Biyoloji
Biyoloji, Canlı sistemlerin incelenmesi. Biyoloji canlı varlıklarla ilgili bitki bilim, hayvan bilim, çevrebilim, fizyoloji, vb. yaşam bilimlerinin tümünü, ayrıca bu varlıkların fosillerini inceleyen paleontoloji bilimini içeren çok geniş bir daldır.Mantarları inceleyen mantar bilim, bir hücreli hayvanları ve bakterileri inceleyen mikrobiyoloji, hücreleri inceleyen hücre bilim, vb. pek çok alt dala ayrılır. Kuşaktan kuşağa aktarılan özellikleri inceleyen genetik de, biyolojinin kapsamına girer.
BİYOLOJİNİN TARİHİ
Biyoloji ilkeleriyle ilgili bazı bilgilerin Tarih Öncesi'nde ortaya çıkmış olduğunu arkeoloji buluntuları ortaya koymuştur. Cilalı taş Devri'nde, çeşitli insan toplulukları tarımı ve bitkilerin tıp alanında kullanımını geliştirmişler, sözgelimi eski Mısırlılar, bazı otları ilaç olarak ve ölülerin mumyalanmasında kullanmışlardır.
İlk gelişmeler: Bununla birlikte bir bilim dalı olarak biyolojinin ilk gelişmeleri, ancak eski Yunan döneminde ortaya çıkmıştır. Tıbbın kurucusu sayılan Hippokrates, tıbbın ayrı bir bölüm olarak gelişmesine büyük katkıda bulunmuşsa da, biyolojinin temel gereçleri olarak gözlem ve çözümlemeyi kurumlaştıran, Eflatun'un öğrencisi Aristoteles'tir. Aristoteles'in özellikle üremeye ilişkin gözlemleri ve bir sınıflandırma sistemiyle ilgili görüşleri önemlidir.
Biyoloji incelemelerinde öncülük daha sonra Roma'ya, ve İskenderiye'ye geçmiş, İ.Ö. II. yy. ile İ.S. II. yy'a kadar incelemeler özelikle tarım ve tıp çevresinde odaklanmıştır. Orta Çağ'daysa, biyoloji incelemesinde İslâm bilginleri öne geçmişler ve eski Yunan metinlerinden öğrendikleri bilgileri geliştirerek, özellikle tıp bilimine büyük katkıda bulunmuşlardır.
Rönesans'la birlikte Avrupa'da, özellikle de İtalya, Fransa ve İspanya'da biyoloji araştırmaları hızla gelişmiş, XV. ve XVI. yy'larda Leonardo da Vinci ve Miche angelo, güzel sanatlarda kusursuzluğa erişme çabaları içinde, son derece usta birer anatomi bilgini haline gelmişlerdir. Bu arada, Andreas Vesalius, öğretim gereci olarak ölülerin kesilip incelenmesinden (teşrih) yararlanma uygulamasını başlatmış (Fabrica adlı yapıtının 1543'teki basımında ve 1552'deki ikinci basımında ayrıntılı anatomi çizimlerine ver vermiştir), XVII. yy'da William Harwey insanda dolaşım sistemine ilişkin çalışmalarıyla deneysel yöntemi ve memeliler fizyolojisini başlatmıştır.
Not: Antoni van Leeuwenhoek, kendi tasarımı olan mikroskoplar için 400'den çok mercek perdahlamıştı. Leeuwenhoek'in gözlemlediği, kendi deyişiyle "çok küçük havancıklar" arasında, bakteriler ve bir hücreli hayvanlar da vatdı.
Bilim dernekleri ve dergileri: İlk biyoloji bilginleri için önemli bir sorun oluşturan iletişim eksikliğini alt etmek için bilim dernekleri (ilki 1603'te Roma'da kurulan Lynx Akademisi) kurulmuş ve bilimsel buluşları sunan ilk dergiler 1665'ten başlayarak Avrupa'da yayınlanmaya başlanmıştır; bunların ilk örnekleri, Fransa'da yayınlanan Journal des Savants ile İngiltere'de yayınlanan Philosophical Transaction' dur.
Mikroskopun bulunması ve ilk kullanımı: 1300'den önce optik mercekler bilinmiyor, yalnızca okumak için kaba gözlükler kullanılıyordu. Modern optik Galileo Galilei'nin 1610'a doğru mikroskopu bulmasıyla başlamış, mikroskopla ilk inceleme çalışmalarını 1625'te İtalyan Francesco Stelluti, 10 kez büyütülmüş bir bal arasının çizimlerini yayınlayarak başlatmıştır.
XVII. yy'da, yapıtları klasik olarak kabul edilen beş mikroskop bilgini yetişmiştir: Marcello Malpighi (İtalya), Anton von Leeuwenhoek ve Jan Swammerdam (Hollanda), Robert Hooke ve Nehemiah Grew (İngiltere). Bu bilginlerin en önemli çalışmaları arasında Malpighi'nin akciğer kılcal damarlarını ve böbrek cisimciklerini betimlemesi ve Hook'un hücre terimini ilk kez kullandığı Micrographia'yı yayınlaması sayılabilir.
Modern sistematiğin temeli: Aristoteles'in organizmaları düzenli bir biçimde genos ve eiodes(cins ve tür) terimleriyle tanımlamış olmasına karşın, ilk biyoloji çalışmalarında tutarlı bir terimlendirme ve sınıflandırma yoktu. Başlıca bitki sınıflandırması, bitkilerin tıbbi değerlerini tanımlamakta kullanılan sınıflandırmaydı.
Son derece kullanışlı ikili adlandırma sistemini, Kari von Linné (bilimsel yapıtlarında Latince Carolus Linnaeus adını kullanıyordu) başlattı; bitki ve hayvanları yapılarına göre cinsler ve türler biçiminde sıralamanın yanı sıra, sınıf ve takım kavramlarını da ortaya attı. Jean Baptise Lamarck, özelliklerin kalıtımla geçtikleri görüşüne uygun düştüğü için, sistemini işlevler üstüne kurdu. 1817'de, Georges Baron Cuvier'yse, bütün hayvanlar âlemini, omurgalılar, yumuşakçalar, eklembacaklılar, ışınlılar, vb. alt öbeklere ayıran ilk kişi oldu.
Not: Charles Darwin, evrim kuramının büyük bir bölümünü, doğa bilimci olarak katıldığı Beagle gemisinin seferinde hayvanlar üstünde yaptığı gözlemlere dayandırmıştır.
Louis Pasteur'ün mikrobiyoloji alanındaki öncü çalışması, modern tıp araştırmasının temellerini atmıştır.
Hastalık tedavisi için bir kimyasal etken, kendi deyişiyle bir “sihirli kurşun" arayan Paul Ehrlich, bu çalışmalarıyla bağışıklık bilim araştırmalarına yeni bir boyut getirmiştir. Buluşlarının en önemlilerinden biri, frengi tedavisinin ilk ilacı olan Salvarsan'dır.
Bilimsel seferler: XVIII. ve XIX. yy'larda biyoloji çalışmalarıyla ilgili çok sayıda önemli biyoloji seferi düzenlendi. Bunlardan İngilizlerin düzenlediği üç seferin, biyolojiye son derece önemli katkıları oldu. Sir Joseph Banks, Kaptan Cook'un Endeavor gemisiyle Güney denizlerine giderek, Avustralya bitki ve hayvanlarından örnekler topladı (1768-71). Banks'in öğrencisi Robert Brown, 1801-1805 arasındaki investigator gemisinin seferinde, Avustralya'dan 4 000'i aşkın bitki örneğiyle döndü. Üçüncü ve belki de en ünlü seferde, Charles Darwin, Beagle gemisiyle dünyanın çevresini dolaştı (1831-36) ve 1835'te Galopagos adalarındaki kuşlar, sürüngenler ve çiçekli bitkiler üstündeki gözlemleriyle, sonradan evrim kuramını geliştirerek, bu kuramı daha sonra On the Origin of Species (Türlerin Kökeni Üstüne, 1859) adlı yapıtında yayınladı.
Mikroorganizmaların bulunması: Aristoteles döneminden başlanarak, organizmaların kendiliklerinden oluştukları yolunda savlar ileri sürülmüş, bir sonuca ulaştırılmayan deneyler yapılmıştı. Louis Pasteur 1864'te ısıyla mikroptan arındırılmış bir büyüme ortamında (mühürle yalıtılmış şişeler içinde) hiçbir organizmanın ortaya çıkmadığını açıkça ortaya koyarak, kendiliğinden oluşma savlarının geçersizliğini kanıtladı. Daha sonra, Edward Jenner'in çiçek hastalığına ilişkin çalışmalarına dayanarak şarbon hastalığı için bir aşı geliştirdi ve 1885'te kuduz bir köpek tarafından ısırılmış bir insanı başarıyla tedavi eden ilk kişi oldu.
1876'dan başlayarak Robert Koch, mikroorganizmalar için saf-kültür teknikleri geliştirdi. Çalışmaları hastalıklara mikropların yol açtıklarına ilişkin mikrop kuramını doğruladı. Öğrencilerinden Paul Ehrlich de, kemoterapiyi (ilaç tedavisi) geliştirerek 1909'da frengi tedavisinde kullanılan bir ilaç buldu.
Sir Alexander Fleming'in 1928'de penisilini bulmasıyla antibiyotiklerin değeri anlaşıldı. 1940 -1960 arasında yürütülen geniş çaplı araştırmalar, çok geniş bir biçimde kullanılan birkaç düzine antibiyotiğin bulunmasıyla sonuçlandı: Antibiyotikler, bir zamanlar umulduğu gibi her derde deva olmamalarına karşın, kullanılmaları en bulaşıcı hastalıkların sıklığında önemli bir azalma sağlamıştır.
Hücrenin işlevi: Hooke'un hücre terimini benimseyen biyoloji uzmanları, zaman içinde bütün canlı sistemlerin ortak birimi olarak kabul etmeye başladılar. Bitki anatomisiyle uğraşan Matthias Schleiden, 1839'da hücre kuramını yayınladı. Schleiden, hücreleri örgenleşmenin temeli olarak görüyor ve her hücrenin, biri "kendi gelişmesine ilişkin", öteki de "bir bitkinin bütünleyici parçası olarak", çifte bir yaşamı bulunduğunu düşünüyordu. Hayvan dokuları üstünde çalışan Schwann'sa, bir organizmanın bütün bölümlerinin hücrelerden oluşmadığını farkedip, 1840'ta, bu parçaların en azından "hücre ürünleri" olduğunu saptayarak, kurama katkıda bulundu. 1868-1898 arasında hücre alt oluşumlarının -sözgelimi plastitlerin ve mitokondrilerin- gözlemlenmesi ve tanımlanmasıyla hücre kuramı genişledi.
Temel yaşam işlevleri: XVII. yy'a kadar, bitkilerin toprakta önceden oluşmuş besinlerle beslendikleri kabul ediliyordu. Ne var ki, deneysel yöntemi kullanan ilk fizyoloji bilgini olan Jan Baptista van Helmont, 1640'a doğru, bitkinin büyümesi için gerekli olan en önemli toprak bileşeninin, su olduğu sonucuna vardı. Stephen Hales (1727) havanın, besin bireşimi için gerekli ek bir bileşen içerdiğini gösterdi. 1779'da İngenhousz, bu bileşenin karbondioksit olduğunu ortaya koydu.
Işıl bireşimle (fotosentez) ilgili araştırmalar, XIX. yy. ortalarında Julius von Sachs ve Nathanael Pringsheim'in, ışığın yeşil bitkilerin enerji kaynağı olduğunu göstermeleriyle başladı. Vernon Herbert Blackman, 1905'te bu sürecin bütün aşamalarında güneş ışığına gereksinme bulunmadığını ortaya koydu. 1920 ve 1930 yıllarındaki çalışmalar sonucunda, kloroplastların oksijen ürettikleri kanıtlandı. Hemen ardından da ışığa bağımlı tepkimelerin, ışıktan enerji alarak kullanan iki tip -yüksek-enerji molekülünün oluşmasına yol açtıkları ortaya kondu.
Işıl bireşimde karbondioksidin izlediği yol, 1950 yıllarının başlarında radyoizotop karbon-14 'ün yardımıyla, Melvin Calvin tarafından ortaya çıkarıldı. Calvin'in elde ettiği sonuçlar Blackman'in tezinin doğru olduğunu kanıtladı: Birbirinden farklı, ama çok sıkı bir biçimde eşgüdümlü iki kloroplast tepkimesi vardır; bunlardan biri ışığa bağımlı, öbürü ışığa bağımsızdır. Işığa bağımsız tepkimelerde, karbondioksidin şekerlerin yapısına girmesi için, ışığa-bağımlı tepkimelerin yüksek- enerji ürünleri gereklidir.
Pankreas sıvısında fermentlerin (enzim sözcüğü 1878'e kadar kullanılmamıştı) uygulamalı kanıtlamasını, Fransa'da Claude Bernard gerçekleştirdi. Bernard ayrıca, karaciğerin birçok işlevini, vazomotor sinirlerin kan basıncı üstündeki etkilerini deneysel yöntemle kanıtladı.
1930 yıllarında Otto Warburg, biyolojik etkinlik için enerji üreten glikozun yıkılma sürecini başlatan bir dizi hücre enzimi buldu. 1950 yıllarında Hans Krebs, yük-seltgenme süreçlerini tamamlayan bir dizi enzim tepkimesini (sitrik asit çevrimi) ortaya koyunca, hücrelerin genel solunum şeması ortaya çıktı.
1905'te Sir William M. Bayliss ve Ernest Henry Starling (hormon terimini ilk kullanan bilim adamıdır), beden işlevlerinin, sinir sisteminin doğrudan denetimi olmaksızın kimyasal senkronizasyonu ortaya koydular. 1935'te de böbreküstü bezlerinin salgıladıkları hormonlar bulundu.
Canlı sistemlerde süreklilik: İlk biyoloji bilginleri, hayvanların ya sperma ya da yumurta içinde önceden oluşmuş biçimde bulunduklarına inanıyorlardı. Karl Ernst von Baer'in mikroskoptan yararlanarak, önceden oluşmuş embriyolar bulunmadığını kanıtlamasıyla, embriyo bilim doğdu.
Kalıtımın araştırılması olan genetik, ilk bulgularını 1866'da yayınlayan Gregor Johann Mendel'le başladı. Mendel'in bezelyelerle yaptığı ayrıntılı deneyler, her temel özelliğin bir çift fiziksel birim (genler) tarafından denetlendiğini ortaya koydu. Biri anne, biri babadan gelen bu birimler (özelliklerin ayrılığı yasası), sonraki kuşağa, öbür çiftlerin dağılımından bağımsız olarak geçiyordu (özelliklerin bağımsız aktarılması yasası). Gen kavramı, 1900'de, Hollanda'da Hugo De Vries, Almanya'da Karl Erich Correns ve Avusturya' da Gustav Tschermak von Seysenegg'in, Mendel'in çalışmalarını yeniden doğrulamalarıyla genişletildi. De Vries'in değişinim (mütasyon) kuramı, modern genetiğin temeli haline geldi.
Pierre Paul Roux'nun 1883'teki, hücre çekirdeğinin, hücrenin bölünmesi sırasında katlanan (tıpkı kopyalar üreten) çizgisel düzende tespih benzeri sıralanmış parçalar içerdiği yolundaki düşüncelerine dayandırılarak, kromozom kuramı geliştirildi. XX. yy. başlarında ABD'de Thomas Hunt Morgan, gen kuramına önemli birçok katkıda bulundu.
Geoffrey Hardy ile Wilhelm Weinberg'in bir popülasyon içindeki alellerin (1909'da William Bateson'un bir genin almaşık biçimleri için kullandığı terim) sıklığı arasında var olan denge ilişkisini bulmaları, adlarını taşıyan yasanın ortaya atılmasına yol açtı. Genetiğin evrimdeki rolünü, 1937'de Theodosius Dobzhansky, Genetik ve Türlerin Kökeni adlı yapıtında açıkladı.
Biyolojinin en yeni dalı olan molekül biyolojisi XX. yy. başlarında Archibald Garrod'un çeşitli hastalıkların biyokimyasal genetiği üstüne çalışmalarıyla başladı. Bir genin bir enzim ürettiği kavramı, 1941'de George W. Beadle ve Edward L. Tatum tarafından temellendirildi. Jacques Monod, François Jacob, vb. araştırmacıların protein bireşimi üstündeki çalışmaları (1961), bir genbir enzim anlayışını, bir gen-bir protein biçiminde değiştirdi. 1940 ve 1950 yıllarında nükleik asitlerin işlev ve yapılarının anlaşılmasında sağlanan ilerlemeler, protein bireşiminin aydınlatılmasına önemli katkılarda bulundu. 1953'te James D. Watson ve F.H.C. Crick'in önerdikleri yapısal model, biyolojide bir kilometre taşı oluşturdu; biyoloji bilginlerine, genetik bilginin depo edilmesini ve bir kuşaktan bir sonraki kuşağa aktarılmasını açıklayacak akla yakın bir yöntem sağladı. Molekül düzeyindeki biyolojik süreçlere ilişkin bilgi, aynı zamanda, genetik bilginin doğrudan işlenmesi için teknikler geliştirilmesi olanağını sağladı ve genetik mühendisliği adı verilen dal doğdu.
Not: 1953'te lames D. Watson ve Francis H. C. Crick, genetik bilginin deposu olan dezoksiribonükleik asit (DNA) molekülünün bu modelini oluşturmuşlar, 1962'de Nobel Fizyoloji ve Tıp Ödülü'nü, röntgen (X-ışını) kırınımı incelemeleriyle genetik şifreyi çözmelerine olanak sağlamış olan Maurice Wilkins'le paylaşmışlardır.
Canlı sistemlerin birliği: Günümüze kadar bulunan organizmaların insana şaşkınlık veren farklılık ve çeşitliliğine karşın, aynı derecede şaşırtıcı bir yapı ve işlev birliği derecesinin varolduğu da gözlemlenmiştir. Kamçılıların yapısı, temelde, çekirdek içeren bütün hücrelerle aynı yapıdadır. Büyümeyle ve metabolizmayla ilgili olan moleküller, çoğunlukla aynı alt birimlerden yapılmıştır. Ayrıca, biyokimyanın katalizcileri olan enzimlerin, bütün organizmalarda aynı biçimde etki gösterdikleri günümüzde bilinmektedir. Hücre bölünmesi ve genetik şifrenin aktarımı gibi olguların da, bütün canlılar dünyasında ortak olduğu düşünülmektedir.