaçlarda yaşayarak böcekleri avlar. Bu yaşam şekilleri gaga biçimi ve büyüklüğünde bazı değişiklikler sağlamıştır. İspinozların gaga biçim ve büyüklüğü uyumsal açılıma örnektir. Plasentalı memeli hayvanların atası, böcek yiyerek beslenen, beş parmaklı kısa bacaklı bir hayvandır. Bu hayvandan, farklı ortamlarda yaşamaya uyum göstermiş plasentalı memelilerin evrimleşmesi uyumsal açılımdır. Bunlar arasında; Karasal yaşama uyan; köpekler, geyikler Uçma yeteneğine sahip; yarasalar Ağaçlar üzerinde yaşayan; sincaplar, primatlar İki yaşamlı hayat süren; kunduz ve foklar Tam olarak su hayatına uymuş bulunan; balinalar, yunuslar ve deniz aslanları Kovuklarda yaşayan; köstebekler ve tarla sincapları bulunur. Bunların her birinde; 287

17 ÜNİTE II Dişlerin sayısı ve şekli Bacak kemiklerinin uzunluğu ve sayısı Kasların sayısı ve bağlantı yeri Kürkün kalınlığı ve rengi Kuyruğun uzunluğu ve rengi canlının belli bir çevreye uyumunu arttıran değişikliklere uğramıştır. HARDY WEİNBERG TEORİSİ VE MİKROEVRİM Darwin, bir popülasyonda varyasyonların nasıl meydana geldiğini ve bunların döllere nasıl geçtiğini açıklayamamıştır. Evrimsel teorinin dönüm noktası popülasyon genetiğinin gelişmesi olmuştur. Bir popülasyondaki bireylerin tüm genlerine gen havuzu denir. Popülasyon genetiği; gen havuzundaki genlerin bulunma sıklığını (frekansını) ve bu genlerin dölden döle değişimini araştırır. Hardy Weinberg teorisi, bir popülasyonun alel gen frekansını değiştiren faktörler yoksa, gen havuzundaki genlerin frekansı sabit kalır yani popülasyon evrimleşmez şeklinde bir açıklamayı kapsar. Hardy Weinberg teorisi kısaca şöyle gösterilir: p + q = 1 Buradaki p, baskın alel geni, q ise çekinik alel geni ifade eder. Hardy Weinberg teorisine göre gen frekanslarının sabit kalabilmesi için; Popülasyonun çok büyük olması Göç olmaması (gen akışının olmaması) Mutasyon olmaması Çiftleşmelerin şansa bağlı olması (rastgele eşleşme) Doğal seçilimin olmaması gerekir. UYARI Bir popülasyonda alel geni frekansı nesilden nesile sabit kalırsa o popülasyonda evrim olmaz. Hardy Weinberg dengesinin doğal bir popülasyonda olması beklenemez. Hardy Weinberg dengesinden sapma evrim ile sonuçlanır, yani alel genlerin frekansı sabit değilse popülasyon evrimleşiyor demektir. Bir popülasyonun bir nesilden diğerine alel gen frekansındaki değişimine mikroevrim denir. Hardy Weinberg dengesi için gerekli bir veya daha fazla koşul yerine gelmediğinde mikroevrim ortaya çıkar, yani bir popülasyonda genetik sürüklenme, doğal seçilim, gen akışı (göç) ve mutasyon oluyorsa alel gen frekansı değişiyor demektir. UYARI Genetik sürüklenme, gen akışı ve mutasyon popülasyonu olumlu, olumsuz veya nötr yönde etkileyebilir. Doğal seçilim ise her zaman popülasyonu olumlu etkiler, yani popülasyonun çevreye uymasını sağlayan tek faktördür. 288

18 Genetik sürüklenme küçük bir popülasyonun gen havuzunda, şansa bağlı olarak değişikliklerin meydana gelmesi olarak tanımlanabilir. Depremler, seller, kuraklık, kıtlık ve yangınlar bir popülasyondaki birey sayısını azaltabilir. Böylesi afetlerden sonra kurtulmayı başaranlardan oluşan küçük popülasyon, orjinal popülasyonun gen havuzunu tam olarak yansıtamaz. Şansa bağlı olarak bazı aleller daha fazla gözlenirken diğerleri daha az gözlenir ve bazıları da ortadan kalkabilir. Bu durum genetik sürüklenme olarak adlandırılır. Genetik sürüklenme, büyük bir popülasyondan ayrılan az sayıda bireyin yalıtılmış bir adaya, göle veya başka bir habitatta yerleşmesi ile de ortay çıkabilir. Bu durumda yeni yerleşimcilerin genetik yapısı, ayrıldıkları popülasyonun gen havuzunu tam olarak yansıtmayacaktır. Doğal seçilim: Popülasyondaki bazı bireylerin daha çok yavru meydana getirmesidir. Bunun sonucunda alellerin bir kısmı, bir sonraki kuşakta artarken bir kısmı azalır. UYARI Doğal seçilim, bir popülasyondaki uygun genotipleri korur ve çoğaltır. ÜNİTE II Doğal seçilim ve genetik sürüklenme evrimleşmekte olan popülasyonlarda gözlenen alel frekanslarındaki değişimin temel nedenidir. Ancak alel frekansları, popülasyonlar arası göçler (gen akışı) ve mutasyonlar sayesinde de değişebilir. Gen akışı: Üreme yeteneğindeki bireylerin popülasyonlar arasında göç etmesi sonucu bir popülasyonun, alel kazanması veya kaybetmesidir. Gen akışı ile birbirine komşu popülasyonlar arasında farklılık azalabilir. Mutasyon: Bir alelin başka bir biçime dönüşmesi ile gen havuzunun değişmesidir. EVRİMİN FOSİL KANITLARI VE JEOLOJİK ZAMANLAR Eski zamanlarda yaşamış canlıların taşlaşmış kalıntı veya izlerine fosil (taşıl kayıt) denir (Bkz. Şekil II. 14). Fosillerin bulunması, sınıflandırılması, dağılımı, yoğunluğu ve yaşantılarına ilişkin yorumlarla uğraşan bilim dalına da paleontoloji denir. Geçmişte yaşayan her canlının fosili yoktur. Fosilleşmek için özel şartlar gereklidir. Örneğin bir canlı bataklıklara veya suya gömülüp üstü tortul tabakalarla örtülürse, sudaki mineraller bu canlıların içine girerek taşlaşmasına neden olur (Bkz. Şekil II. 15). Ayrıca volkan püskürmesi sonucu küller içinde gömülü kalma, reçine arasında kalma (reçine zamanla sertleşir, kehribar = amber haline gelerek canlıyı korur) gibi etkenler de fosilleşmeye neden olur. Şekil II.14: Yüzlerce milyon yıl önce denizlerde yaşamış olan trilobitlerin fosilleri 289

19 ÜNİTE II 1 Nehirler, tortul çöküntüleri okyanusa tafl r. Fosiller içeren tortul kayaçlar okyanus taban nda oluflur. 2 Zaman süreci içerisinde, herbir zaman periyoduna ait fosillerin yer ald ilave tabakalar eklenir. Daha yak n zamana ait fosilleri tafl yan daha genç tabaka Daha yafll fosilleri içeren daha yafll tabaka 3 Deniz seviyeleri de iflti inde ve deniz taban yukar do ru itildi inde, tortul kayaçlar aç a ç kar. Nehirlerin yaratt erozyon, tabakalar aç a ç kar r, daha yafll olan tabakalar daha yafll fosilleri içerir. Şekil II.15: Tortul kayaçların oluşumu ve farklı zaman periyotlarına ait fosillerin tabakalar içinde konumlanması Fosiller, jeolojik dönemler boyunca filogeni (evrim tarihi) hakkında detaylı bilgi sağlayan çok önemli belgelerdir. Fosiller sayesinde canlıların hangi yönde değişim geçirdiği, canlıların zaman içinde nasıl çeşitlendiği rahatlıkla görülür. Çok sayıda fosil ise birçok böcek türünün ve dinazorların soyunun tükendiğini (kitlesel olarak ortadan kalktığını) göstermektedir. Canlılar neden çeşitlenmektedir? Neden bazı canlılar kitlesel olarak ortadan kalkmıştır? Bu soruların cevabı, coğrafik değişiklikler de yatar. Dünya 4,5 milyar yıl önce oluştu. Canlılık ise 3,5 milyar yıl önce prokaryotlarla başladı. Dünya oluştuğundan bu yana sırasıyla; Prekambriyen, Paleozoik, Mezozoik ve Senozoik olmak üzere dört jeolojik zamana ayrılır. Bu zamanların her biri milyonlarca yıl sürer. Her jeolojik zaman, dünyanın tarihinde ayrı bir çağı ifade eder. Örneğin; Palezoik zamanın başları; Kabuklu deniz hayvanlar çağı Palezoik zamanın sonları; Balıklar çağı Mezozoik zaman; Sürüngenler çağı (dinazor fosillerinin çok olduğu çağ) Senozoik zaman; Memeliler çağı Bu zamanlar arasındaki sınırlar, kitlesel ortadan kalkmalar ile ilişkilidir. Bu zamanlarda çok sayıda canlı türü yok olmuş ve bunların yerini hayatta kalmayı başarabilen türler almıştır (Bkz. Şekil II. 16). 290

20 Bacteria Prokaryotlar Archaea Protistler Bitkiler Ökaryotlar Mantarlar Hayvanlar ÜNİTE II Senozoyik 0 Mezozoyik Paleozoyik Milyon y l önce 2500 Prekambriyen lk insanlar Dinozorlar n ortadan kalkmas Bitkiler ve simbiyotik mantarlar karalara yerlefliyor En eski hayvan fosilleri Çok hücreli ökaryotlar n ortaya ç kmas En eski ökaryot fosilleri Siyanobakteriler taraf ndan üretilen oksijen, atmosferde gözükmeye bafllar Ökaryotlar için en eski kimyasal kan t 3500 En eski prokaryotik fosiller Canl l k için en eski kimyasal kan tlar Canl lar n ortaya ç k fllar Dünya'n n kabu u kat laflacak kadar so uyor 4500 Dünyan n oluflumu Şekil II.16: Canlıların tarihinde bazı büyük olaylar Yaklaşık 250 milyon yıl kadar önce Palezoikʼin sonlarına doğru kıta hareketleri ile kıtalar birbirine yaklaşmış ve sonuçta tek bir kıta oluşmuştur (Bkz. Şekil II. 17). Bu durumda birbirinden ayrı olan bir çok tür bir araya gelebilmiş, kıyılar azalmış, karaların iç kesimlerinde kurak ve sert iklim koşulları oluşmuştur. Pek çok böcek türü ortadan kalkmış (dikkat çeken ilk kitlesel ortadan kalkış), bazı canlıların ise yaşama şansı artmıştır. Yani biyolojik çeşitlilik yeniden şekillenmiştir. Yaklaşık 180 milyon yıl önce Mezozoik dönemde Dünya kırılıp ayrılmaya başlamış (Bkz. Şekil II. 17), kıtalar birbirinden uzaklaştıkça ayrı ortamlarda kalan türler farklı biyocoğrafik alanlarda çeşitlenmişlerdir. Yaklaşık 65 milyon yıl önce bu gün Hindistan olarak bilinen bölgede büyük volkanik patlamalar olmuş, yoğun miktarda kül ve duman atmosfere salındığı için güneş ışınları perdelenmiş, bu durum iklimde soğumaya neden olmuştur. Deniz canlılarının yarıya 291