Popülasyon Nedir
Popülasyonların Genetik Temelleri
Populasyonların Gen Havuzu
Tek bireylerin yaşamı kısadır, oysa populasyon uzun süre yaşar. Populasyonun devamlılığı genetik ürünün; yani genlerin dölden döle nakline bağlıdır. Bir populasyonun gen havuzu denince, tüm bireylerin kalıtım etmenlerinin tamamı anlaşılır. Yerel populasyonlarm bireylerinin çiftleşme olasılıkları aynıdır. Yine yerel populasyonlar arasında bireylerin göçmesi ile bir gen akışı olur. Ancak aynı ekolojik nişi paylaşan, farklı türlerin gen havuzu arasında hiçbir bağlantı yoktur. Populasyonlarm genetik yapılarını değiştiren en önemli etmenler olarak a) Mutasyona uğrayabilirlik, b) Doğal seçilim (=seleksiyon), c) Gen akışı (=Göçle=migrasyon) ve d) Genetik sürüklenmeyi verebiliriz. Genetik materyallerin her türlü kalıtsal değişimi mutasyon olarak ifade edilir. Bu değişim gende ise gen; kromozomlarda ise kromozom mutasyonları söz konusudur. (ekosistem popülasyon)
Populasyonların Gen Havuzu ve tür popülasyon
Her hücrenin kromozom sayısı değişirse Genom Mutasyonu olur. Tüm bu mutasyonlar kendiliğinden Evrimin temel maddelerini oluşturur.
Bir Populasyonun Bireylerinin Alandaki Dağılımı (=Dispersiyon)
Dispersiyon denince, bir populasyonun bireylerinin belli bir alandaki yayılışı anlaşılır. Bu yayılış eşit bir şekilde ise buna "ekual dağılım" denir. Bu durum doğada görülmez. Daha çok eşit olmayan dağılım; yani "inekual dağılım" yaygındır. Bazı önemli ve uygun ekolojik verilerin çok olduğu bölgeler bireylerin çoğu tarafından yeğlenirse, orada bir birikme olur. Bu şekildeki dağılıma "Kumullar ve adasal dağılım" denir. Örneğin bireyler besinin optimal olduğu noktaları yeğler Bir populasyonun bireylerinin yayılışının bilinmesi özellikle zararlı türlerde önemlidir. Böylece alanın tamamı yerine o zararlının daha yoğun olduğu bu adacıkta savaş yöntemleri uygulanarak bunlar yok edilir. Bu nedenle adasal yayılışın bilinmesi önemlidir. Bunlar bir bakıma mikropopulasyondur.
Bir populasyonun büyüklüğü ve gelişmesi
Bir yaşama alanındaki organizmanın çok sayıda örneği vardır. Tek birey başlıbaşına türün varlığının koruyamaz. Bir türe ait tüm bireyler yaşama alınındaki çoğalma birliği, yani populasyonu oluşturur. Populasyon büyüklüğü ise türe ait bölgedeki bireylerin sayısı ile ölçülür. Populasyonun yoğunluğu belli bir alanındak türün bireylerinin sayısıdır. Populasyon kavramı aşağıdaki Uç tanıma dayandırılır:
a) Bir ekosistemdeki organizmalar türlere göre sınıflandırılır, ve her populasyon kendi gen havuzunu taşır. Populasyon ekolojisi türlerin ayrımı sorunu ile uğraşır.
b) Populasyonlar az veya çok bireylerden oluşur. Aslında bir populasyon başlangıçta tek bir bireyden meydana gelir.
c) Populasyonlarm zaman ve mekansal devamlılığı olup diğer populasyonlardan belirgin bir şekilde ayrılır.
Doğada tür populasyon yoğunluğunun üst ve alt sınır yoğunluğuna dikkat edilir. Populasyonlar birey sayısı, doğum ve ölümle değişen dinamik sistemlerdir. Bir populasyonun büyümesini bakteri kültürü ile açıklayabiliriz: Bakteriler bölünerek çoğalır. Hücre sayısındaki artış bir grafikle gösterilebilir. Zamana göre bakteri sayısının verildiği bir büyüme eğirisi böylece elde edilir (habitat popülasyon)
Örneğimizde doğum oranı l'dir, çünkü her dölde 1 000 bakteriye karşılık yeni 1000 adet bakteri oluşmakta, yani 1 000/1 000 = 1 olmaktadır. Bölünmeden sonra, her 1 000 bakteri için 100 tane ölürse, ölüm oranı 100/1 000 = 0,1 olur. Bu koşul altında büyüme oranı 0,9'dur. Gerçek büyüme (dN), iki misli olma süresinde (dt = 20 dk) ki birey sayısı, mevcut bakteri sayısı (N)'nin ürünü ve büyüme oranından (r) elde edilir: dN/dt = r.N. Bu bir sonraki dölde N+N.r = N (1+r), ikinci dölde N (1+r) + N (l+r).r = N (1+r)2 ve n'ci dölde N (l+r)n bireydir. Bu eşitlik İngiliz ekonomisti MALTHUS'un geçen asırda açıkladığı eksponensiyel büyüme kuramı ile açıklanır.
Eksponensiyel büyümedeki patlamayı andıran artış aşağıdaki örnekle açıklanabilir. İki katına çıkma süresi 20 dakika olan bir bakteri, 132 döl, yani 44 saat sonra 2132 (=5.1039) döle sahip olurdu. 1012 adet bakteri yaklaşık 1 gr'dır. Buna göre bu bakteri, yerkürenin ağırlığı (=5,973.1027 gr) kadar bir kütle oluştururdu. (popülasyon hakkında bilgi)
Oysa birçok örnek, değişmeyen bir eksosistemde sınırsız çoğalmanın olamayacağını gösterir. Populasyonun artışı ile birlikte, bu artışı engelleyen faktörler de çoğalır. Bunlardan besin ve yaşama alanının büyüklüğü önemlidir. Populasyonlarm büyümesini sınırlayan etmenlerin tamamı, EKOSİSTEM KAPASİTESİ (=K) ni belirler. Bu kapasite çevreye bağlıdır: Bakterili sıvı daha büyük bir kaba konur ve yeni bir besin eklenirse, populasyon büyümeyi sürdürür. Ta ki daha büyük bir K değeri olan yeni bir denge durumu oluşsun
Yani büyüme birey sayısının (=N), K değerine yaklaştığına bağlıdır.
Kommensallik ve Simbiyozluk
Akbabalar sürekli olarak yırtıcı hay vanlarm peşinden giderek, onların yemek artıklarından yararlanır. Farklı türler arasındaki ilişkiler, bir türe fayda sağlıyor, yani (+), diğer türe ne fayda ne de zarar veriyorsa, yani (0), bu durumda KOMMENSALLİK'ten, yani (+/0) ilişkisinden söz edilir. Benzer ilişkilere bitkilerde de rastlanır. Tropik orkide gibi epifitler, bitkilerde yetişir ve böylece ışığı iyi kullanır. Bu ilişkiden konukçu bitki hiç bir zarar görmediği gibi fayda da sağlamaz
Eğer farklı türler arasındaki bu ilişkiler sürekli korunan bir birliğin kurulmasına ve karşılıklı yarar esasına dayanırsa, yani her iki tarafa yararlı (+/+) ise, böyle bir ilişkiye SİMBİYOZLUK denir. Örneğin bazı kuş türleri, manda derisindeki sinek, kene gibi ektoparazitleri yiyerek beslenir. Böylece manda, bir yandan kendi parazitlerinden kurtulur (+), kuş da beslenir (+). Bu durumda bir TEMİZLİK SİMBİYOZLUĞU'ndan söz edilir
Bitkilerin yaklaşık % 80'inin kökünde mantar bulunur. Mantar ağı kökü sarıp, toprak ve kök kabuğu arasında bir bağ oluşturur. Mantar miselleri ile bu yüzey 100-1 000 kat büyür. Mantar yeşil bitkiye mineral ve özellikle fosfat ve azot bileşikleri verir (+). Mantar ve yeşil bitki arasıdaki bu ilişkiye MİKORRHİZA denir. Özel bir simbiyotik ilişki likenlerde görülür. Bunlar, yeşil algler veya siyanobakte (=mavi alg)rin bir mantarla müşterek yaşamı ile oluşur. Burada klorofil içeren yeşil alg, fotosentez yaparak organik madde üretir ve mantarın bu ihtiyacını karşılar (+), bunun yanında mantarın miselleri ile topraktan aldığı su ve besin tuzlarını yeşil alg kullanır (+). Bu ilişki o kadar düzenlidir ki sonuçta oluşan likenler çok ekstrem koşullarda bile yaşamlarını sürdürür. Likenler havadaki zararlı maddelere karşı çok duyarlıdır; hava kirlenmesinin denetim ve kontrolünde BİYOİNDİKATÖR olarak kullanılır.
Selüloz yıkan bakteriler geviş getiren ve diğer herbivor (=otcul) canlılar için hayati önem taşır. Bunlar konukçulannın sindirim sisteminde optimal koşullarda yaşar (+), diğer yandan konukçunun beslenebilmesini sağlar (+).
Probiyoz: İncelenen hayvana avantaj verme; Antibiyoz: Karşıt canlıya avantaj verme; Simbiyoz: Her iki ortağa avantaj sağlama.
Mimez: Görünümün taklit edilmesi veya bitki veya hayvana bir avantaj sağlamak için koku salgılanarak düşmandan korunma (Örnek: Bir kelebek tırtılının daha rahat beslenebilmesi için kendisini bir dala benzeterek düşmanlarından korunması).
Mimikri: Mimezin özel bir durumudur. Güçlü veya yırtıcı düşman için, kötü tadı olan bir hayvanı taklit etme (Örneğin: Bir nevi sineklerin eşek arılarını taklit etmesi).
Predatör (Avlama- Avlanma): Yırtıcı kendi gelişimi için çok sayıda avı yiyerek beslenir.
Parazit (Asalaklık): Gelişimi için tek bir konukçuya gereksinim duyar. Endoparazit konukçunun vücudunun içinde yaşar; Ektoparazit: dışında yaşar (Örneğin: Bit, pire); Geçici parazitlik: Konukçudan belli bir zaman beslenir (Örnek: Bit); Sürekli parazitlik: Gelişimini o konukçu üzerinde tamamlama. Hiperparazitlik: Diğer parazitler üzerinde ikincil, hatta üçüncül parazit olarak yaşama, parazitin paraziti (takinler); Soliter parazitlik: Tek bir parazit bireyinin bir konukçu üzerinde yaşaması. Greger parazitlik: Bir konukçunun üzerinde çok sayıda parazit bireyinin yaşamasına denir. Multiparazitlik: çok sayıda parazit türünün aynı anda, aynı konukçu üzerinde yaşamasıdır (Örneğin: Bit, pire); Kuluçka paraziti: Bir başka kuş türünün yavruları yerine guguk kuşunun kendi yavrularını baktırıp, büyütmesine denir. Taşıma paraziti: Akarlarda olduğu gibi bir konukçuya tutunarak yer değiştirmesidir buna "FOREZİ'de denir.
Komensallik: Birlikte besini paylaşmak, vücudun atıklarını örneğin vücudun içinde bağırsak kurtlan, dışında ise bitin aynı canlı üzerinde yaşamasıdır.
Simbiyozluk: İki farklı organizmanın karşılıklı çıkarları için bir arada yaşamasıdır. Ökse otu tohumuyla beslenen, ökse otu ardıç kuşunun tohumların etli kısımlarını yediği, geriye kalan esas tohumu da başka yerlere taşıyarak ökse otunun yayılmasını sağlaması gibi.
Eş Oluşturma: Kısa süreli (ötücü kuşlardaki gibi); uzun süreli (ördeklerdeki gibi); monogam (=tekeşlilik) (Örnek: Kuğu kuşları); poligam (^çokeşlilik) (Örnek: Geviş getirenler).
Ebevyn-Döl İlişkileri: a) Kuluçkaya bakma onunla temas etmeden veya b) Temas ederek olur, bu ya ebeyyn-aile (ana/baba) etkisi ile olur (Örnek: Kaz); anne-aile (Örnek: Ayı); baba-aile (Örnek: Keklik) etkisiyle gerçekleşir.
Monospesifik birlik: Martıların kuluçka kolonileri; kurtların avlanma birliği gibi.
Mimikri Nedir
Bir sinek türünde olduğu gibi, korumasız bazı hayvanlar yırtıcı ve iğnesi zehirli eşek arısına çok benzer. Burada evrim sürecinde, eşek arısının bir taklitçisi oluşmuştur. Eşek arısını avlamak için edinilen olumsuz deneyim nedeniyle, ondan çekinen avcı düşmanlar, sinekten de çekinir. Bu olaya MİMİKRİ denir.
Afrika ve Güney Amerika'nın kelebeklerindeki mimikri çok iyi bilinir. Burada zararsız türler lezzetsiz türleri taklit eder. Kötü lezzetli olanlarla yapılan deneyim nedeniyle, böcekcil kuşlar da aslında lezzetli olan taklitçileri yemekten kaçınır. Mi-mikrinin özel bir şekli de engerek yılanlarında görülür. Engerek yılanları çok zehirli, zehirli ve az zehirli türleri kapsar. Bu üç grup birbiri ile akraba değildir; ama hepsi kırmızı sarı-siyah halkalıdır. Burada hangi türlerin gerçek, hangi türlerin taklitçi olduğu bilinmez. Gerçek engerekler çok zehirlidir. Bunlar avını hemen öldürür. Hem gerçek engerek hem de zehirsiz olan taklitçi yılanlar üçüncü grup (az zehirli engerek) yılan türünü taklit eder. Engereği taklit eden karayılan az zehirlidir. Avcılar kırmızı sarı-siyah bandlılığa sahip yılanlardan kaçınır. Bu durum az ve çok zehirli taklitçiler yüzünden ortaya çıkar. Orta derecede zehirli olan yılan grubu burada taklit edilendir.
Bazı taklitçi hayvanlar avcıdır. Deniz şeytanı adlı bir balık türü sırt yüzgecini kamçı gibi uzatarak avını avlar. Kamçının ucu solucan şeklindedir ve avcının ağzı önünde hareket eder. Kendisi gizli olarak denizin tabanında oturur. Bu uzantıları solucan sanan balıklar avcı balığın avı olur. Zoka balığı derin denizlerde de yaşar. Bunlardaki uzantının ucunda bir elektrik organı vardır. Bu da av olan organizmaları uyarır.
Taklit Zoka balığındaki gibi avı yanıltıcı ise AGRESİF (=SALDIRGAN) MİMİKRİ vardır.
Parazitlik (=AsalakIık)
Bağırsak solucanı, sivrisinek ve pire PARAZİT olup ya geçici ya da devamlı olarak bir konukçuda yaşar.
Parazit başka bir canlının organik maddeleri ile beslenir ve ona zarar verir. Bunda bir taraf için fayda (+), diğer taraf için ise zarar (-) söz konusudur Bu nedenle parazitliği (+/-) işareti ile gösterebiliriz. Parazitler konukçularına göre daha küçüktür. Parazitlik hayvanlar aleminde çok yaygındır. Hayvan türlerinin 1/4'ü parazitik yaşar. Vücut içindeki parazitliğe ENDOPARAZİTLİK (=İÇ PARAZİTLİK) denir.
Organizasyonu yüksek bitkiler arasında parazit olanların sayısı çok azdır. Ökse-otu çok yaygın bir YARI PARAZİT'tiv, zira yaprakları fotosentez yapabilir. Ökseotu bitki dokusuna girer ve oradan su, tuz ve muhtemelen belli organik maddeleri alır.
Birçok parazit türü de insanda yaşar. Örneğin insan biti vücudun dışında yaşayan tipik bir DIŞ PARAZİT (=EKTOPARAZİT)'tir. Parazitlere de parazit olan canlılar vardır. Bunlara HİPERPARAZİT adı verilir.
Parazitler insanda çeşitli rahatsızlıklara neden olur. Parazitlerin salgıladığı zehirli metabolitler sağlığı tehdit eder.
Sıtma (=Malaria)
Ellili yıllarda Dünya Sağlık Örgütü (=WHO) nün denetiminde başlatılan sıtma ile savaş kampanyası sonucu sıtmanın kontrol edildiği sanılıyordu. Sıtma bugün özellikle yurdumuzun bazı bölgelerinde tehlikeli bir artış gösteriyor. Bütün dünyada yılda 200 milyon insan sıtmaya yakalanır. Sıtma nedeniyle ölenlerin sayısı da milyonlarla ifade edilir. Ölenlerin büyük bölümünü 5 yaş ve altındaki çocuklar oluşturur.
Sıtma endoparazitik yaşayan PLAZMODYUM'la olur. Bunlar SPOROZOlT olarak ANOFEL sivrisinek türlerinin tükürüğü ile sokma sırasıda aşılanır. 30 dakika içinde sporozoitler kanla insan karaciğerine girer. Orada BÖLÜNME (=ŞIZOGONI) ile çoğahr(Şekil 339.1). Tek bir sporozoitten 10000 MEROZOİT oluşur. Bunlar kana girer ve her biri bir alyuvara arız olur. Bundan sonra da 2ş zamanlı bir bölünme olur ve alyuvarlar patlar. Aniden serbestleşen parçalanma ürünü, malaria için tipik olan yüksek ateşe neden olur. Bunun yanında kan azalması, kalp ve dolaşımda yetmezlik görülür. Alyuvarlardaki şizogoni tekrarlanır. Malaria tertiona'da, üç gün ateşinde çoğalma süresi 48 saati bulur ve her üç gün de bir alyuvarların patlaması tekrarlanır. Birçok defa olaylanan bu şizogoniden sonra, ayrı ayn merozoitler alyuvarlarda eşeysel olarak farklı formlara dönüşür. Bu GAMETOSİT'ler anofel dişisinin tekrar sokması ile taşınır ve sivrisinek bağırsağında eşey hücrelerinin bir araya gelmesi (=GAMOGONİ) olaylanır. Zigottan sporogoni ile enfeksiyonu yapan SPOROZOIT'ler oluşur ve tükrük bezine aktarılmayı bekler. Böylece hastalık yapıcının gelişim çevrimi tamamlanır.
Dünya genelinde sıtmanın yaygınlaşmasının önemli nedenlerinden birisi de, hastalık yapıcının, hastalığa karşı kullanılan klasik tedavi ilacı KİNİN ve kinin benzeri sentetik ilaçlara direnç kazanmasıdır.
Avcı ve Av ilişkisi
Av çeşitli yöntemlerle yakalanır. Örneğin akrep ve örümcekler avlarını salgıladıkları zehirli maddelerle uyuşturarak avlar. Ya da ağ yapan örümcekler gibi, av ağlara takılarak yakalanır veya av yarasalardaki gibi geceleyin sesötesi dalgalarla algılanır. Karınca aslanının larvası kumda hazırladığı huni biçimindeki bir tuzağın tabanında gizlenir ve avını bekler. Av huni tuzağına girerse, onlara kum tanecikleri fırlatarak dengelerini bozar. Böylece avın huninin içine doğru kaymasına yol açar ve onu avlar.
Avcılar, avların organik bileşikleri ile beslenen heterotrof organizmalardır. Avcının avını yakalamak için geliştirdiği yöntemlerin benzerlerini, av da avcıdan kurtulmak için uygular. Av avcıyı dişler, vurur veya bir salgı salabilir. Bunların hepsi aktif koruma yöntemleridir. Daha yaygın olan yöntemler pasif olanlardır. Bunun için, kaplumbağanın kavkısı veya kirpinin dikenli vücut örtüsü gibi koruyucu mekanizmalar geliştirilir. Bitkilerde diken ve acı tat hayvanların onları yemesinden korur.
Koruyucu Mekanizmalar
"Avcı-av ilişkisi"nAt bir dizi koruyucu etkin giysi geliştirilir. Optik bakımdan etkili şekil, renk ve hareket özellikleri, pasif koruma yolu olarak gizli saldırgana karşı kullanılır.
Birçok hayvan doğal çevrelerinin dış görünüşüne uyar. Kar baykuşu, kar tavşanı ve buz ayısı beyaz renkleri ile ortamda gizlenirler. Renk değiştirebilen hayvanlar, örneğin yassı balıklar, bulundukları yöreye uyup gizlenir. Gizlenmenin özel şekli TAKLİT GİYSİSİ'dir. Bu canlılar bulundukları yöredeki cisimleri taklit eder. Örneğin Geometridae tırtılları küçük dal parçalarını andırır.
Gizlenme giysileri saklanmayı sağlarken, vücudun dikkati çeken şekillerle donatılması da avcıya karşı koruyucudur. Böcekcil kuşlar kelebeklerin kanatlarındaki göze benzer şekilleri görür görmez, korkarak kelebeği yemez. Yani kelebekler KORKUTAN BİR GİYSİ'ye sahiptir.
Uçuç böceğinin rengi kuşların onu yemesini engeller. Avcılar deneyimle, benzer şekildeki avları yemeden çekinir, buna İKAZ GİYSİSİ denir.
Canlılar Arasındaki İlişkiler
Türiçi İlişkiler
Erkek ipek böceği, dişi seks hormonu BOMBİKOL'ü, 1016 hava molekülünde bir molekül hormon olsa bile tanır. Hafif rüzgarda bir km uzaklıktan Bombikolün uyarıcı etkisi vardır.
Hayvanlar aleminde uyarıcı sinyal maddesi veya FEROMON adı verilen birçok madde bilinir. Bu maddeyi salgılayan birey türdaşlarını uyarır. Böylece tür içindeki bireyler arasında, karşılıklı ilişkiler görülür. Seksüel uyarı maddelerinin yanında, alarm, işaretleme ve iz maddeleri türiçi haberleşmede kullanılır. Termit ve karıncalar yollarını kendilerinin anlayacağı, türe özgü bir madde ile işaretler.
Türiçi haberleşme sadece bu maddelerle olmaz, aynı zamanda türe özgü uyarıya yol açan renk, şekil veya hareketlerle de olur.
Türdaş bireyler arasındaki ilişkilerden en belirgini sevgililer, ana baba ve çocuklar arasında olanıdır. KULUÇKA BAKIMI kavramı ana-baba ve yavrular arasındaki ilişkileri belirlemede kullanılır. Bu tip ilişkilere örnek olarak yuva ve yavru bakımı ile yavru beslenmesi verilir.
Ana-baba ve yavrular arasındaki ilişkiler uzun süre korunursa "HAYVAN BİRLİĞİ" oluşur. Böyle bir birliğin üyeleri birbirlerini ayrı ayrı tanırsa BİREYSEL HAYVAN BİRLİĞİ'nden söz edilir.
Karga uyku toplulukları ve göçmen kuş ANONİM BİRLİK'Itrinde, ise bireyler birbirlerini tanımayabilir.
Böcek topluluğu üyeleri büyük ölçüde birbirine bağlıdır. Zira burada çok karışık bir iş ayırımı vardır. Bir populasyonun bireyleri arasında genel olarak biyotik ve abiyotik faktörler bakımından, bir rekabet vardır. Bu rekabet besin, yer ve eş için olabilir. Yani türiçi veya (=İNTRASPESİFİK REKABET) söz konusudur. Omurgalı türlerinin çoğu, türdaşlarına karşı korudukları bir MİNİMAL - YAŞAMA ALANİ'na sahiptir.
Türler Arası İlişkiler
Terliksi hayvan
bölünerek çoğalır. Paramecium aurelia ve Paramecium cauda-tum'un gereksinimleri, kültür koşullarında aynıdır. Bu iki tür, ayrı ayrı kaplarda tutulursa belli bir zaman sonra her mililitre kültür ortamında belli sayıda ürer. Aynı kültür ortamında 16 gün sonra bu iki türden sadece P. aurelia hayatta kalır. Bu durum herhangi bir düşman organizma etkisi veya zararlı bir maddenin salgılanması sonucu ortaya çıkmaz. Daha çok P. aurelia populasyonunun daha hızlı büyümesinden kaynaklanır. Bu tür P. caudatum'un besinini yiyerek onun büyümesini engeller. Yani burada besin temini için türler arası veya İNTERSPESİFİK REKABET vardır. Anlatılan deney REKABET REDDİ kuramını gösterir. Buna göre aynı ve çok benzer ekolojik gereksinime sahip türler, yan yana yaşayamazlar.
P. aurelia, P. bursaria ile aynı kültüre konursa, besin rekabetine rağmen, her iki tür de hayatta kalır. Bu iki tür sunulan çevre koşullarını farklı şekilde değerlendirir. P. aurelia, kültür sıvısının üst bölümünde kalıp oradaki bakterileri yer. P. bursaria ise taban kısmındaki bakterilerle beslenir. Böylece bu durumda REKABETTEN KAÇIŞ olayı görülür. Bu kuram farklı türlerin aynı yaşama alanında birlikte yaşayabilmelerinin temelidir
Gen Teknolojisi Yöntemleri
1970 yılında rastlantı sonucu, çok ilginç bir bakteri enzimi bulundu. Bu, belli kesinti noktalarında parçalara ayırdığı DNA'yı yıkar. Bugün 100'den daha fazla böyle RESTRİKSİYON ENZİMİ bilinir. Bunlar DNA çift dizininde 4-6 baz çiftlik dizin tanır. Bunlar da birbirinin simetriğidir. Baz çifti öne veya arkaya doğru okunması halinde bile aynıdır.
Bazı restriksiyon enzimleri kesinti noktalarını, DNA fragmanlarının kısa tek di-zinli uçları geride kalıncaya kadar değiştirerek ayırır. Eğer bir uç AATT sırasını gösterirse, diğer dizin TTAA şeklindedir. Birbirine uygun olan tek dizinin bölünmeleri tekrar bir araya gelme eğilimi gösterdiğinden bunlara yapışkan uçlar (sticky ends) denir.
Restriksiyon enzimleri gen operatörlerinin kullandığı aletlere benzer. Burada farklı kökenden olan izole DNA'lar bir restriksiyon enzimi ile muamele edilir. Yapışık uçlu, bağırsak bakterisi ya da kurbağadan elde edilmiş olabilen DNA parçaları meydana gelir. Karışımda bakteri ve kurbağanın DNA fragmanlarının tesadüfi olarak birikmiş olması mümkündür. Bu parçalar "DNA-ligaz enzimi" ilavesi ile yeni kombine edilmiş DNA'ya sıkıca bağlanır.
Gen teknolojik yöntemler, sanayi ürünlerinin üretiminde de kullanılır. Günümüzde İNSÜLİN ve İNTERFERON gibi insan proteinleri, tam bir saflıkta bakteri kültürlerinden elde edilir. İnsan genini bakteriye aşılamak için bakteriyel PLAZMİD' ler kullanılır. Bunlar küçük DNA halkaları olup, az sayıda gen taşır ve hücre mem-branmdan rahatça içeri girebilir. Plazmidler izole ve restriksiyon enzimi ile muamele edilir. Açılan plazmidlere yapışkan uçlu insan geni verilir ve bağlayıcı DNA-ligaz enzimi eklenir. Böylece rekombine edilmiş insan geni içeren bir plazmid oluşur.
Dokuya Özel Plazmojen Aktivatörü (Gen Teknolojisinin Bir Ürünü)
İnsan kanı PLAZMİNOJEN proteini içerir. Bu, kan pıhtısını çözebilen PLAZ-MİN adlı enzime dönüşebilir. Bu arada pıhtılaşmada oluşan fibrin molekülleri hidro-litik olarak parçalanır.
Plazminojenin plazmine dönüşümüne çeşitli dokuların salgıladığı "tisue (=do-ku) Plasmojen Aktivatörü (tPA) etki yapar. Bu dönüşüm sadece pıhtının tek tek fibrin dizinlerinde olduğu için kanın genel pıhtılaşma özelliği zarar görmez.
Venlere tPA enjeksiyonu ile trombozlar çözünebilir ve böylece enfarktüslü hastalarda kalp damarlarındaki tıkanıklık giderilir. Ama yeterli miktarda tPA elde olmadığından, bunun plasenta dokusundan veya konserve kandan izole edilip temizlenmesi gerekir. Plazmojen-aktivatörü kompleks bir GLİKOPROTEİN'du. 527 aminoasitten oluşur ve üç bağ noktası yanında, ilaveten bir karbonhidrat zinciri de taşır. Yani kimyasal olarak sentezi mümkün değildir.
Bu yüzden çok basamaklı bir yöntemle tPA'nın gen teknolojik olarak üretimine çalışılır. Önce tPA miktarı yüksek olan bir insan hücre kültürü aranır ve bu hücrelerden mRNA izole edilir. Bu RNA'dan REVERS TRANSKRIPTAZ enzimi yardımı ile cDNA (copy DNA) üretilir.
DNA kopyalan gen operatörlüğü yardımı ile bir Plazmide yerleştirilip E. coli' ye aşılanır. Çeşitli yöntemlerle, örneğin plazmojen-aktivatörüne karşı özel bir antikor kullanılarak tPA geni içeren bakteriler bulundu. Bu bakteriler plazmojen-aktiva-törünün peptid zincirini üretiyorlardı; ama prokaryont olarak, işlevsel ökaryont gliko proteinleri yapamıyorlardı. Bu yüzden şeker bileşenlerini de tPA'ya bağlayan bir bi-yosentez bulunmalıydı. Bu nedenle bakterilerdren tPA geni izole edilip kobay hücrelerine enjekte edildi. Ökaryotik hücre kültürleri, santrifüjle tPA'nın ayrılıp kromo-tografik olarak temizleneceği proteinler üretildi. Şu anda tPA'nın gen teknolojik yöntemler kullanılarak çok yoğun bir şekilde üretimi yapılmaktadır.
Gen Teknolojisinin Kullanıldığı Alanlar için bazı örnekler
GEN TEKNOLOJİSİ canlıların genetik materyallerinin amaçlanan bir şekilde yeni kombinasyonlarını mümkün kılan, tüm metodları kapsar. Farklı türden organizmalar arasındaki genetik bilginin taşınım mekanizması da buna dahildir. Gen teknolojisinin gelecekte toplumdaki etkisi tartışılır, çünkü bu yeni teknoloji kullanımı bir yandan fayda sağlamakta; ama bazı tehlikeleri de beraberinde getirmektedir. Burada üzerinde en çok durulan nokta, gen teknolojik müdahalelerle yapılan değişikliklerin, organizmaların yeni özellikler kazanıp hastalık yapıcı veya çevre bozucu etki yapıp yapmayacağıdır.
Bununla birlikte gen teknolojisinin özellikle tıp, kimya endüstrisi ve tarım alanında sağladığı faydalar inkar edilemez.
Hammadde İşlemede Bazı Örnekler
Bitkilerdeki selüloz ve nişasta ham maddesi, artan bir şekilde önem kazanıyor. Dünyadaki bitkilerden yıllık nişasta üretimi bir milyon ton civarındadır. ABD'deki mısır nişastası, biyoalkol üretiminde kullanılır. Yalnız nişastanın bir ön muameleden geçirilmesi şarttır, zira Saccharomyces cerevisie adlı maya nişastayı direkt olarak mayalamaz. Onda nişasta yıkıcı bir enzim olan AMİLAZ yoktur. Bu yüzden bakterilerden amilaz için bir gen izole edilmiştir. Eğer bu gen, mayaya işlev yapacak şekilde aşılanabilirse, ideal bir mikroorganizma elde edilecektir, yani nişasta yıkımı ve alkol üretimi böylece aynı anda olacaktır.
Hayvan Islahı İle İlgili Örnekler
Günümüzde gen teknolojisinin pratik önemi hayvan ıslahında kendini gösterir. ABD'nde seksenli yıllardan beri kullanılan sığır büyüme hormonları bovine Growth Hormone (=bGH), E. coli kültüründen elde edilir. bGH bakteriye gen teknolojik olarak enjekte edilmiştir. Hergün hormon enjekte edilen ineklerde, % 40 oranında süt artışı sağlanır. Bu arada sütteki hormon kalıntılarının, insan organizmasında yol açacağı olumsuz etki de göz ardı edilmemelidir. Bu nedenle bGH kullanımı çeşitli ülkelerde yasaktır, zira kalıntıların kanserojen madde taşıdığı bilinir. Burada gen teknolojik müdahalede ürünün artırılması bakımından bir fayda sağlanmış olsa bile, hormon kalıntısının insanda yol açacağı kötü sonuçlar nedeniyle gerek hayvan ve gerekse bitki üretiminde hormon kullanımı, ya yasaklanmalı ya da etkin bir biçimde kontrol edilmeli ve hormonun tamamı çözünüp insanda kanser ve diğer hatalıklara yol açmaması sağlanmalıdır.
Buz Minus Bakterileri
Kaliforniya'da 1987 yılı ilkbaharında genetik olarak değiştirilen organizmalarla doğada ilk defa bir deney yürütüldü. Orada erken ilkbahar gece donları ile ürün kaybı olmaktaydı. Dona duyarlı bitkilerdeki su, normal olarak -5 ile -8°C de donar ve zarar görür. Ora bitkilerinin yüzeyinde çok sayıda bakteri vardır. Bunlardan Pseudomo-nas syringae çok yoğundur. Bu bakteri, yüzeyinde belli bir protein yapar. Bu yüzden bitkideki çiğ tanecikleri 0°C'nin hemen altında donar. Meydana gelen buz iğneleri dokuya girip onu tahrip eder.
Gen teknikerleri Pseudomanas syringae'de yüzey proteini genini saptayıp ondan bir DNA dizinini uzaklaştırdılar. Böylece yüzeyinde protein olmayan BUZ MINUS BAKTERİSİ elde ettiler. Bunlar Psedomonas syringae'nin rakibi olarak bitkiye BUZ ARTI BAKTERİ'sini sokabildiler.
Laboratuvar deneyleri "buz" eksi bakterisi serpilmiş test bitkilerinin -l°C'den zarar görmemesine karşın, muamele edilmeyen kontrol bitkilerinin hepsinin zarara uğradığı görülmüştür.
Nisan 1987'de deneme alanındaki çileklere buz-minus-bakterileri serpildi. Bu olay birçok grubun protestosuna yol açtı, zira bunlar gen teknolojisi kullanılarak değiştirilen bakterilerin serbest bırakılma tehlikesini çok büyüttüler. Buz minus bakterilerinin diğer bitkilere de yayılacağı ve buz-artı-bakterilerinin yerini alacağından korktular. Gerçekten de kontrollü ve bilinçli kullanılmama sonucunda çeşitli bitkilerin de bundan etkilendiği görülmüştür.
İmmunbiyoloji
Antijen ve Antikor
Kızamık tipik bir çocuk hastalığıdır. Bu hastalık bir virüs tarafından öksürükle taşınır. Virüs vücut hücrelerini enfekte edip onları tahrip eder. Vücut sıcaklığının artıp deride kırmızı lekelerin görülmesi, hastalığın semptomudur. Birkaç gün sonra ateş düşer ve semptomlar kaybolur.
Virüs, bakteri ve mantarlar, organizmaları sürekli olarak tehdit eder. Aşağı or-ganizasyonlu hayvanlar, yiyici hücrelerin Fagositoz özellikleri ile mikroplan yok eder. Yüksek organizasyonlu hayvanlar yiyici hücrelerin yanında, bir IMMUN SİSTEM'o sahiptir. İmmunbiyolojik olan koruyucu reaksiyonların hepsine İMMUN CEVABI denir.
Antijenler
İmmun sistemimiz, hastalık yapıcısını üst yüzeyinden anlar. Bakteri membran-ları veya virüs örtülerindeki polisakkarid veya proteinler vücut tarafından yabancı madde olarak hemen tanınır. Savunma reaksiyonunu aktive eden böyle makromole-küllere ANTİJEN denir.
Antijen olarak tüm virüs veya bakteriler etki yapmayıp, sadece belli makromo-leküller ve özellikle bu makromoleküllerin küçük bir bölgesindeki antijen determinantı denilen kısımları etkindir. Çok sayıda ve farklı antijen determinantına sahip makromoleküllere POLİVALENT denir.
Antikorlar
Kızamık geçiren biri yaşam boyu bu hastalığa karşı bağışıklık (=immunite) kazanır. Bu immunite diğer hastalıkları içine almaz. İmmunitenin, yaklaşık yüz yıldan beri, hastalık sırasında vücudun ürettiği özel protein maddelerine dayandığı bilinir. Bu proteinlere ANTİKOR adı verilir Bunlar plazmada çözünür veya lenfositlerin üst yüzeyine bağlanır.
Antikor oluşumunu laboratuvarda deneysel olarak kanıtlayabiliriz. Bunun için fare vücuduna yabancı olan bir protein, yani bir antijen madde enjekte edilir. Bu işlemden birkaç hafta sonra, fareden kan alınarak, kan hücre ve fibrin maddeleri ayrılır. Geride kalan serum, antijen çözeltisinin başka bir kısmına konur. Böylece plazmadaki antikor sayesinde antijen maddesinde belli bir topaklaşma izlenir. Eğer plazma elektroforezle ayrılırsa çeşitli protein fraksiyonu elde edilir. Antikor GAMMA GLO-BULİN FRAKSİYONU'nda bulunur ve IMMUNGLOBULİN (=Ig) adını alır.
Antikorların çoğu "Y" şeklinde bir protein molekülüdür. Bunlar birbirlerinin benzeri olan iki protein zincirinden oluşur. Bunlardan kısa olan ikiliye L-zinciri, uzun olan ikiliye H-zinciri denir. Bunları DİSÜLFİD köprüleri birarada tutar.
Kızamığa karşı devreye giren antikorlar, diğer antikorlardan kısa olan iki dallı açı kollarının ucundaki küçük bölümlerin varlığı ile ayrılır. Molekülün bu bölümüne DEĞİŞKEN KISIM denir. SABİT KISIM'laı ise tüm antikorlarda aynıdı
Antijen-Antikor Reaksiyonu
Antikorun değişken kısımları 'Anahtar ve Kilit" kuramı uyarınca antijen determinantı ile uyumludur. Bir virüsün üst yüzey proteinleri, uygun antikorlar tarafından kuşatılır. Bunun sonucunda virüs hücreye giremez ve zararsız hale getirilir. Bir antikor her iki bağlantı noktası ile iki virüs veya bakteri arasında birikebilir. Böylece ağlı bileşikler oluşur. Onları da yiyici hücreler fagositozla yok eder
Antikorların Çeşitliliği
Organizmamız sadece hastalık yapanlara karşı antikor oluşturmaz. Doğada olmayan, yani sentetik proteinler gibi antijenlere karşı da, antikor üretilir. Organizma milyonlarca çeşit antijene karşı antikor oluşturabilir. Antikorların bu çeşitliliği nasıl açıklanabilir?
Antikorlar bir çeşit protein olup her birinin oluşumundan belli bir gen sorumludur. Buna göre olası antikorlar için milyonlarca genin var olması gerekir. Bu ise mümkün değildir. Bu yüzden bir antikor molekülünün sentezine, çok sayıda gen bölümü katılır. Her gen bölümü, proteinin kısa bir molekül kısmını üretir. Antikorun değişken bölümlerinde bu kısımlar rastlantı yöntemine göre düzenlenir. Bu çok yönlü kombinasyon imkanı nedeniyle 10 milyondan daha fazla çeşitli antikor bir araya gelir. Herhangi bir enfeksiyonda bu çok çeşitli antikor içerisinden antijenin yapısı ile uyum gösteren biri seçilir ve üretilir. Bu nasıl olaylanır?
1960 yılında antikorların B-lenfosit'lerden oluştuğu anlaşıldı. Her lenfosit yapısı farklı bir antikor üretir. Antikorlar önce serbest bırakılmayıp, lenfosit üst yüzeyine bağlı kalır. Bir enfeksiyon sırasında, milyonlarca B-lenfositinden, antikor yapısının antijene uygun olanı seçilir. Bunlar yapısal olarak aynı ve özel antikor üretir. Bu mekanizmaya KLONAL SELEKSİYON denir.
AKYUVARLARIN FAGOSİTİK ÖZELLİĞİ
Yiyici hücreler, vücuda girmiş hastalık yapıcı bakterileri yok eder, ama vücuttaki hücrelere dokunmaz. Yabancı ve yabancı olmayan yapıların ayırtedilmesi, yiyici hücrelerin yüzeyindeki proteinler yardımı ile olur. Bu tanıyıcı yapılarla bakteriler saptanır ve daha sonra bunlar SPESİFİK OLMAYAN FAGOSITOZ'la. yok edilir
İnsanlarda Kalıtsal Hastalıklar
İnsanda Fenilalanin Metabolizması ve Fenilalanin Nedir
Alkaptonuri, homogentizik asitoksidaz enziminin genetik nedenlerden dolayı oluşmadığı ve idrarda homogentizik asidin biriktiği bir metobolik hastalıktır. Alkalik idrarda, Alkapton da denen bu madde siyah rengi oluşturur. Eklem kıkırdaklarında homogentizik asidin fazlaca birikmesi sonucunda eklem romatizması veya romatoit artirit hastalığı görülür.
İnsanlarda Görülen Kalıtsal Hastalıklar
Alkoptonuri fenilalanin adlı aminoasidin yıkımının genetik rahatsızlık sonucu gerçek-leşmemesinden doğar. Fenilketonuride fenilalaninin tirozine değişimi engellenir Homozigot olarak rahatsız olan insanın idrarında fenilalanin, fenilpirüvikasit ve diğer fenıl ketonları ile birlikte birikir. Fenilketonlarımn birikimi sonucunda bebeklerde beynin gelişiminde çok ağır arazlar ortaya çıkabilir. Bunun olup olmadığını belirlemek için yeni doğan çocuklarda GUTHRIE testi uygulanır. Doğumdan 5 gün sonra, yani bebeğin zengin protein aldığı dönemde, parmağından birkaç damla kan alınarak bir filtre kağıdına damlatılır ve kurutulur. Kuruyan bu kısım kesilerek bir besi plakasına yatırılır. Bu plakaya gelişmeleri için Fenilalanin aminoasidine gereksinim duyan bakteriler ekilir. Bakteriler belirli bir oranda büyürlerse, bebeğin kanında fenilalanin olduğu anlaşılır. Buradan çocukta kalıtsal olan bir metabolizma bozukluğu olduğu, yani çocuğun fenilketonuri hastalığına yakalandığı teşhisi konur. Bu kalıtsal hastalıkta, bir gen bozukluğu nedeni ile karaciğer fenialaninini titrozine dönüştüren, fenilalanin hidroksilaz adlı enzim üretilemez Bu enzim bozukluğu ile fenilalanin kanda 30 misli artar ve fenilketona dönüşür. Aminoasidin yoğunluğundaki artış, beyinde metabolik bozukluklara yol açar. Fenilketonuri tedavi edilmezse yüksek derecede aptallık görülür. (Fenilalanin hidroksilaz hastalığı)
Fenilalanin, insan yaşamı için gerekli bir aminoasit olup, besinle alınır. Fenilketonurinin etkileri büyük miktarda protein alımı ile ortaya çıkar. Yeni doğan çocuk kalıtlanan enzim bozukluğuna rağmen, önce zarara uğramaz. Eğer IGUTHRIE testi yardımı ile bu kalıtsal hastalık tanınabilirse, söz konusu çocuklara 15 yaşına gelinceye kadar, dozu çok iyi ayarlanmış fenilalenince fakir bir diyet uygulanır. Beyin o zamana kadar öyle bir gelişme gösterir ki, yüksek yoğunluktaki fenilalanin zarar yapmaz. Fenilketonurili çocukların ebeveynleri kural olarak hasta değildir; ama "enzim bozukluğu" resesif olarak kalıtlanır. Yeni doğan 10 000 çocuktan ancak birisinde fenil-ketonuriye rastlanır. Her 50 insandan birinin bu defekt (bozuk) genin heterozigot olarak taşıyıcısı olduğu hesap edilir. (kalıtsal hastalık nelerdir)
Resesif gen etkisine dayanan, birkaç yüz adet kalıtsal metabolizma rahatsızlığı vardır. Örneğin Tirozin metabolizmasında başka gen defektleri de görülür;bunlar enzim oluşturulmasını engeller. Örneğin, tirozinaz sentezinin bozulması halinde homozigot durumda tirozinin renk maddesi Melanine değişimi gerçekleşmez. Bu hastalığa yakalanmış kişilere Albino adı verilir. Tirozinden oluşan homogentizik asidi, enzim bozukluğu nedeniyle yıkılmazsa, idrar rengi hava ile temas edince koyulaşır. Buna da Alkaptonuri denir
Renkkörlüğü ve yaygın kalıtsal hastalıklar
Kalıtsal olan renkkörlüğü hastalığına özellikle erkeklerde rastlanır. Avrupa'da erkeklerin %8'i ve kadınlarında %0.5'i renkkörüdür. Bunlar kırmızı ve yeşil renkleri grinin basamakları şeklinde görür. Renkkörlüğüne neden olan gen X kromozomu üzerindedir. Heterozigot kadınlar bu anomaliyi göstermez. X kromozomunun normal geni, başka bir kromozomun defekt genine karşı dominantttır. Defekt gen bakımından heterozigot olan kadınlar renkkörüdür. Eğer renkkörlüğü için X kromozomundaki resesif gen erkek döle aktarılmışsa, bu anomali her durumda ortaya çıkacaktır. Y kromozomu ise gen taşımaz ve renk körlüğü için dominant bir alele sahip değildir. X kromozomuna bağlı kalıtımın en önemli yanı, erkekte bütün resesif genlerin X kromozomunda görülmesidir.
Kalıtsal Olan Kanama (=Hemofili) Hastalığı ve kalıtım kalıtsal hastalıklar
Hemofili, resesif ve X kromozomuna bağlı olarak kalıtlanır. Bu hastalık renkkörlüğüne benzer bir kalıtım şeması gösterir. Renkkörlüğü ve hemofili için sorumlu genler X kromozomunda ortak yerleri nedeniyle bir birleşme grubu oluşturur. 1938 yılında aşağıdaki kalıtsal durum açıklanmıştır: Hem kanama hem de renkkörlüğü hastalığı taşıyan bir kişinin kızı fenotipik olarak sağlıklıdır; ama her iki gen defekti yüzünden heterozigot olması gerekmektedir.
Bu kızın sağlıklı biriyle evlenmesinden dört oğlan çocuk meydana gelmiş ve bunlar fenotipik olarak birbirlerinden farklı bulunmuşlardır. Burada 4 kombinasyon görülür, 1) sağlıklı, 2) hemofilili, 3) renkörü ve 4) kenkkörü/hemofilili. Bu gözlem bağlantılı genlerin yer değiştirmiş olmaları ile açıklanabilir. İşte burada Krossing Över insanda ilk defa kanıtlanmıştır
MARFAN Sendromu
Bir Fransız çocuk doktorunun adıyla anılan bu kalıtsal hastalık, dominant olarak kalıtlanır. Üyelerin uzun oluşu, horoz göğsü oluşumu; göz bebeği ve göz elmasındaki defor-masyonlar ile kalp kapaklarındaki delikler gibi sendromlar, bu hastalığa aittir. Otozomal kromozomdaki MARFAN geni, çok sayıda özelliğe etki yapar. Bu durumda genin Polifeniliginden söz edilir. MARFAN geni anormal bir proteini kodlar. Bu, artan bir esneklik gösterir ve çeşitli organlarda bağ dokunun bileşkeni olarak görülür.
