Konu: Genel Bilgiler

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 v.b. 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. N.T.» (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 (100.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000) 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 (100.000.000.000.000.000.000.000.000.000)°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 3.8 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 1.000.000.000 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, 100.000 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.