Bilimsel Kavramlar

Amonyak

Azot ve hidrojenden oluşan renksiz bir gazdır İnsanın gözünü yaşartan ve burnunun akmasına neden olan keskin bir kokusu vardır Ticari amaçlarla kullanılan ve amonyak olarak bilinen sıvı amonyak gazı değildir Bu aslında amonyağın su içinde erimiş durumda olduğu amonyum hidroksittir Amonyum hidroksit çok kuvvetli bir alkalidir Evlerde temizlik işlerinde oldukça yararlıdır

Amonyak gazı iki farklı yöntemle elde edilir Sanayide yaygın olarak kullanılan yöntemde azot ve hidrojen sıkıştırılarak kızgın demir veya platinyumüzerinden geçirilir İkinci yöntem ise fabrikaların bacalarından çıkan dumanın arıtılmasıdır Amonyak, havagazı fabrikalarında elde edilen yan ürünlerden biridir

Patlayıcı Maddeler

Isının veya darbenin etkisiyle patlayan maddeler

Güherçile, kükürt ve odun kömürü karışımı olan kara barut, yüzyıl*lar boyunca tüfek mermilerinin ve top güllelerinin fırlatılmasında itici güç olarak kullanıldı Ama bir sakıncası vardı, duman çıkartıyor ve bu yüzden, savaş sırasında atışların nereden yapıldığını belli ediyordu

1884'te, Fransız mühendisi Vieille, «B barutu» denilen dumansız barutu keşfetti O tarihten beri, patlayıcı maddelerin keşfinde büyük ilerlemeler kaydedildi Bu maddeler savaş zamanında tahrip için (bir köprüyü havaya uçurmak, bir demiryolunun raylarını bozmak); barış zamanında ise taş ocaklarında, şantiyelerde (baraj yapımında, tünel açma işlerinde) ve*ya füzelerin gönderilmesinde vb kullanılmaktadır

Patlayıcı maddeler şiddetli bir kimyasal tepkimeyle ve çok kısa sürede gaz haline dönüşebilen maddelerdir Tepkime hızı saniyede binlerce metreye ulaşabilen (civa fülminat ve kurşun nitrür gibi) maddelere ise «şiddetli patlayıcılar» denir

En tanınmış patlayıcılar 1865 yılında Alfred Nobel (çok büyük servetinin gelirleri, ünlü «Nobel ödülleri»ne temel olmuştur) tarafından nitrogliserinden elde edilen dinamit; özellikle top mermilerinin fırlatılmasında kullanılan melinit; uçakların bombardımanlarda kullandıkları tolit; bayındırlık işlerinde sık sık kullanılan «T NT» (trinitrotolüen) ve plastiktir

Su

Normal sıcaklıkta sıvı halde bulunan renksiz, kokusuz, tatsız madde, yoğunluğu 1

Su da hava gibi tüm canlılar için gereklidir İnsan belli bir süre açlığa dayanabilir ama, kırk sekiz saatten fazla susuz kalırsa ölür Bu nedenle susuzluk ve kuraklıktan sürekli olarak korkan insanoğlu, çöllerde su bulunan noktaları titizlikle arar bulur Su çok miktarda olunca büyük tehlikeler doğurabilir Her yıl yeryüzünde meydana gelen birçok su baskını ve tayfun çeşitli zararlara ve can kaybına yol açar Bununla birlikte su, insanları yangın gibi bir belâdan kurtaran önemli bir silâhtır

Basit görünümüne rağmen, su bileşik bir cisimdir Suyun yapısında hidrojen ve oksijen bulunduğunu ilk olarak Lavoisier keşfetti H2O formülü bu cismin iki hidrojen ve bir oksijen 'atomundan oluştuğunu göstermektedir

Su, yerkabuğunun yüzeyindeki ısıda sıvı halde bulunur 100 derecede buharlaşarak renksiz bir gaza dönüşür Düşük sıcaklıklarda (0 derece) katılaşıp buz olur Su önemli bir eriticidir, yani çoğu maddeler (tuzlar, asitler, organik cisimler) suda erir Irmak ve okyanus sularında her zaman belli oranda erimiş madde vardır Damıtık su kadar arı olan yağmur suyunda bile erimiş birkaç gaz bulunur

Kimyasal özellikleri nedeniyle su, sanayide çeşitli uygulamaları olan önemli birçok tepkimeye katılır Bu tepkimelerin temeli hidrojeni oksijenden ayırabilme olanağına dayanır Klor gibi bazı cisimler hidrojeni bağlar, oksijeni serbest bırakır, karbon ve fosfor gibi cisimlerse oksijenle birleşir, hidrojeni serbest bırakırlar

Atom Gücü

Bütün evrenin, canlı-cansız her şeyin yapı taşı olan atomların, nasıl olağanüstü bir şekilde maddeyi oluşturduğunu artık biliyoruz Son derece küçük olan bu parçacıklar, buraya kadar da görüldüğü gibi, kendi içlerinde mükemmel bir organizasyona sahiptirler Ancak atomdaki mucizevi yön bu kadarla kalmaz; atom aynı zamanda içinde çok muazzam bir enerjiyi de barındırır

Atomun içinde saklı olan bu güç öylesine büyüktür ki, insanlık bu enerjinin keşfiyle artık okyanusları birleştiren dev kanallar açabilmekte, dağları oyabilmekte, suni iklimler üretebilmekte ve bunlar gibi daha birçok faydalı işi yapabilmektedir Ama şunu de belirtmek gerekir ki, atomun içinde saklı olan güç, bu şekilde bir yandan insanlığa hizmet ederken, diğer yandan da insanlık için çok büyük bir tehlike oluşturmaktadır

Öyle ki bu gücün kötüye kullanımıyla, 2 Dünya Savaşı sırasında Hiroşima ve Nagasaki’de onbinlerce insan birkaç saniye gibi çok kısa bir süre içinde hayatlarını kaybettiler Yakın geçmişte de, Rusya'daki Çernobil Nükleer Santrali'nde meydana gelen bir kaza çok sayıda insanın ölmesine ya da sakat kalmasına yol açmıştı Atomun gücünün Hiroşima, Nagasaki ve Çernobil’de yol açtığı felaketlerle ilgili detaylı bilgi vermeden önce, atomdaki bu gücün ne olduğundan ve nasıl ortaya çıktığından kısaca bahsedelim

Çekirdekteki Güç

Nükleer enerji denilen muazzam güç, çekirdekteki bu kuvvetin serbest bırakılmasıyla ortaya çıkar Bu enerjinin büyüklüğü elementin cinsine göre değişir Çünkü, her elementin çekirdeğindeki proton ve nötron sayıları farklıdır Çekirdek büyüdükçe nötron-proton sayıları ile bunları birbirine bağlayan kuvvetin büyüklüğü de artar Büyük bir çekirdekte, protonların ve nötronların birlikteliğini sağlayan bu kuvveti serbest bırakmak son derece zordur Parçacıklar, birbirlerinden ayrıldıkça, tıpkı bir yay gibi, daha büyük bir kuvvetle bir araya gelmeye çalışırlar

Bu kuvveti ayrıntıları ile incelemeden önce, özellikle üzerinde durulması gereken bir konu vardır: Bu kadar küçük bir yere nasıl olup da bu kadar büyük bir kuvvet sığmaktadır Bu öyle bir kuvvettir ki binlerce insanın yıllarca yaptığı araştırmalar sonucunda bulunmuştur Üzerinde bir oynama yapılmadığı zaman kimseye bir zararı yoktur, ama insan müdahalesiyle milyonları öldüren bir güç haline gelebilmektedir

Atomun çekirdeğinde bulunan ve milyonlarca kişinin hayatını tehlikeye sokabilecek olan bu olağanüstü kuvveti, "fisyon" (nükleer parçalanma) ve "füzyon" (nükleer kaynaşma) tepkimeleri diye adlandırılan iki teknik işlem açığa çıkarmaktadır Bu tepkimeler, ilk bakışta atomun çekirdeğinde gerçekleşiyor gibi gözükse de, aslında atomun bütün yapıtaşlarının birlikte katıldığı tepkimelerdir

Fisyon adıyla bilinen reaksiyon atom çekirdeğinin bölünmesi, füzyon isimli reaksiyon ise iki çekirdeğin büyük bir güçle bir araya getirilip birleştirilmesi olayıdır Her iki reaksiyonda da çok fazla miktarda enerji açığa çıkmaktadır

Atomun Oluşumu

Patlamanın her anındaki sıcaklık, atom parçacıklarının sayısı, o anda devreye giren kuvvetler ve bu kuvvetlerin şiddetleri çok hassas değerlere sahip olmalıdır Bu değerlerin birinin bile sağlanamaması durumunda, bugün içinde yaşadığımız evren var olamazdı Kastettiğimiz değerlerin herhangi birinin matematiksel olarak "0"a yakın bir miktarda dahi değişmesi, bu sonu hazırlamaya yeterlidir

"0" anı: Ne maddenin, ne de zamanın var olmadığı ve patlamanın gerçekleştiği bu "an", fizikte t (zaman) = 0 anı olarak kabul edilmektedir Yani t=0 anında hiçbir şey yoktur Yaratılmanın başladığı bu "an"dan önceyi tarif edebilmek için, o anda var olan fizik kurallarını bilmemiz gerekir Çünkü şu an var olan fizik kanunları patlamanın ilk anlarında geçerli değildir

Fiziğin tanımlayabildiği olaylar en küçük zaman birimi olan 10-43 saniyeden itibaren başlar Bu, insan aklının asla kavrayamayacağı bir zaman dilimidir Peki acaba, hayal bile edemediğimiz, bu küçük zaman aralığında neler olmuştur? Fizikçiler bu anda meydana gelen olayları tüm detaylarıyla açıklayabilecek bir teoriyi şu ana kadar geliştirememişlerdir

Fizikte her şey 10-43 saniye sonrasından itibaren hesaplanabilir ve ancak bu andan sonra enerji ve zaman tarif edilebilir Yaratılışın bu anında, sıcaklık değeri 1032 (100000000000000000000000000000000) derecedir Bir kıyaslama yapacak olursak, güneşin sıcaklık derecesi milyonlarla (108), güneşten çok büyük yıldızların sıcaklığı ise ancak milyarlarla (1011) ifade edilir Şu an tespit edebildiğimiz en yüksek sıcaklık milyar derecelerle sınırlıyken, 10-43 anındaki sıcaklığın ne derece yüksek olduğu konusunda bir kıyas yapabilmek mümkündür

10-43 saniyelik bu dönemden bir aşama ileri gidip saniyenin 10-37 olduğu zamana geliriz Bu iki süre arasındaki aralık bir-iki saniye gibi bir an değildir Saniyenin katrilyon kere katrilyonda biri kadar bir zaman aralığından bahsedilmektedir Sıcaklık yine olağanüstü yüksek olup 1029 (100000000000000000000000000000)°C değerindedir Bu aşamada henüz atomlar yaratılmamıştır

Bir adım daha atıp 10-2 saniyelik döneme giriyoruz Bu aralık, bir saniyenin yüzde birini ifade etmektedir Bu zaman dilimi içinde sıcaklık 100 milyar derecedir Bu dönemde "ilk evren" şekillenmeye başlamıştır Daha atom çekirdeğini oluşturan proton ve nötron gibi parçacıklar görünürde yoktur Ortada sadece elektron ve onun zıttı olan pozitron (anti-elektron) vardır Çünkü evrenin o anki sıcaklığı ve hızı sadece bu parçacıkların oluşmasına izin verir Yokluğun ardından patlama gerçekleşeli daha 1 saniye bile geçmeden, elektron ve pozitronlar oluşmuştur

Bu andan sonra oluşacak her atom parçacığının hangi anda ortaya çıkacağı çok önemlidir Çünkü şu andaki fizik kurallarının ortaya çıkması için her parçacık özel bir anda ortaya çıkmak zorundadır Hangi parçanın önce oluşacağı çok büyük bir önem taşımaktadır Bu sıralama ya da zamanlamadaki en ufak bir oynama sonucunda, evrenin bugünkü haline gelmesi mümkün olmazdı

Bir aşama sonra, 10-1 saniye kadar bir zamanın geçtiği bir ana geliriz Bu sırada sıcaklık 30 milyar derecedir t=0 anından bu döneme gelene kadar henüz 1 saniye bile geçmemiştir Ancak atomun diğer parçacıkları olan nötron ve protonlar artık belirmeye başlamıştır Daha sonra kusursuz yapılarını inceleyeceğiniz nötron ve protonlar, işte bu şekilde yokluktan "an"dan bile kısa bir süre içerisinde yaratılmışlardır

Patlamadan sonraki 1 saniyeye gelelim Bu dönemdeki kütlesel yoğunluğun derecesine baktığımızda, yine olağanüstü büyük bir rakamla karşı karşıya olduğumuzu görürüz Yapılan hesaplamalara göre bu dönemdeki mevcut kütlenin yoğunluk değeri, litre başına 38 milyar kilogramdır Milyar kilogram olarak ifade edilen bu rakamı, aritmetik olarak tespit edebilmek ve bu rakamı kağıt üzerinde göstermek kolaydır

Ancak, bu değeri tam olarak kavrayabilmek mümkün değildir Bu rakamın büyüklüğünü daha kolay ifade edebilmek için çok basit bir örnek verecek olursak; "Himalayalardaki Everest tepesi bu yoğunluğa sahip olsaydı, kazanacağı çekim kuvveti ile dünyamızı bir anda yutabilirdi" diyebiliriz

Bir sonraki zaman diliminin en belirgin özelliği ise sıcaklığın oldukça düşük bir değere ulaşmış olmasıdır Evren artık yaklaşık 14 saniyelik bir ömre sahiptir ve sıcaklık da 3 milyar derecedir ve çok müthiş bir hızla genişlemeye devam etmektedir

Hidrojen ve helyum çekirdekleri gibi kararlı atom çekirdeklerinin oluşmaya başladığı dönem de işte bu dönemdir Yani bir proton ile bir nötron ilk defa yan yana durabilecekleri bir ortam bulmuşlardır Kütleleri var ile yok arası olan bu iki parçacık olağanüstü bir çekim oluşturarak, o müthiş yayılma hızına karşı koymaya başlamışlardır Ortada son derece bilinçli, kontrollü bir gidiş olduğu bellidir İnanılmaz bir patlamanın ardından, büyük bir denge, hassas bir düzen oluşmaktadır Protonlar ve nötronlar bir araya gelmeye, maddenin yapı taşı olan atomu oluşturmaya başlamışlardır Oysa bu parçacıkların, maddeyi oluşturabilmek için gerekli hassas dengeleri sağlayabilecek bir güce ve bilince sahip olmaları elbette ki mümkün değildir

Bu oluşumu takip eden dönemde, evrenin sıcaklığı 1 milyar dereceye düşmüştür Bu sıcaklık güneşimizin merkez sıcaklığının 60 katıdır İlk dönemden bu döneme kadar geçen süre sadece 3 dakika 2 saniyedir Artık foton, proton, anti-proton, nötrino ve anti-nötrino gibi atom altı parçacıklar çoğunluktadır Bu dönemde var olan tüm parçacıkların sayıları ve birbirleri ile olan etkileşimleri çok kritiktir Öyle ki, herhangi bir parçacığın sayısındaki en ufak bir farklılık, bunların belirlediği enerji düzeyini bozacak ve enerjinin maddeye dönüşmesini engelleyecektir

Örneğin elektron ve pozitronları ele alalım: Elektron ve pozitron bir araya geldiğinde enerji açığa çıkar Bu sebeple ikisinin de sayıları çok önemlidir Diyelim ki 10 birim elektron ve 8 birim pozitron karşı karşıya geliyor Bu durumda, 10 birim elektronun 8 birimi, yine 8 birim pozitronla etkileşime girer ve böylece enerji açığa çıkar Sonuçta, 2 birim elektron serbest kalır

Elektron, evrenin yapı taşı olan atomu oluşturan parçacıklardan biri olduğundan, evrenin var olabilmesi için bu dönemde gerekli miktarda elektron olması şarttır Az önceki örnek üzerinde düşünmeye devam edersek, karşı karşıya gelen elektron ve pozitronlardan, eğer pozitronların sayısı daha fazla olsaydı, sonuçta açığa çıkan enerjiden elektron yerine pozitronlar arta kalacak ve madde evreni asla oluşamayacaktı

Pozitron ve elektronların sayısı eşit olsaydı, bu kez de ortaya sadece enerji çıkacak, maddesel evrene dair hiçbir şey oluşmayacaktı Oysa elektron sayısındaki bu fazlalık, sonradan evrendeki protonların sayısına eşit olacak şekilde çok hassas bir ölçüyle ayarlanmıştır Çünkü daha sonradan oluşacak olan atomda, elektron ve proton sayıları birbirine eşit olacaktır

İşte, Büyük Patlama'dan sonra ortaya çıkan parçacıkların sayısı bu kadar ince bir hesapla belirlenmiş ve sonuçta madde evreni oluşabilmiştir Prof Dr Steven Weinberg bu parçacıklar arasındaki etkileşimin ne derece kritik olduğunu şu sözleriyle vurgulamaktadır: Evrende ilk birkaç dakikada gerçekten de kesin olarak eşit sayıda parçacık ve karşıt parçacık oluşmuş olsaydı, sıcaklık 1000000000 derecenin altına düştüğünde, bunların tümü yok olur ve ışınım dışında hiçbir şey kalmazdı

Bu olasılığa karşı çok iyi bir kanıt vardır: Var olmamız Parçacık ve karşı parçacıkların yok olmasının ardından şimdiki evrenin maddesini sağlamak üzere geriye bir şeylerin kalabilmesi için, pozitronlardan biraz daha çok elektron, karşı protonlardan biraz daha çok proton ve karşı nötronlardan biraz daha çok nötron var olmalıydı

İlk dönemden bu yana toplam 34 dakika 40 saniye geçmiştir Evrenimiz artık yarım saat yaşındadır Sıcaklık milyar derecelerden düşmüş, 300 milyon dereceye ulaşmıştır Elektronlarla pozitronlar birbirleriyle çarpışarak enerji açığa çıkarmayı sürdürürler Artık atomu oluşturacak olan parçacıkların sayıları, madde evreninin oluşmasına imkan sağlayacak şekilde dengelenmiştir

Bu noktada ünlü fizikçi Prof Stephen Hawking'in konuyla ilgili sözleri ilgi çekicidir Hawking, anlatılan olayların aslında kavrayabildiğimizden çok daha ince hesaplar üzerine kurulduğunu şöyle açıklamaktadır: Eğer Big Bang'ten bir saniye sonra genişleme oranı, 100000 milyon kere milyonda bir değeri kadar az olsaydı, evren genişlemeyi bırakıp kendi içine çökecekti

Atom Spektrumları

Hayret verici bir keşif de atomların çizgi tayfı yaymalarının bulunmasıydı Bir gaz ısıtılırsa ya da bir gazdan elektrik akımı geçirilirse, madde ışık yayar Işığın tayfı, çeşitli renklere ayıran bir prizmadan geçirilerek analiz edilirse, tayfta yalnız belli renkli çizgiler görünmektedir 19 yy’da bu olayın açıklaması yapılamıyordu Oysa atomdan yayılan ışım, atomun içine bakış sağlayan bir ipucuydu

Robert Bunzen (1811-1899) ve Gustav Kirchoff'un (1824-1887) araştırmaları şu iki sonucu ortaya çıkarmıştı:

1 Her element, buhar veya gaz halinde, tıpkı insanlardaki parmak izi gibi kendine özgü bir çizgi spekturumu verir

2 Her elementin atomunun yaydığı ışık, aynı koşullarda, o elementin önceden soğurmuş olduğu ışıkıtır

Atom spektrumları arasında en geniş şekilde incelenmiş olana hidrojeninkidir Bir hidrojen lambasından yayılan ışık kırmızı mor renkte görünür Hidrojen molekülü, görünür ışık yaymaz Hidrojen lambalarında düşük basınçta, elektrik boşalımı yapılarak oluşturulan hidrojen atomları (uyarılmış hidrojen atomları) ışık yayar

Bu ışığın bir bileşeni kırmızı ışıktır Bundan başka hidrojen atomunun görünür spektrumunda yeşilimsi mavi ve menekşe çizgiler görülür Balmer, işte bu çizgiler için deneme yanılma yöntemiyle bir bağıntı türetmişti

Bohr Kuramı, doğal olarak bilim dünyasında büyük bir heyecan doğurdu Rutherford'a yazılan bir mektupta Einstein'in tepkisi anlatılırken şunlar yazılır: "Einstein'in kocaman gözleri daha da büyüdü ve bana "Demek ki büyük bir buluşla karşı karşıyayız" dedi"

Bakteriler

Bakteri dünyası, canlı çeşitliliğine, neredeyse sonsuz denilebilecek bir oranda katkıda bulunuyor Her gün yeni türler keşfediliyor ve birbirinin aynı olduğu düşünülen bakterilerin bile metabolizmaları incelendiğinde, aslında farklı türler oldukları ortaya çıkıyor

Bakteriler, Yeryüzü'nde yaşamın sürekliliği için çok önemli birçok biyokimyasal olayın gerçekleşmesini sağlıyor Kısacası, yaşamın temelindeki kimyasal olayların gerçekleşmesini bakterilere borçluyuz Tek olumsuz yönleri bazılarının hastalıklara yol açmaları; ancak, doğanın dengesinin korunması açısından düşünürsek hastalık yapıcı bakterilerin bile yararlı olduğu öne sürülebilir

Dünya atmosferi için oksijen kaynağı olan fotosentez olayını bitkilerin yanında fotosentetik bakterilerin de gerçekleştirdiğini bilmek çok etkileyici Büyük bir üretim zenginliği ve tür çeşitliliği olan bu görünmeyen kimyacılar, yani bakteriler bu yönleriyle bilime ve teknolojiye önemli olanaklar sunuyor

İyi yapılmış bir turşuyu yemenin keyfine doyulmaz, ama turşuyu tutturması zordur Su, tuz, sirke, şeker, limon gerekir ve bunların birbirine oranları da turşunun kalitesini belirler Turşu yapmanın amacı, asitli bir ortam sağlayarak meyve ve sebzeleri korumaktır

Tuz ve sirke, ortamda çürükçül bakterilerin ve küflerin çoğalmasına engel olur Tuzu az konulursa meyve ve sebzeler çürümeye neden olan bakterilerin ortamda çoğalması nedeniyle bozulur; turşu amacına ulaşamaz Sebze ve meyvelerin zevkle yenilen turşulara dönüşmesini ise sirkede doğal olarak bulunan bakteriler sağlar

Turşu yapımı, besin saklanması ve üretiminde bakteri kullanımının yalnızca bir örneği Turşu yaparken fermantasyon ürünü asetik asit olan Acetobacter bakterilerine oksijensiz bir yaşama ortamı sağlamak için, kavanozun kapağını hava almayacak şekilde kapatmak gerekir Kavanozun içinde oksijen kalması, turşunun niteliğini bozduğu için istenmeyen bakteri ve küf mantarlarının çoğalmasına yardım eder Turşunun sonbaharda yapılmasının da bir anlamı var

Sonbaharda sebze-meyve bolluğunun olması ve bunların kışın da yenebilecek bir şekilde saklanmasının amaçlanması bir yana, hava sıcaklığının ne çok sıcak ne de çok soğuk olması da önemli Çünkü bakterilerin yaşayabildiği ve çoğalabildiği belirli sıcaklık sınırları var Aynı durum yoğurt ve peynir gibi diğer besinlerin yapımı sırasında da önemli Bu besinlerin yapımını da bakteriler sağlıyor

Laktik asit bakterileri adı verilen bu bakteri grubu, oksijensiz solunum yani fermentasyon yoluyla şekeri kullanarak laktik asit açığa çıkarıyor Bakterilerin belirli sıcaklık aralıklarında yaşayabilmesinin nedeni ise enzimleri Enzimler protein yapısında olduğundan, işlevlerini ancak belirli sıcaklıklarda gerçekleştirebiliyorlar

Bakterilerin yaşayabildikleri ve çoğalmalarını gerçekleştirebildikleri sıcaklık sınırları türden türe farklılık gösteriyor ve bakterilerin inanılmaz çeşitliliği bu noktada birçok yönünü ortaya koyuyor Buzullarda çok düşük sıcaklıkta da sıcak su kaynaklarının dayanılmaz sıcaklığında da yaşayabilenler var Bunun dışında, tuz ya da asit oranı çok yüksek ortamlarda yaşayabilen binlerce tür bulunuyor

Mikrobiyolojiye giriş niteliğinde bir derse yeni başlamış olan öğrencilere ilk öğretilen şeylerden biri bakterilerin doğada her yerde bulunduğudur Örneğin, evinizin bahçesindeki toprakta milyonlarca tür ve milyarlarca birey bulunabilir

İlk laboratuvar uygulamasında çeşitli ortamlardan alınan örneklerden hazırlanan kültürlerdeki mikroorganizma üremeleri gözlenir ve öğrencileri şaşkına çevirir Bunların birçoğu zararsızdır ve ekolojik dengenin sürmesinde önemli işlevleri vardır Bazıları ise insan ve hayvanlar için hastalık etmenidir

Vücudun çeşitli bölümlerinde enfeksiyona neden olabilirler Hastalık etmeni bakterilerin bazıları besinlerin hazırlanması ya da saklanması sırasında temizlik koşullarına uyulmadığında, besinlere bulaşır, bunların içinde çoğalır ve toksin (zehir niteliğindeki bileşikler) üretirler bu besinler insanlar tarafından tüketildiğinde, sonucunda "besin zehirlenmesi" denilen duruma neden olabilirler Hastalık etmeni olan bakterilerden korunmanın yolları aşılamalara ve temizlik kurallarına özen göstermekten geçer

Makroskobik Dünya'nın Mikroskobik Canlıları

Bakterilerle ilgilenmeye yeni başlayan biri için onların dünyasını keşfetmek, yeni bir gezegen keşfetmeye benzer Dünya'nın en küçük canlılarından olan bakteriler, gezegendeki doğal ekolojik sistemlerin işleyişinde çok önemli bir yere sahiptir

Besin, mineral ve enerji döngülerinde "kimyacı" gibi işlev gören bakteriler, canlılar arasındaki ilişkilerde etkin bir rol oynar Bu yüzden, bakteriler canlılıkla ilgili süreçlerin anlaşılmasına yardım ederler

Yaklaşık 3,5 milyar yıl önce, yaşayan ilk hücreler olarak ortaya çıktıkları belirlenen bakteriler en basit yapılı canlılar olmalarının yanında, dünya yüzeyinde belirli bir canlı grubuna ait en büyük kütleyi oluştururlar

Bakteriler, canlılar aleminde "Prokaryotlar" olarak adlandırılıyorlar Bitkilerin ve hayvanların yaşamsal işlevlerinin birçoğu, bu prokaryotik hücrelerin etkinliklerine bağlı olarak gerçekleşir Atmosferdeki oksijenin yarısından fazlasını fotosentez yapan Cyanobacteria adı verilen gruba ait bakteriler üretir Bu bakteriler önemli bir miktarda karbon dioksit ve azot gazlarının organik bileşik olarak bağlanmasına da yardım ederler

Atmosferle yer ve canlılar arasındaki azot döngüsünde, havadaki serbest azotun canlılar tarafından bağlanmasına yönelik tek mekanizma, baklagillerin köklerinde özel yumrucuklar içinde yaşayan, yumrucuk bakterileri ya da cins adı Rhizobium olan bakteriler tarafından sağlanıyor

Bakterilerin, baklagillerle olduğu gibi başka canlılarla da simbiyotik (ortak yaşam biçiminde) ilişkileri var Bu ilişkilerde karşılıklı yararlanmalar söz konusu Örneğin, bazı böceklerde yavruların cinsiyetini, simbiyotik ilişki içinde olduğu bakteriler belirliyor Geviş getiren hayvanlarda ise, sindirimi oldukça zor olan selüloz, bağırsaklarda yaşayan bakteriler tarafından parçalanıyor

Hastalık yapan bakterilerin konaklarıyla olan ilişkisi ise asalaklık biçiminde (parazitik) bir yaşam olarak değerlendirilebilir Toprakta yaşayan bakteriler de toprakların verimliliğine katkıda bulunur

Çürükçüller (saprofitler) adı verilen bu bakteriler ölmüş canlıları parçalayarak, onların proteinlerinde bağlı olarak bulunan azotun ve diğer minerallerin toprağa geçmesini ve yeniden azot döngüsüne katılmasını sağlar Bakteriler azot ve oksijen döngülerine katıldıkları gibi, karbon ve kükürt döngülerine de etkin olarak katılırlar

Bakteriler, yaklaşık 1 mikrometre çapında olup, hücre zarından ve DNA ipliğinden başka farklılaşmış yapı içermezler, hücrenin içi ise metabolik tepkimeleri sürdüren enzimler, küçük organik bileşikler ve inorganik iyonlarla doludur Boyutlarının ancak mikroskopla görülebilecek kadar küçük olmasına bağlı olarak, onların Dünya'daki en yaygın yaşam formları olduklarını ve en büyük canlı grubu kütlesini oluşturduklarını görsel olarak hissetmek pek zordur

4,5 milyar yaşındaki Dünya'da yaklaşık 2 milyar yıl kadar tek canlı grubu olarak yaşadıkları düşünülen bakterilerin en eski örnekleri olduğu kabul edilen fosiller Batı Avustralya'da bulunmuştu ve yaklaşık 3,5 milyar yıl önce yaşamışlardı Bu fosil örneklerinin yapısından ve içinde bulundukları kayaların özelliklerinden fotosentez yapan bakterilerin en az 3 milyar yıl önce var oldukları belirlendi

Evrim sırasında oksijen üreten fotosentetik bakteriler gibi canlı formlarından sonra, oksijen kullanan yaşam formlarının ortaya çıktığı ve diğer canlı türlerinin de böylece oluştuğu düşünülüyor Bu açıdan, bakteriler, canlılığın başlangıcında da etkin bir role sahip görünüyor

Bakteriler, yapı bakımından birbirine çok benzer gruplar altında ele alınırlar Bu yüzden bakteriyologlar, bakterileri görünüşlerine göre değil, biyokimyasal özelliklerine göre değerlendirirler Asit ya da metan üretenleri, oksijeni ve kükürtü indirgeyenleri olabilir Enerjisini çok çeşitli kimyasal kaynaklardan elde edenleri bulunabilir; ancak, çoğu bakteri çevredeki fiziksel ve kimyasal koşullar uygun olmadıkça büyüyüp gelişemez

Son yüzyıl içinde Robert Koch'un öncü çalışmalarıyla varlıkları belirlenen bakterilerin, bugüne kadar 5 000 türü tanımlanmış ve bunun daha buzdağının tepesi olduğu düşünülüyor Buzdağının alt kısımlarında ise birçok hayvanın sindirim organlarında, derin deniz ve yer katmanlarında yaşayan türler var Türlerin, özellikle de görünüş olarak birbirine çok benzeyenlerin nasıl ayırt edildiğine gelince, bunda da genler kullanılıyor

Türleri birbirinden ayırmak için 16S ribozomRNA'sını kodlayan gen incelenir Bu gen her organizmada var; ancak, evrimsel anlamda öyle yavaş değişim geçiriyor ki, nükleotid dizilişi bir türün tüm bireylerinde tamamen aynı olabiliyor Bu da türler arası farklılıkları ortaya koymaya yarıyor

Yine de araştırmacılar 16SRNA geni üzerindeki çalışmaların, gerçek çeşitliliğin daha azına ışık tutacağını düşünüyorlar Çeşitlilik üzerine yapılan çalışmalarda, ribozom RNA'sı yönünden bakınca, köpek ve insanın aynı organizmaymış gibi görülebileceği de araştırmacıları düşündüren konular arasında Tür çeşitliliğinin diğer canlılarda olduğu gibi bir de biyokimyasal yönü var Bakterilerin biyokimyasal işleyişleri ise, ancak laboratuvarlarda saf kültürler üzerinde izlenebiliyor

Biyokimyasal ve ekolojik bilgileri yalnızca gen dizilişlerini inceleyerek elde etmek pek olası değil Bir türün tüm tipik özelliklerinin belirlenmesi laboratuvar çalışmalarını da gerekli kılıyor Bakterilerin bu tür çeşitliliğinin nereden geldiği düşünülebilir

Hızlı çoğalmaları, hareketli olmaları, yaygınlıkları ve kalıtsal yapılarının mutasyonlar (DNA yapısında oluşan ani ve kalıtsal değişiklikler) nedeniyle kolaylıkla değişebilir olması onların dış koşullarda oluşan değişikliklere kolaylıkla uyum sağlayabilmelerine olanak sağlıyor

Haploid yapıda olmaları, yani DNA'larının tek zincirli olması nedeniyle, mutasyonların oluşturduğu değişiklikler diğer nesillere kolaylıkla aktarılabiliyor Çoğalmaları da çok kısa sürede gerçekleştiğinden, yeni türlerin ortaya çıkması da büyük bir zaman almıyor olsa gerek

Bakterilerde çoğalma ikiye bölünme ile gerçekleşiyor İnsanda bağırsaklarda doğal olarak yaşayan bir bakteri türü olan Escherichia coli üzerinde yapılan çalışmalarda E coli'nin 20 dakikada bir ikiye bölündüğü belirlenmiş Neyse ki birçok bakteri hemen ölüyor Böyle olmasaydı, E coli hücrelerinin 20 dakikada bir durmadan bölündüklerinde tüm dünyayı kaplayacak hacime 43 saatte ulaşacakları hesaplanmış

Hatta iki saat daha geçtiğinde 6,6 x 1020 tona ulaşarak Dünya'yla yaklaşık olarak aynı ağırlığa geleceği de düşünülmüş Çoğu bakteri hücresi öldüğünden bu duruma gelinmiyor; çünkü, besin için aralarında büyük bir yarış var ve diğer bazı organizmaların (küf mantarı ve bazı bakteriler gibi) ürettiği doğal antibiyotikler de onları öldürüyor Evet, bakteriler aynı zamanda diğer bakterileri öldüren antibiyotikler üretiyorlar Hatta vitamin sentezi yapanlar da var

İlaç endüstrisinde, bu bakterilerin saf kültürlerinin antibiyotik üretmesi sağlanıyor ve sentetik olmayan antibiyotikler çoğunlukla bu yolla elde ediliyor Antibiyotiklerden başka, aşılar ve tıbbi açıdan yararlı bazı enzimler de bakteriler tarafından üretiliyor Antibiyotiklerin çoğunu toprakta yaşayan bakteriler üretiyor

Streptomyces'ler gibi, Actinomycetes grubuna ait olan bakteriler, tetrasiklin, eritromisin, streptomisin, rifamisin ve ivermektin gibi antibiyotikleri üretiyorlar Bacillus türleri basitrasin ve polimiksin üretiyor Difteri, boğmaca, tetanoz, tifo ve kolera gibi hastalıkların aşıları da bakterilerden elde ediliyor

Ölüm ve Yaşam

Bakterilerin yaygınlığının bir nedeni de, yaşam evrelerinden birinin özelliğidir Sınırları çok hassas olarak belirlenmiş ortam koşullarında yaşayan bakteriler, koşullar bozulunca ya da onu zora koşmaya başlayınca, bölünmeye başlar Normal koşullarda bu bölünme sonucunda ana hücreden kalıtsal özellikleri tamamen aynı olan iki yavru hücre meydana gelir Ancak, koşullar bozulduğunda ya da besin azaldığında vazgeçilen ilk şey bu "aynılık" olur

İkiye bölünme yine gerçekleşir ama bu kez birbirine eşit olmayan, yalnızca birinin hayatta kalacağı iki hücre meydana gelir Bunlardan büyük olan ana hücredir ve küçük "kardeş"ini içine alır 10 saat süresince tüm enerjisini kullanarak onu besler ve kendini korumasına yardım edecek olan özel bir protein kılıf oluşturmasını sağlar

Böylece, varolan canlılar içinde en dayanıklı ve kendini koruyabilen nitelikteki bireyler oluşur Bu dayanıklı yapıya "spor" adı verilir İşte bakteriler, normal bölünmelerinin dışında, sporlar yoluyla Dünya'nın her yerine kolayca yayılırlar

Sporların iç kısmında DNA ve ribozomlar yarı kristalize bir halde bulunurlar Sporlar binlerce yıl gibi uzun süreler yaşabilirler Tıpkı geçen yıllarda, araştırmacıların 25 milyon yıl önce çam ağacı reçinesi içinde yakalanmış ve bugüne kadar korunmuş bir arının karnından çıkardıkları bakteri sporları gibi

Reçinenin sertleşmiş hali olan amber içindeki arı, laboratuvarda steril koşullar altında açılarak karnındaki bu eski bakterilerin sporlarının çıkarılıp, kültüre alınmasıyla bakteriler kolayca yeniden gelişmeye başladılar Bu tarihi bakterinin kalıtsal özelliklerinin arıların sindirim sisteminde bulunan Bacillus sphaericus adlı bir bakteri hücresine benzediği de belirlendi

B sphaericus, arıların sindirim süreçlerine yardım eder ve aynı zamanda antibiyotik üreterek, onları hastalıklara karşı korur Bu örnekte de olduğu gibi, sporlar, uzun süre uykuda kaldıktan sonra, uygun koşullar bulduklarında yeniden gelişmeye geçerler

İngiliz ve Rus bilim adamları yukarıdaki örneğin benzerlerinin, Antarktika'da buz altında yeni bulunmuş olan ve yaklaşık 50 000 yıldır dış dünyayla hiçbir bağlantısı kalmamış olan bir gölde de olabileceğini düşünüyorlar ve eğer varsayımları doğruysa, gölün altında yaklaşık bir milyon yıl öncesinin yaşam formlarına rastlayabileceklerine inanıyorlar

Bakteriler sınırsız sayıda bölündüklerinden, kural olarak ölümsüz kabul ediliyorlar Ancak, yapılan son çalışmalarda araştırmacılar, bakterilerde ölümsüzlükten çok ölümün bulunduğunu belirlemişler

Bakteriler bir hücre olarak kabul edildiklerinde ölüm çok önem taşımıyor, ama daha büyük bir organizma bütününün bir parçasıymış gibi bakılırsa, ölümün onlar açısından anlamı değişiyor Bu tartışmayı hissedebilmek için bakteri kolonilerine bir göz atmak gerek

Bazı bakteri türleri koloniler halinde yaşıyorlar, yani aynı türün bireyleri tek tek yaşamaktansa bir "birey grubu" olarak yaşamayı tercih ediyor Bu kolonilerin birçoğunda bireyler arasında bir işbölümü var Bu işbölümüne bağlı olarak da hücrelerarası farklılaşmalar olabiliyor E coli türünde de görülen bu koloniler incelendiğinde, bireylerin farklılaşmış yapılar sergilediği gözlenmiş

Bu farklılıkların hücre büyüklüğü, biçimi ve enzim çeşitleri açısından olduğu ortaya konmuş Değişik genlerin etkisi değişik bireylerde ortaya çıkabilmiş ya da mutasyonlar gerçekleşmiş Bu sırada çevreye uyum sağlayan bireylerin yanında, çok sayıda hücrenin de öldüğü belirlenmiş

Araştırmacılar, spor oluşturan ana hücrenin ölümünün de bu durum gibi yorumlanabileceği görüşündeler ve bazı bireylerin diğerlerinin yararına öldüklerini düşünüyorlar

Bu konu üzerinde belki de daha çok çalışacak ve düşünecekler Diğerinin yararına ölme durumuna neden olarak da şimdilik, sporların "hayatta kalma" yani DNA'yı koruma ve devam ettirme amacına hizmet ettiğini, bu durumun belki de hayatta kalanların ölenlerin proteinlerini kullanabilmeleri için gerçekleşmiş olabileceğini gösteriyorlar

En önemli soru da, hangi bireylerin öldükleri? Araştırmacılar, bunun da bir şans işi olduğunu, doğru ya da yanlış yerde, doğru ya da yanlış zamanda bulunmanın bu durumun belirleyicisi olduğunu düşünüyorlar

Bakteriler Bilimin Emrinde

Moleküler genetik biliminin ve rekombinant DNA teknolojisinin ilerlemesiyle, bakteriler önemli roller almaya başladılar Genlerin nasıl işlediği bilindiğinden beri, bilim adamları canlıların genleri üzerinde oynayabiliyorlar Bunun ahlaki yönü tartışıladururken, bilimsel çalışmalar da hızla ilerliyor Bakterilerin genetik müdahalelerle doğrudan ne ilgisi olduğunu düşünebilirsiniz

Bakteriler, genetik yapısı değiştirilmek istenen canlılara aktarılmak istenen genlerin taşınması için yalnızca bir araç Bazen kendinde varolan bir geni, bazen de dışarıdan yapısına eklenen genleri, genetik yapısı değiştirilmek istenen canlıya taşımada kullanılıyorlar Örneğin, insandan eritropoietin adı verilen ve kımızı kan hücrelerinin yapımından sorumlu olan bir hormon bulunuyor

Böbreği olmayan kimselerde bu hormon yapılamıyor Normal koşullar altında üretilmesi çok zor olan bu hormonun yapımını kontrol eden gen, bakterilere aktarılıyor Böylece, bakteriler bu hormonu üretebilir hale geçiyorlar ve bu yolla elde edilen hormon birçok kişi için yaşam kurtarıcı oluyor

İnsan insülini de bu yolla elde edilebiliyor Bir başka örnek de tarımdan verilebilir Patatesin soğukta donmasına belli bir bakterinin bir geninin neden olduğu belirlendikten sonra, bilim adamları, biyoteknolojik yöntemlerle bu geni taşımayan bakteriler ürettiler

Bu bakteriler patates tarlalarına bırakıldığında, sonuç olumluydu Patatesler artık donmuyordu Çünkü, donmaya neden olan geni işlemeyen bakteriler normal bakterilerle besin kaynakları için yarışıyor ve normal bakterilerin sayısının azalmasına neden oluyor

Çevre açısından tehlike taşıyan maddelerin temizlenmesi için yapılan biyoteknolojik uygulamalarda da bakteriler kullanılıyor 1989'da Alaska'da Exxon Valdez petrol tankeri kazasında petrolün denize dökülüp çevrede ve canlılarda büyük zararlara yol açmasından sonra petrol ürünlerini parçalayan bakteriler geliştirildi

Bitkiler üzerinde yapılan biyoteknolojik çalışmalar da daha çok hastalıklara, böceklere ve yabani otları öldüren ilaçlara karşı, bitkilere direnç kazandırmaya yönelik oluyor Örneğin, Agrobacterium tumefaciens tarımda bitkilere genetik müdahaleler yapılırken kullanılıyor

Sonuçları son yıllarda alınan, ama yaklaşık otuz yıllık bir çalışmanın ürünü de selüloz üreten bakteriler Selüloz, normal koşullarda bitki hücrelerinin duvarlarında bulunan bir molekül

Doğal bir polimer olan selüloz, dünyada çok yaygın olması nedeniyle, kâğıt ve pamuk endüstrilerinde önemli bir yer edinmiş durumda Biyoteknologlar bitkiler olmadan da selüloz üretebilmenin yollarını ararlarken, Acetobacter xylinum adlı bir bakteri türünün ürettiği selülozun yüksek bitkilerin ürettiklerine benzer olduğunu buldular

Fotosentetik bakterilerden olmayan A xylinum'un selülozu oldukça güçlü, katlanınca şeklini koruyan ve esnek olan bir yapıya sahip Bu nedenle, kumaş ve tıbbi malzeme olarak kullanılması düşünülüyor Ayrıca, pamuk bitkisinin kalitesini artırmada, A xylinum'dan yararlanılması da planlanan çalışmalar arasında Ancak, çalışmalar henüz ticari boyuta ulaşmamış durumda

Bir İngiliz biyoteknoloji şirketi de bakterileri plastik üretiminde kullanıyor Biyolojik olarak parçalanma özelliği taşıyan bu polimerler, Alcaligenes eutrophus adındaki bakteri türü tarafından fermentasyon sırasında yapılıyor

Biyopol adı verilen bu polimerler, şişelerin ve kontrollü miktarda kullanılması gereken ilaç şişelerinin yapımında kullanılıyor Bakterinin plastiği nasıl ürettiğine gelince, bakterilere besin olarak glikoz ve propiyonik asit veriliyor Bakteriler de bunu polyestere dönüştürüyor

Bu polyester, bakteri için enerji kaynağı olmanın yanı sıra, tıpkı insan hücrelerinin yağ depolaması gibi depolanıyor Hücreden alındığında da polipropilen gibi esnek bir materyal elde ediliyor Ancak, polipropilenden önemli bir farkı biyolojik olarak bileşenlerine parçalanabilmesi ve ortamda birikmemesi

Bakteriler, basit yapıları ve biyolojik süreçlerinin kolay anlaşılabilirliği ve hızlı çoğalmaları yüzünden, moleküler biyoloji ve genetik konusunda yararlı bir laboratuvar deneği konumuna geldiğinden, özellikle biyoteknoloji konusunda ilerleyen çalışmalar sonucunda geleceğe yön vereceğe benziyorlar

Beynin Evrimi

Canlılar, yaşamlarını sürdürmek ve bulundukları ekolojik ortama uyum sağlamak için, göreceli olarak gelişmiş duyu organlarına ve bu durumu yansıtan beyin yapısına sahiptirler Tüm vertebralılarda beyin, embriyon gelişimi sırasında nöral kanalın ucunda bulunan 3 kabartıdan meydana gelir: Ön, orta ve arka beyin

Temelde birçok ortak yapı olmasına karşın, değişik türlerde beyin, vücudun herhangi bir organına göre çok daha büyük farklılık gösterir Farklı türlerde duyusal alıntılar ve bunlara verilen cevaplar çok farklıdır ve o tür için yaşamsal önem taşımaktadır Canlıların beyinlerinde, temel bazı ortak özellikler vardır Koku alma merkezi, ön beynin yapısını şekillendirir

Balık ve sürüngenlerde, bazı türler dışında bu kısım, toplam beyin hacmine oranla oldukça büyüktür Bu durum memelilerde ise çok değişkendir Örneğin özellikle yüksek primatlarda küçükken, karınca yiyenler ve armadillolarda son derece büyüktür

Balıkta koku alma birincil enformasyon kaynağıdır Bu büyük koku alma merkezine ilaveten, beynin büyük bir kısmı bu iş için kullanılmaktadır Sürüngenlerde beyin belirgin bir şekilde balıklardan daha büyüktür ve neokorteks oluşumu ortaya çıkar Omurgalıların evrimsel gelişimi sırasında giderek daha gelişir ve görme, tatma ve dokunma gibi duyuların alımı ve kullanımı ile ilgilidir

Bu kısımların işlevi, balıkta orta ve arka beyin aracılığıyla sağlanmaktadır Neokorteksin genişlemesi entellektüel öğrenimi sağlar Bu gelişim cerebrum’un orta beyni tamamen kapladığı, gelişmiş memelilerde, doruk noktasına ulaşır Bu organizmalarda artık corpus callosum vardır Böylece iki yarım kürenin neokorteksi, binlerce sinir bağı aracılığıyla iletişim haline geçer ve hızlı bilgi alışverişi mümkün olur

Balıkta görme lobları küçüktür Sürüngenlerde ve kuşlarda ise hemen her zaman gelişmiş bir yapı gösterirler Memelilerde, optik lobların homoloğu olan superior colliculi’nin boyutu son derecede küçülmüştür ve beynin arka kısmında, occipital lobda iki küçük yumru olarak yeralır

Cerebellum göreceli olarak kuşlarda en büyüktür Balıklarda, medulla oblangata dokunma, ısı, tat ve dengenin oluştuğu tek merkezdir Yüksek vertebralılarda bu görev neokorteks tarafından yapılmaktadır Ancak insanlarda bile çok gelişmiş neokortekse rağmen reflekslere cevap verme yetisini hâlâ medulla oblangata korumaktadır Kuş ve memelilerde giderek kompleksleşen nöronal alışverişin gerçekleştiği bir yer olarak belirmeye başlar

Primatlarda ve İnsanda Beyin Yapısı

Bilindiği gibi insan "gelişmiş memeliler" olarak tanımlanan "Primat Takımı" nın bir üyesidir Evrim basamaklarında ilk olarak sürüngenlerde ortaya çıkan neokorteks primatlarda çok gelişmiştir ve beyin hacminin yarısını oluşturur Diğer memelilerin çoğunda üçte bir oranındadır

Primatlarda varolan becerikli ellerin ve kompleks sosyal davranışların temelinde bu genişleme yatar Primatlarda dış dünyadan alınan enformasyon temelde görme duyusuna dayanır ve gelişim sürecinde de bu eğilimi gözlemek mümkündür Erken evrelerde örneğin dinozorların nesillerinin yokolduğu 2 zamanın (yaklaşık 65 milyon yıl) sonunda, ilk primatlar yerde "terrestrial" yaşam biçimini sürdürmekteyken başat olarak koklama duyusunun öne çıktığı bilinmektedir

Zaman sürecinde, ağaç yaşamına uyum sağlayan "arboreal" primatlarda görme duyusunun öne çıkmaya başladığı gözlemlenir Primat takımı iki alt takımdan oluşur: Prosimii’ler ve Antropoid’ler Prosimii’ler; Lemur ve Tarsius’ları içerirken, Antropoid’ler; Eski ve Yeni Dünya maymunları, kuyruksuz büyük maymunlar ve insanı da kapsayan Hominid’leri içerirler Bu sınıflandırmada beyin gelişimi açısından birinciden sonuncuya doğru beyin kapasitesinde bir artış eğilimi gözlenmektedir

Prosimii’lerde Duyu

Ağaç yaşamına uyum sağlamış dolayısıyla da uzaklığı doğru algılamanın yaşamsal önem taşıdığı primat takımında, görme algısı çok gelişmiş ve stereoskopik görüş yetisi ortaya çıkmıştır Bilindiği gibi ekseni birbirine paralel olan her iki gözün aynı objeye bakabilme ve derinliğini algılama yetisi "stereoskopik görme" olarak tanımlanır

Prosimii’lerde örneğin Lemur’larda görme yeteneği gelişmiştir Ancak Primat takımının alt basamaklarında yeralan bu canlılarda koku hâlâ çok önemlidir Lemurlardan bazıları gece faal "nocturnal", bazıları da gündüz faal "diurnal"dir Her iki yaşam biçimini benimsemiş olanlarda da görme ön plandadır Objeleri elleriyle de yakalar ve dokunurlar, ancak dokunma duyusu hâlâ burundadır

Antropoid’lerde Duyu

Primatların daha gelişmiş olan alt takımı Antropoid’lerde görme, Lemur’lara göre daha öne çıkmaktadır Koku alma soğanı küçülmüş ve daha basit bir yapı sergilemektedir Nasal passage -burun boşluğu- küçülüp yüzün gerisine gitmiş, karşılığında göz öne doğru çıkmıştır

İleri ve tamamen öne doğru bakış Antropoid’lerde ortaya çıkmıştır Gözlerin öne doğru ilerlemesi çiğneme apareyinden de yüzü uzaklaştırmış ve çiğneme kasılması sırasında göz yuvarlağındaki küçük oynamaların gözün keskin (acute vision) görüş yeteneğini bozmasını engellemiştir

Bu canlılarda araştırma ve manipulasyon için diş ve öne doğru uzamış burunu (muzzle) kullanmaktan çok, elleri kullanma eğilimi vardır Bundan dolayı da reseptörler muzzle’dan çok elde toplanmıştır Görme simülasyonunu alan bölgeler ve eldeki çok duyarlı reseptörler göreceli olarak büyük ve komplikedir

Primatlarda cerebral cortex’in çok geliştiği ve genişlediği görülür Cerebral cortex beynin dış yüzeyindeki kalın "gri cisim" tabakasıdır Burada "yüksek mental fonksiyonlar" olan; hafıza, birleştirme, neden arama vbden sorumlu bölgeler vardır

Primatlardaki beyin bölgelerinin oranları aynı zamanda ileri derecede becerisi olan ellerin kullanımına yönelen bir eğilime işaret ederYaşayan primatlarda "beyin" gelişimi kortikal genişleme açısından dört aşama gösterir: - En ilkeli Prosimian’lardır (Lemur ve Tarsius’lar)-

Eski ve Yeni Dünya maymunları bir sonraki aşamadır- Ape’ler özellikle de Pongidae daha gelişmiş olanlarıdır (Kuyruksuz Büyük Maymunlar)- En sonuncusu da insandır

İnsan beyni diğer Primatlarla karşılaştırıldığında cerebral cortex’in en geniş olduğu ve her bölümünün aynı oranda gelişmediği bir form olarak karşımıza çıkar İnsan beyninde en fazla gelişim gösteren iki bölge vardır: Frontal (alın) asosiasyon bölgesi ve Parietal (duvar kemikleri- beynin üst sağ ve solunda yer alan bir çift kemik) asosiasyon bölgesi

Bu bölgeler bilginin saklanması, yeni deneyimlerin eskilerle karşılaştırılması ve çeşitli duyu merkezlerinden gelen bilginin ve hafızanın (hatıraların, daha önceden yaşanmış olayların) neden arama, hayal gücü, konuşma ve diğerlerinin birleştirilmesi ile ilgilidirler Böylece "insana özgü" fonksiyonların kontrol edildiği bölgelerin bu alanlar olduğu ortaya çıkar

Frontal ve parietal bölgelerin görevlerinin bu önemi insanın morfolojik gelişim sürecinde kafatası büyümesinin neden özellikle alın ve yan taraflarda gerçekleştiğini açıklamaktadır Hominid’lerde zaman sürecinde birbiriyle doğru orantılı olarak beyinde hem hacim artışı olmuş, hem de frontal ve parietal genişleme gerçekleşmiştir

İnsanlarda frontal bölgenin fonksiyonu uzun süreli bir amaca yönelik olarak dikkati sürdürmek, şaşırtıcı bir uyaranı süzgeçten geçirerek almak ve birbirini tutmayan, anlaşılamayan uyaranların alıkonulması gibi olgularla ilgilidir Böyle bir kontrol mekanizması olmadan insana özgü bazı karakteristik aktiviteler mümkün olmazdı

Örneğin, yaralı bir hayvanı tüm gün izleme, avantajlı bir iş için risk alma ya da bir yiyeceği gruba getirmek yerine bulduğu yerde yeme içgüdüsünün bastırılabilmesi gibi Parietal asosiasyon bölgesinde de benzer büyük bir gelişim olmuştur Bu bölge hali hazırda birincil assosiasyon bölgeleri tarafından "sindirilmiş" bilgilerle ilgilidir Buraya gelen bir bilgi diğer yerlerden gelen ve hafızada yer alan bilgilerle birleştirilir

Hem öğrenme hem de konuşma dilini kullanma ve özetleme kabiliyeti, farklı duyu alanlarından gelen bilgiyi birleştirme becerisine dayanır ve parietal lobda gerçekleştirilir Aynı zamanda konuşmanın gerçekleştiği bölgedir İnsanda beyin neden gelişti?

İnsan beyini kendi takımı içinde -simian primatlar arasında- beklenildiğinin üç katı büyüklüğündedir ve bu büyüme sadece son birkaç milyon yıl içinde gerçekleşmiştir İnsan beyninin gelişmesine zemin hazırlayan en önemli olgu dik yürümedir Çünkü dik duruş postürünü benimsemiş bir organizmada kafatası omurga üzerinde altta ve ortaya yakın bir alanda yer alacaktır Dolayısıyla da yarı eğik postürdeki bir canlının kafatasının dengede durması için gereken ağır kas baskısı bulunmayacaktır Bu da beynin gelişmesi için gerekli temel zeminin oluşmasını sağlamaktadır

Yani insan beyninin gelişmesini hazırlayan temel öğe dik yürümeye uyumdur Daha sonra ateşin bulunması ve ön hazırlığı yapılmış yiyeceklerin yenmesiyle dişlerin küçülmesi masseter (çiğneme) kaslarının azalmasına neden olmuş bu da beynin gelişmesi için bir başka pozitif etken oluşturmuştur

Australopithecine’lerde beyin kapasitesi modern büyük maymunlardaki kapasite sınırları içerisindedir Bu grubun geneli için ortalama 450 cm olarak kabul edilmektedir Ansefalizasyon (beynin gelişimi) muhtemelen bu ortalamayı ilk olarak 25 milyon yıl civarında geçmeye başlamıştır Bu dönemde Homo Genusunun ilk üyeleri yaşamıştır

Koobi Fora’dan bulunan KNM-ER 1470 yaklaşık 750 cm bir beyin hacmine sahiptir 15 milyon yıl öncesinde Homo Erectus’ta beyin hacmi 1000 grama ulaşmıştı Beyin hacmi beden hacmine paralel olarak ilk Homo Sapiens’in muhtemelen ortaya çıktığı 400000 yıl öncesine kadar artmaya devam etmiştir

Erken Homo Sapienslerin beyin hacmi neredeyse bizimkine yakın bir büyüklüğe ulaşmıştır Avrupa Neandertallerinin beyin hacmi de modern insandaki aşamaya ulaşmıştır ve birçok bilim adamı bunların Homo Sapiens içine konulmaları gerektiğini söylemektedirler

Gırtlak yapısı açısından bazı değişikliler sergilemesi ve konuşma açısından sorun yaşadığının sanılmasına rağmen bu fosil insanlar, muhtemelen mental kabiliyetleri açısından modern insan seviyesindeydiler Tüm memelilerde vücut-beyin oranları dikkate alındığında beynin büyümesine doğru bir eğilim vardır Buna karşın beynin gelişme hızı memeliler arasında farklılık gösterir

Büyük beyin ancak yüksek enerjili diyetlerle kazanılabilir Erişkin bir insanda beyin, vücut enerjisinin yüzde 20’sini harcar Bu durum yaşamın erken aşamalarında daha da fazladır Yeni doğanda beyin ortalama vücut ağırlığının yüzde 10’unu oluşturur ve enerjinin yüzde 60’ın harcar

Bazı türlerin neden büyük beyine ihtiyaç duydukları sorusunu sormak yerine bunların büyük bir beyine sahip olmalarının nasıl üstesinden geldiklerini anlamaya çalışmak daha doğru olur Eğer yeterli enerji varsa -fonksiyonların oluşması türden türe farklılık gösterse de- büyük bir beyine sahip olmak tüm hayvanlar için avantajlı bir durumdur

İnsan beyninin evriminde iki aşamadan sözedilebilir: İlk aşamada Australopithecine’lerden Erken Modern Homo genusuna doğru olan çizgide beyin kapasitesinde büyük bir artış olmuştur Bu artış, beslenme rejiminin yüksek enerji ihtiyacının karşılanması yönündeki değişimine neden olmuştur

İkinci aşamayı oluşturan alet yapımı ve kullanımı döneminde; özel seçilim baskısı muhtemelen artan beyin dokusunun iletişim sistemindeki değişikliklerin belirlenmesinde esas rol oynamış olmalıdır Bu değişiklikler ise problem çözmedeki ilerlemede, sofistike alet yapımında ve en önemlisi de kültür ve dilin ortaya çıkmasında kendini göstermektedir

Endocastlardan girus ve sulcusları, belirli kan damarlarını, beynin şeklini anlayabiliriz Ancak bu çalışmalarda bazı sorunlar ortaya çıkmaktadır Bunlar:

Beyin büyüdükçe kortikal kıvrımlanma daha sıkı bir yapı gösterir ve dura mater daha kalın ve az esnek olur Bundan dolayı da bir insan veya kuyruksuz büyük maymunun kortikal detaylarını görmek daha küçük bir primatın bu tür özelliklerini anlamaktan çok daha zordur

Endocastları elde edebileceğimiz fosil kafatasları genellikle deforme olmuşlardır ve eksik parçaları vardır Bu da aynı özelliğe ait çok farklı yorumların yapılmasına neden olur

Endocast yüzeyine bakarak beynin iç organizasyonu genellikle yapılamaz Çok tartışmalı konulardan biri de lunate sulcusun yerinin bilinmesidir Bu bize birincil ve ikincil görme alanları arasındaki sınırı gösterir

Australopithecine’lerde bu sulcus’un göreceli olarak biraz daha arkada yer alması beyin fonksiyonlarının insana doğru yöneldiğinin bir diğer göstergesidir Hominid’lerde bipedal yürüme beyin yapısını etkileyen çok önemli bir olgudur ve muhtemelen lunate sulcus’un yerinin değişmesini de etkilemiştir

Dik yürümeye adaptasyon beyin kökünün Ape’lere göre çok daha vertikal olmasına neden olmuştur Bu durum beyinciğin oksipital loblara göre daha aşağıya inmesiyle sonuçlanmıştır Böylece lateral yüzde ye alan visual korteksin bir kısmı arka ortaya doğru kaymıştır Bu değişimler lunate sulcusun Australopithecine’lerde ve daha sonraki Hominid’lerde daha orta ve geriye kaymasına neden olmuştur

Fonksiyonal açıdan farklı bölgeler arasındaki sınırı gösteren central sulcusun da bulunup bulunmaması antropologlar için önemlidir Bu oluşum Antropoid’leri Prosimian’lardan ayırmaya yarayan kriterlerden bir tanesidir Oligosen’de yaşamış olan Aegyptopithecus’un beyin kalıbında bu oluşum gözle görülebilir Bu nedenle bu fosilin ilk Antropoid maymunlardan olduğu düşünülmektedir

İlk ortaya çıkan maymun formlarında, bu oluk somatik korteksi motor korteksten ayırdığından, bu fonksiyonel bölünmenin başladığını göstermesi açısından önemlidir Sylvian açıklık beyin yüzeyindeki özellikler içinde en önemlisidir Bu oluşum temporal lobun üst sınırını çizer, sol tarafta daha aşağıda ve daha uzundur Bu durum Homo genusunun ilk örneklerinin bazılarında görülmeye başlar

Modern insanlarda bu daha büyük Wernicke konuşma bölgesiyle ilgilidir Bazı fosillerde bu açıdan görülen benzerlikler bunların konuştukları izlenimini vermiş, ancak bazı maymun ve Ape beyinlerinde de bu asimetrinin bulunması bu konuda şüphe yaratmıştır

Ancak yine de kortikal asimetriler bize daha yaygınlaşmış fonksiyonel asimetrilerin orijini hakkında önemli ipuçları verebilir Broca bölgesini gösteren bazı sulcus özellikleri Homo habilis ve Homo erectus’te görülmüştür Bu kıvrımlar Australopithecine beyinlerinde görülmez Ancak biz sadece Broca bölgesinin fosil formlarda bulunup bulunmadığını söyleyebilmekteyiz Bu bölgenin fonksiyonun evrimini endocasttaki sulcus izlerine bakarak söylemek gerçekçi olmaz

İnsan beyninde bu sulcusların varlığı ve yeri çok değişkendir Ayrıca dil fonksiyon alanlarının yeri konusunda da bir tutarsızlık mevcuttur Daha da önemlisi maymun beyinlerinde de benzer bir alan bulunmuştur ve bu nedenle de bu girus ve sulcusların fosillerde bulunması tamamen yeni bir yapıya işaret etmez

Australopithecine ve Erken Homo türleri arasında beyin hacminin büyümesi cerebral korteksin her alanında birçok yeni kıvrımın oluşmasına neden olmuştur Bu yeni kıvrımlar da spesifik bir değişmeden çok, büyümenin genel bir sonucu olabilir Belki de bu hominidler Broca bölgesini konuşma için kullanmış olabilirler Ancak endocastlar bu işin ispatlanması için yeterli değildir Burada anlatılan zorluklara rağmen endocastlar bizim için eski beyinlerin yapısını anlamaya yarayacak en önemli ipuçlarıdır

Çekirdek Dünyası

Bir çekirdek santralinde elektrik üretimi ilk kez 1951 yılında ABD'nin Idaho Eyaletinde gerçekleşti Bugün 26 ülkedeki 500'ün üstünde reaktör, 200000 MW civarında elektrik gücü üretmekte olup bu, yaklaşık günde 10 milyon varil petrole eşdeğerdir

Fransa, Belçika, ve Tayvan elektriklerinin yarıdan çoğunu reaktörlerden elde emektedir Finlandiya, İsveç, İsviçre, Bulgaristan ve Japonya bunların hemen arkasından gelmektedir Amerika Birleşik Devletlerinde üretilen enerjinin yaklaşık yüzde 20 si çekirdek enerjisidir Bu, dünya ortalamasının biraz üstündedir Çekirdek teknolojisinin bütün başarısına rağmen bu ülkede 1979 dan beri yeni çekirdek güz santraller planlamamıştır Neden?

1979 martında soğutma sistemindeki aksaklılar Pensilvanya'nın "Three Mile" adasındaki üç reaktörden birisini çalışamaz hale getirdi ve bir miktar radyoaktif madde etrafa yaydı Bir çekirdek reaktörü atom bombası gibi patlamasa da büyük toplulukları tehlikeye atacak bozukluklar olabilir Gerçek bir felaketten ucu ucuna sıyrılmakla beraberle "Three Mile" Adası olayı çekirdek enerjisiyle ilgili tehlikelerin gerçek olduğunu açıkça gösterdi

1979'dan sonra yeni reaktörlerin daha güvenli bir biçimde yapılması kaçınılmazdı Bu zaten yüksek olan maliyeti daha da artırdı Ayrıca ABD'deki de elektrik gereksinimi kısmen verimi artırma çabalarından kısmen de çok elektrik kullanan bazı endüstrilerin gerilemesinden dolayı beklendiği kadar hızlı artmıyordu Bunların bir sonucu olarak yapımı eskisi kadar ekonomik görünmüyordu Bu kamuoyunun yaygın rahatsızlığı ile birleşince ABD'de çekirdek enerjisinin yayılması durdu

Başka yerlerde durum farklıydı Çekirdek reaktörleri bol fosil yakıt kaynakları bulunmayan pek çok ülkenin enerji gereksinimini karşılamak için hala en iyi yol olarak görünüyordu Daha sonra Nisan 1986'da ciddi bir kaza o zamanki Sovyetler Birliği'ndeki 100 mw'lık Çernobil reaktörünü tahrip etti

Atmosfere fazla miktarda radyoaktif malzeme girdi ve rüzgarlarla dünyanın değişik yerlerine taşındı Reaktör civarındaki yerleşim merkezleri tahliye edildiIşınıma maruz kaldıklarından yüzlerce santral ve kurtarma işçisi öldü Özellikle yiyeceklerin radyonüklütlerle yaygın bir biçimde kirlenmesi gelecek yıllardaki kanser ölümlerini çok artıracaktır

ABD'de "Three Mile" adasından sonra olduğu gibi Avrupa'da Çernobil'den sonra kamuoyunun çekirdek programlarının güvenliği hakkındaki endişesi arttı Bazı ülkeler örneğin İtalya yeni reaktör yapma planlarını terketti ve bazı mevcut reaktörleri de kapamayı düşünmeye başladı Diğer bazı ülkeler de örneğin Fransa çekirdek programlarının gerisindeki mantık Çernobil'e rağmen bunları sürdürecek kadar kuvvetli olarak kaldı

Reaktörlerin kendi güvenliklerinden tamamen farklı olarak oluşturdukları atıkların ne yapılacağı sorunu vardı Eski yakıt çubukları içerdikleri uranyum ve plütonyumu ayırmak üzere işlem görmekle birlikte kalan hala yüksek derecede radyoaktiftir Aktifliğin pek çoğunun birkaç ay içinde ve kalanın çoğunun birkaç yüzyılda gitmesine rağmen radyonüklütlerden bazılarının yarıömürleri milyonlarca yıldır Şu an ABD'de 15,000 tonun üzerinde kullanılmış çekirdek yakıtı depolanmaktadır

Çekirdek atıklarını yerin derinliklerine gömmek şu anda onlardan kurtulmanın en iyi uzun vadeli yolu olarak görülmektedir Doğru yerin özelliklerini saymak kolay olmakla birlikte, böyle bir yerin bulunması zordur Deprem olasılığı az ve jeolojik açıdan kararlı olmalı, civarında kalabalık merkezler bulunmamalı, ısı ve ışınım etkisiyle parçalanmayan fakat delinmesi kolay bir kaya türü olmalı ve yakında kirlenebilecek yer altı suyu bulunmamalıdır Önümüzdeki yüzyılın başlarında atıkların gömülmesine başlamayı planlayarak uygun yerlerin bulunması çalışmaları sürdürülmektedir

Cotanjant Kavramı

İlk defa "Seked" terimi ile Mısır Matematiğinde görüldü Arabistan'da ve Hindistan'da Güneş'in yüksekliği ile ilgili çalışmalarda bulunulmuş, bu sayede yatay gölge yardımıyla gölge-güneş sistemi açısı "Cotanjant" olarak isimlendirilmiştir

Darwin'e Göre Duyular

Ağlamak, gülmek, üzülmek gibi duygularımızı ifade ettiğimiz davranışları, kalıtımsal olarak devralıyoruz Bütün canlılarda birçok duygu ifadesi ortak Gözyaşlarının kimyasını inceleyen bilim adamları, ağlama nedenine bağlı olarak gözyaşının kimyasal içeriğinin değiştiğini açıklıyorlar

Eğer, çok üzüldüğümüz için ağlıyorsak, gözyaşımızdaki protein çeşidi ve miktarı, gözümüze toz gibi yabancı bir nesne girdiğinde döktüğümüz gözyaşındakinden oldukça farklı Bu bulgular ışığında bilim adamları, gözyaşlarının vücudun üzüntü ve stres sırasında salgıladığı kimyasallardan bir çeşit kurtulma yolu olduğu teorisini geliştirdiler

Pekala, nasıl ağlıyoruz ya da bir başka deyişle bu tip fizyolojik sebeplerin yanında anatomik olarak ağlamamızı sağlayan nedir?Ağlamak, birkaç hayvan türü dışında sadece insanın sergileyebildiği bir ifade şekli Evrimsel olarak, insanoğluna en yakın hayvan olan maymunların ağlama yetisine sahip olmaması, bizim bu ifade şeklini, evrimimizin son basamağında kazandığımızı gösteriyor

Evrim Hakkında Bilmemiz Gerekenler

Evrim hakkında bilmemiz gereken en önemli noktalardan biri, şu an yaşayan hiçbir türün bizim atamız olmadığıdır Her tür kendi yegane evrimsel tarihine sahiptir ve en az insanoğlu kadar moderndir Evrim söz konusu olduğunda yapılan en büyük hatalardan biri, insanın günümüz maymun türlerinden evrim geçirerek ortaya çıktığı düşüncesidir Ancak, gerçek şu ki insanoğlu ve maymunlar nesli tükenmiş ortak bir ataya sahiptir ve günümüz maymunları tamamen modern türlerdir

Evrim düşünüldüğünde, genelde akla hep morfolojik değişimler gelse de, aslında davranışsal değişimleri de gözönünde bulundurmamız gerek Bir organizmanın başarısı, davranışlarına -belki içgüdüsel davranışlar demek daha doğru olabilir- bağlıdır Bu davranışlar, organizmanın öncüllerinin deneyimleri sonucu, genlerinde depolanmış ve hayatta kalma şansını arttıran faktörlerdir Çünkü, türün bireyleri arasındaki en temel iletişim yoludur

Korkuda Ortak Yönler

Şimdi, tekrar başlangıçtaki noktamıza dönecek olursak; hangi anatomik yapılarımız duygularımızı ifade etmemizi sağlıyor? Bu davranışlar içgüdüsel ve evrensel olabilir mi ve insanoğlu duyguların ifadesi söz konusu olduğunda gerçekten diğer hayvanlarla benzerlik gösteriyor mu?

Darwin'in Expression of Emotions in Man and Animals (1872) kitabında ele aldığı örneklere geçmeden önce, bu davranışların nasıl ortaya çıktığına bir göz atalım Acaba, bu davranışlar Darwin'in düşündüğü gibi belli bir duyguyu ifade etmek için ilk önce türün birkaç bireyi tarafından uygulanıp, ardından diğer bireylere sıçramış ve zamanla evrensel olmuş olabilir mi?Tüm hayvanların paylaştığı, en temel duygulardan biri olan korkuyu incelemek, bu tip davranışların gerçekten içgüdüsel olup olmadığı hakkında bizi aydınlatabilir mi?

Hayvanlar korktukları zaman titrerler Her ne kadar, titreme aşırı mutluluk ya da öfke halinde görülse de, çoğunlukla korkunun muhtemel bir göstergesidir Hayvanlarda korkunun ya da öfkenin bir diğer ifadesi vücuttaki tüy ve kılların dikilmesidir Böylece, hayvan olduğundan büyük ve korkutucu görünecek ve karşısındaki düşmana kolay bir av olmadığı mesajını verecektir

İnsanlara baktığımızda, hayvanlara benzer bir tabloyla karşılaşıyoruz İnsanlar ve hayvanlar korktukları zaman ağızlarını ve gözlerini açar, hareketsiz durur ve neredeyse hiç nefes almazlar İlk olarak ağzın açılması, daha fazla havanın vücuda girmesini ve bireyin daha uzunsüre hareketsiz kalarak düşmanın dikkatini çekmemesini sağlar

Her ne kadar insanların vücudu hayvanlar gibi kıllarla kaplı olmasa da, korktuğumuzda derimizin yolunmuş tavuk benzeri bir görüntü alması, aynı refleks davranışın insanlarda da varolduğunu ve hayvanlardakiyle aynı kasların kasıldığını gösteriyorBu refleks bize bir zamanlar tüm vücudu kıllarla kaplı atalarımızdan miras kalmıştır

Korku anında sergilenen bu tepkisel davranışların istemli ya da içgüdüsel olarak gerçekleştiğini anlayabilmek için Hoimar Von Ditfurth'un, Dinozorların Sessiz Gecesi-2 kitabında verdiği bir örneği hatırlamak bize yardımcı olacakDitfurth, bu kitabında tavuklar üzerinde yapılan bir deneyi açıklar Deneyde, bilim adamı bir tavuğun beyninin çeşitli bölgelerine elektrotlar yerleştirir ve elektrik akımı ile özellikle orta beynin belli bir bölgesini uyardığında, biraz önce açıkladığımız korku anında ortaya çıkan davranışları sergilediğini görür

Çevrede hayvanın korkmasına sebep olabilecek bir şey olmadığı halde, beynin bu bölgesi uyarıldığı anda hayvan korkmaya ve içgüdüsel olarak belli "şablon" davranışları uygulamaya başlar Bu davranışlar hayvanın beyninde bulunan hazır programlardır ve beyin doğal olarak uyarıldığında harekete geçerek hayvanın yaşamını kolaylaştırır, doğal seçilimle ayıklanır ve genler yoluyla gelecek nesillere geçerler

İnsanlarda ise büyük beyin kabuğunun ortaya çıkardığı bilinçli davranışlar yüzünden bu tip hazır programların varlığı pek belirgin değil Ancak, karanlıkta yapayalnız kaldığımız bir anı düşünelim Görme yeteneğimizi büyük ölçüde kaybettiğimiz için beyin kabuğu etraftaki gelişmeler konusunda tereddüte düşecek ve orta beyin baskın konuma geçecektir

Böyle anlarda, hiç sebep yokken korkmaya başlar, sanki karanlıkta hayaletlerin bize saldıracağını hissederiz Bu hayaletler aslında karanlıkta bizden daha iyi görebilen ve bir zamanlar atalarımız ormanlarda yaşarken gece onlara saldırmış olan hayvanların beynimizdeki kopyalarıdır Bu davranışların pekçoğunun beynimizde hazır programlar halinde bulunabileceğini ve içgüdüsel olabileceğini gördüğümüze göre, şimdi pek çok hayvanda ortak olan ifade şekillerine bir göz atabiliriz

Ses ve Benzerlikler

İnsan dahil pek çok hayvan duygularını ifade edebilmek için sesini kullanır Hayvanlar, çok fazla korktuklarında belki de türün diğer bireylerini potansiyel bir düşmana karşı uyarabilmek için çığlık atarlar Belli durumlarda sesin kullanılmasında alışkanlığın da rolü var Özellikle, sosyal hayvanların ses organlarını daha serbest kullandığını görüyoruz

Öfke, sevinç, korku, acı, memnuniyet; hepsinin ifadesinde ses organlarının katılımı var ve öyle görünüyor ki, aynı ses hemen hemen her türden hayvanda aynı duyguları uyandırıyor Benzerlik, sinir sisteminin tüm türlerde benzer mekanizmalarla işlediğini gösteriyor Örneğin, bir kuşun şarkısı bize mutluluk verirken, korkutucu bir çığlık hoşumuza gitmez

Yazının başında da bahsettiğimiz gibi, ağlamak, üzüntünün bir göstergesiSadece insanlar değil, diğer hayvanların da üzüldüklerinde bağırdığını görüyoruz Bağırırken, gözlerin çevresindeki kaslar kasılır ve bu göz kapaklarının kapanmasına sebep olur Göz kapaklarının kapanması ve gözün kaslarla sıkıştırılması ise göze kan hücumunu engeller ve böylece gözü korur İnsanlarda, göz ne zaman çevresindeki kaslar tarafından sıkıştırılsa gözyaşları salgılanır

Ağlama eylemini gerçekleştirebilen yegane tür insandır Gözyaşlarının en önemli görevi gözde sürtünmeyi engellemek ve burunu ıslak tutarak koklama gücünü arttırmaktır Üzüntü, hemen her türde isteksizliğe, hareketsizliğe sebep olur Birey, çok yavaş nefes alır ve genelde bu nefes alışlar iç çekmeleriyle bölünür Tüm bu melankolik davranışlar bilinçdışı ve içgüdüsel olarak sergilenir

Hayvanlar saldırganlaştıklarında, kalp atışları ve dolayısıyla kan dolaşımları hızlanır ve bu da özellikle insanlarda yüzün kızarmasına sebep olur Vücut her an saldırabilmek ve düşmanı korkutabilmek için diktir ve tehditkar bir görüntü sergiler

Mutluluk Anları

Mutluluk anlarında ise hayvanlar amaçsız hareketlerle çevrelerinde gezinir ve gülerler Maymunlar ve insanlarda alkışlamaya da rastlıyoruz Aşırı mutlulukta attığımız kahkahalar da reflekstir ve çevremizdekilere mutlu olduğumuzu belirtirSevgi de mutluluk gibi bize zevk veren bir duygu

Sevgimizi birine göstermek için güleriz, gözlerimiz parlar Sevgimizi gösterebilmek için fiziksel temasta bulunma ihtiyacı, Darwin'e göre çocukluğumuzda annemizden gördüğümüz yakın temas ve sevginin bir ürünü ve kalıtımsal Tüm hayvan türlerinde fiziksel temas, birbirine sarılma, sevginin göstergesidir Örneğin, kediler ve köpekler sahiplerine sürtünmekten, yavrularını yalamaktan büyük zevk alırlar Sevdiğimiz birini öpmek de aynı şekilde fiziksel temas ihtiyacından doğar

Darwin, tüm bu duygu ifadelerinin kalıtımsal ve evrimsel olduğunu düşünüyor ve bu ifadelerin başta istemli olarak sergilendiğini, zamanla öğrenilerek alışkanlık haline geldiğini ve doğal seçilimle kalıtımsallaştığını ve gelecek nesillere geçtiğini söylüyorDuyguların ifadesinin kalıtımsal olduğunu özellikle kör insanları incelediğimizde daha iyi anlıyoruz

Körlerin hiçbir yüz ifadesini ve vücut hareketini taklit yoluyla öğrenme imkanları yoktur Ancak, incelendiğinde hepsinin bu bahsettiğimiz ifadeleri sergilediğini görürüz Duyguların ifadesi evrenseldir, çünkü hangi ırktan insana bakarsak bakalım aynı yüz ifadeleri her zaman aynı duyguların göstergesidir

Gözlemlerimiz, tüm ırklardan genç, yaşlı tüm insanların ve pekçok hayvanın belli duygularını aynı şekilde ifade ettiğini gösteriyor İnsanlar ve hayvanlar arasındaki bu benzer davranışlar kökenimiz hakkında bize bir ipucu veriyor Öyle görünüyor ki, duyguların ifade edilebilmesi en önemli iletişim yollarından biri ve bireyin bir toplum içinde yaşama şansını arttırdığı için türlerin evriminde doğal seçilimle korunarak, bir nesilden diğerine geçiyorlar

Darwin ve Moleküler Devrim

Doğal seçilim aslında bir genetik kuramı Çünkü doğal seçilim süreci genetik çeşitliliğin varlığını gerektiriyor Bu çeşitlilik ortamında, Darwin'in deyimiyle "varolma mücadelesi"nde, avantajlı özelliklere sahip bireyler varlıklarını sürdürebiliyor ve bu özelliklerini bir sonraki kuşağa aktarabiliyorlar

Ancak Darwin, genetik süreçlerin nasıl işlediğini -özelliklerin bir kuşaktan diğerine nasıl aktarıldığını- bilmiyordu Ebeveynler ve yavrular arasındaki genel benzerliğin farkında olsa da, kalıtım sürecinin ayrıntılarını anlamamıştı Oysa, tam da Darwin'in evrim düşüncesini geliştirmekte olduğu sıralar, Gregor Mendel, bu ayrıntıları anlama aşamasındaydı

Darwin, Mendel'in makalesini hiçbir zaman okumadı Sonuç olarak, o sıralar kalıtımla ilgili geçerli yaklaşım olan "karışımsal kalıtım" düşüncesiyle yetinmek zorunda kaldı Bu düşünceye göre bir yavru, ebeveynlerinin özelliklerinin bir karışımını taşırdı ve genellikle bir özellik, anne ve babanınkilerin ortalaması gibiydi

Ancak, "Türlerin Kökeni"nin yayımlanmasından sekiz yıl sonra (Mendel'in makalesinden bir yıl sonra), 1867'de, bir mühendis olan Fleeming Jenkin, karışımsal kalıtım ve doğal seçilimin birbirleriyle uyumlu olmadığını gösterdi Biri kırmızı, diğeri beyaz iki kutu boya olduğunu ve doğal seçilimin "kırmızı" özelliği yeğlediğini düşünün Karışımsal kalıtım durumunda, kırmızı bir birey ile beyaz bir bireyin çiftleşmesi sonucu oluşacak yavrular her zaman pembe olacaktır

Yalnızca kırmızı ile kırmızının çiftleşmesi durumunda kırmızı bireyler ortaya çıkacak, diğer tüm çiftleşmelerdeyse (ör beyaz + kırmızı: pembe + kırmızı) kırmızılık azalacaktır Yeni ve yararlı bir özellik olan kırmızı, büyük bir olasılıkla ender olarak ortaya çıkacak ve hakim durumdaki beyaz form ile çiftleşerek pembe yavrular üretecektir

Diğer bir deyişle, karışımsal kalıtım her şeyin orta noktaya yaklaşmasına yol açacak, renk pembeye yaklaştıkça, bir uç nokta olan kırmızı yok olacaktır Fleeming'in düşüncesi, haklı olarak bunun doğal seçilimin etkisine ters düşen bir süreç olduğuydu

Darwin, Jenkin'in haklılığını görerek kuramını kurtarmak için bir yol aradı ve "pangenesis" adını verdiği kendi kalıtım kuramını ortaya attı Bu kuram özünde, Jean-Baptiste de Lamarck adlı Fransız biyologun, 19 yüzyılda dile getirdiği ve sonradan "Lamarkizm"le tanımlanacak olan kalıtım sürecine benziyordu

Bu süreç, "edinilmiş özelliklerin kalıtımı"nı içeriyordu Temelde Lamarck, bir canlının, yaşamı süresince edindiği özellikleri yavrularına geçirebileceğine inanıyordu Lamarck'ın kendisi tarafından kullanılmamış olmasına karşın, bu konudaki en ünlü örnek zürafanın boynuyla ilgili olanıdır Lamarkizme göre tek tek her zürafa, en üst dallardaki yapraklara ulaşabilmek için yaşamı boyunca boynunu gerdiği için, yaşlı bir zürafanın boynu gençlerinkine göre biraz daha uzundur

Lamarck, zürafanın boyun uzunluğundaki bu değişimin yavrularını da etkileyeceğini düşünüyordu; böylece sonraki kuşağın zürafaları, yaşamlarına önceki kuşaktan daha uzun boyunlarla başlayacaklardı Darwin'in Pangenesis Kuramı ise bu süreç için bir mekanizma öneriyordu: Vücudun değişik parçalarında üretilen "gemül"ler, kana karışarak eşey hücrelerine, yani erkekte sperm, dişideyse yumurta hücrelerine taşınıyordu Her bir gemül, anatomik bir parça ya da bir organa ait özellikleri belirliyordu Bu durumda bir zürafanın yaşamı boyunca boynunu germesi, "boyun uzunluğu" gemüllerinin sürekli "daha uzun boyun" sinyalleri göndermesine neden olacaktı

Lamarck ve Darwin yanılmışlardı Darwin'in kurguladığı sistemin yanlışlığını ortaya çıkaran, kendi kuzeni Francis Galton oldu Galton, birkaç kuşak boyunca tavşanlara, başka renk tavşanlardan kan verdi Darwin haklı olsaydı, kanın içindeki yabancı renk gemülleri nedeniyle alıcı tavşanların en azından birkaç tane 'yanlış renkte'yavru üretmeleri beklenirdi Oysa Galton, deneyi birçok kuşak boyunca tekrarlamasına karşın, beklenenden farklı bir renk oranı gözlemlemedi

Jenkin'in eleştirilerini yanıtlayabilmek için son çare olarak Pangenesis'e sarılmış olan Darwin'se, Galton'un ortaya koyduğu delilleri kabul etmek istemedi Sonunda, Darwin'in öldüğü sıralarda, Alman biyolog August Weismann, sperm ve yumurta oluşturan eşey hücrelerinin diğer vücut dokularıyla ilişkisi olmadığını ortaya koydu Yani bir zürafanın boynuyla sperm/yumurta üreten hücreleri arasında hiçbir iletişim yoktu Dolayısıyla Lamarkizm ve Pangenesis, biyolojik olarak olanaksızdı

Darwin'in, Mendel'in çalışmaları konusunda bilgisi olsaydı, Jenkin'i yanıtlayabilmek için son derece ayrıntılı, üstelik de bütünüyle yanlış olan Pangenesis Kuramı'nı ortaya atması gerekmeyecekti

Mendel, bezelye bitkilerini üreterek yaptığı gözlemlerine dayanarak, daha sonra "gen" adı verilecek olan kalıtım etkenlerinin, bireyin deneyimlerinden etkilenmedikleri, aksine, kuşaktan kuşağa bir bütün olarak ve değişmeden aktarıldıkları sonucuna vardı Ayrıca bazı koşullar altında, bir özellik geçici olarak gizli kalabiliyordu

Kırmızı ve beyaz boya kutularımıza dönecek olursak, ilk çiftleşmenin sonucunda pembe bireyler ortaya çıksa bile bir sonraki kuşakta, örneğin pembe + pembe çiftleşmesinden kırmızı bireyler elde edilebilirdi Böylece Mendel'in çalışmaları hem doğal seçilimi Jenkin'in eleştirilerinden kurtarıyor, hem de doğal seçilimin işleyebileceği genetik bir temel sağlıyordu

Doğal seçilimin kritik etkeniyle ilgili olarak (önce karışımsal kalıtım, sonra da Pangenesis konusunda) Darwin'in iki kez yanıldığı düşünülürse, bu kuramın varlığını sürdürmesi çok olağandışı bir durum Üstelik, kuruluşundaki hatalara karşın bu kuramın doğruluğu artık kanıtlanmış bulunuyor

Bu olağandışı sonucun nedeni, Darwin'in öncelikli olarak bir 'deneyci'(empiricist) olmasıydı: Onun için önemli olan gözlemlerini açıklama çabaları değil, gözlemlerin kendisiydi Evrim biyologu Ernst Mayr'ın da yazdığı gibi, "Darwin, genetik çeşitliliği bir 'kara kutu'gibi ele aldı Hem bir doğabilimci, hem de hayvan yetiştiriciliğiyle ilgili literatürü izleyen bir okuyucu olarak çeşitliliğin her zaman var olduğunu biliyordu ve bu onun için yeterliydi Ayrıca, doğal seçilimin hammaddesi olan çeşitliliğin, her kuşakta yenilendiğinden ve dolayısıyla her zaman varolacağından da emindi Diğer bir deyişle, doğal seçilim kuramının öncülü olarak doğru bir genetik kurama gereksinimi yoktu"

Öte yandan, son 50 yıl içinde moleküler genetik alanında kaydedilen olağanüstü ilerlemeyi gözönüne alırsak, Darvin'in düşüncelerinin varlığını sürdürebilmiş olması daha da şaşırtıcı Jim Watson ve Francis Crick, DNA'nın sarmal yapısını "Türlerin Kökeni"nin yayınlanmasından neredeyse 100 yıl sonra ortaya çıkardılar O zamandan beri moleküler biyolojide kaydedilen ilerlemeleri Darwin'in öngörmesine olanak yoktu Yine de onun basit kuramı, biyolojide kendisini izleyen tüm gelişmelere ters düşmeden yaşadı Hatta yeni bulgular, kuramı zayıflatmak bir yana destekledi bile

Moleküler genetiğin en son zaferini, insanın (ve birçok başka türün) genomundaki dizilimin eksiksiz olarak belirlendiği çalışmayı ele alın: Kendisi de genom projelerinin başlatanlarından olan Jim Watson, projeden bugüne kadar elde edilen en önemli bulgunun ne olduğu konusunda düşüncesi sorulduğunda, "Genom projesi Darwin'in, kendisinin bile inanmaya cesaret edebileceğinden daha haklı olduğunu gösterdi" yanıtını vermişti

Ayrıca Watson beklenilenin tersine, genom projesinden çıkarılacak tıbbi sonuçlar yerine evrimsel sonuçlan vurgulamayı yeğledi Çünkü genom projesi, genetik organizasyonun temel özelliklerinin tüm canlılar tarafından ne ölçüde paylaşıldığını ortaya çıkarmış bulunuyordu Watson haklı olarak, genom çalışmalarıyla birlikte, canlıların evrimsel bağlantılarıyla ilgili yeni ufukların da açılacağı düşüncesinde

Yakın zamanda, "Türlerin Kökeni"ni yeniden yazma ve güncelleştirme işini üstlenmiş olan İngiliz bilimci Steve Jones da, Darwin'in çalışmasının sağlamlığından etkilenenlerden: "Sonuç olarak bu kitap (benim beklemediğim kadar) aslına benzeyen bir yapıt oldu Darwin'in tezi bir asırlık bilimsel gelişmeyi kolayca kaldırabiliyor"

Tüm bulgular, Darwin'in düşleyebileceğinin çok ötesinde olmalarına karşın, "Türlerin Kökeni"nde çizilen çerçeveye rahatça oturuyorlar Bu modern çağda, Darwin, gerçekten de "kendisinin bile inanmaya cesaret edebileceğinden daha doğru"

Yaprak yiyebilmek için moleküler düzeyde ne gerekli?

Doğal seçilimin gücünü en iyi ortaya koyan süreçlerden biri de "benzeştiren evrim"dir Bu süreç, akrabalıkları olmayan canlı gruplarının, aynı seçilim baskısı sonucunda benzer özellikler edinmesini içerir Bu yakınlaşma farklı düzeylerde olabilir: Örneğin kuşların ve yarasaların kanatlan, benzeştiren evrim sonucunda oluşmuştur

Her iki çözüm de bir uçma organı yaratmak şeklindeki evrimsel sorunu paylaşır Kuş ve yarasa kanatları temelde bütünüyle farklıdır elbette (örneğin, kuş kanadı kuşun yalnızca ön ayağını, yarasa kanadıysa hem ön hem de arka ayakları içerir) Ayrıca bu iki canlı grubunun, uçma yeteneğini birbirlerinden bağımsız olarak kazandıkları da çok açıktır Taksonomistlerin yarasayı kuş olarak sınıflandırma tehlikesi yoktur; çünkü bu canlılar ortak olan sorunlarını çok farklı yollarla çözmüşlerdir

Ancak, taksonomistler için büyük sorun yaratan doğal seçilim örnekleri de var Bazı durumlarda benzeşim süreci o kadar etkili oluyor ki, ortaya çıkan benzerliğe dayanarak hiçbir akrabalığı olmayan canlılar, yanlışlıkla aynı gruba konulabiliyorlar Örneğin, soyu tükenmiş olan keselikurdun, görünürde kurda çok benzemesi, ilk taksonomik değerlendirmeler sonucunda bu iki canlının yakın evrimsel akrabalar olarak sınıflandırılmasına (diğer bir deyişle benzerliklerinin, kurt-benzeri ortak bir atadan evrimleşmiş olmalarından kaynaklandığı düşüncesine) neden olmuş

Oysa daha ayrıntılı bir incelemede, temelde çok farklı iki ayrı memeli grubuna ait oldukları ortaya çıkıyor: Keselikurt bir keseli, kurtsa bir etenli (plasentalı) memeli Yani bir kurda benzemesine karşın keselikurt, aslında kanguru gibi keseli hayvanlarla daha yakın akraba Öyle görünüyor ki, iki ayrı bölgede 'köpek'liği yeğleyen seçilim baskısı, biri keseli, diğeri plasentalı olmak üzere iki farklı hayvan çözümüyle sonuçlanmış

Darwin'in bu örneklerle bir sorunu olmayacağı kesin Ancak DNA devrimi, seçilim sonucu oluşan benzerlikleri çok daha ayrıntılı incelememize olanak tanıyor Doğal seçilim ne kadar duyarlı? Benzer seçilim baskıları, farklı gruplar arasında moleküler düzeyde benzeşmeyle sonuçlanabilir mi? Diğer bir deyişle, temel bir işlevi yerine getirmek üzere belli bir proteini kullanan çeşitli canlılar arasında, protein dizilimi açısından benzeştiren evrim gelişmesini bekleyebilir miyiz?

DNA dizilimi, yaşamın aktif molekülleri olan proteinleri kodlar Proteinlerin kendileriyse aminoasit adı verilen yapıtaşlarından oluşurlar Yani bir genin DNA dizilimi, oluşacak aminoasit zincirini belirler Dolayısıyla DNA diziliminde oluşan bir mütasyon, üretilen proteinin aminoasit dizilimini de etkiler Öyleyse, belli bir proteinin belli bir biçimde kullanımının yeğlendiği durumlarda, akrabalığı olmayan canlıların aminoasit diziliminde de benzeştiren evrim görmeyi bekleyebilir miyiz?

Doğal proteinlerde 20 farklı aminoasit bulunabiliyor Proteinin belli bir yerinde bu 20 aminoasitten herhangi biri bulunabileceği için, olası farklı dizilim sayısının çok yüksek olduğunu unutmayın Örneğin, 200 aminoasit uzunluğundaki bir protein için 20 üzeri 200 farklı aminoasit dizilimi bulunabilir Doğal seçilim, proteinin işlevini en iyi biçimde yerine getirmesini sağlayan dizilimi yeğler Ama doğal seçilim ne kadar kesin sonuç verebilir? Belli bir işlev için ortak seçilim baskıları olduğunu varsayarsak, farklı canlı gruplarında bağımsız olarak aynı aminoasit dizilimiyle -bütün olasılıklara karşın yeğlenen dizilimle- sonuçlanabilir mi?

Belli koşullar altında, "evet" Bunun en iyi örneğini yaprak-yiyen hayvanlarda görebiliriz Yaprak yemek, besin elde etmenin zahmetli bir yolu; çünkü bitkilerde hücre duvarının temel maddesi olan selülozun parçalanması, özellikle zor Ve selülozu parçalayamazsanız yaprak hücrelerinin içine ulaşıp gerekli besinleri alamazsınız Bu nedenle, "geviş getirenler" olarak bilinen, ineğin yanısıra başka evcil hayvanları da içeren memeli grubu, mikroplardan yararlanır

Bu hayvanların bağırsaklarında, selülozu ustaca parcalayabilen bakteri toplulukları yaşar Kısacası inekler, selülozu parçalayıp bitki hücrelerini açmak için bakterileri kullanırlar Ama bakteriler bu hücrelerin içindeki besini kendileri kullandıkları için, ineklerin bu kez de besini bakterilerden ayırmanın bir yolunu bulmaları gerekir Bunu yapabilmek için inekler ve diğer geviş getirenler, "lizozim" adı verilen ve bakterilerin hücre duvarını parçalayan bir enzim (aktif bir protein) kullanırlar

Sonuç olarak, bir ineğin yediği otlardan besin elde etme süreci son derece dolaylı: Otu yiyor, bakteriler bitkinin selüloz hücre duvarını parçalıyor ve hücrenin içindekileri kullanıyor: bundan sonra ineğin bağırsaklarındaki lizozim, bakterileri parçalıyor ve sonunda besinler ineğe ulaşabiliyor Evrimsel açıdan lizozim, yeni bir sindirim işlevi için kullanılmış oluyor Enzimin tipik işleviyse, memeli vücudunu bakteri saldırılarına karşı korumak; hayvan için sorun yaratmalarına fırsat vermeden, bakterilerin lizozimler tarafından parçalanması gerekiyor Örneğin, gözyaşındaki lizozim bu yolla bakteriyel enfeksiyon riskini azaltıyor

Aslında geviş getirenler yaprak yemekte uzmanlaşmış tek memeli grubu değil Özellikle Asya'da yayılım gösteren ve langur adı verilen bir grup maymun da bu işi yapabiliyor Peki ama langurlar selülozu sindirme sorununu nasıl çözüyorlar? Şaşırtıcı bir şekilde (ve geviş getirenlerle hiç de yakın akraba olmadıkları için bağımsız olarak) bu sorun için aynı çözümün evrimleştiğini görüyoruz: Onlar da bağırsaklarında, işlevi selülozu parçalamak olan bir bakteri topluluğu barındırıyorlar Ve onlar da, bakterilerin bitkilerden aldıkları besini elde etmek için, bakterilerin hücre duvarını parçamada lizozimden yararlanıyorlar

Bu olgunun kendisi, benzeştiren evrimin diğer bir deyişle bütünüyle ayrı iki hayvan grubunun ortak bir evrimsel sorunda aynı çözüme ulaşmasının, güzel bir örneğini oluşturuyor Ancak benzeşim bununla da kalmıyor: Langur maymunlarına ve geviş getirenlerden biri olarak ineğe ait lizozimlerin aminoasit dizilimlerini karşılaştırdığımızda, bu kadar uzak akraba olan gruplar için bekleyebileceğimizden çok daha yüksek bir benzerlik buluyoruz Daha ayrıntılı bir inceleme yaptığımızdaysa, geviş getirenlerdeki belli aminoasit değişimlerinin (olasılıkla lizozimin sindirime ilişkin bu yeni işlevi kazanmasını kolaylaştırmak üzere) langurlarda da gerçekleşmiş olduğunu görüyoruz

Bu son derece olağanüstü bir sonuç Bu iki yaprak-yiyen grup, yalnızca selüloz sorununu çözmek için kirli işlerini bakterilere yaptırmakla kalmadılar, lizozimi genel bir bakteriyel savunma enzimi olmaktan, sindirim işlevinin temel öğesi olmaya dönüştüren aminoasit değişimleri açısından da benzeştiler Doğal seçilimin, aminoasit diziliminde evrimle sonuçlanması gerçekten dikkate değer bir olgu Bizim gibi (ya da inekler ya da langur maymunları gibi) karmaşık hayvanların vücudunda üretilen yaklaşık 100 000 farklı protein var Ve bu örnekte, bu proteinlerden yalnızca bir tanesinde, lizozimde oluşan küçük farklılaşmalar, doğal seçilimin gücünü yönlendirmek için yeterli olmuş

Yakın geçmişte bu öykünün bir başka yanı daha ortaya çıktı Geviş getirenler ve langur maymunları gibi yaprak yiyen ve dolayısıyla selüloz sorunuyla karşı karşıya olan bir kuş türü incelendiğinde, yalnızca Amazon havzasında bulunan ve son derece garip görünüşlü olan "hoatzin" adlı bu kuşun da, selüloz sorununu bakterilerin yardımıyla çözdüğü ve bakterileri parçalamak içinse lizozim kullandığı bulundu Evet, yaprak yiyen iki memeli grubuna ait lizozimin ve hoatzin lizoziminin aminoasit diziliminde de benzeşme oluşmuş Diğer bir deyişle, moleküler düzeydeki bu benzeştiren evrim örneğinin yalnızca memelileri değil, kuşları da içerdiğini görüyoruz

Elektrik Enerjisi

- Elektrik enerjisinin diğer enerji türlerine dönüştürülmesi kolaydır

- Diğer enerji türlerine göre çok uzaklara taşınması ve kullanılması son derece rahattır

- Verimi yüksektir Bir enerji, istenen başka bir enerji türüne dönüştürülürken, ekseriya istenmeyen başka enerji türleri de ortaya çıkar Bunların arasında özellikle ısı enerjisinin büyük olması dikkati çeker İstenmeyen bu ısı enerjisi, yararlanılamadığı için yitirilir ve verimi düşürür İşte elektrik enerjisinin ısıdan başka bir enerjiye dönüştürülmesinde oluşan ısı enerjisi az olduğu için verimi yüksektir

- Elektrik enerjisi sayısız bir çok parçaya ayrılarak kullanılabilir Örneğin: Bir elektrik santralında kazanılan elektrik enerjisi, enerji taşıma hatlarıyla büyük kentlere götürülmekte ve orada sayısız konut ve iş yerlerine dağıtılarak kullanılmaktadır

- Elektrik enerjisi bulunduğu yerin ekonomik, sosyal ve kültürel düzeylerini hızla yükseltir ve kendisine karşı duyulan gereksinmenin artmasına gene kendisi neden olur

- Elektrik enerjisi toplumların ekonomik, sosyal ve kültürel yönlerden kalkınmasını sağlayan ve çağdaş uygarlığın en önemli araçlarından biri durumundadır

- Son 50 yıl içinde baş döndürücü bir hızla ilerleyen teknolojideki gelişimler ve hatta bir ev kadınının eli altına bir makinanın verilmesi (örneğin çamaşır makinesi) elektrik enerjisi sayesinde olanaklı olmuştur

Elektrik enerjisinin belirtilen bu ve bunlara benzer avantajları ve iyi yönleri yanısıra sakıncalı yönleri de vardır Bunların başında elektrik enerjisinin depo edilemeyen bir enerji türü olması gelir Nitekim elektrik enerjisi üretildiği anda kullanılmak zorunluluğundadır Bundan dolayı üretim ile tüketim arasında devamlı bir dengenin bulunması gerekir Ayrıca üretim sisteminde bir arıza ortaya çıktığında, bu sisteme bağlı sayısız abonede hizmetlerin durmasına ya da aksamasına neden olur Bu nedenle, elektrik enerjisinin üretiminde sürekli bir devamlılığın sağlanması ve elde büyük ölçüde yedek sistemlerin bulundurulması zorunludur

Elektrik enerjisinin bir başka sakıncası da üretimine paralel olarak taşıma ve dağıtımı için özel düzenlere kesinlikle gereksinme duymasıdır Oysaki, örneğin: bir dokuma fabrikası ürünlerini tüketiciye götürmek için özel yollara ve taşıtlara gereksinme duymaz Bu görevi herkesin yararlandığı bir yoldan ve bir kamyon ile yapabilir Buna karşın elektrik enerjisinin taşıma ve dağıtılması için projeye ayrıca yatırımların (örneğin: direkler, teller, izolatörler) katılması zorunlu olmaktadır

ELEKTRİK ENERJİSİNİN İLETİMİ (TAŞINMASI) VE DAĞITILMASI

Genellikle birbirinden uzak olan elektrik üretim santrallarıyla tüketim merkezleri arasındaki bağlantı, iletişim şebekesi ve enterkonnekte sistemlerle sağlanır Elektrik depolanamadığından, üretildiğinde hemen kullanıcıya ulaştırılması gerekir Bu da üretim ve tüketimin her an dengede tutulması demektir Öte yandan tüketim miktarı bölgelere, mevsimlere ve hatta günün saatlerine göre büyük değişiklikler gösterebilir

Enterkonnekte sistemler, üretimi tüketim düzeyindeki değişimlere uyarlamayı sağlar Elektriğin iletimiyse, gerilimin gücüne bağlı olarak taşıma iletim sığası değişen elektrik hatları aracılığıyla gerçekleştirilir Gerilim arttığında iletim işleminde ciddi tasarruflar sağlanır: enerji kaybı gerilim düzeyiyle ters orantılı olduğu için enerjiden, hat miktarı azaldığı için yerden, şebekedeki bakım masrafları azaldığı için de harcamalardan tasarruf edilir Mesela, 1000 MW'lık bir nükleer santralın ürettiği elektriği boşaltmak için, 380000V'luk bir hat kullanılır; oysa aynı işi görmek için 154000V'luk altı hat veya 66000V'luk 30 hat gerekir

Enterkonnekte sistemler çok dağınık bölgelerin üretim imkanlarını birleştirerek, aynı malzeme güvenliği bakımından gerekli olan güç miktarının azalmasını sağlar Arızalar meydana geldiğinde, yerinde değiştirilmesi gereken parçalar o an için elde bulunmayabilir Bu durumda enterkonnekte sistem yardıma koşar; elektrik dağıtım istasyonlarında gerilimin akış yönü ayarlanarak anında ve en az harcamayla üretim ile tüketim arasındaki denge sağlanır Şebekenin yönetimi için gerekli emirler ve bilgiler özel iletişim hatları, özel telsizler kullanılarak sağlanır

Şebeke ve Gerilimler

Gerilim ne kadar yüksek olursa, bir hattın iletebileceği elektrik miktarı da o kadar yüksek olur Üretim santrallarından çıkan çok büyük miktarlardaki akımı iletebilen hatlar Türkiye' de 380000V veya 154000V düzeyindedir Uzak mesafeler arasına kurulan büyük iletişim şebekeleri ve enterkonnekte sistemler bu tip hatlardan oluşur Bu şebekeler, bütün üretim santrallarını birbirine bağlar Elektrik, gerilimi düşürüldükten sonra bölgesel şebekelere iletilir ve bu şebekeler yardımıyla ayrılarak dağıtım merkezlerine gönderilir

İletim şebekesi bölgesel, ulusal veya uluslar arası ölçekte de olsa, yönetim ve organizasyon nedenleriyle iletim işlemi Türkiye' de 34500V veya bunun üzerindeki bir gerilim düzeyinde gerçekleştirilir En çok kullanılan 380000V, 154000V, 66000V veya 24500V'tur 34500V'un altındaki gerilimlere ortalama gerilimler olan 20000V ve 15000V veya alçak gerilim olan 380 veya 220V'luk "dağıtım gerilimleri" denir

Petrokimya, metalürji (özellikle alüminyum), demir-çelik fabrikaları ve elektrikli ulaşım hatları (tren, tramvay) çok büyük tüketicidir Orta gerilim şebekeleri orta ve küçük sanayi işletmeleri ile büyük mağazalar veya yöresel yönetimler, hastaneler, okullar gibi merkezleri besler Son olarak, milyonlarca yerel kullanıcı, alçak gerilimli elektrik akımıyla beslenir

Elektrik Dağıtım Merkezleri ve Dağıtım Bağlantıları

Elektrik üretim merkezleriyle tüketicileri arasındaki bağlantı, elektrik iletim şebekesiyle anında sağlanır Elektriğin dağıtımı, üretim ve iletim merkezlerindeki karmaşık bir programlama sistemiyle gerçekleştirilir Dağıtım Türkiye Elektrik Kurumu (TEK) tarafından hazırlanarak uygulanmakta olan bir plana göre Türkiye çapında yapılır Bu amaçla haberleşme ve telekomünikasyon araçlarından, otomasyondan ve önceden hazırlanan istatistik verilerine dayalı öngörülerden yararlanılır Bu öngörülerde, ele alınan günün birkaç yıl öncesine kadar şebeke ve tüketim durumu dikkate alınır

Eskiden yılda bir kere yapılan tahminler, zamanla haftalık, günlük hale gelmiş ve tüketimin daha da yakından izlenmesi imkanı sağlanmıştır Dağıtım ve iletimde meteorolojik koşullar da çok önemlidir; kapalı bir hava veya güneşli bir hava büyük sıcaklık farklılıklarına yol açar ve bu da milyonlarca konutun ısıtma ve aydınlatılmasında rol oynar Elektrik akımının iletimi ve dağıtımı şebekeye bağlı dağıtım merkezlerince (transformatör istasyonları) sırayla yapılır

Şebeke dağıtım merkezlerinin iki ayrı işlevi vardır: hem hatların birbirine bağlanmasını sağlar (enterkoneksiyon), hem de dönüştürme işlevi üstlenir (transformatör) Transformatör istasyonları transformatörler (dönüştürücü), disjonktörler ve ayırıcılarla donanmıştır

Transformatörler, duruma göre elektrik akımının gerilimini yükseltir veya alçaltır; dolayısıyla, iletim ve dağıtıma en uygun gerilimi seçerek elektriğin taşınmasında büyük önem taşır Disjonktörler gerilim hattında herhangi bir aksaklık olduğunda akımı otomatik olarak kesmeye yarar Hattın şebekeden ayrılması gerektiğinde devreye sokulabilir

Ayırıcılar da aynı rolü üstlenir, ama hatta akım olmadığı zaman çalışır ve hattı şebekeden tamamen ayırmakta kullanılır Bir dağıtım merkezinin birçok farklı öğesi çoğunlukla açıktadır; bazı kentlerde bir dizi öğe yeraltında veya bina içlerinde olabilir Bunlar basınçlı gaz zarfı içinde tutulur Atmosferle pek temas etmediğinden, bundan kaynaklanan kirlenmelere uğramaz Merkezler biraz uzaktaki bir kumanda istasyonundan yönetilir

Elektriğin Ülke Çapında Dağıtımı

Türkiye'de elektrik dağıtımından genelde Türkiye Elektrik Kurumu (TEK) sorumludur; bazı bölgelerde bu işi özel şirketler üstlenmiştir Dağıtım kuruluşu tüketim ihtiyacına göre şebekeler kurmak, bunları yönetmek ve yenilemek, tüketicileri şebekeye bağlayan bağlantıları yapmak, dağıtılan elektriğin sürekliliğini sağlamak ve miktarını sabit kılmakla yükümlüdür İletim sistemi aracılığıyla yüksek gerilimde taşınan elektrik, alçak gerilime düşürülerek bir dağıtım merkezine, yani transformatör istasyonuna ulaştırılır Kırsal bölgelerde bu şebekeler açıktadır; yerleşim bölgelerindeyse çoğunlukla yeraltına döşenmiştir

Orta gerilim/alçak gerilim merkezlerinin bağlayıcı elemanı, farklı gerilimdeki iki şebekeyi birbirine bağlayan ve kısaca trafo denen transformatördür Alçak gerilimli dağıtım sistemi tüketicilere üç fazlı ve bir topraklı (nötr) elektrik sağlar; elektrik iki gerilim düzeyinden oluşur Bunlardan giderek yaygınlaşanı fazlar arası 380V ve faz-toprak arası 220V gerilimidir Fazlar arası 200V ve faz-nötr arası 127V olanı giderek azalmaktadır

En çok kullanılan sistemler üç fazlı 380V ve tek fazlı 220V'tur Bu seçeneğe göre, bir alet 4 tele veya 2 tele bağlanır Elektrik akımının frekansı bütün Avrupa'da ve Türkiye'de 50Hz, Amerika kıtasındaysa 60Hz'dir Bir motor veya bir bilgisayar, aygıtın içinde kullanılan frekansa eşit frekanslı bir şebekeye bağlanmadıkça düzgün çalışmaz

Elekromanyetik Kuvvet

Bu kuvvetin keşfedilmesi fizik dünyasında bir çığır açtı Her cismin kendi yapısal özelliğine göre bir "elektrik yükü" taşıdığı ve bu elektrik yükleri arasında bir kuvvet olduğu öğrenilmiş oldu Bu kuvvet zıt elektrik yüklü parçacıkların birbirini çekmesini, aynı yüklü parçacıkların da birbirlerini itmelerini sağlar

Bu sayede bu kuvvet atomun çekirdeğindeki protonlarla çevresindeki yörüngelerde dolaşan elektronların birbirlerini çekmelerini sağlar İşte bu şekilde atomu oluşturacak iki ana unsur olan "çekirdek" ve "elektronlar" bir araya gelme fırsatı bulurlar

Bu kuvvetin şiddetindeki en ufak bir farklılık elektronların çekirdek etrafından dağılmasına ya da çekirdeğe yapışmasına neden olur Her iki durumda da atomun, dolayısıyla madde evreninin oluşması imkansız hale gelir Oysa bu kuvvet ilk ortaya çıktığı andan itibaren sahip olduğu değer sayesinde çekirdekteki protonlar elektronları atomun oluşması için gereken en uygun şiddette çeker

Elektron Mikroskoplar

Hareketli elektronların dalgalı doğası, ilki 1932 yılında yapılan elektron mikroskobunun temelin oluşturur Herhangi bir optik aygıtın kırınım yüzünden sınırlanan, ayırma gücü, deneği aydınlamakta kullanılan her ne ise, onun dalga boyu ile orantılıdır

Görünen ışık kullanan iyi bir mikroskopta, en büyük faydalı büyülte 500 x civarındadır, daha büyük büyültmeler daha büyük görüntüler verir fakat daha fazla ayrıntı vermez Halbuki hızlı elektronların dalga boyları görünen ışığınkinden çok kısa olup bunlar yükleri dolayısıyla elektrik ve manyetik alanlarla kolayca kontrol edilebilirler X ışınlarının da dalga boyları kısadır fakat onları yeterince odaklamak (henüz) mümkün değildir

Bir elektron mikroskobunda, akım taşıyan bobinler manyetik alanlar oluşturur Bu alanlar mercek gibi davranarak elektron hüzmesini deneğin üstüne odaklarlar ve daha sonra bir floresan ekran veya fotoğraf plakası üzerinde büyütülmüş bir görünü oluştururlar Hüzmenin saçılmasını ve bu yüzden görüntünün bulanıklaşmasını engellemek amacıyla, ince bir denek kullanılır ve tüm sistemin havası boşaltılır

Manyetik "mercekler" in teknolojisi, pratikte, elektron dalgalarının kuramsal ayırma gücüne ulaşmasına izin vermez Örneğin, 100 keV'luk elektronların dalga boyu 00037 nm'dir Fakat bunların bir elektron mikroskobundaki ayırma gücü sadece 01 nm civarındadır Fakat bu yinede bir optik mikroskobun -200 nm'lik ayırma gücüne göre büyük bir gelişedir Elektron mikroskopları ile 1000000 x'in üstündeki büyütmelere erişilmiştir

Nükleer Parçalanma (Fisyon)

Fisyon adı verilen tepkime, evrendeki en kuvvetli güç olan "Güçlü Nükleer Kuvvet" ile bir arada tutulan atom çekirdeğinin parçalanmasıdır Fisyon tepkimesi deneylerinde kullanılan ana madde "uranyum"dur Çünkü uranyum atomu en ağır atomlardan biridir, bir diğer deyişle çekirdeğinde çok yüksek sayıda proton ve nötron bulunur

Fisyon deneylerinde bilim adamları uranyum çekirdeğine, büyük bir hızla nötron göndermişler ve bunun sonunda çok ilginç bir durumla karşı karşıya kalmışlardır Nötron uranyum çekirdeği tarafından soğurulduktan (yutulduktan) sonra, uranyum çekirdeği çok kararsız duruma gelmiştir

Burada çekirdeğin "kararsız" olması demek, çekirdek içindeki proton ve nötron sayıları arasında fark oluşması ve bu nedenle çekirdekte bir dengesizliğin meydana gelmesi demektir Bu durumda çekirdek, meydana gelen dengesizliği gidermek için belli miktarda enerji yayarak parçalara bölünmeye başlar Ortaya çıkan enerjinin etkisiyle de çekirdek, büyük bir hızla içinde barındırdığı parçaları fırlatmaya başlar

Deneylerden elde edilen bu sonuçlardan sonra "reaktör" adı verilen özel ortamlarda, nötronlar hızlandırılarak uranyum üzerine gönderilir Yalnız, nötronlar uranyum üzerine gelişigüzel değil, çok ince hesaplar yapılarak gönderilmektedir Çünkü, uranyum atomunun üzerine gönderilen herhangi bir nötronun uranyuma hemen ve istenilen noktadan isabet etmesi gerekmektedir

Bu yüzden bu deneyler belli bir olasılık göz önünde bulundurularak gerçekleştirilmektedir Ne kadar büyük bir uranyum kütlesi kullanılacağı, uranyum üzerine ne kadarlık bir nötron demeti gönderileceği, nötronların uranyum kütlesini hangi hızla ve ne kadar süre bombardıman edeceği çok detaylı olarak hesaplanmaktadır

Tüm bu hesaplar yapıldıktan ve uygun ortam hazırlandıktan sonra, hareket eden nötron, uranyum kütlesindeki atomların çekirdeklerine isabet edecek şekilde bombardıman edilir ve bu kütledeki atomlardan en azından birinin çekirdeğinin iki parçaya bölünmesi yeterlidir Bu bölünmede çekirdeğin kütlesinden ortalama iki ya da üç nötron açığa çıkar

Açığa çıkan bu nötronlar kütlenin içindeki diğer uranyum çekirdeklerine çarparak zincirleme reaksiyon başlatırlar Her yeni bölünen çekirdek de ilk baştaki uranyum çekirdeği gibi davranır Böylece zincirleme çekirdek bölünmeleri gerçekleşir Bu zincirleme hareketler sonucu çok sayıda uranyum çekirdeği parçalandığı için ortaya olağanüstü büyüklükte bir enerji çıkar

İşte, onbinlerce insanın ölümüne yol açan Hiroşima ve Nagasaki felaketlerine, bu çekirdek bölünmeleri sebep olmuştur 2 Dünya Savaşı sırasında, 1945 yılında Amerika’nın Hiroşima’ya attığı atom bombasında patlama anında ve hemen sonrasında yaklaşık 100000 kişi ölmüştür

Hiroşima felaketinden 3 gün sonra yine Amerika’nın Nagasaki’ye attığı bir diğer atom bombası yüzünden patlama anında yaklaşık 40000 kişi hayatını kaybetmiştir Çekirdekten çıkan güç bir yandan insanların ölümüne sebep olurken, diğer yandan çok büyük bir yerleşim alanı harap olmuş, kalan bölge halkında radyasyon nedeniyle nesiller boyu düzeltilemeyecek genetik ve fizyolojik bozulmalar meydan gelmiştir

Peki dünyamız, tüm atmosfer, bizler de dahil olmak üzere canlı-cansız her şey atomlardan oluşmuşken, atomların bu tip nükleer tepkimelere girmelerini, her an ve her yerde yaşanabilecek Hiroşima ve Nagasaki gibi olayları ne engellemektedir?

Nötronlar, doğada serbest halde -bir çekirdeğe bağlı olmadan- dolaştıklarında "beta bozunumu" diye adlandırılan bir bozulmaya uğrarlar Bu bozulma yüzünden doğada serbest nötrona rastlanmaz Bu sebeple nükleer tepkimeye girecek nötronlar yapay yollarla elde edilir nötronlar serbest halde bozulmaya uğramasalardı, dünya, yaşamanın mümkün olmadığı, nükleer reaksiyonların son bulmadığı bir küreden ibaret olurdu