Hafta 3: Dünyadaki yaşamın tarihi - II

Dünyadaki yaşamın tarihi Yaşam Karaya Nasıl Geçti? Bitkiler kuru karasal ortama adaptasyon için özel yapılar geliştirdiler İlkel kara bitkileri yüzen spermlere sahipti ve üremek için suya gereksinim duymaktaydılar Tohumlu bitkiler spermleri polen tanelerinin içine yerleştirdiler, bu durum bitkilerin kuru habitatlara yayılmasını sağladı Çiçekli bitkiler polen taşıması için hayvanları kullandı Bazı hayvanlar kuru karaya adaptasyon için özel yapılar evrimleştirdiler İkiyaşamlılar (Amphibia) lob yüzgeçli balıklardan evrimleştiler Sürüngenler ikiyaşamlılardan evrimleştiler ve kara yaşamına değişik uyumsal özellikler kazandılar Hem kuşlar hem de memeli hayvanlar sürüngenlerden evrimleştiler

Yaşam Karalara Nasıl Geçti Uzun yaşam tarihinin en ilginç hikayelerinden biri; suyun hayatı kesin olarak sınırladığı 3 milyar yıldan daha sonra yaşamın karaları işgali hikayesidir. Katı zeminde harekette organizmaların üstesinden gelmek zorunda oldukları bir çok engel vardı. Deniz içindeki organizmalara yerçekimine karşı kaldırma desteği sağlar, fakat karada bir organizma yerçekiminin kuvvetine karşı vücudunu taşımak zorundadır. Deniz organizmalara su sağlar, fakat karasal organizmalar yeterli suyu bulmak zorundadırlar. Denizde yaşayan bitki ve hayvanlar birbirine doğru yüzebilen sperm ya da yumurtalarını suya bırakarak üreyebilirler, fakat karasal hayvanlar kuruma tehlikesi nedeniyle gametlerini sağlama almak zorundadırlar.

Yaşam Karalara Nasıl Geçti Karada yaşamın bu zorluklarına rağmen Paleozoyik kara kütlelerinin boş alanları çok büyük evrimsel fırsatlar sunmaktaydı. Karasal yaşamın ödülleri özellikle bitkiler için fazlaydı. Su ışığı güçlü bir şekilde absorbe eder, en berrak sularda bile fotosentez bir kaç yüz metre ile sınırlıdır. Suyun dışında güneş çok daha parlaktır ve fotosentezin hızlı olmasını sağlar.

Yaşam Karalara Nasıl Geçti Üstelik karasal topraklar besin maddeleri bakımından zengindir, halbuki deniz suyu bazı besin maddeleri özellikle azot ve fosfor bakımından fakirdir. Sonuç olarak Paleozoyik denizinde bitkilerle beslenen hayvanlar çoğaldı, fakat kara hayvanlardan yoksundu. Karada ilk önce bitkiler koloniler oluşturdular. Karada ışık ve el değmemiş nütrient kaynakları boldu, predatör ise hiç yoktu.

Bitkiler kuru karasal ortama adaptasyon için özel yapılar geliştirdiler Suyun kenarındaki nemli topraklarda bazı küçük yeşil algler gelişmeye başladı. Burada güneş ışığı ve beslenmede avantaj kazandılar. Yerçekimine karşı koyacak büyük vücutları yoktu. Toprak üzerindeki su filmi üzerinde yaşıyorlardı ve suyu kolaylıkla elde edebiliyorlardı. Yaklaşık 400 milyon yıl önce bu alglerden bazıları ilk çok hücreli karasal bitkileri oluşturdular.

Fern: eğrelti otu (iletim dokusu var fakat tohumsuz) Conifer: kozalaklı bitkiler Moss: karayosunu Liverwort: ciğerotları Hornwort: Boynuzsu otlar Nonvascular: İletim dokusu olmayan bitkiler

Sporangia on the underside of Polypodium pellucidum (eğrelti) from Hawaii. Image from http://www.botany.hawaii.edu/faculty/carr/images/pol_pel.jpg.

Bitkiler kuru karasal ortama adaptasyon için özel yapılar geliştirdiler Başlangıçta basit, yavaş gelişen formlar olan kara bitkileri karada bitki yaşamının karşılaştığı iki zorluğa hızlı bir şekilde çözüm geliştirdiler: (1) suyu elde etmek ve korumak ve (2) yerçekimi ve rüzgâra karşı dik durmak. Bitkilerin toprak üzerindeki kısımlarında gelişen su geçirmez örtü suyun buharlaşarak kaybını azaltır ve kök benzeri yapıları da toprağın derinliklerinden suyu ve mineralleri alır. Özel hücreler suyu köklerden yapraklara ileten iletim dokuları ya da vascular dokular adı verilen boru sistemleri oluşturdu. Belli hücrelerin etrafını saran ekstra kalın duvarlar gövdelere dik durma yeteneği kazandırdı.

İlkel kara bitkileri yüzen spermlere sahipti ve üremek için suya gereksinim duymaktaydılar Suyun dışında üremek büyük bir problemdi. Hayvanlar gibi bitkiler de sperm ve yumurtaya sahiptirler, üremenin olması için bunların karşılaşması gerekmektedir. İlkel deniz bitkileri yüzen sperm ve bazı durumlarda yüzen yumurtaya sahiptiler. İlk kara bitkileri de yüzen spermlere sahipti. Sonuç olarak onlar bataklık ve sulu alanlarda sıkışmışlardı ve buralarda sperm ve yumurta suya bırakılıyordu veya bol yağmurlu alanlarda yaşıyorlardı ve buralarda zemin zaman zaman suyla kaplanıyordu. Sonra ıslak karasal ortamlar yaygınlaştığında üremek için suya ihtiyaç duyan bitkiler yaygınlaştı.

İlkel kara bitkileri yüzen spermlere sahipti ve üremek için suya gereksinim duymaktaydılar Yukarıda tanımlanan üreme stratejisi milyonlarca yıl yeterli oldu. 360-286 milyon yıl önce Karbonifer süresince iklim sıcak ve rutubetliydi. Büyük kara parçaları yüzen spermler üreten dev eğrelti ormanları ve kibritotlarıyla kaplandı (Şekil). Bugün bizim kullandığımız kömür bu ormanların fosilleşmiş kalıntılarıdır.

Carboniferous Swamp Artwork by Dorling Kindersley/Getty Images Characteristic of the Carboniferous period (from about 360 million to 300 million years ago) were its dense and swampy (bataklık) forests, which gave rise to large deposits of peat (çürümüş bitkilerden oluşan yer kömürü). Over the eons the peat transformed into rich coal stores in Western Europe and North America. The name "Carboniferous" refers to this coal.

Calamites Fossil Photograph by James L. Amos Calamites, a primitive seedless tree, grew in swamps about 300 million years ago, during the Carboniferous period. This fossil, which measures 6 inches (15 centimeters) tall, is in the collection of the Smithsonian Institution's National Museum of Natural History in Washington, D.C.

Tohumlu bitkiler spermleri polen tanelerinin içine yerleştirdiler, bu durum bitkilerin kuru habitatlara yayılmasını sağladı Bu arada daha kuru bölgelerde yaşayan bazı bitkiler artık suya bağımlı olmayan üreme stratejileri geliştirdiler. Bu bitkilerin yumurtaları ebeveyn bitkide tutuldu ve spermler de kuraklığa dayanıklı polenlerin içine yerleştirildi. Bu polenler rüzgârla taşınarak bir bitkiden diğerine ulaşabiliyordu. Polen yumurtanın yakınına konduğunda sperm hücrelerini doğrudan canlı dokuya bırakıyordu, bu durum suyla kaplı bir yüzey ihtiyacını elimine ediyordu. Döllenmiş bitki ebeveyn bitki üzerinde kalarak gelişip bir tohum oluşturmaktaydı, Bu tohum da içinde gelişen embriyoya koruma sağlamakta ve besin sunmaktaydı.

Tohumlu bitkiler spermleri polen tanelerinin içine yerleştirdiler, bu durum bitkilerin kuru habitatlara yayılmasını sağladı İlk tohumlu bitkiler geç Devoniyen’de (375 myö) ortaya çıktı ve bunlar tohumlarını bunları tutacak özel bir yapı olmaksızın dalların üzerinde geliştirmekteydi. Ancak Karbonifer periyodunun ortasına kadar tohumlu bitkilerin yeni bir çeşidi gelişti. Koniferler olarak bilinen bu bitkiler gelişmekte olan tohumlarını kozalakların içinde korumaktaydı. Koniferler üremek için suya ihtiyaç duymuyorlardı ve Permiyen periyodu (286-245 milyon yıl önce) boyunca gelişerek yayıldılar.

Tohumlu bitkiler spermleri polen tanelerinin içine yerleştirdiler, bu durum bitkilerin kuru habitatlara yayılmasını sağladı Bu dönemde dağlar yükseldi, bataklıklar kurudu ve iklim daha kurak hale gelmişti. Koniferlerin şansına dev eğrelti ve kibritotları (bunlar üremek için suya bağımlıydılar) yok oldular. Üremek için suya bağımlı olmayan çamlar bu boşalan alanları işgal ederek hızlı bir şekilde yayıldılar.

Çiçekli bitkiler Çiçeksiz bitkiler Bitkiler 2 temel öbekte (altşube) toplanır;      1. KAPALI TOHUMLULAR (Angiospermae)      2. AÇIK TOHUMLULAR (Gymnospermae) Kapalı tohumlular; Meşe, kayın, gürgen, karağaç gibi yapraklı ağaçlar bu gruba dahildir...       Açık tohumlu bitkilerde geniş bir canlılar topluluğudur. Çam, Göknar, Sedir, Ladin gibi kozalaklı ağaçlar, Sikaslar, Ginko gibi türler bu gruba dahildir...

Çiçekli bitkiler polen taşıması için hayvanları kullandı Yaklaşık 140 milyon yıl önce Kretase periyodu süresince, konifer benzeri bitkilerden evrimleşen çiçekli bitkiler gelişti. Çiçekli bitkilerin ilk göze çarpan avantajları böceklerle tozlaşma gibi görülmektedir. Çiçeklerin böceklerle tozlaşması rüzgarla tozlaşmaya göre çok daha etkilidir. Koniferler gibi rüzgarla tozlaşan bitkiler çok fazla polen üretmek zorundaydılar, çünkü bunların polen tanelerinin büyük çoğunluğu hedefe ulaşmıyordu. Böceklerle tozlaşma daha az polen üretimini de beraberine getirir. Ayrıca çiçekli bitkiler hızlı üreme ve bazı durumlarda çok daha hızlı gelişme gibi diğer avantajları da evrimleştirdiler. Bugün dünyada koniferlerin yaşadığı soğuk kuzey bölgeler hariç çiçekli bitkiler dominant durumdadır.

Bazı hayvanlar kuru karaya adaptasyon için özel yapılar evrimleştirdiler Kara bitkilerinin evrimleşmesi karada diğer organizmalar için potansiyel besin kaynakları oluşturmuş oldu ve bundan hemen sonra karada ilk yürüyen hayvanlar eklembacaklılar (böcekler, örümcekler, akrepler, centipedler ve yengeçler gibi gruplar) oldu. Niçin eklembacaklılar? Cevap kara yaşamına öncü adaptasyondur. Yani bu hayvanlar farklı çevresel baskılar altında kara yaşamına uygun yapıları şans eseri evrimleştirmişlerdi. Bu yapı bir yengecin kabuğu gibi vücuda sert bir örtü olan eksoiskelettir (dış iskelet). Dış iskelet hem suyu korumakta, hem de yerçekimi kuvvetine karşı küçük vücudu desteklemektedir.

Bazı hayvanlar kuru karaya adaptasyon için özel yapılar evrimleştirdiler Eklembacaklılar ayrıca kara yaşamında sıkıntı yaratan solunum problemini de çözmüşlerdi. Solunum yüzeyinin nemli kalması zorunludur. Kuru havada bunu başarmak zordur. Karada yaşayan yengeç ve örümcekler gibi eklembacaklılar solunum keselerini nemli tutan iç solungaçlar geliştirdiler. Böcekler trakeleri geliştirdiler. Bunlar direkt olarak vücut içine uzanan küçük dallanmış borular şeklindedir, ayrıca ayarlanabilir açıklıklarla vücut dışıyla bağlantılıdırlar. Arthropodlar milyonlarca yıldır dünya üzerinde yaşamaktadır ve on milyonlarca yıl dominant hayvanlar olmuşlardır. 70 cm uzunluğundaki kanatlı ejder sinekleri Karbonifer eğrelti ormanları içinde uçuyordu ve 2 metrelik millipedler de bu ormanın zemininde yürüyordu. Ancak sonunda arthropodların görkemli yalnızlığı sona erdi.

İkiyaşamlılar (Amphibia) lob yüzgeçli balıklardan evrimleştiler Yaklaşık 400 milyon yıl önce lob yüzgeçliler olarak bilinen bir grup Siluriyen balığı muhtemelen tatlı sularda ortaya çıkmıştı. Karada yaşayabilmek için bu balıkların iki önemli avantajı vardı: (1) yürüyüşünü kolaylaştıracak kalın etli yüzgeçler ve (2) ilkel akciğer gibi havayla doldurulabilecek sindirim kanalıyla bağlantılı kese (Şekil).

Balıklardan ikiyaşamlılara geçiş Audesirk et al. 2002

İkiyaşamlılar (Amphibia) lob yüzgeçli balıklardan evrimleştiler Lobyüzgeçlilerin bir grubu çok sığ göletlerde ve akarsularda yaşamaktaydı, bu sular kurak dönemlerde çekiliyor ve oksijen bakımından fakir bir hale geliyordu. Bu lobyüzgeçliler akciğerlerine hava çekerek bir şekilde oksijen sağlayabiliyorlardı. Bunların torunlarından bazıları su veya av aramak için bir su birikintisinden diğerine yüzgeçlerini kullanarak sürünmeye başladı, günümüzde de bazı balık grupları hala bunu gerçekleştirmektedir (Şekil 4).

Audesirk et al. 2002 Karada yürüyen bir balık. Bazı modern balıklar amfibileri oluşturan eski lobyüzgeçli balıklar gibi karada yürüyebilmektedirler. Bu çamur kaptanları bataklık habitatlarındaki kuru alanlara hareket ederken güçlü pektoral yüzgeçlerini kullanır

İkiyaşamlılar (Amphibia) lob yüzgeçli balıklardan evrimleştiler İlkel lobyüzgeçli balıkların yaşayan örnekleri 1939 yılında Hint okyanusunda keşfedildi ve böylece yok olmadığı anlaşıldı. Bu balıkların bir grubunda akciğer yüzme kesesine evrimleşti, bunlar denizlerde bugünkü modern kemikli balıklara evrimleştiler. Diğer grup ise kuraklık dönemlerinde oksijen bakımından fakir bataklık ve sığ sulara sığındılar. Karada beslenmenin ve bir su birikintisinden diğerine hareket etmenin avantajı daha uzun süreler su dışında kalabilen balıkların ve kadara daha etkin bir şekilde hareket etmenin evrimleşmesini sağladı.

İkiyaşamlılar (Amphibia) lob yüzgeçli balıklardan evrimleştiler Akciğer ve ayaklardaki gelişimle lobyüzgeçlilerden amfibiler evrimleşti. Yaklaşık 350 milyon yıl yaşlı kayaçlarda lob yüzgeçlilerden evrimleşmiş ikiyaşamlıların fosillerine rastlanmıştır. İlk amfibiler açısından bakıldığında o dönemki karalar bir cennet gibiydi; predatör yoktu, besin boldu, nemli ve sıcak bir iklim vardı. Bazı böcek ve millipedlerde olduğu gibi bazı amfibiler de 3 m’yi aşan devasa boyutlara ulaştılar. Bu kadar başarılı olmalarının yanında ilkin amfibiler kara hayatına tamamen uyum sağlayamamışlardı.

İkiyaşamlılar (Amphibia) lob yüzgeçli balıklardan evrimleştiler Akciğerleri yüzey alanı az olan basit keseler şeklindeydi, bu nedenle yeteri kadar oksijeni vücutlarına alamıyorlardı ve oksijenin bir kısmını her zaman nemli olması gereken deri yoluyla alıyorlardı. Bu yüzden nemli yerleri terk edemediler, karada dolaşsalar bile sulak alanlardan fazla uzaklaşmadılar. Permiyen periyodunun başlangıcında iklim kuraklaşmaya başladığında ağaç eğreltiler ve kibritotlarıyla birlikte amfibiler de problem yaşamaya başladılar.

Sürüngenler ikiyaşamlılardan evrimleştiler ve kara yaşamına değişik uyumsal özellikler kazandılar Bataklık ormanlarının kenarlarında konifer ormanları evrimleşirken ikiyaşamlı grubu da evrimleşiyor ve daha kuru şartlara uyum sağlayacak özellikler kazanıyordu. Bu ikiyaşamlı grubu sürüngenleri meydana getirdi ve bu sürüngenler ikiyaşamlılar üzerine dört büyük gelişme kazandı: 1) İç döllenme, 2) Kuru şartlara dayanıklı olan kabuklu yumurta, 3) Deride vücuttan su kaybını ortadan kaldıran pullar, ve 4) Daha aktif olan sürüngenlere daha fazla oksijen sağlayan gelişmiş akciğerler.

Sürüngenler ikiyaşamlılardan evrimleştiler ve kara yaşamına değişik uyumsal özellikler kazandılar Gelişen iç döllenmede dişi sürüngenin üreme borusu sperm için sulu bir çevre sağlamaktadır. Böylece karada sperm transferi mümkün olmakta ve bu sürüngen bireyi üremek için, amfibi ve balık grubundan predatörlerle dolu tehlikeli bataklıklara dönmek zorunda kalmıyordu. Kabuklu ve sugeçirmez yumurta embriyo için gerekli su kaynağını kuşatmakta (yumurta içindeki) ve yine sürüngenin bataklığa dönmesi gereğini ortadan kaldırmaktadır. Permiyen periyodu boyunca iklim kuraklaştıktan sonra sürüngenler diğer omurgalılar üzerine dominant duruma geldiler.

Sürüngenler ikiyaşamlılardan evrimleştiler ve kara yaşamına değişik uyumsal özellikler kazandılar Birkaç on milyon yıl sonra iklim eski nemli haline geldi ve bu durum gür ormanların gelişmesini sağladı. Bu gelişme üzerine daha devasa vücutlar seçildi ve belli sürüngen familyaları dinozorlar haline evrimleşti. The archosaurs of the Triassic period were the dominant reptiles on earth until the arrival of the dinosaurs. Here are pictures, illustrations and photographs of archosaurs, ranging from Arizonasaurus to Vancleavea. Archosaurs weren't the only lizard-like creatures roaming the earth before the dinosaurs; there were also the therapsids, some of which looked like strange hybrids of mammals and reptiles.

Audesirk et al. 2002 Otçul, etçil, sucul ve uçanlar gibi çok çeşitli dinozorlar evrimleşmişti ve bunlardan bazıları devasa boyutlara eriştiler (Şekil). Acaba neden?

Theory #1: Dinosaur size was fueled by vegetation. Theory #2: Hugeness in dinosaurs was a form of self-defense. Theory #3: Dinosaur gigantism was a byproduct of cold-bloodedness.

The biggest dinasours 1-Argentinosaurus (Greek for "Argentina lizard"); pronounced ARE-jen-teen-oh-SORE-us Well, some reliable estimates place this dinosaur at 100 feet from head to tail and over 100 tons!

2-Sauroposeidon (Greek for "Poseidon lizard"); pronounced SORE-oh-po-SIDE-on Thanks to its unusually long neck, this dinosaur may have towered 60 feet into the sky--high enough to peek into a sixth-floor window, if any office buildings had existed back then! However, it's unclear if Sauroposeidon actually held its neck vertically, as this would have placed enormous demandson its heart; one theory is that it swept its neck and head parallel to the ground, sucking up low-lying vegetation like the hose of a giant vacuum cleaner.

3-Spinosaurus (Greek for "spine lizard"); pronounced SPINE-oh-SORE-us By the way, paleontologists now believe that Spinosaurus was the largest carnivorous dinosaur that ever lived--outclassing even Tyrannosaurus Rex by one or two tons. 

Sürüngenler ikiyaşamlılardan evrimleştiler ve kara yaşamına değişik uyumsal özellikler kazandılar Bu çeşitlenme dinozorları karaların dominant hayvanları yaptı. Dinozorlar geçmişteki en başarılı hayvanların arasında yeraldılar. 100 milyon yıldan daha uzun süre gelişmeye devam ettiler ve 65 milyon yıl önce aniden yok oldular. Dinozorların nasıl yok oldukları tam olarak bilinmiyor. Ancak dev meteorit çarpmasının son darbeyi vurduğuna inanılmaktadır. Dinozorlar zamanında bile çok sayıda küçük vücutlu sürüngen türü mevcuttu. Küçük vücutlu sürüngenlerin maruz kaldıkları önemli bir problem ise vücut sıcaklıklarını korumak idi.

Sürüngenler ikiyaşamlılardan evrimleştiler ve kara yaşamına değişik uyumsal özellikler kazandılar Sinir sistemi ve kasların etkinliğini maksimize etmek için karada aktif olmak yüksek bir vücut ısısı gerektirmektedir. Ancak hava da sıcak değilse vücut ısı kaybeder. Hayvan ne kadar küçük ise ısı kaybı o kadar büyük bir problemdir, çünkü bunlar daha büyük hayvanlarla karşılaştırıldıklarında birim ağırlık başına daha geniş bir yüzey alanına sahiplerdir. Dolayısıyla birim ağırlık başına ısı kaybedecekleri yüzey daha fazladır.

Sürüngenler ikiyaşamlılardan evrimleştiler ve kara yaşamına değişik uyumsal özellikler kazandılar Pek çok küçük sürüngen türü yavaş metabolizmayı muhafaza ettiler ve sadece havanın sıcak olduğu zamanlarda aktif oldukları bir hayat tarzı geliştirerek ısı kaybı probleminin üstesinden geldiler. Ancak iki küçük sürüngen grubu birbirinden bağımsız olarak farklı evrimsel yolları takip ettiler: Bunlar ısı kaybına karşı izolasyon geliştirdiler. Bir grup tüy, diğer grup ise kılları evrimleştirdi.

Hem kuşlar hem de memeli hayvanlar sürüngenlerden evrimleştiler Atasal kuşlarda tüyler vücut sıcaklığını koruyan oluşumlardı. Sonuçta bu hayvanlar bu özelliklerinden dolayı gece boyunca ve soğuk zamanlarda daha aktif hayvanlardı, oysa pullu akrabaları bu şartlarda hareketsiz kalıyorlardı. Daha sonra bazı atasal kuşlar ön ekstremiteleri üzerinde daha uzun, daha kuvvetli tüyler geliştirdiler. Ağaçlardan daha iyi süzülme veya böcek avlarının arkasından daha iyi sıçrama baskısı bu seçilimi sağlamış olabilir. Bundan sonra da kademeli olarak uçma evrimleşti.

In the 1970s, paleontologists noticed that Archaeopteryx shared unique features with small carnivorous dinosaurs called theropods. 

Hem kuşlar hem de memeli hayvanlar sürüngenlerden evrimleştiler Tamamıyla gelişmiş ve uçmayı sağlayabilecek durumda olan tüyler 150 milyon yıllık fosillerde bulunmaktadır. Dolayısıyla izolasyon sağlayan ilkin tüylü yapılar bundan çok daha önce gelişmiş olmalıdır. Atasal memelilerin kılları da bu hayvanlarda soğuğa karşı yalıtım sağlamıştır. Kuşların aksine memeli hayvanlar atalarının yumurtlama davranışlarından vazgeçtiler. Memeli hayvanlar yavrularını doğururlar ve yavrularını vücutlarında yer alan meme bezlerinden salgılanan sütle beslerler. Ancak uterus, meme bezleri ve kıllar fosilleşemediği için bu yapıların ilk ne zaman ortaya çıktıklarını veya ara formların neye benzediklerini asla tam olarak bilemeyeceğiz. Ancak son zamanlarda bir grup paleontolog fosil dışkılarda (koprolitler) (Şekil) fosil kıl parçaları belirlediler.

Hem kuşlar hem de memeli hayvanlar sürüngenlerden evrimleştiler Bu koprolitler Çin’deki Gobi Çölü’nde bulundu ve 55 milyon yıl yaşında olup bir predatör dışkısıydı. Dolayısıyla memelilerin en azından 55 milyon yıldır kıllara sahip olduklarını söylemek mümkündür. İlk zamanlarda memeliler küçük vücutlu hayvanlardı, muhtemelen ağaçlarda yaşıyorlardı ve çoğunlukla gece aktivite gösteriyorlardı. Dinozorlar yok olduktan sonra boş kalan habitatlarda uyumsal açılıma uğrayarak bütün dünyada geniş bir yayılış kazandılar.