Kuluçkanın 21 Günü
Döllenmiş bir tavuk yumurtası kuluçka makinesine konuyor. Yaklaşık 37,5 °C'de 21 gün sonra kabuğu kıran civciv çıkıyor. Arada neler oluyor? Kuluçkanın 2. gününde kalp atmaya başlar, 4. gününe gelindiğinde göz belirgindir, ikinci haftada tüyler çıkar. Tek bir hücreden, zigottan, kalp, göz ve tüy gibi birbirine hiç benzemeyen yapılar üç haftada kurulur.
Bütün bu hücreler aynı zigottan mitozla çoğaldığına göre aynı genleri taşır. O hâlde bir hücre nasıl kas, öteki sinir olur? Gelişme biyolojisinin temel sorusu budur.
Zigottan Organlara
- Bölünme (segmentasyon): Zigot art arda mitoz geçirir. Hücre sayısı artar ama embriyo büyümez; hücreler her bölünmede küçülür.
- Morula: 16-32 hücrelik, dut görünümlü dolu top.
- Blastula: Hücreler bir yüzeyde dizilir, ortada sıvı dolu bir boşluk açılır.
- Gastrula: Hücrelerin bir kısmı içeri göç eder ve üç tabaka oluşur.
- Organ oluşumu: Her tabaka belirli doku ve organları kurar.
| Tabaka | Oluşturduğu başlıca yapılar |
|---|---|
| Ektoderm (dış) | Deri epidermisi, saç, sinir sistemi, göz merceği |
| Mezoderm (orta) | Kas, kemik, kalp ve damarlar, böbrek, üreme organları |
| Endoderm (iç) | Sindirim kanalının iç yüzeyi, karaciğer, pankreas, akciğer epiteli |
Farklılaşma bir bilgi kaybı değil, seçici kullanımdır: her hücre türünde bazı genler okunur, geri kalanı susturulur. Kütüphane aynıdır; okunan kitaplar farklıdır. Erken evre hücreleri henüz hiçbir yöne bağlanmadığı için farklı hücre türlerine dönüşebilir. Bu özellik, sinir ve kalp kası gibi kendini zor yenileyen dokuların onarımına yönelik kök hücre araştırmalarının temelidir.
İnsanda İlk İki Hafta
Aynı basamaklar insanda şu takvimle ilerler: döllenme yumurta kanalında olur (0. gün); 3. gün civarında embriyo 16 hücreli morula hâlindedir; 5. günde içi sıvı dolu blastula evresine (insanda blastosist denir) ulaşır ve döl yatağına varır; 6-10. günler arasında döl yatağı çeperine gömülür. Tutunmayla birlikte embriyonun dış hücreleri plasentanın öncülerini kurmaya başlar.
İkizler de bu takvimle açıklanır. Tek yumurta ikizleri tek zigottan gelir; erken bölünme evresinde hücre topu ikiye ayrılır ve iki embriyo gelişir. Genetik yapıları özdeştir, eşeyleri hep aynıdır. Çift yumurta ikizleri aynı döngüde bırakılan iki ayrı yumurtanın iki ayrı spermle döllenmesinden oluşur; genetik olarak sıradan iki kardeş kadar benzerler.
En Hassas Dönem
İnsanda organların taslağı ilk 8 haftada kurulur; bu döneme embriyo, sonrasına fetüs dönemi denir. Organ oluşumu sırasında hücreler hızla göç eder ve farklılaşır; dışarıdan gelen zararlı bir madde bu anda kalıcı iz bırakabilir. 1950'lerin sonunda gebelik bulantısına karşı verilen talidomit adlı ilaç, bu dönemde kullanıldığında kol ve bacak gelişimini bozdu; dünyada 10 binden fazla bebek etkilendi. Olay, ilaçların gebelikteki etkilerinin ayrıca test edilmesini zorunlu hâle getirdi.
Mini soru: Aynı ilaç gebeliğin 7. ayında alınsaydı etki aynı olur muydu? Büyük olasılıkla hayır; kol ve bacak taslakları o tarihte çoktan kurulmuştur. Zararın türü, maddenin hangi haftada geldiğine bağlıdır.
Bitkide Üreme: Çiçekten Tohuma
| Çiçeğin kısmı | Görevi |
|---|---|
| Çanak yaprak | Tomurcuğu korur |
| Taç yaprak | Tozlaştırıcıyı çeker |
| Erkek organ | Polen üretir |
| Dişi organ | Yumurta hücresini taşır, tohumu ve meyveyi oluşturur |
Renk, koku ve nektar pahalıdır; yalnız böcek çekmek gerekiyorsa yapılır. Rüzgârla tozlaşan bitkiler bunun yerine bol polene yatırım yapar. Tozlaşma polenin dişi organa ulaşması, döllenme ise üreme hücrelerinin birleşmesidir; ilki gerçekleşse de ikincisi olmayabilir. Döllenmeden sonra tohum taslağı tohuma, yumurtalık meyveye dönüşür. Çift döllenme ve kromozom sayıları "Bitkilerde Üreme ve Tohum" anlatımında.
Deney: Dört Kap Fasulye
Her kaba aynı türden 20'şer fasulye konuyor ve 22 °C'de bir hafta bekleniyor:
| Kap | Koşul | Sonuç | Neden? |
|---|---|---|---|
| 1 | Kuru, aydınlık | Çimlenme yok | Su yok, enzimler etkinleşmez |
| 2 | Nemli pamuk, aydınlık | Çimlenir | Su ve oksijen var |
| 3 | Nemli pamuk, karanlık | Çimlenir | Işık zorunlu değil |
| 4 | Tümüyle su dolu | Çimlenme yok | Oksijen yok, solunum yapılamaz |
Işık neden gerekmiyor? Çimlenmenin enerjisi tohumdaki depo besinden, solunumla gelir; fotosentez ancak ilk yapraklar açılınca başlar. Su tohumu şişirir ve enzimleri etkinleştirir, sıcaklık enzimlerin hızını belirler. Çimlenen tohum sayısı sıcaklığa karşı çizilirse eğri bir tepe yapar: çoğu tohum için en uygun aralık 20-30 °C'dir, çok soğukta ve çok sıcakta çimlenme düşer.
Her kaba aynı sayıda ve aynı türden tohum konmasının nedeni, sonuçtaki farkın yalnız incelenen koşuldan kaynaklandığından emin olmaktır. Bazı tohumlar koşullar uygun olsa da hemen çimlenmez: absisik asit tohumu uykuda tutar, giberellin çimlenmeyi başlatır; sert kabuklu tohumlar da kabuk aşınana kadar bekler.
Sık Yapılan Hata
"Bölünme evresinde embriyo büyür." Hücre sayısı artar ama toplam boyut neredeyse aynı kalır; hücreler küçülür.
"Farklılaşan hücre gereksiz genlerini kaybeder." Genler kalır, yalnız susturulur.
"Çimlenme için ışık şarttır." Karanlıktaki 3. kap çimlendi.
"Tozlaşma ile döllenme aynı şeydir." Biri taşıma, öteki hücrelerin birleşmesidir.
AYT ipucu: Deney sorusunda iki kap arasında yalnız bir koşul farklıysa sonuçtaki fark o koşula bağlanır. 1. ve 2. kap suyun, 2. ve 3. kap ışığın, 2. ve 4. kap oksijenin etkisini gösterir.
Sık sorulanlar
Aynı genlere sahip hücreler nasıl farklı oluyor?
Her hücre türünde farklı genler okunur, diğerleri susturulur. Kas hücresi de sinir hücresi de aynı genleri taşır; fark hangi genlerin çalıştığındadır.
Suya batırılan tohum neden çimlenmiyor?
Çimlenme enerjisi oksijenli solunumla üretilir. Tümüyle suya batmış tohum oksijen alamaz, solunum yapamaz ve çimlenemez.
Gebeliğin ilk haftaları neden en hassas dönemdir?
İlk 8 haftada organların taslakları kurulur. Bu sırada gelen zararlı bir madde organ oluşumunu kalıcı biçimde bozabilir; talidomit olayı bunun bilinen örneğidir.