Biyolojide “Canlı organizmaların yaşamında difüzyon” konulu araştırma çalışmaları yürütürken, difüzyonun insanların, hayvanların ve bitkilerin yaşamı için genel önemini kanıtlama hedeflenmiştir.
Biyolojide “Canlı organizmaların yaşamında difüzyon” konulu eğitim projesi, “difüzyon” gibi bir konuyu tanımlamaktadır. Günümüzde bilimde hangi birçok tezahür biçimlerinin kurulduğunu da açıklamaktadır. Ayrıca difüzyonun canlı organizmaların yaşamı üzerindeki etkisi de dikkate alınmaktadır.
İnsan yaşamı üzerindeki etkisi, okul çocukları ve yetişkinlerin yayılma alanındaki bilgilerini öğrenmek için sosyolojik bir araştırma ile tespit edilmiştir. Anket sonuçları çalışma metninde sunulmuştur.
“Canlı Organizmaların Hayati Aktivitesinde Difüzyon” biyoloji araştırma projesinde, okulun 9. sınıf öğrencisi, bitkilerde difüzyon tezahürünün özelliklerini çalıştığı pratik araştırmayı yürütmüştür. Deneyler soğanlar üzerinde yapılmış ve soğan pullarındaki değişimler incelenmiştir. Ayrıca soğanın kendisindeki difüzyon da dikkate alınmıştır. Çalışmanın tüm aşamaları mikroskopta fotoğraflanarak sunulmuştur.
Hayatta sürekli difüzyon görülmektedir. Bir renklendirme çözeltisi hazırlarken, çay demlerken veya çamaşır yıkarken yine difüzyon ile karşılaşmaktayız. Bu arada ocakta bir şey yandığında da konu yine aynı bitmektedir. Bu durum canlıların yaşamı için çok önemlidir. Bununla birlikte, tüm insanlar difüzyonun seyri hakkında yeterli bilgiye sahip değildir.
Çalışmanın önemi difüzyonun bitkilerin, hayvanların ve insanların hayati aktivitesi üzerindeki etkisinin araştırılmasının, yaban hayatı hakkındaki bilgi yelpazesini genişleteceği düşünülmektedir. Ayrıca fizik, biyoloji ve ekoloji arasındaki yakın ilişkiyi göstermesi gerçeğinde de yatmaktadır.
Literatürün analitik analizi “Difüzyon” olgusu
1827’de Brown, bitki poleni üzerine araştırma yapmıştır. Buna göre hücrelerden izole edilen uzamış sitoplazmik taneleri mikroskop altında incelediğinde, bir damla suda güçlükle görülebilen en küçük sert tanelerin sürekli bir yerden bir yere hareket ettiğini görmüştür. Bu durum o kadar gariptir ki, bu hareketi defalarca düşünmüştür. Ayrıca bu konunun hayatın özel bir tezahürü olduğu hakkında, kendisini düşüncelere itmiştir.
Brown hareketi yarım yüzyıl sonra doğru bir şekilde açıklanmıştır. Bu düzlemde su molekülleri sürekli rastgele hareket etmektedir. Bu nedenle Brown hareketi, mikroskop altında bile görünmeyen moleküllerin hareketinin gözlemlenebilir kanıtı olarak hizmet etmektedir.
Difüzyon, bir maddenin moleküllerinin, diğerinin molekülleri arasında karşılıklı penetrasyonunun olduğu bir olgudur.
Sıvılarda ve gazlarda difüzyon hızı yüksektir. Bu nedenle bu kümelenme durumlarında onu gözlemlemek oldukça basittir. Difüzyon süreçleri katılarda da meydana gelebilmektedir. Ancak orada o kadar yavaş gerçekleşirler ki oda sıcaklığında görünmez hale gelirler.
Ancak sıcaklık arttıkça moleküllerin hareketi daha yoğun hale gelmektedir. Bu nedenle, katıları yüksek sıcaklıklarda uzun süre tutarken, difüzyonun onlarda da devam ettiğine inanılabilmektedir.
Difüzyon tezahür biçimleri
Canlı organizmalar dünyasında, difüzyon kendini sadece iki biçimde göstermektedir. Bu iki biçim, diyaliz ve ozmoz’dur. Diyaliz, farklı kütlelere sahip çözünen maddelerin bir zar kullanılarak ayrılmasıdır. İşlem, bu maddelerin zardan farklı difüzyon hızlarına dayanmaktadır. Osmoz ise, suyun biyolojik bir zardan suyun geçmesine izin veren, ancak içinde çözünen maddelerin geçmesine izin vermeyen hareketidir.
Böyle bir zar yarı geçirgen olarak adlandırılmaktadır. Tüm canlı hücrelerin kabukları, su moleküllerini geçme ve içinde çözünmüş madde moleküllerini tutma yeteneğine sahiptir. Bu sayede hücre susuzluğunu giderebilmektedir.
Difüzyonun canlı organizmaların hayati aktivitesi üzerindeki etkisi
Olumlu etkisi;
Difüzyon süreçleri, doğal rezervuarlara ve akvaryumlara oksijen sağlanmasında önemli bir rol oynamaktadır. Oksijen, serbest yüzeylerinden difüzyon yoluyla suyun daha derin katmanlarına girmektedir. Bu sebeple engellenememektedir. Örneğin, bu yüzeyi kaplayan yapraklar, oksijenin suya erişimini tamamen engelleyebilmektedir. Aynı şekilde bu durumda sakinlerinin ölümüne yol açabilmektedir.
Bitki dünyasında eşit derecede önemli bir rol oynamaktadır. Örneğin, ağaçların yaprak taçlarının büyük gelişimi şu şekilde açıklanmaktadır. Yaprakların yüzeyindeki difüzyon değişimi sadece solunum işlevini değil, aynı zamanda kısmen beslenme işlevini de yerine getirmektedir. Şimdi meyve ağaçlarının yaprak üst pansumanı, taçlarına püskürtülerek yaygın olarak uygulanmaktadır. Difüzyon yoluyla bitki topraktan mineral ve su almaktadır.
Ayrıca bu süreç, tüm canlıların daha kararlı bir duruma geçme arzusunu açıklayan termodinamiğin ikinci yasasının mekanizmalarından birini göstermektedir. Bu süreç, gezegenin kökeninde ve daha da gelişmesinde önemli bir rol oynamaktadır.
Doğal olarak, bu durum olmadan hayvanlar dünyası olmazdı. Difüzyon sadece fizyolojik süreçleri etkilememektedir. Örneğin köpekbalıkları kanın kokusunu kilometrelerce öteden alabilmektedir. Kelebekler her zaman güzel bir çiçeğe giden yolunu bulmaktadır. Yine arılar tatlı bir nesne bularak sürüleriyle ona saldırmaktadır.
Difüzyonun organik maddeler oluşturmak üzere fotosentez yapan bitkiler tarafından hava ve topraktan inorganik maddelerin emiliminde, büyük rol oynadığını söylemeye gerek yoktur. Bundan dolayı, difüzyonun bitkiler ve çevre arasındaki madde alışverişinin temelini oluşturduğu sonucu ortaya çıkmaktadır.
Olumsuz etkisi;
Ne yazık ki insan uygarlığının gelişimi, doğa ve içinde meydana gelen süreçler üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir. Difüzyon su kirliliğinde de önemli bir rol oynamaktadır. Nehirlerin, denizlerin ve okyanusların kirlenmesi, yaşamın içlerinde kaybolmasına neden olmaktadır. Ayrıca suyun sıcaklığı yüksele bilmektedir. Aynı zamanda sudaki organizmalar için de kötü olan oksijen içeriği azalmaktadır.
Olumsuz olgusu nedeniyle hava, çeşitli fabrikalardan gelen atıklar ve egzoz gazları ile kirlenmektedir. Bu nedenle zararlı insan atıkları toprağa ve suya nüfuz etmektedir. Daha sonra ise, hayvanların ve bitkilerin yaşamı üzerinde zararlı bir etkiye sahip olmaktadır.
Difüzyonun insan yaşamına etkisi
İnsan vücudunda meydana gelen birçok süreç difüzyona dayalıdır. Süreçlerden biri nefes almaktır. Vücudu ilaçlarla korumak da difüzyondur. İnsan faaliyetinin birçok alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Metallerin difüzyon kaynağı yine bu olaya dayanmaktadır. İlk kez böyle bir kaynak 1896’da İngiliz metalurji uzmanı Roberts-Austen tarafından yapılmıştır.
Bir altın diski ve bir kurşun silindiri birbirine bastırmıştır. Ardından ise, 10 gün boyunca sıcaklığın 200 ° C’de tutulduğu bir fırına yerleştirmiştir. Fırın açıldıktan sonra disk ve silindiri ayırmak imkansız olmuştur. Difüzyon nedeniyle kurşun ve altın birbirine yapışmıştır. Günümüzde, bu parçaların birleştirme teknolojisine difüzyon kaynağı denmektedir.
Böylece, bu işlemin hızının sadece maddenin kümelenme durumuna ve yoğunluğuna bağlı olmadığı ortaya çıkmaktadır. Aynı zamanda sıcaklığa da bağlı olduğunu görülmektedir. Sıcaklıktan difüzyonun seyri, moleküllerin hareket hızındaki bir artıştan kaynaklanmaktadır. Kişi artık kendi güvenliğini sağlamak için bile bu durumun özelliklerini kullanabilmektedir. Evde kullandığımız doğal gaz kokusuzdur. Bir sızıntı durumunda, bunu fark etmek imkansızdır. Bu nedenle dağıtım istasyonlarında gaz, bir kişi tarafından kolayca hissedilen keskin, hoş olmayan bir kokuya sahip özel bir madde ile karıştırılmaktadır.
İlginç difüzyon gerçekleri
Her gün Dünya’ya yaklaşık 27 ton uzay tozu düşmektedir. Her yıl 10.000 tondan fazla toz da Dünya’ya çarpmaktadır. Antik dünyada elbette molekülleri gözlemleyemezlerdi, ama difüzyonu gözlemleyebilirlerdi. Peri masallarında yayılma, karakterlere yardımcı olmaktadır. Asur peri masalı “Kral Zimaz”dan bir alıntı şu şekildedir;
Kralın çok saygı duyduğu akıllı bir danışmanı Ayaz vardı. Bu gibi durumlarda genellikle olduğu gibi, Ayaz’ın kralın önünde kendisine iftira atan düşmanları da vardı. Bu nedenle onları dinledikten sonra onu hapse attı. Karısı Ayaz’a geldiğinde, ona büyük bir karınca yakalamasını ve pençesine kırk metre uzunluğunda sağlam bir iplik bağlamasını söylemiştir. Serbest ucuna ise, aynı uzunlukta bir ip bağlamasını ve karıncayı hapishanenin dış duvarından içeri bırakmasını söylemiştir. Bu nedenle belirtilen yerde Ayaz’ın dediği gibi karısı da öyle yapmıştır. Ayaz’ın kendisi hücrenin penceresinde şekeri ufalamış ve karınca şeker kokusundan Ayaz’ın oturduğu hücreye varmıştır. Bu konu hakkında atasözleri saf yayılımdır.
İşte bir örnek; Bir fıçı balın içindeki merhemdeki bir sinek veya koku Kurdu beslemektedir.
Bitkilerde difüzyon
Bitki hücrelerinin büyük çoğunluğunun bir hücre duvarı vardır. Bu nedenle kesinlikle her şeyin bir hücre zarı olduğundan, bitkiler için özel önem taşıyan difüzyon olayları gerçekleşmektedir. Bu durum da ise, zar ozmotik olaylar olarak adlandırılan olayları yaşamaktadır.
Bitkilerdeki değişim hızı birçok faktöre bağlıdır. Sıcaklık, yayılan maddenin doğası ve konsantrasyonlarındaki fark etkisine bağlıdır. Yayılan bir maddenin konsantrasyonu ne kadar yüksek olursa, aktivitesi ve kimyasal potansiyeli de o kadar yüksek olur. Bir maddenin difüzyon hareketi her zaman daha yüksek bir kimyasal potansiyelden, daha düşük bir kimyasal potansiyele doğru gitmektedir. Saf su ise, en yüksek kimyasal potansiyele sahiptir.
Suya çözünen moleküllerin eklenmesi, su molekülleri ile çözünen madde arasında, aktivitesini ve kimyasal potansiyelini azaltan bir bağ oluşumuna yol açmaktadır. Yayılabilen maddeler yolda bir zarla karşılaştıklarında hareketleri yavaşlamakta veya tamamen durmaktadır. Zıt yönde yönlendirilen suyun zardan büyük ve potansiyelden küçüğe doğru difüzyonuna ozmoz denmektedir. Diğer bir deyişle, bitkilerde ozmoz, hücre içindeki ve dışındaki maddelerin değişimlerinde ki farkın neden olduğu yarı geçirgen bir hücre zarından suyun difüzyonudur.
Soğan pullarında difüzyon
Bitkilerde bu durumu incelemek için kuru ve canlı soğan pulu preparatları ve 50 kat büyütmeli dijital mikroskop kullanılmaktadır. Aynı şekilde difüzyon ajanı olarak metilen mavisi boya kullanılmaktadır.
Hazırlanan kuru ve canlı soğan pullarından hazırlanan müstahzarlar, bir damla su içinde bir cam lam üzerine yerleştirilir. Müstahzarın bir kenarına ise, bir damla boya uygulanır. Hazırlanan müstahzarın belirli aralıklarla dijital mikroskopla fotoğrafı çekilmektedir. Daha sonra mikroskopla birlikte verilen standart bir mikrometre cetveli fotoğraflanır ve boyanın difüzyon sırasında kat ettiği mesafe cetvel kullanılarak ekranda belirlenmektedir. Bu olayda cetvelin mikrografı ile karşılaştırılma yapılmaktadır.
Sonuç olarak;
Difüzyonun öneminin ne kadar büyük olduğunu ve doğada bu olay olmasaydı, o zaman tüm canlı organizmaların varlığının imkansız olacağını anlamak zor degildir. Doğa, penetrasyon sürecinde bulunan olasılıklardan kapsamlı bir şekilde yararlanmaktadır. Ayrıca besinlerin emilmesinde, hareketinde ve bitki gövdesinin oksijen ile doygunluğunda çok önemli bir rol oynamaktadır.
Difüzyon, hayvanlar ve insanlar için aynı anlama gelmektedir. Bu nedenle insan, hayvan ve bitkilerin yaşam süreçlerinde çok önemli bir rol oynamaktadır. Ancak ne yazık ki insanlar yaptıkları faaliyetler sonucunda doğadaki doğal süreçleri çoğu zaman olumsuz etkilemektedir.
Difüzyonun rolünü ve doğadaki seyrini etkileyen faktörleri inceleyerek, çevrede meydana gelen süreçleri incelemenin önemine dikkat çekilmektedir. Bu nedenle halkın dikkatini daha güçlü bir şekilde çekmenin gerekli olduğu sonucuna varmak olası bir durumdur.
