Hücre Teorisi: Hücre Nedir? Canlılığın En Küçük Yapı Taşları Nasıl Keşfedildi?

Hücre, canlılığın en küçük birimidir. Siz de dahil etrafınızdaki her insan, hayvan veya bitki birer organizma olarak adlandırılır. Hücreler bütün bu organizmaların temel yapı taşlarıdır.

Çok hücreli organizmalarda belirli cinsten hücreler birbirleriyle bağlantı kurarak kas doku, bağ doku ve sinir doku gibi dokuları oluşturur ve ortak işlevler gerçekleştirirler. Bu dokulardan bazıları ise birleşerek mide, kalp ya da beyin gibi organları oluşturur. Dahası, bazı organlar da bir araya gelerek sindirim sistemi, dolaşım sistemi veya sinir sistemi gibi organ sistemlerini meydana getirir. Bunlar gibi birkaç sistemin birlikte çalışmasıyla da organizmalar oluşur.

Birçok farklı hücre türü olsa da tüm hücreler prokaryotik hücreler ve ökaryotik hücreler olmak üzere iki geniş kategoriye ayrılabilir:

1. Hayvan hücreleri, bitki hücreleri, mantarlar ve protistler "ökaryotik" olarak sınıflandırılır.
2. Bakteri ve arkeler "prokaryotik" hücrelerdir.

Bir hücrenin prokaryotik ya da ökaryotik olup olmadığını belirlemenin kriterlerinden bahsetmeden önce, biyologların hücreler üzerine nasıl çalıştığını inceleyelim.

Hücre Teorisi Nedir?

Canlılık ve canlılığın ortaya çıkışı, yüzyıllar boyunca insanlığın merak konusu olmuştur. Bu merak, insanları canlılığın başlangıcı ve canlılığın nasıl ortaya çıktığıyla ilgili sorular sormaya itmiştir. 1600'lere gelene kadar araştırmacılar sadece gözleyebildikleri canlı türleriyle ilgili bilgi toplayabiliyorlardı ve mikroskobik canlıların varlığından haberdar bile değillerdi. Görebildikleri canlılar nereden gelmişlerdi? Nasıl üreyebiliyorlardı? Her bir parçaları nelerden oluşmuştu? Eğer daha ufak parçaları varsa, bunlar nasıl görünüyordu? Bu sorular yanıtsız kalıyordu. Ta ki... Mikroskobun icadına kadar.

Mikroskobun icadıyla artık görünmeyen bir dünyanın kapıları açılmış, bu yeni dünyaya ilişkin bilgiler baş döndürücü hızıyla hayatımıza girmeye başlamıştı. 1674'te Hollandalı bir bilim insanı olan Antonie van Leeuwenhoek, kendi yaptığı mikroskobuyla dişinden aldığı yapışkan sıvı örneğini incelemiş ve incelediği yapılara küçük hayvancıklar anlamına gelen "animakül" adını vermiştir. Leeuwenhoek, gözümüzle göremediğimiz canlıların dünyasına ait bir kapıyı araladığı için "Mikrobiyolojinin Babası" olarak bilinir. Ayrıca sütte de aynı kürecikleri gözlemlemiş, böylece "kürecik" adını verdiği diğer yapılarla kıyaslama yapabilmiştir.

1. Doktrin: Canlılığın En Küçük Yapı Taşı Hücredir!

Tüm bu mikroskobik canlıların varlığı bize, cansız dünya ile çıplak gözle görülebilen dünya arasında bir köprü görevi görmüştür. Aynı tarihlerde İngiliz bilim insanı Robert Hooke da mikroskobuyla ölü mantar yapısını incelemiş ve gördüğü yapılara odacık anlamına gelen "cella" adını vermiştir. Buradan hareketle Hücre Teorisi ile ilgili ilk doktrini elde etmiş oluyoruz:

Hücreler, canlıların en küçük yapı taşıdır.

Hücreler, çeşitli boyutlara sahiptir. Çoğu hücre tek başına çıplak gözle görülemeyecek kadar çok küçüktür; bu yüzden bilim insanları, hücreler üzerine çalışmak için mikroskopları kullanırlar. Hücrelerin mikroskop ile çekilen fotoğraflarına "mikrograf" ismi verilir.

Bir hücrenin boyutunun daha iyi anlaşılması adına şöyle bir karşılaştırma yapılabilir: Ortalama bir insan alyuvar hücresi, bir metrenin yaklaşık sekiz mikrometre (µm) çapındadır; bir toplu iğnenin başı ise bir metrenin yaklaşık iki binde biri (mm) çapındadır. Yani bir toplu iğne başına 250 tane alyuvar hücresi sığabilir.

Mikroskoplar hakkında çok daha fazla bilgi almak için buradaki yazımızı okuyabilirsiniz.

2. Doktrin: Tüm Canlılar Hücrelerden Oluşur!

1838 yılında, bir zoolog olan Schwann ve bir botanikçi olan Schleiden, bitki ve hayvanlarda yaptıkları incelemeler sonucunda iki organizmadaki hücreler arasında bir benzerlik keşfetmişlerdir; yaptıkları deneyler sonucunda, aynı çekirdek yapısına sahip olduklarını gözlemlemişlerdir. Böylece Hücre Teorisi'nin ikinci doktrini ortaya çıkmıştır:

Tüm canlı organizmalar hücrelerden oluşmuştur.

Yapılan tüm bu deneyler ve araştırmalar sonucunda bilim insanlarının aklında bir soru oluşmuştur: Hayvanlar hayvanlardan, bitkiler bitkilerden meydana geliyorsa, bakteriler nelerden meydana gelir?

3. Doktrin: Her Hücre, Kendisinden Önceki Hücrelerden Gelir!

İşte 1858 yılında Virchow, bakterilerin bölünmesini incelemiş ve gördüğü bölünmeye "ikiye bölünerek üreme" adını vermiştir. Tüm hücrelerin, kendinden önceki hücrelerden oluştuğunu belirtmiştir.

Bu farkındalık, Aristocu bir görüş olan "birdenbire var olma" görüşünü kesinlikle desteklemez (spontane jenerasyonun çürütülmesiyle ilgili kapsamlı bir analizi buradan okuyabilirsiniz). Virchow'dan yıllar önce Lazzaro Spallanzani, mikropların havadan geldiğini ve kaynatma ile öldürülebileceğini göstererek bu teoriyi çürütmüş; ancak o yıllarda kendine inanan kimse bulamamıştır. Yaklaşık bir asır sonra Loius Pasteur, yaptığı deneyle Lazzaro'yu desteklemiş ve birdenbire var olma teorisi tamamen çürümüştür.

Sonuç olarak karşımıza, Hücre Teorisi'nin üçüncü doktrin çıkmaktadır:

Hücreler, kendinden önce var olan hücrelerden meydana gelmiştir.

Hücre Teorisi'nin Gelişimi

Her bir araştırmacı, kendinden önceki araştırmacıların elde ettiği bulgulardan yola çıkarak yeni bir hipotez bulmaya çalışır. Hücre ile ilgili araştırmalar tabii ki bu kadarla sınırlı kalmadı. Araştırmacıların gözlemledikleri ve isim veremedikleri birçok yapı, bir sonrakiler tarafından tamamlandı. Bunlardan biri de sitoplazmaydı. Sitoplazma, ilk olarak gözlemlendiğinde protoplazma olarak adlandırılmış, hayati yaşayan yapı olarak tanımlanmıştır. Daha sonra yapılan çalışmalarda ise sitoplazmanın türdeş bir sıvı olmadığı, vücudun farklı hücrelerinde farklı yapılarda olduğu keşfedilmiştir.

Bitki ve hayvan hücreleri arasında benzerlikler yadsınamaz. Örneğin Schultze, hayvan ve bitki hücrelerinde fiziksel ve kimyasal etkilerin benzer olduğunu belirtmiştir. Ancak iki hücre arasındaki farklılıklar da göze çarpmış ve ilk kez Cohn tarafından selülozik bir membranın varlığı keşfedilmiştir. Hayvan hücrelerinde dış ortamla ayrımı sağlayan kısım rahat bir hareket sağlarken, bitki hücrelerinde selülozik membran sadece iç hareketliliğe izin vermektedir. 1853 yılında Huxley ise ilk kez hücre zarından bahsederek hücre zarının hücre duvarının altında ve hem kimyasal hem de morfolojik olarak önemli olduğu vurgusunu yapmıştır. Huxley ayrıca canlıların bağımsız bir şekilde kendiliğinden oluşmadığını, eşeysiz üremenin sadece bir büyüme olabileceğini, sperm ve yumurtanın birleşmesi yoluyla bir organizmanın üretilebileceğini belirtmiştir. Onun bu bakış açısı epigenetiğe katkıda bulundu ve hücrenin sınırlarından bağımsız olarak hücrenin içinde neler olduğuyla ilgili bize bilgi verdi. Huxley'in yaptığı çalışmalar günümüzde birçok araştırmacıya basamak oluşturmuş ve Evrim Teorisi'nin delillerinin sağlamlaştırılmasını da sağlamıştır.

Hücre Teorisi'nin günümüzde de geçerliğini koruyan doktrinleri her ne kadar tamamlanmış olsa da, hücre ile ilgili keşifler henüz tamamlanmamıştı. Birçok araştırmacının gözlemlediği ancak o güne kadar isim vermediği bir yapı vardı: çekirdek. Aslında çekirdek de ilk kez Leeuwenhoek tarafından somonun kırmızı kan küreciğinde gözlemlenmiş ve çekirdek için "küçük parlayan noktalar" ifadesini kullanmıştır. Daha sonra birçok araştırmacı gerek bitki gerekse hayvan hücrelerinde çekirdeği gözlemlemiştir.

19. yüzyılın sonlarına doğru ise mikroskobun altında hücreleri boyama tekniği geliştirilerek sitoplazmanın içi daha iyi gözlemlenmiştir. Böylece organel adı verilen farklılaşmış yapıların varlığı keşfedilmiştir. Öncelikle endoplazmik retikulum, daha sonra mitokondri ve golginin keşfiyle sitoplazmanın içinin boş olmadığı, yaşayan yapılardan oluştuğu gözlemlenmiştir. Sonraki yapılan keşiflerde hücrenin nasıl bölündüğü, bölünme mekanizmaları, kromatin yapı, mitoz ve metafaz evreleri gibi olaylar gözlemlenmiştir.

Yapılan bütün bu keşifler ve incelemeler Hücre Teorisi'nin doktrinlerini destekler niteliktedir. Günümüzde Hücre Teorisi'ni baz alan birçok çalışma yapılmaktadır. Özellikle bitkilerdeki gen transferleri, bitkilerden elde edilen biyoteknolojik ürünler bu teori temelinde gerçekleştirilen çalışmalardandır. Bunun yanında hücrenin enerji ihtiyacını karşılayan ATP mekanizması, hücre zarının yapısı, hücre zarındaki madde alışverişi, peptid bağlarının yaşamın kaynağı ile olan ilişkisi, DNA molekülünün yapısı, kendini eşleme mekanizması da Hücre Teorisi temellidir.

Sonuç

Günümüzde kullanılan mikroskoplar; 1600'lerde mercek oluşturmada oldukça yetenekli Alman bir mağaza sahibi olan Antony van Leeuwenhoek tarafından kullanılanlardan çok daha karmaşık yapıdadırlar. Günümüzde "antik" sayılabilecek merceklerden kaynaklanan kısıtlamalara rağmen, van Leeuwenhoek, prostistlerin (bir tür tek hücreli organizma) ve spermlerin hareketlerini gözlemlemiş ve bunları "hayvan partikülleri" (İng. "animalcules") olarak adlandırmıştır.

Micrographia adlı 1665 tarihli bir yayında Robert Hooke, mercekle gözlemlediği mantar dokusundaki kutumsu odacıklara "hücre" adını verdi. 1670'lerde van Leeuwenhoek, bakteri ve protazoaları keşfetti. Mikroskop yapısı ve merceklerdeki sonraki gelişmeler diğer bilim insanlarının hücre içerisindeki farklı bileşenleri gözlemlemesine olanak tanıdı.

1830'ların sonlarına doğru, botanikçi Matthias Schleiden ve zoolog Theodor Schwann dokuları çalışıyordu ve birleştirilmiş bir Hücre Teorisi ortaya attılar. Bugün hâlâ geçerliliğini koruyan teori, bütün organizmaların bir ya da daha çok hücreden meydana geldiğini ifade ediyordu:

Hücre en küçük yaşam birimidir ve bütün hücreler, daha önceden var olan bir hücreden meydana gelmiştir.

Bu teori, yaşamın başlangıcını açıklayan Abiyogenez Teorisi'nin sınırlarının haricindeki bütün hücreler için geçerliliğini korumaya devam etmektedir.