TAR131U-GENEL BİYOLOJİ
Ünite 7: Hayvan Yapı ve Fonksiyonları
Giriş
Anatomi hayvan vücudunu oluşturan temel birimlerin yapısal özelliklerini açıklar. Fizyoloji ise bu yapısal birimlerin fonksiyonlarını “hücre, doku, organ ve organ sistemleri” düzeyinde açıklamaktadır.
Hayvansal Dokular
Tek hücreli ve süngerler haricinde, tüm Eumetazoa (gerçek dokusu olan çok hücreli hayvanlar) gruplarında hücreler tek başlarına işlevsel değildir. Bu gruplarda doku ve organ farklılaşması olduğu için, benzer yapı ve fonksiyonları olan hücreler bir araya gelerek özelleşmiş dokuları oluştururlar. Hayvansal dokuların yapısal ve işlevsel özelliklerini inceleyen bilim dalına “histoloji”, diğer bir ifadeyle doku bilimi denir. Histolojik özelliklerine göre hayvanlarda 4 temel tipte doku bulunur. Bunlar; epitel doku, bağ ve destek doku, kas doku ve sinir dokudur.
Epitel Doku
Epitel dokunun temel yapısal özelliği, hücreleri arasında boşluk olmamasıdır. Ayrıca epitel dokuda kan damarları yoktur. Bu nedenle hücrelerin gerekli metabolitleri sağlaması ve atıklarını uzaklaştırması bağ doku aracılığı ile gerçekleşir. Epitel doku hücreleri sindirim kanalında veya deride olduğu gibi bölünme ve sürekli yenilenme yeteneğine sahiptirler. Epitel dokunun temel görevleri şunlardır:
• koruma • emme (aborbsiyon) • salgılama (sekreksiyon) • taşıma (transport) • kasılma (kontraksiyon) • boşaltım ve duyuların algılanması
Epitel doku, fonksiyonel özelliklerine göre özelleşmeler gösterir. Bu nedenle, örtü, salgı ve duyu epiteli olarak 3 gruba ayrılır:
Bağ ve Destek Doku
Bağ doku, hayvansal dokuları bir arada tutma ve destekleme görevi görür. Epitel dokunun aksine bağ doku hücreleri arasında matriks olarak adlandırılan bol miktarda hücreler arası madde bulunmaktadır. Matriks içinde, bağ dokunun bulunduğu yere göre farklı oranlarda olmak üzere protein yapısında olan kollajen, elastik ve retiküler (ağsı) li er bulunmaktadır. Bağ ve destek doku, temel bağ doku (gevşek, sıkı, adipöz ve fibröz bağ doku), kıkırdak doku, kemik doku, yağ doku ve kan doku olarak sınıflandırılmaktadır. Bu dokuların temel fonksiyonları;
• ilişkili oldukları dokuları beslemek, • dokular arası alanları doldurmak, • yağ depolamak, • kan hücrelerini üretmek, • doku onarımını sağlamak, • enfeksiyonlara karşı korumak
olarak sınıflandırılabilir.
Kas Doku
Doku ve organ farklılaşması olan gruplarda farklı yapısal ve fonksiyonel özellikleri olan kasılgan yapıları kas doku oluşturur. Bu doku, destek doku ile birlikte vücut şeklinin korunması ve hareketin meydana gelmesini sağladığı gibi ısı üretiminde de görev alır.
Sinir Doku
Sinir doku, hayvanların dış ve iç ortamından gelen uyarıları alabilen ve iletebilen özelleşmiş hücreler olan nöronlardan meydana gelir.
Organlar ve Organ Sistemleri
Hayvan vücudundaki dokular anatomik ve fizyolojik özelliklerine göre bir araya gelerek çeşitli organları, organlar ise belirli yaşamsal faaliyetleri devam ettiren sistemleri oluşturur. Organ sistemleri genel olarak;
• kontrol sistemleri (sinir ve endokrin sistem) ve duyu organları, • sindirim sistemi, • dolaşım sistemi, • solunum sistemi, • boşaltım sistemi • bağışıklık sistemi • üreme sistemi
olarak sınıflandırılabilir.
Sinir Sistemi
Sinir sistemi esas sinir hücreleri olan nöronlar ve bu hücrelerin arasını dolduran nöroglia adı verilen destek (yardımcı) hücrelerinden oluşmaktadır. Nöron yapısal olarak, hücre gövdesi (soma) ve bunun uzantılarından oluşmuştur. Kısa olan uzantılar “dendtrit” olarak isimlendirilmektedir. Somadan çıkış yapan diğer bir uzantı ise “akson” olarak isimlendirilen, nöronun aldığı sinyali dendrit bölgesinden uzağa doğru ileten kısımdır. Akson içinde yarı sıvı hâlinde bulunan sitoplazmaya aksoplazma denir. Aksoplazmayı çevreleyen hücre zarına aksolemma denir. Aksolemma üzerindeki miyelin tabakasının varlığına göre aksonlar; miyelinli ve miyelinsiz akson olmak üzere ikiye ayrılırlar. Miyelinli aksonlarda miyelin tabakası belli bölgelerde kesintiye uğrayarak boğumlar meydana getirir. Bu boğumlara “Ranvier boğumları” denir. Miyelin tabakasının üzerini “neurilemma” adı verilen bir membran çevreler. Bu membran schwann hücreleri tarafından meydana getirilir. Miyelinsiz aksonlar direk aksolemma ve schwann hücrelerinin oluşturduğu bir membran ile örtülüdür. Miyelinli aksonlarda uyarının iletimi miyelinsizlere göre daha hızlıdır.
Görev ve işleyişine göre sinir sisteminde duyu nöronu (sensorik veya affektör), ara nöron (internöron) ve motor nöron (effektör nöron) olmak üzere üç tip nöron vardır.
Hayvanlarda Sinirsel Organizasyon
Hayvanlar alemi içinde sinir sisteminin yapısal olarak özelleşmeye başladığı ilk grup sölenterelerdir. Sinir
sisteminin merkezîleşmesini sağlayan temel yapılar ise sinapslar ve ara nöronlardır. Bu nedenle yassı solucanlar merkezîleşmesinin ilk görüldüğü gruptur. Planarya’nın olduğu bu grupta, halkalı solucanlarda ve eklembacaklılarda “ip merdiven sinir sistemi” bulunur. Konnektif ve kommisur olarak isimlendirilen segmental sinir şeritleri ile sinir hücreleri toplulukları olan ganglionlar birbirine ip-merdiven yapısı şeklinde bağlanmışlardır. Böceklerde de görülen bu sistemin baş bölgesinde bulunan ganglionlar, diğer ganglionlara göre daha büyük olup özelleşmiş ve beyin görevini üstlenmiştir. Ayrıca böceklerde ışık, tat, koku ve dokunma duyularını algılayan reseptörlerle ilişkili merkezlerde baş ganglionunda bulunur. Toraks (göğüs) ve abdomen (karın) bölgesindeki sinir kordonu ve ganglionların ise bağımsız işlevleri olduğu gibi beyinle de bağlıdırlar. Omurgalı hayvanlarda merkezî ve periferal (çevresel) sinir sistemi olarak sinir sistemi ikiye ayrılmaktadır. Merkezî sinir sistemi (MSS), beyin ve omurilikten oluşmaktadır. Periferik (çevresel) sinir sistemi (PSS) ise beyin ve omurilikle ilişkili sinir hücreleri ve sinir tellerinden meydana gelir. PSS’ye bağlı sinirler ise iki gruba ayrılır. Birinci grup, somatik sinir sistemi olup iskelet kaslarının uyarılması ve kontrolünü sağlar. İkinci grup ise istemsiz çalışan düz ve kalp kasının çalışmasını kontrol eden, otonom sinir sistemi’dir.
Beyin, anatomik ve fonksiyonel açıdan ön, orta ve arka beyin olmak üzere 3 ana bölümden oluşur. Bu bölümlerin büyüklükleri ilkel gruplardan memelilere doğru gittikçe farklılıklar gösterir. Omurilik soğanı vücuttaki otonomik faaliyetleri (solunum, kalp atışı ve kan basıncı gibi) kontrol eder. Beyincik vücudun duruşunu ve iskelet kaslarının kasılma derecesini düzenleyerek hareketi koordine eder. Orta beyin ilkel omurgalılarda oldukça büyük optik lopları bulundurur. Ancak gelişmişlik arttıkça optik loblar olukça küçülmüş ve birçok fonksiyonunu beyin yarım küreleri meydana getirmektedir. Ön beyinde (uç ve ara beyin), talamus, hipotalamus, hipofiz ve beyin yarım küreleri bulunur. Tüm duyular talamusta sınıflandırılır ve benlik kazanır. Bu duyuların anlam kazanması ise beyin yarım kürelerinde olur. Hipotalamus ise sinir ve hormonal sistem arasındaki koordinasyonun sağlandığı merkezdir.
Omurilik, omurga içinde uzanan aksonlardan oluşur. Beyin ve vücut arasındaki sinyalleri iletir. Ayrıca reflekslerin değerlendirildiği merkezdir.
Duyu Organları ve Fonksiyonları
Hayvanların dış dünyada meydana gelen değişimleri algılanmasını sağlayan duyu organları, özelleşmiş sinir hücreleri veya epitel hücrelerden oluşur. Duyu organlarında bulunan ve belirli bir enerji formuna göre özelleşmiş bu hücreler, reseptör (almaç) olarak adlandırılır. Reseptörler gelen uyaranın özelliğine göre;
• termoreseptörler (sıcaklık), • kemoreseptörler (koku ve tat gibi),
• fotoreseptörler (ışık), • mekanoreseptörler (işitme ve denge) • baroreseptörler (basınç)
olarak nitelendirilir.
Duyu organlarının algıladığı duyular, özel (işitme, görme, koku ve tat) ve genel (dokunma) duyular olarak da sınıflandırılır.
İşitme ve Denge
İşitme duyusunun algılanmasında rol oynayan mekaniksel reseptörler tüylü hücrelerdir. Bu reseptörler içinde bulundukları sıvının, ses dalgaları nedeniyle titreşmesi sonucu belli bir yöne doğru hareket ederler. Bükülme hareketi şeklinde ortaya çıkan bu mekaniksel gerilim reseptörde bir impuls doğmasına neden olur. Böylece ses mekanoreseptör tarafından elektriksel sinyallere dönüştürülerek algılanır. Omurgalı hayvanlardaki işitme ve denge organı ise kulaktır. Balıklarda işitme mekanizması çok gelişmemiştir. Kurbağalarda timpanal zar olarak isimlendirilen orta kulak, ilk kez görülür. Kuşlarda ve memelilerde ise işitme oldukça gelişmiştir. Anatomik olarak bir memeli kulağı “dış, orta ve iç kulak” şeklinde üç kısımdan oluşur.
Tat ve Koku Duyusu
Tat ve koku duyusunun ortaya çıkmasını sağlayan kemoreseptörler hayvan gruplarına göre farklı vücut bölgelerinde yerleşirler. Kemoreseptörler, gruba bağlı olarak ağızda, dilde, burunda, antende, ekstremitelerde, ağız aygıtında, deride, solungaçlarda, yüzgeçlerde, tendonlarda, hatta ovipozitörlerde (yumurta koyma borusu) bile bulunabilir.
Görme Duyusu
Görme olayı, foton denilen elektromanyetik enerjinin beynin analiz edebileceği elektriksel sinyallere dönüşümüdür. Bu dönüşüm, fotoreseptörler aracılığı ile gerçekleşir. Hayvanlar aleminde ışığa karşı duyarlılık sağlayacak ve fotoreseptörleri bulunduran farklı yapılar görülür. Bunlar sadece fotopigmentler (stigma ve basit göz) gibi çok basit olabildiği gibi, karmaşık yapılı göz şeklinde de olabilirler. Hayvanların birçoğu, özellikle omurgasızlar, basit gözler sayesinde sadece ışığın varlığını veya yokluğunu bir dereceye kadar da şiddetini ayırt edebilirler. Bununla birlikte, böceklerde, çok sayıda basit gözün bir araya gelmesiyle şekillenen bileşik (petek) gözler vardır. Omurgalılarda ise görme organı tek merkezli ve bir çift olan gözdür.
Dokunma Duyusu
Dokunma ile ilgili mekanoreseptörler genellikle miyelinsiz sinir uçlarından ve özelleşmiş yapılardan oluşmaktadır. Kapsül şeklinde olanlar Pacinian, Meissner ve Krause cisimcikleri’dir. Genişlemiş serbest sinir uçlarından oluşanlar ise Merkel diskleri ve Ruffini uçları’dır. Dokunma ile ilgili mekanoreseptörlerin çoğunda kıllar bulunur. Bu kıllar mekanoreseptöre gelen uyartının çoğaltılmasında rol oynar. Mekanoreseptörler
dokunma organı olan derinin dermis (alt deri) tabakasında bulunur.
Endokrin (Hormonal) Sitem
Bu sistemin elemanları, endokrin bezler ve organlar ile bunlardan salgılanan hormonlardır. Sinir sistemi ve endokrin sistem tamamen birbirinden bağımsız değildir. Endokrin sistemin büyük bir bölümü sinir sistemi tarafından kontrol edilir.
Endokrin Bezlerin Yapısal ve Fonksiyonel Özellikleri
Omurgasız hayvanlarda endokrin sistem çok gelişmemiştir. Genel olarak sinir hücrelerinden salgılanan hormonlarla, hormonal kontrol sağlanır (örneğin sölentereler ve halkalı solucanlar). Ancak böceklerin deri değiştirme, büyüme ve gelişme olaylarından sorumlu olan endokrin sistem ve ilgili yapılar oldukça gelişmiştir. Omurgalı hayvanlarda ise endokrin sistem daha gelişmiş ve önemli farklılıklar gösterir. Genel olarak memeli hayvanlarda bulunan endokrin bezler ve organlar; hipotalamus, hipofiz, epifiz, tiroid, paratiroid, pankreas, adrenal bezler, timüs, testis ve yumurtalıklar. Bunların dışında mide (ör. gastrin hormonu), ince bağırsak (ör. sekretin), kalp (ör. atriopeptin) ve böbreklerden (ör. kalsitrol ve eritropoietin) hormonlar salgılanır.
Hormonlar
Hormonlar endokrin bezler veya organlardan ya da bazı nöronlardan salgılanırlar. Hormonlar etkilerine, yapılarına, polaritelerine veya reseptörün bulunduğu yere göre sınıflandırılmaktadır. Yapılarına göre;
• Steroid (Eşey hormonları), • Aminoasit türevi (ör. Epinefrin) • Peptit veya protein yapıda hormonlar (hipofiz hormonları)
olarak sınıflandırılır. Polaritelerine göre ise; hidrofilik (suda çözünen) ve lipofilik (yağda çözünen) hormonlardır.
Gelişmiş bir endokrin sistemde hormonların temel fonksiyonları;
• vücut sıvılarındaki sıvı ve elektrolit dengesini sağlamak, • metabolik hızı düzenlenmek, • strese dayanıklılığı düzenlemek, • büyüme, gelişme, üreme ve eşeysel olgunlaşma gibi fizyolojik faaliyetleri düzenlemek
şeklinde özetlenebilir.
İskelet ve Kas Sistemi
Çok hücreli hayvansal organizmaların hareketi ve organların korunmasından sorumlu olan iskelet ve kas sistemi, destek ve hareket sistemleri olarak nitelendirilir.
Kemik doku osteosit olarak isimlendirilen hücreler ile sert ve geçirimsiz olan ara maddeden (osein) oluşmaktadır. Kemikler hayvan gruplarına göre farklı sayıdadır ve
şekillerine göre “uzun, kısa, yassı, düzensiz ve sesmoid” şekilli kemikler olarak sınıflandırılırlar. Eklemler ise oynamaz (kafatası gibi iskeletin hareket etmeyen kısımlarındaki kemikler arasında), az oynar-yarı oynar (omurgalar arasında ve kaburgaların göğüs kemiğine bağlandığı bölgelerde) ve oynar (vücudun hareket işlevini üstlenmiş kemikler arasında) eklemler olarak üç tipte bulunur.
Kas Sisteminin Yapısal ve Fonksiyonel Özellikleri
Kas dokusu hayvanların en önemli özelliği olan hareketin meydana gelmesinde rol oynarlar. Kas dokuda hücreler genel olarak silindirik ya da iğ-mekik şeklinde olup hücre zarlarına sarkolemma, sitoplazmalarına ise sarkoplazma denir.
Beslenme ve Sindirim Sistemi
Hayvanlar heteretrof canlılardır ve bu nedenle enerji kaynağı olarak çevrelerindeki besin maddelerine gereksinim duyarlar. Besinlerini bir parça hâlinde alıp hücresel sindirime geçmeden önce dışarıda kısmen sindiren hayvanlara “Holozoik”, sadece bitkilerle beslenenlere “Herbivor”, hayvanlarla beslenenlere “Karnivor”, her ikisi ile beslenenlere ise “Omnivor” hayvanlar denir.
Canlı tarafından alınan besin maddelerinin mekaniksel ve kimyasal olarak parçalanması ve parçalanma sonrası gerekli olanların metabolik faaliyetlerde kullanılacak hâle getirilmesi sindirim sistemi ile gerçekleşmektedir. Sindirim olayı sırasıyla dört aşamadan geçer:
1. Besinin organizmaya alınması. 2. Besinlerin enzim kullanılmadan fiziksel olarak parçalanması. Bu aşamaya mekaniksel sindirim denir. Ağızda dişler, mide ve bağırsaklarda ise kaslar yardımıyla gerçekleşir. Mekanik sindirimin amacı besinlerin sindirim yüzeyini artırarak enzimlerin etkisini hızlandırmaktır. Çoğunlukla yüksek organizasyonlu hayvanlarda meydana gelir. 3. Besin maddelerinin yapı taşlarına kadar enzimler aracılığıyla parçalanması. Bu aşamaya kimyasal sindirim denir. Ağızdan bağırsaklara doğru kimyasal sindirim artar. Hayvanlarda kimyasal sindirim iki şekilde ortaya çıkmıştır: a. Hücre içi sindirim: Hücre içine alınan besin moleküllerinin lizozomlarda sindirilmesine denir. Tek hücrelilerde, süngerlerde ve sölenterlerde görülür. b. Hücre dışı sindirim: Besinlerin hücre dışında sindirilmesine denir. Bu olayda hücreler dış ortama enzim salgılar. Bu enzimler büyük moleküllü besinleri parçalayarak hücre içine alınmasını sağlarlar. Omurgalı ve omurgasız (süngerler ve sölentereler hariç) hayvanlarda hücre dışı sindirim görülür.
4. Sindirim maddelerinin emilmesi ve yeniden organizmaya uygun organik bileşiklerin (protein, yağ, karbonhidrat vb.) yapılması. Bu aşamaya ise emilim ve metabolizma denir.
Metabolizma
Besinlerin parçalanarak enerji elde edilmesinde görev alan metabolik olaylara “katabolizma” denir. Yeni maddelerin biyosentezine ise “anabolizma” denir.
Dolaşım Sistemi
Dolaşım sistemi, besinlerin, solunum gazlarının, metabolik artıkların ve hormonların taşınmasında, kuş ve memelilerin vücut sıcaklığının düzenlenmesinde ve homeostasisde rol oynar. Hayvanlarda açık ve kapalı dolaşım sistemi olmak üzere iki tip sistem görülür. Kapalı dolaşım enerji gereksinimi fazla olan gruplarda görülür. İnsanda ve diğer tüm omurgalı hayvanlarda, dolaşım sistemi kan, kalp ve damarlardan oluşmaktadır.
Lenf Sistemi ve Fonksiyonları
Yüksek organizasyonlu hayvanlarda görülen lenf sistemi, kılcal damarlar gibi tek katlı yassı epitelden oluşan endotel tabakalı lenf kılcalları, lenf damarları, lenf düğümleri ve bazı küçük lenfoid organlardan (timus, dalak, bademcik ve apandisit) meydana gelmiştir. Lenf damarlarıyla taşınan ve içinde akyuvarlar bulunan doku sıvısına lenf (akkan) denir. Bu sıvıda alyuvar ve pıhtılaşma faktörleri olmadığı için berraktır. Bu sistemin temel fonksiyonu bağışıklık sisteminde rol oynayan akyuvarları bulundurmak ve kılcal damarlarda kaybolan sıvıyı toplayıp kan dolaşımına geri kazandırmaktır. Ayrıca, bağırsaklardan emilen yağ asitlerini, gliserolü ve yağda çözünen vitaminleri (A, D, E ve K vitamini) alarak kan dolaşımına getirir.
Solunum Sistemi
Anabolik faaliyetler için gerekli olan kimyasal enerjinin (ATP) sentezlenmesi hücresel solunum (aerobik solunum) ile olur. Hücresel solunumda ihtiyaç duyulan oksijenin (O2), hücrelere ulaştırılması ve reaksiyonlar sonucu açığa çıkan karbondioksitin (CO2) uzaklaştırılması “solunum sistemi” ile gerçekleşir. Tek hücreli ve az gelişmiş omurgasız hayvanlarda (süngerler, hidralar, medüzler gibi) solunum gazları olan O2 ve CO2’nin değişimi hücre veya vücut yüzeyinden difüzyon ile gerçekleşir. Diğer gruplarda ise gaz değişimini gerçekleştiren önemli solunum yüzeyleri bulunur. Genel olarak hayvanların yaşam ortamları ve gelişmişlik düzeylerine bağlı olarak dört çeşit solunum sistemi vardır. Bunlar, deri, solungaç, trake ve akciğer solunumu olarak isimlendirilmektedir.
Boşaltım Sistemi
Hayvanlarda homeostasisin devamlılığında solunum ve boşaltım sistemlerinin önemli görevleri vardır. Bu sistemler metabolik faaliyetler sonrasında ortaya çıkan zararlı metabolitlerin (karbondioksit, üre, ürik asit, amonyak gibi hücresel ayrışma ürünleri) ve fazla maddelerin vücuttan atılmasını sağlayarak iç dengenin korunmasında rol oynarlar.
Bağışıklık Sistemi
Hayvanların hastalık oluşturan (patojen) etkenlere (virüs, bakteri, fungus veya parazitler) karşı kendini korumak için gösterdiği fizyolojik tepkiye bağışıklık, bu fizyolojik faaliyetleri yöneten organ ve yapılara ise bağışıklık (immün) sistemi denir. Hastalık etkeni olan bu patojenlerin hayvan vücudunda üremelerine ve hastalık oluşturmalarına ise enfeksiyon denir. Genel olarak, bağışıklık sistemi patojenlere karşı cevap oluşturmak için birbiriyle ilişkili ve uyumlu iki ana mekanizmaya sahiptir. Bunlar doğal ve kazanılmış (edinsel) bağışıklık olarak nitelendirilir.