Kanser araştırması yapan Amerikalı genetikçiler, ten rengini belirleyen geni belirlediler. Ten rengi, biyolojinin en büyük gizemlerinden biri kabul ediliyordu.

Science Dergisi, Pennsylvania Üniversitesi genetikçilerinden Keith Cheng'in ‘Gende bulunan tek bir amino asitteki değişiklik, ten renginin belirlenmesinde büyük rol oynuyor ve Avrupalıların neden Afrikalılara göre çok daha açık ten rengine sahip olduklarını açıklıyor' ifadesine yer verdi.

Bilim adamları, yeni bulunan gene ‘SLC24A5' ismini verdiler. Genin en tehlikeli cilt kanserlerinin tedavisinde kullanılabileceği belirtildi.

Yeni belirlenen genin solaryumlarda morötesi ışınlar vasıtasıyla bronzlaşmak ya da kimyasal maddeler kullanarak ten rengini açmak yerine de kullanılabileceği ifade edildi. Genetikçiler, ırklar arasındaki ten rengi farklarını belirleyen genlerin birçoğunun ise hálá gizemini koruduğunu söylediler.

Kaynak: http://www.hurriyet.com.tr

DEMİR SAKLAMA PROTEİNİ

Yaşamın en küçük birimi olan hücrelerde büyük teknolojiler bulunmaktadır. Milimetrenin binde biri kadar bir bölgede olağanüstü ilginç olaylar cereyan etmektedir. Hücre insana hayranlık veren detaylarla doludur. Her an sayısız faaliyet olağanüstü bir hızda, olağanüstü bir koordinasyonla yürütülmektedir.
Bu yazımızda yeryüzünde en çok bulunan elementlerden olan, hücreler için de hem çok faydalı hem de çok tehlikeli olabilen demirle ilgili şaşırtıcı bir olaya şahit olacağız.

Demirin Hücredeki Serüveni

Demirin hücrelerde sayısız hayati görevi vardır. Demir molekülü solunum, fotosentez, azot bağlama, DNA’daki genlerin kontrolü, DNA sentezi gibi çok çeşitli biyolojik faaliyetlerde kullanılır.

Ancak demir molekülü hassas bir oranda vücudumuzda tutulmalıdır. Az olması durumunda sözünü ettiğimiz faaliyetler gerçekleşmez, çok olması durumunda ise son derece yıkıcı etkileri vardır. Oksijen varlığında, fazla demir hücrenin en temel yapı taşlarını yıkar. Bu temel yapıtaşlar arasında DNA, RNA, proteinler ve zarlar bulunmaktadır. Hücrede serbest bir şekilde dolaşan demir iyonları bu yüzden sıkı kontrol altında tutulması gerekir.

Demir dünyada en çok bulunan 4. elementdir. Ancak normal şartlarda su içinde çözünmediğinden temini için ek sistemler gereklidir. Hücre içindeki miktarı da son derece sıkı kontrol gerektirmektedir. Azlığında çok önemli hücre içi faaliyetler gerçekleşmez. Fazla olduğu takdirde ise hücrenin yapıtaşlarını bozguna uğratır.

Protein Saklama

Bu kontrolün bir parçası olarak bazı proteinlerin bu demir iyonlarını depoladığını biliyor muydunuz?
Genel olarak bilinen 3 tip demir saklama proteini vardır. Bunlar;

• 
  
  Ferritin




• 
  
  Bacterioferritin (Bfr)




• 
  
  DPS

Farklı tip canlılarda bulunan bu proteinler birbirlerinden farklıdır. Ancak görevlerini eksiksiz yaparlar. Örneğin tek bir Ferritin veya Bfr proteini 2000 ile 3000 demir atomu barındırabilmektedir. Bir proteinin kompleks işlemler neticesinde tehlikeli maddeleri hücrenin yararına taşıyor olması oldukça ilginçtir.
Depolar, fabrikada fazla malların biriktirildiği özel bölgelerdir. Bu sayede, bu maddeler gerektiğinde kullanılabilmektedir. Bu proteinlerde aynı bu şekilde işlemektedir.

Ferritin adlı molekül, demir iyonlarını depolama görevini üstlenmiştir. Bu molekül şekil itibari ile bir harikadır. Özel olarak depolama görevi için dizayn edilmiştir. 24 tane birimin mükemmel bir şekilde birleştirilmesi ile meydana gelir.

Bilimsel adı Bacterioferrin ve Dps olan proteinler de demir iyonlarını taşımakla görevlidirler. Bu moleküller son derece kompleks bir görünüme sahiptirler.
3 boyutlu resimlerinden de anlaşılacağı gibi demir saklama proteinlerinin son derece harika bir yapıları vardır. Merkezlerinde bulunan boşlukta demir için özel bir yer hazırlanmıştır. Bu bölgede demir iyonları depo edilir. Demir, bu merkezi boşluğa alınırken kimyasal bazı işlemden geçirilir.
Gemilerin önemli bir özelliği muazzam yük taşıma kapasiteleridir. Hücrelerimizde de demir saklama proteinleri muazzam sayıda demir iyonunu taşımaktadırlar.

ŞALTER GÖREVİ ÜSTLENEN GEN

İngiliz araştırmacılar, son çalışmaları ilevücudun kanserle savaşında ‘ana şalter’ görevini üstlenen geni keşfetti.

Yeni geliştirilen tedavi yöntemlerine yönelik umutları artıran ana genin, tümör hücreleriyle mücadele edip, bu hücreleri öldürebilecek güçteki kan hücrelerinin üretimini tetiklediği bildiriliyor.

Çalışmalarda, gönüllülerden alınan ‘doğal katil hücre’ler bazı kanser hastalarına uygulanmış; yalnız hücreler başka bir bireyden geldiğinden tam eşleşme sağlanamamıştı.

Bulunan E4bp4 adlı bu ana gen, henüz görevi belirlenmemiş ‘boş’ kök hücrelerin bağışıklık sistemindeki doğal katil hücrelere dönüşmesini sağlıyor.

Imperial College London’dan araştırmacı Hugh Brady, doğal katil hücreleri, beyaz kan hücrelerinin ‘Sindirella’sı olarak nitelendirerek “Bu hücrelerin nasıl çalıştıkları hakkında çok az bir fikrimiz var; yalnız nereden geldiklerini hâlâ bilmiyoruz” şeklinde açıklamada bulundu.

Ulaşılan sonuç bulguları ile, bağışıklık sisteminin diyabet ve çoklu skleroz gibi rahatsızlıklarla olan ilişkisini de aydınlatması bekleniyor.

Kaynak: http://www.saglikbilimi.com

YÜRÜYEN PROTEİNLER

İnsan olmanın en güzel yanlarından biri, yürümektir. Bu sayede hareket imkanı buluruz. İstediğimiz yere yönelip kolaylıkla ihtiyacımızı gideririz. Üstelik pek çok canlı 4 ayaklıyken bizler 2 ayakla yürüyebiliyoruz.

Bilim dünyasında yakın zamanda büyük bir keşif yapıldı. Kinezin ve Miyozin 5 adlı proteinlerin tıpkı insanmışlarcasına başka bazı proteinlerin üzerinde yürüdükleri ispat edildi. Üstelik bu moleküller yürürken sırtlarında hücre içinde bulunan organel ve vezikül denen paketçikleri taşımaktadırlar. Protein yürüyüşünde ihtiyaç duyduğu enerjiyi ATP moleküllerinde saklı olan enerjiyi kullanarak sağlamaktadır. Bu enerji neticesinde proteinin 3 boyutlu şeklinde değişiklik olur. Moleküllerdeki bu şekil değişikliği ise proteinin hareket etmesine neden olmaktadır.

Miyozin 5 proteini hayranlık uyandıran bir tarzda aktin adlı proteinlerinin üzerinde yürümektedir.


2 ayaklı yürümek belli bir eğitimden geçtikten sonra mümkün olmaktadır. Moleküllerin 2 ayaklı yürümesi çok ilginç bir durumdur. Etrafınızda bulunan cansız eşyaların uçuşarak havada dolaşması ve odanın bu şekilde düzenlenmesi karşısında şüphesiz şaşırdınız. Hücrede bunun gibi hayret verici işler her an olmaktadır. Bunlardan biri miyozin 5 ve kinezin proteinlerinin şinsanlar gibi yürümesidir. Bu tarifi güç etkileyici bir durumdur.
Bir proteinin başka bir proteinin üzerinde yürüyerek hareket etmesi, insan yürüyüşüne benzemektedir.

Kinezin adlı protein molekülü mikrotübül adlı bir başka protein üzerinde yürürken gösteren resim. Bu protein aynı zamanda sırtında yük de taşır. Hücre içinde hareketi zor olan paketler bu sayede ilgili yerlere teslim edilir. Bir proteinin hem yürüyor olması hem de bu sırada hücre için gerekli olan bir paketi taşıyor olması oldukça ilginçtir.

İnsanoğlunun yıllardan beri hayali olan yürüyen robotlar bilimadamları ve mühendislerin yoğun çalışmaları neticesinde mümkün olmuştur. Bir molekülün tıpkı insanlar ve ASIMO adlı robot gibi yürüyor olması tarifi güç bir hayranlık uyandırmaktadır. Moleküllerin hücrede diğer büyük moleküller üstünde yürüyerek yük taşımaları ise son derece şaşırtıcıdır.

HÜCREDE GÜÇLÜ ELEKTRİK TARLALARI: METRE BAŞINA 15 MİLYON VOLT

Standart bir voltmetrenin binde biri büyüklüğünde olan dünyadaki en küçük voltmetre kullanılarak şaşkınlık uyandırıcı bir bilgi ortaya çıkarıldı. Sıradan bir hücrenin içinde bir yıldırım çıkaracak kadar kuvvetli elektrik tarlaları bulundu.

Hücrelerin oldukça güçlü elektrikle yüklü olduğuna dair daha önceden de çıkarımlar olmasına rağmen, araştırmacılar hücrenin %99.9’nun elektrik bakımından bir uykuda olduğunu varsayıyordu. Ama dünyadaki en küçük voltmetreyi icat eden Michigan Universitesi biofizik kimyageri Raoul Kopelman, farelerin beyin hücrelerini bu alet ile donattı ve metrede 15 milyon volt kadar güçlü alanlar buldu.

DAHİ MATEMATİK PROFESÖRLERİ: TOPOİZOMERAZLAR

En küçük bir nokta bile içinde büyük bir alem barındırır. Örneğin DNA bunlardan biridir. 20. yüzyıldaki en büyük keşiflerden biridir. DNA hücrenin içinde, gözle görülemeyecek kadar küçük bir bölgede, canlıyla ilgili kütüphaneler dolusu bilgi saklar. Bu yazımızda ise DNA ile ilgili çok ilginç bir enzimi tanıyacağız. Bu enzim, bir matematik profesörü gibi davranmakta ve DNA’nın şeklinde değişikliklere sebep olmaktadır. Bu enzimin adı topoizomerazdır. Topoizomeraz enzimleri, DNA’daki zincirleri kırıp, birbirleri üzerinden atlatır ve tekrar birleştirir. Bu sayede, zincirlerin birbiri etrafındaki dönüş sayısı azaltılır. Bunun neden gerekli olduğu, ileri bir matematik bilgisi gerektirmektedir. Bu dahiyane tekniği kullanarak, bu enzimler çok önemli faaliyetleri yerine getirirler.

DNA’nın tıpkı bizim gibi kendine özgü bir dili vardır. Bu dilde 4 harf bulunmaktadır. Bu 4 harfle, bütün hücre bilgisi kodlanmıştır. Bu yüzden DNA’yı büyük bir ansiklopedi gibi düşünebilirsiniz. Ancak bu ansiklopedinin bir özelliği vardır. Bu ansiklopedi yedeklidir. Bilgi çift zincir halinde kodlanmıştır. Tek zincirde bütün bilgi varken; ikinci zincirde de bunun bir kopyası vardır. Bu da, ek bir koruma sağlamaktadır. Çeşitli tamir mekanizmalarıyla , tek zincirdeki aksaklıklar sistemlerce tespit edilir ve diğer zincirdeki doğru bilgiye bakılarak hatalar düzeltilir. Kütüphaneler dolusu bilgi, gözle görülemeyecek kadar küçük bir bölgeye sığdırılmıştır. DNA, çift zincirin birbiri üzerinde bükülmesiyle meydana gelir. Gevşemiş durumda her 10.5 bazdan sonra DNA kendi üzerinde bir tur yapmış olur. DNA’daki çift zincirin özelliği, zincirlerin birbiri üzerinden bükülmeleridir. Öyle ki gevşemiş durumda yaklaşık her 10.5 bazda bu bükülme neticesinde DNA zinciri dönme ekseni etrafında bir tur yapar. DNA’nın birbirinin üzerinden dönerkenki bu tur sayısının, DNA’nın 3 boyutlu görünümü açısından önemli bir yeri vardır. Bu noktada mucizevi bir molekül ortaya çıkar. Bilimsel adı topoizomeraz olan bir enzim, DNA’nın dönme sayısını değiştirme yeteneği vardır. Bu sayede hücre için çok kritik olan DNA’nın çoğaltılması işlemi ve DNA’nın paketlenerek şekil verilmesi mümkün olur.

Topoizomerazlar DNA üzerinde ne tür işlemler yaparlar? Topoizomeraz enzimleri DNA zincirlerini kırmaya yararlar. Topoizomeraz enzimlerinin 2 tipi vardır. Bunlar Topoizomeraz tip 1 ve Topoizomeraz tip 2 olarak adlandırılmaktadır.Tip 1 Topoizomeraz tek DNA zincirini kırar. Kırılan zinciri diğer zincirin üzerinden atlatır ve birşeltiririr. Tip 2 Topoizomeraz ise DNA’nın iki zincirini kırar zinciri son derece şuurlu işlemle döndürür ve tekrar birleştirir.

Topoizomeraz Enzimleri DNA Zincirini Keser: Topoizomeraz enzimlerinin, tıpkı makasın kağıdı kesmesi gibi, DNA zincirini kestiğini biliyor muydunuz? Bu kesme işlemi DNA’ya zarar verme maksatlı değildir. Bu çok ileri düşünceli birinin verebileceği bir karardır. Kesme işlemi ile bazen DNA’nın kendini çoğaltması için ilk adım hedeflenir. Bazen de DNA’nın paketlenerek şekil alması hedeflenir.

Topoizomeraz Enzimi Örgü Örer Gibi Zincirleri Birbiri Üzerinden Atlatır: Topoizomeraz enzimi tıpkı örgü ören birinin gösterdiği mahareti sergiler. DNA zincirleri kırdıktan sonra birbirinin üzerinden kusursuz bir şekilde atlatır. Daha sonra da kırığı tamir etmek için yapıştırır.

DNA Zinciri Kırdığı Zinciri Yapıştırır : DNA’yı tek başına kırmanın hiç bir yararı yoktur. DNA’yı kırdıktan sonra DNA zincirinin ucu açıkta kalır. Zincirleri tekrar yapıştırmak da gerekmektedir. Topoizomeraz enzimi bunu da yapar. Bu enzimin DNA üzerinde bir işçi gibi çalışması hayranlık uyandıran bir durumdur. Topoizomeraz enzimleri bu işlemi yaparken matematik profesörlerinin anlayabileceği kompleks bir düşünceyi kullanırlar. Topoizomerazlar, matematikte topoloji adlı kompleks bir alanın kavramlarını bilircesine hareket ederler.

Topoizomeraz Bu İşlemleri Niye Yapar?

1) Topoizomerazlar DNA’nın çoğaltılmasının ilk adımını oluşturur.
DNA’da çift zincirin birbiri üzerinde dönerek sarılması güçlü bir yapı kazandırır. Bu dönen yapıya helezon da denir. Ancak bu bir yandan önemli bir probleme sebep olur. DNA çoğaltılırken zincirler arasındaki bağlar kırılması gerektiği gibi helezonun da açılması gerekir. Önceleri biyologlar bu enzimin varlığından haberdar değildi. DNA’nın helezon açılmadan nasıl çoğaltıldığı araştımacıların kafasını karıştırdı. Öyle ki 1979 yılında bazı araştırmacılar DNA’nın birbiri üzerine dönmediğini, yanyana duran çift iplik olduğunu savunmaya başladılar. Ancak topoizomeraz enziminin keşfi ile biyologların bu kafa karışıklığı çözüldü. Buna göre topoizomeraz enziminin yardımıyla ilk önce zincirin biri kesiliyor diğer zincirin üzerinden atlatılıp tekrar birleştiriliyor. Bu sayede dönme sayısı bir azaltılıyor. Bu da DNA’nın içinde enzimlerin girebileceği boşluğa olanak veriyor. DNA zinciri birbirinin üzerinde dönmeseydi, tıpkı fermuarın açılması gibi zincirlerin birbirinden ayrılması yeterli olurdu. Ancak zincirlerin birbiri üzerinden dönmesi bunu yeterli kılmamaktadır. Ayrıca bu dönme harketinin de ortadan kaldırılması gerekir. Topoizomeraz enzimi işte bu problemi çözmekle görevlidir. Bu şekil, DNA’nın kendini çoğaltması sırasındaki aşamaları gösterir. Ancak, ilk aşamada zincirlerin açılabilmesi için, bir boşluklu alan gereklidir. Bu boşluklu alan bağlanma sayısının bir azaltılması ile mümkün olur. Bunu topoizomeraz enzimi yapar. Aksi halde diğer enzimler faaliyetlerini sürdüremez. Neticede DNA’da çoğaltılamazdı. Bu da yaşamın sonu anlamına gelirdi.

2 Topoizomeraz enzimi DNA’nın paketlenmesine yardımcı olur.
Topoizomeraz enzimleri, DNA zincirlerini kırıp, birbiri üzerinden atlatıp, tekrar yapıştırarak DNA’nın dönme sayısını azaltırlar. Dönüş sayısının azalması, yapısal gerilmeye yol açar; bu gerilme de süperkıvrım adlı bir şekilin oluşmasıyla dengelenir. Süperkıvrımları telefon kablolarının birbiri üzerinde kıvrılması ile oluşan şekillere benzetebiliriz. Süperkıvrımların oluşturulması ile DNA daha az yer kaplar. DNA’daki kıvrılmalar, telefonun kablosunun kıvrılmasına benzer. Çift zincirde bu kıvrılmaları sağlamak için topoizomeraz enzimleri görev yaparlar. Topoizomeraz enzimlerinin DNA’ları kırıp kıvrılmaları azlatması ile DNA molekülünde bir gerilim meydana gelir. Bu gerilim, DNA’nın kendi üzerinde kıvrılmalar yapılmasıyla aşılır. Bu sayede DNA daha küçük yer kaplar. Topoizormeraz enzimi, DNA’da süperkıvrılma adlı yapılar oluşmasını sağlar. Ancak bunu yaparken mucizevi bir teknik uygular. Matematik dahisi gibi davranır. Zincirlerden birini kırar ve diğeri üzerinden atlatır. Bu, DNA’daki dönme sayısını azaltır. Bunun neticesinde oluşan gerilim, DNA’nın birbiri üzerinden kıvrılarak süperkıvrım adlı yapıların oluşmasına sebep olur.

NOBEL ÖDÜLLÜ MOTOR

Ünlü İngiliz mucit James Watt tarafından geliştirilen buhar motorları endüstriyel devrimin başlangıcında kilit rol oynamıştır. Bu motor sayesinde büyük bir güç elde edilmiş ve emek gerektiren işler çok daha hızlı ve kolay bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Bu teknolojiyi ilk kullanan İngiltere de dünya sahnesinde giderek ön plana çıkmıştır. Motorların modernleşmede etkili bir şekilde kullanılması yakın zamana rastlamasına rağmen bütün canlılarda moleküler seviyede motor teknolojisinin sayısız örneği olduğunu biliyor muydunuz? Bu motorların en çok hayranlık uyandıranlarından biri bilimsel adı ATP Sentaz olan moleküllerdir. Kullandığı teknoloji son derece ileri olan bu benzersiz motoru gelin beraber tanıyalım.

Endüstriyelleşmenin başlangıcında James Watt’ın geliştirdiği buhar makinelerinin büyük önemi olmuştur. Yüksek bir zeka ve mühendislik gerektiren bu makinelerin 100 trilyon hücrenizin herbirinde sayısız miktarda bulunduğunu biliyor muydunuz? ATP sentaz adlı moleküller muazzam bir teknoloji ile buhar motorlarına benzer şekilde çalışırlar. Bu moleküller ATP adlı enerji paketçiklerini üretirler.

Dünyanın belki de en küçük motoru olan ATP Sentazların keşfi bilim dünyasında derin bir şaşkınlık uyandırmıştır.Bilim adamlarınca muazzam, harika gibi sıfatlarla anılırlar.

Buhar tribünleri, su buharındaki enerjiyi kullanarak elektrik enerjisi elde etmeye yararlar. Basıncı yüksek buhar, jeneratörü döndürür. Bunun neticesinde oluşan hareket özel bir sistem ile elektrik enerjisine çevrilir. ATP sentaz adlı mucize molekül de benzer bir yapıda ve benzer bir iş için vardır. ATP Sentazlar hücredeki proton yoğunluğundan faydalanarak hücre için temel enerji paketçiği olan ATP’yi üretirler.

ATP Molekülü Mucizesi
Hücrelerimizin temel enerji kaynağı ATP adlı enerji paketçikleridir. Hücrelerimizdeki çoğu işlem bu moleküllerde saklı bulunan enerji kullanılarak yapılmaktadır. Öyle ki bilim adamları günde ortalama 50 kilo ATP üretildiğini hesaplamaktadır. Ve bu 50 kilo ATP’nin %95’i yani 47.5 kilosu ATP Sentaz yoluyla elde edilir.
ATP adlı molekül tekrar tekrar kullanalıbilen pillere benzer.

ATP Sentaz Motorunun İç Yapısı

ATP Sentaz moleküler motorunun iç yapısı insanı hayrete düşürür. Çünkü bu iç yapıyı incelediğimizde buhar motorlarının yapısını burada aynen yer aldığını görürüz. ATP Sentaz motoru 2 ayrı bölmeden oluşur. Bu bölmeler tıpkı bir çark gibi dönebilmektedir. Bu çarklar birbirlerine özel bir ünite ile bağlıdır. Dönen bölmelerden biri hücre içinde bulunan mitokondri ve kloroplast gibi zarlı yapılara monte edilmiştir. Mitokondriler enerji santralleri görevini görürken kloroplastlar enerji kullanılarak şeker molekülleri üretmeye yararlar. Dolayısıyla ATP Sentazlar son derece önemli yerlere yerleştirilmiştir. Diğer dönen bölme ise zarın dış yüzüne bakmaktadır. Zarın iç yüzündeki kısımda proton yoğunluğu diğer bölmeye göre çoktur. İşte ATP Sentazlar protonlardaki bu yoğunluk farkını kullanarak enerji üretirler. Bu tıpkı barajlarda biriken suyun karşı tarafa geçerken elektrik üretilmesi mantığına benzer.

ATP Sentaz motoru şu şekilde çalışır. Zara monte edilmiş bölümün dönmesiyle hareket bir çubuk vasıtasıyla 2. Bölüme aktarılır. Bu 2. Bölümün dönüşü ile de vücudun temel enerji paketi olan ATP elde edilir. ATP molekülü ortamda bulunan ADP ve fosfat gruplarının birleştirilmesi ile elde edilir. Alttaki çarkın dönme hareketinin bu işlem için kullanılması son derece hayranlık uyandıran tekniklerle meydana gelir. Bu çark neredeyse mükemmel bir verim ile ATP üretimini gerçekleştirir.

Her Hücrenizde Sayısız Elektrik Santrali Olduğunun Farkında mısınız?

Barajlar nehrin iki yakasını birbirinden ayırarak, bir tarafta su birikmesini sağlarlar. Yüksekte biriken su ise tribünleri döndürür. Hücrelerimizdeki enerji üretimi de buna benzer bir mantıkta meydana gelmektedir. Zarın bir yüzünde biriken protonlar geçtikleri kanal aracığı ile enerjilerinin bir kısmını vererek ATP Sentaz molekülünün zara yapışık kısmını döndürürler. Bu hareket bir ünite yoluyla dıştaki çarkı döndürür. Bu ikinci çarkın döndürülmesi ile de temel enerji paketi olan ATP molekülü elde edilir. Protonlar, evrendeki en temel yapıtaşlardır. Protonlardaki potansiyel enerjiden vücudun temel ihtiyacını karşılamak eşsiz bir sanattır. Vücudunuzun her yanı böyle sayısız elektrik santrali ile çevrili olması düşündürücü bir gerçektir.

Protonlar zardan geçerken enerjilerinin bir kısmını verirler. İşte bu enerji kullanılarak zara monte olan bölme döner. Bu dönme hareketi iki çarkı birbirine bağlayan bir ünite vasıtasıyla diğer çarka iletilir. Böylece diğer çark da döner. Bu çarkın dönüşüyle de ATP enerjisi elde edilir. ATP Sentaz Enzimi besinlerden gerekli enerjiyi elde etmekte kritik bir görev alır.

Biyolojik motor olan ATP Sentazla ilgili keşiflerinden dolayı Paul Boyer ve John Walker adlı bilim admaları Nobel ödülü aldılar. Daha halen pek çok bilim adamı bu moleküler harika ile ilgili çalışmalara devam etmekteler.

BİYOLOJİK KRİSTAL:DİŞLER

Önümüzde duran tabaktaki lezzetli bir salatayı veya meyveyi nasıl parçalanacağını ve öğütüleceğini hiç düşünmeden yeriz. Çünkü lokmaları ağzımıza attığımız an bunları öğüten ve küçük parçalara ayırarak kolayca yutmamızı sağlayan dişlerimiz var. Üstelik bu yiyecekler ne kadar sert olursa olsun dişlerimiz o kadar sağlamdırlar ki hiçbir zaman yemekleri çiğnerken onların kırılacaklarını düşünmeyiz. Oldukça sert yiyecekleri, hatta sert kabuklu meyveleri bile dişlerimizin yardımıyla kolayca parçalayabiliriz.

Dişler düzenli ve iyi bir bakımla hayat boyu sağlam kalabilir. Sağlam olmalarının yanında işlevsel ve estetik özelliklere de sahip olan dişler, işlevlerine uygun bir dizilime sahiptirler; lokmayı ısırma ve koparmaya yönelik olarak ilk görevi üstlenen ön dişler, ağza alınan parçayı yutabilecek kadar küçük parçalara ayırmaya veya ezmeye yarayan küçük azı ve büyük azı dişleri… Ayrıca üstteki dişler ile alttaki dişler tam olarak birbirine uyumlu bir oturuşa sahiptir. Dişlerin bu şekilde düzgün bir biçimde oturmaması durumunda ise, lokmaları çiğneyip ezmemiz, pek kolay olmazdı. Dişlerin bu uygun ve sindirime uyumlu sıralanışı sayesinde ağzımız yüksek teknolojili öğütme araçları ile donatılmış gibidir.

Dişlerin estetik güzelliklerinin yanısıra bir diğer özellikleri ise biyolojik açıdan en sert malzemeden yapılmış olmalarıdır.

Sert Diş Minesi ve Esnek Dentin

Dişlere dayanıklılığını veren diş minesi kristal kadar serttir. Seramik benzeri bir yapıya sahip olan diş minesi, daha yumuşak olan dentine esnek bir şekilde bağlanmıştır. Bazı araştırmacılar dentin ve mineyi bir yatak üzerinde yer alan cam bir tabağa benzetirler. Bu iki malzeme en doğru sertlikte inşa edildiği için esnek dentin-mine bağlantısı, kişinin yaşamı boyunca çiğnerken ve öğütürken diş minesini kırılmaktan korur. Gerçekte dişin bu yapısı tek bir gen tarafından kodlanan, normalde bir araya gelmesi beklenmeyen bir çift protein tarafından desteklenmektedir.

Diş araştırmacıları, diş oluşumu ile ilgili yaptıkları çalışmalarda bu ince detaylarından bir tanesini daha gözler önüne seren bir gen ortaya çıkardılar. Bu gen, diş minelerinin ve dişin içerisinde daha yumuşak yapıdaki dentinin oluşumunda önemli rol oynayan dentin sialophospho protein (DSP) genidir. Diş oluşumunda kritik rol oynayan bu gen, tek bir protein açığa çıkarır, ancak bu protein dentin sialoprotein (DSP) ve dentin phospho protein (DPP) adı verilen zıt işlevlere sahip iki proteine bölünür. Söz konusu proteinlerden DPP kırılganlığa yol açan oyuk ve kireçli bir mine tabakası oluştururken, DSP minenin sertliğini ve oluşum hızını artırmaktadır. Başka bir deyişle bu iki proteinin tam belirtilen ölçülerde ve birbirini tamamlayan ince bir teknikle bir arada çalışması sonucu dişler ne çok kırılgan ne de çok yumuşaktır.

DSP ve DPP arasındaki mükemmel denge kritik dentin-mine bağlantısının hassasiyetini gözler önüne sermektedir. Çünkü dişlerin korunmasında etkin bir madde olarak görünen ve minenin dentinle olan bağlantısında çok ince bir tabaka halinde bulunan DSP, tüm mineden daha serttir. Eğer bu proteinin miktarı artırılırsa dişler daha kırılgan hale gelmektedir. Çünkü dişleri daha sert yapan ve çürümeye karşı koruyan florürün fazla miktarının dişleri zayıflatması gibi, DSP'nin de aşırı miktarının dişleri zayıflattığı ve kırılgan hale getirdiği saptanmıştır. Diğer taraftan DPP proteininin dişleri zayıflatan bir etkisinin olduğu bilinmektedir. Bu proteinin olması gerekenden fazla miktarda bulunması ise dişlerimizin çürüyüp dökülmesi anlamına gelir.

DERİNİN ÇEŞİTLİ FONKSİYONLARI

İnsan derisi, sahip olduğu, birbiriyle çoğu zaman taban tabana zıt olan özellikleri ile bilimadamlarını hayrete düşürmektedir. Örneğin insan derisi hem ısınmayı, hem de serinlemeyi sağlayacak özelliklere aynı anda sahiptir. Bununla birlikte son derece sağlamdır, ama aynı zamanda çok estetik ve her türlü dış etkiye karşı çok etkin koruma sağlayabilen bir dokudur.

Deri dokusu genel özellikleri aynı olsa da insan vücudunda ve diğer tüm canlıların vücutlarında türlere göre bazı değişiklikler gösterir. Derinin yapısı detaylara inilerek incelendiğinde canlı vücutlarında bulunan diğer pek çok yapı gibi, eksikliği durumunda insanın yaşamını tehlikeye atacak kadar önemli bir organ olduğu görülecektir.

İnsan derisi çok farklı bölümlerden oluşur. Örneğin üst derinin hemen alt kısmında yağdan oluşan bir katman vardır. Isıya karşı yalıtım görevini üstlenmiş olan bu tabakanın üstünde deriye esneklik özelliğini veren ve büyük kısmı proteinlerden oluşan başka bir bölüm bulunur. Derinin pek çok önemli görevi vardır. Bunlardan birkaçını şöyle özetleyebiliriz.

Deri son derece dayanıklı ve esnek bir yapıya sahiptir. Üst deri yüzeyindeki hücrelerin büyük bir bölümü ölüdür. Alt deri ise canlı hücrelerden oluşur. Üst deri hücreleri bir süre sonra hücre niteliklerini kaybetmeye başlarlar ve 'keratin' adını verdiğimiz sert bir maddeye dönüşürler. Ölen bu hücreleri keratin maddesi birarada tutar ve vücudu koruyucu bir zırh oluşturur.

Üst derinin her iki tarafı da su geçirmez bir yapıya sahiptir. Derinin bu özelliği sayesinde vücuttaki su miktarının kontrolü sağlanır. Deri, kulaktan, burundan hatta gözden bile önemli bir organdır. Diğer duyu organlarımız olmadan yaşayabiliriz. Ama deri olmadan insanın hayatını sürdürmesi mümkün değildir. Çünkü insan vücudunun en hayati sıvısı olan "su"yun deri olmadan vücutta tutulması mümkün değildir. Derinin sertliği ve kalınlığı idealdir. Bunun aksi yani daha sert ve kalın bir derinin daha koruyucu olacağı düşünülebilir.

Oysa bu düşünce yanlıştır. İnsan vücuduna sahip olduğu esnekliği ve hareket yeteneğini veren, derinin şu anki ideal yapısıdır. Daha farklı yapıya sahip bir deri hantallık verecektir. Zaten hangi canlı türü olursa olsun deri hiçbir zaman gereğinden kalın olmaz. Derinin yapısını da gözönünde bulundurarak üst deri hücrelerinin sürekli öldüğünü ve bu işlemin belli bir yerde durmadığını düşünelim. Bu durumda derimiz kalınlaşmaya devam edecek bir süre sonra son derece kalın bir hale dönüşecekti. Ama hiçbir zaman böyle olmaz, deri hep gerektiği kalınlıktadır.

Derinin farklı bir katmanı olan alt deri, derideki kan miktarını kontrol eden çok ufak kılcal damarlarla sarılmıştır. Bunlar sadece deriyi beslemezler, vücut ısısı arttığında bu damarlar genişleyerek gereğinden sıcak olan kanın vücudun nispeten serin olan dış kısmından geçmesini ve ısının dışarı verilmesini sağlarlar. Bu da sıcak havalarda vücudun serinlemesini sağlar.

Bundan başka insan derisi "gözenek" adı verilen deliklerle doludur. Gözenekler ter bezlerinin bulunduğu alt deriye kadar uzanırlar. Bu bezler kandan aldıkları suyu gözeneklerden geçirerek vücudun dışına atarlar. Dışarı atılan sıvı buharlaşmak için vücudun ısısını kullanır, bu da bir serinleme etkisi yapar. İnsan derisi soğuk havalarda vücut sıcaklığını korur. Bunu yaparken derideki ter bezleri çalışmalarını yavaşlatır ve kan damarları daralır. Bu sayede deri altında kan dolaşımı azalır. Bu da vücut ısısının dışarı kaçmasını engelleyici bir önlemdir.

BİR İLETİŞİM ANININ HİKAYESİ

Her insan birçok defa tanıdık biriyle göz göze gelip merhabalaşmıştır. Peki bu bir-iki saniyelik sürecin oldukça uzun ve karmaşık bir hikayesi olduğunu biliyor muydunuz? Bir akşamüstü deniz kıyısında iki adamın ayrı ayrı oturduklarını varsayın. İyi dost olmalarına rağmen henüz birbirlerini fark etmemişler. Adamlardan birisinin, henüz görmediği arkadaşına doğru yüzünü çevirmesi, bir biyokimyasal olaylar zincirini başlatır: Arkadaşının vücudundan yansıyan ışık, saniyede 10 trilyon foton (ışık parçacığı) geçecek şekilde gözbebeğine varır. Işık önce bu merceğin daha sonra da göz yuvalarını dolduran sıvının içinden geçer ve retinanın üzerine düşer.

Dışarıdaki cisimlere göre, retinanın farklı noktalarına farklı ışık demetleri düşer. Örneğimizdeki kişinin arkadaşını gördüğü anı düşünelim. Arkadaşının yüzündeki bazı noktalar, örneğin kaşları koyu renklidir ve retinanın üzerindeki bazı hücrelere çok zayıf bir ışık düşmesine neden olur. Bu hücrelerin yanında bulunan diğer bir grup hücre ise, arkadaşının alnından gelen ışıkla muhatap olur, yani daha fazla ışık alır. Arkadaşının tüm yüz hatları, etraftaki diğer detaylar dahil, bu şekilde retinanın farklı hücre gruplarına farklı ışıklar düşürür. Peki retinanın üzerine düşen bu ışıklar ne gibi bir etki oluşturur?

Bu sorunun cevabı gerçekten çok karmaşıktır ve anlaşılması da biraz zordur. Ama bu cevabı ana hatlarıyla incelemek yerinde olacaktır. Fotonlar retinadaki hücrelere çarptıklarında, adeta birbiri ardına ustaca dizilmiş domino taşlarını harekete geçirir. Bu durum çeşitli proteinlerin şekil değiştirmesine ve aralarında bazı birleşmelerin olmasına sebebiyet verir. Pek çok kimyasal reaksiyon zincirinin ardından, görme olayının son aşamasında gerçekleşen bazı işlemler neticesinde "elektrik uyarıları' oluşur. Sinirler bunları beyne aktarır ve orada da "görme" dediğimiz işlem yaşanır.Kısacası tek bir foton, retinadaki hücrelerin tek birisine çarpmış ve birbirini izleyen zincirleme reaksiyonlar sayesinde hücrenin bir elektrik uyarısı üretmesini sağlamıştır. Bu uyarı, fotonun enerjisine göre değişir, böylece bizim "güçlü ışık", "zayıf ışık" dediğimiz kavramlar oluşur. İşin en ilginç yanlarından birisi, üstte anlattığımız tüm bu karmaşık reaksiyonların, saniyenin en fazla binde biri kadarlık kısa bir sürede olup bitmesidir.

Görmenin Sonrası

Buraya kadar anlattılanlar, sadece sahildeki adamın, arkadaşından yansıyarak gözüne gelen fotonlarla ilk temasıdır. Retina hücreleri, karmaşık kimyasal işlemler sayesinde fotonları algılamış ve elektrik sinyalleri üretmiş olur. Bu sinyallerde öyle bir bilgi vardır ki, söz konusu arkadaşın yüzü, vücudu, kıyafeti, saçının rengi ya da yüzündeki küçücük bir iz bile işlenmiştir. Sadece bu kişinin değil, etraftaki her cismin en küçük detayı bile atlanmamış ve elektrik sinyallerine kodlanmıştır. Ama bir de bu sinyallerin beyne ulaştırılması gerekmektedir. Peki bu sinyaller beyne nasıl ulaştırılır?

Kornea ve İris

Gözdeki 40 temel parçadan biri olan kornea, gözün en önünde yer alan saydam bir tabakadır. Işığı pencere camı kadar kusursuz bir biçimde geçirir. Vücudun başka hiçbir yerinde benzeri olmayan bu doku, tam gereken yerde bulunur. Gözdeki önemli parçalardan biri de bu organımıza rengini veren iris tabakasıdır. Korneanın hemen arkasında yer alan iris, ortasındaki boşluğu genişletip daraltarak göze giren ışık miktarını ayarlar. Parlak bir ışıkta hemen daralır. Karanlıkta ise göze daha çok ışık alabilmek için genişler. Benzer bir ışık ayar sistemi kameralarda da kullanılır. Ama hiçbir kamera iris kadar başarılı değildir.

Retina moleküllerinin hareketiyle uyarılan sinir hücreleri (nöronlar), tepki gösterir. Bu tepki kimyasaldır; bir nöron harekete geçtiği anda yüzeyindeki protein molekülleri aniden şekillerini değiştirir. Bu hareket, pozitif elektrik yüküne sahip olan sodyum atomlarının akışını bloke eder. Elektrik yüklü atomların akışındaki bu değişiklik, hücrenin içinde bir voltaj farklılığına neden olur. Voltaj farklılığı, elektrik sinyali demektir. Bu sinyal, milimetre cinsinden ifade edilen bir mesafeyi kat ettikten sonra sinir hücresinin ucuna ulaşır. Ancak burada bir sorun vardır: İki sinir hücresi arasında bir boşluk bulunmaktadır ve elektrik sinyalinin bu boşluğu aşması için bir önlem gereklidir. Nitekim bu önlem alınmıştır: İki sinir hücresi arasında bulunan bazı serbest moleküller, sinyali taşıma işini üstlenir. Bir milimetrenin dört ile kırkta biri kadar bir mesafe kat ederek diğer nörona ulaşır ve mesajı tekrar iletir. Retinadan gelen elektrik uyarısı, bu sayede bir nörondan bir diğer nöron hücresine iletilerek ilerler ve beyne varır.

Burada, bu sinyaller görme korteksine gider. Bu görme korteksi 2.5 mm kalınlığında 13 m2 alanında üst üste binmiş doku tabakalarından oluşmuştur. Bu tabakaların bir tanesi yaklaşık 17 milyon nöronu içerir. Gelen sinyali ilk olarak 4. tabaka alır. Ön bir analiz yapar ve bilgiyi diğer tabakalardaki nöronlara ulaştırır. Her aşamada her bir nöron diğer bir nörondan sinyal alabilir.

Bu sayede dışarıdaki adamın görüntüsü, beynin "kortek"s adı verilen merkezinde oluşur. Ancak bir de bu kişinin tanınabilmesi için, hafıza hücrelerinin yoklanması, bu kişinin yüzü ile hafızadaki bilgilerin karşılaştırılması gerekmektedir. Bu iş de başarı ile yapılır. Hatta adamın yüzü, beyin korteksindeki görüntüde, hafızadaki yüz bilgisine göre biraz daha renksiz duruyorsa, kişi bu farkı hissedecek ve "arkadaşımın yüzü bugün acaba neden solgun" diye düşünecektir. Böylece bir saniyeden çok daha kısa bir zaman dilimi içinde, "görme" ve "tanıma" gibi iki ayrı işlem gerçekleşmiş olur.

EKLEM SIVISININ HAYATİ ÖNEMİ

Kolunuzu ya da bacağınızı oynatırken neden acı duymadığınızı hiç düşünmüş müydünüz? Sürekli bir sürtünmenin olduğu kemiklerde normal şartlar altında aşınmalar ve yıpranmalar olması bunların sonucu olarak da acı oluşması gerekirken böyle bir şey hiç olmaz. Bunun nedeni eklemlerin arasında sürtünmeyi engelleyici eklem sıvısının bulunmasıdır. Bu sıvı kayganlık sağlayarak eklem yüzeyindeki aşınmayı ve tahribatı önler.

Kemikler vücut içinde bulundukları yere göre farklı özelliklere sahiptir. Örneğin sürekli hareket halindeki kemiklerimizin bazıları, hareketsiz bölgelerdeki kemiklere göre daha farklı desteğe ihtiyacı vardır. Buna örnek olarak eklemlerimizi verebiliriz. Omurgamızı meydana getiren omurlar, bacaklarımızdaki, kollarımızdaki, el ya da ayaklarımızdaki eklemler her hareketimizde birbirleri üzerinde dönerler. Sürekli hareket halinde oldukları için de destek sistemlere ihtiyaçları vardır. Bunu şöyle bir örnekle açıklayabiliriz.

Herhangi bir mekanik alet çalışırken hareket eden parçaların birbirlerine temas noktalarında sürtünme görülür. Sürtünmenin gerçekleştiği bölgelerde kısa bir süre sonra aşınma ve aşınma sonucunda parçalarda kopma ve kırılma söz konusu olur. Bunu engellemek için mekanik parçalar düzenli olarak yağlanır. Basit bir kapı menteşesinden, üstün teknolojiye sahip bir otomobil motoruna kadar her hareketli mekanik sistemde yağlamaya ihtiyaç vardır. Ancak yağlama aşınmayı tam olarak engellemez, yalnızca geciktirir. Örneğin otomobillerin motoru her beş bin kilometrede bir yağlandığı halde aşınmanın önüne geçilemez. Bu nedenle motor parçalarının düzenli olarak değiştirilmesi gerekir.

Ancak insanların ve hayvanların eklem yerleri bir ömür boyunca hareket ettikleri halde hiçbir şekilde bakıma ya da yağlanmaya ihtiyaç duymazlar. Hatta bir insanın ömür boyu yaklaşık 100 bin kilometre yol aldığını düşünürseniz sözü edilen mekanik sistemin yaptığı iş daha iyi anlaşılır.

RAKAMLARLA YARADILIŞ MUCİZESİ

Vücutta bulunan ve kimi ancak mikroskop altında görülebilen kılcal damarların uzunluğu toplam 60.000 km'dir.

Vücutta günde 260-400 milyar kadar kan hücresi üretilir. Kalbimiz tüm hayatımız boyunca yaklaşık 227 milyon litre kan pompalar.

Burunda "nasal epitelyum" adı verilen hassas bir zar üzerinde birbirinden farklı kokuları hissederiz. Burada 50 milyon kadar sinir hücresi bulunmaktadır.

Göz çevresinde 6 kas bulunur. Bu kaslar gözlerin sağa-sola, aşağı-yukarı ve diğer açılara dönmesini sağlar.

Kandaki hücreler, vücuttaki kan miktarının yarısını oluşturmalarına rağmen, yan yana dizildikleri takdirde 96.500 km'lik bir çizgi oluşturabilecek kadar fazladırlar. Bu, dünyanın çevresini iki kez dolaşmaya yeterli bir uzunluktur.

İnsan hücresinin içinde 3500'den fazla enzim bulunmaktadır. Bunlardan bir veya birkaç tanesinin eksik olması durumunda hücre içi faaliyetler tamamen birbirine karışabilir. Bunun sonucu ise hücrenin parçalanıp bozulması, yani canlılığın sona ermesidir.

İnsan vücudunda yer alan kas ve dokular sürekli yenilenir. Günde yaklaşık 200 gram kas ve doku hücresi yenilenir.

Böbreklerden dakikada 500-600 ml kan geçer. Bu da kalpten pompalanan kanın %25'idir.

İnsan vücudundaki damarların toplam uzunluğu 100.000 km’den fazladır. Bir insanın vücudundaki damarlar uç uca eklendiğinde dünyanın etrafını 2,5 defa dolaşacak bir uzunluğa erişir.

Gün boyunca ortalama 23.040 defa nefes alırız.

Yetişkin bir insanın başında cm2‘de 200 saç kökü bulunur.

Eğer DNA’daki bilgileri bir kağıda dökmemiz gerekseydi, her biri 500 sayfa olan 900 ciltten oluşan dev bir kütüphane oluşturmamız gerekirdi. Bu ansiklopedileri sığdırmak içinse bir futbol sahası uzunluğunda kütüphaneye ihtiyacımız olurdu.

KONUŞMA VE ANLAMA NASIL GERÇEKLEŞİR?

Konuşmanın sağ elini kullanan kimselerde önemli ölçüde beynin sol yarısı tarafından kontrol edildiği bilinmektedir. Felç geçiren yani beynindeki damarlardan bazısı tıkanan hastalarda, eğer beynin sol yarısı etkilenmişse, hastanın konuşması da büyük ölçüde hasar görür. Son olarak işaret dilini kullanan sağır ve dilsizlerden felç geçiren hastalarda aynı sonuçlara ulaşıldı. Yani işaret dilini kullanarak konuşanlar da, aynı normal konuşanlarda olduğu gibi, beyinlerinin sol yarısındaki konuşma merkezlerini kullanıyorlar ve konuşma merkezini etkileyen bir felç geçirdiklerinde işaret dilini kullanma becerilerini kaybediyorlar. Bu durum doğuştan özürlü yani normal konuşmayı hiç öğrenmemiş kimseler için de geçerlidir.

İşaret dilini kullanan özürlüler normal konuşanlardan farklı olarak işitme yerine görsel becerilerini kullanırlar. İşaret dilinin en şaşırtıcı özelliği ise tıpkı konuşma dili gibi oldukça zor bir gramerinin olması. Nitekim bu kimseler de, tıpkı konuşanlar gibi son derece karmaşık cümleler kuruyorlar. Diğer bir ilginç gerçek ise, evrensel tek bir işaret dilinin olmaması. Değişik ülkelerdeki sağır insanlar tamamen farklı işaret dilleri kullanıyorlar. Bunlar o derece farklı ki örneğin Amerikan işaret dilini kullananlar ile İngiliz işaret dilini kullananlar birbirleri ile anlaşamıyorlar.

İşaret dilini kullanan bir kimsenin beyninde gördüğü işaretler görme merkezinde değerlendirildikten sonra konuşma merkezine iletiliyor ve burada anlam kazanıyor. Oysa diğer görsel işlemler, örneğin bir çizimdeki şeklin değerlendirilmesi ve tanınması tamamen farklı beyin merkezlerinde gerçekleşiyor.

İşte burada, beyinde farklı hücreler arasında bir işbirliği bulunduğu ortaya çıkıyor. Önce görme merkezinde seçilerek değerlendirilen el hareketleri, daha sonra diğer görüntülerden farklı olarak, birbirini takip eden işaretleri anlamlı kılacak gramerle birlikte değerlendirilmek üzere, konuşma merkezindeki hücrelere iletiliyor.

Beyindeki birbirinden uzak merkezler arasında her an bir işbirliği gerçekleşir. Milyarlarca sinir hücresinin bir an bile işini aksatmaması ve bu işbirliği sayesinde konuşur ve anlarız.

Kirliliğe Karşı Balık Dedektörü

Batı Afrika fil balığı (Gnathonemus petersii), Afrika'nın 27oC'lik sıcak ve çamurlu sularında yaşar. Anavatanı Nijerya olan 10 cm. boyundaki bu balık, çamurlu sularda gözlerini çok az kullanır. Yolunu, kuyruk tarafındaki kaslarından düzenli olarak yaydığı elektrik sinyalleri ile bulur. Normalde, dakikada 300-500 sinyal yayar. Fakat suyun kirlilik oranı arttıkça dakikada ürettiği sinyal sayısı 1.000'i aşabilir.

İngiltere'nin Bourmounth şehrinde kirliliği ölçmek için, fil balıklarından faydalanılarak yapılan dedektörler kullanılmaktadır. Bourmounth'daki bir su şirketi, Stour nehrinden aldığı su örneklerini 20 fil balığının kontrolüne vermiştir. Her balık nehirden gelen su ile doldurulmuş bir akvaryumda yaşatılmaktadır. Akvaryumlardaki alıcılar sinyalleri alıp bağlı oldukları bilgisayarlara iletmektedir. Eğer su kirli ise balığın artan sinyalleri tespit edilerek bilgisayar aracılığı ile alarm verilmektedir.

Elektrikli yılan balığı "Electrophorus electricus" Amazon nehrinde yaşamaktadır. Boyu 2 metreyi bulan bu balığın gövdesinin üçte ikisi elektrik üreten organik plakalarla kaplıdır. Balık, sayısı 5.000-6.000 kadar olan bu plakalar sayesinde 550 volt/2 amperlik bir elektrik üretir. Balıktan yayılan bu elektriğin şok etkisi, balığın 2 m. uzağındaki canlıları bile öldürecek kadar şiddetlidir.

Sistem son derece komplekstir ve "aşama aşama" gelişmesi gibi bir ihtimal de söz konusu değildir. Çünkü balığın elektrik sistemi tam olarak işlemediği sürece, ona hiçbir avantaj sağlamayacaktır. Bir başka deyişle, bu sistemin her parçası aynı anda kusursuz bir şekilde yaratılmıştır. Bilim adamları elektrikli yılan balığının sahip olduğu bu savunma mekanizmasının benzerlerini taklit etmektedir ve günümüzde bu balığınkine benzer elektrikli savunma silahları kullanılmaktadır.

Elektrik sinyallerini, bir cismin yerini tespit amacıyla ya da haberleşme için kullanabilirsiniz. Ancak bunun için büyük bir bilimsel birikime ve ileri bir teknolojiye sahip olmanız şarttır. Nitekim günümüzde bile, bu seviyeye ulaşmış ülkelerin sayısı son derece azdır. Oysa bazı elektrikli balıkların vücutlarında etrafa sürekli olarak elektrik sinyalleri yayan, bir yandan da bu sinyallerin çarptığı cisimleri yorumlayan organik bir radar vardır. Balık bu radar sayesinde çevrelerindeki nesnelerin büyüklüğü, iletkenliği ve hareketi hakkında bilgiler edinebilir. Ayrıca aynı sistemle karşısındaki başka bir elektrikli balığın cinsiyeti ve erginlik durumu hakkında bilgi edinebilir, onu çiftleşmeye davet edebilir veya korkutabilir. İnsanların kullandıkları radarların ve haberleşme sistemlerinin ne denli kompleks aygıtlar olduklarını düşündüğümüzde,

20. Yüzyıl Bilimi, Böceklerin Uçmak İçin Kullandığı Aerodinamik Teknikleri Çözemedi

Bir böcek uçarken saniyede ortalama birkaç yüz defa kanat çırpar. Hatta kanatlarını saniyede 600 defa çırpabilen böcekler bile vardır.

Bir saniyede bu kadar hareketin olağanüstü bir hassaslıkta yapılması, bu tasarımın teknolojik olarak taklit edilmesini imkansız kılmaktadır.

Nitekim California Üniversitesi'nde biyoloji profesörü olan Michael Dickinson ve arkadaşlarının meyve sineklerinin uçuş tekniğini ortaya koyabilmek için geliştirdikleri robot, meyve sineğinin 100 katı büyüklüğünde ve sineğin kanat hızının ancak binde biri hızla kanat açıp kapama hareketi gerçekleştirebilmektedir. Üstelik her beş saniyede bir kanat hareketi yapan robot sineğin bu hareketi için 6 ayrı motor kullanılmaktadır.

Bilimsel çevreler uçak teknolojisinde büyük gelişmeler kaydedildiği konusunda hemfikirdirler. Ancak iş mikro-çırpmalı uçuşa gelince, Wright kardeşlerin 1903 yılında bulundukları seviyede olduklarını itiraf etmektedirler. Üstte böceklerin kanatları örnek alınarak yapılan bir mikro uçuş sistemi, yanda da Wright kardeşlerin yaptığı ilk uçak görülüyor.

Prof. Dickinson gibi birçok bilim adamı, yıllardır böceklerin kanat çırpma hareketlerinin ayrıntılarını ortaya koymak için çeşitli deneyler yapmaktadırlar. Meyve sinekleri üzerinde yapılan bu deneyler sırasında Dickinson, sinek kanatlarının -basit menteşelerle tutturulmuş gibi- düz hareketler yapmadığını, aksine son derece kompleks aerodinamik tekniklerden yararlandığını tespit etmiştir. Ayrıca her çırpmada kanatların yönü değişmektedir: Aşağı hareket eden kanatta üst kısım yukarı bakarken, yukarı harekette kanat döner ve bu kez kanadın alt kısmı yukarı bakar. Bu kompleks uçuş tekniğini analiz etmek isteyen bilim adamları ise, uçak kanatları için kullanılan "klasik aerodinamiğin" yetersiz olduğunu ifade etmektedirler.

Nitekim meyve sinekleri de uçmak için birden fazla aerodinamik özellikten yararlanır. Örneğin kanatlar bir vuruş meydana getirdiğinde arkasında girdaplı, komplike bir hava dalgası bırakır. Kanat geri dönerken de bunu dümen suyu gibi dalganın içinden geçirerek daha önce kaybettiği enerjisinin bir kısmını yeniden devreye sokar. Saniyede 200 kez kanat çırpan 2,5 milimetrelik meyve sineğinin uçmasını sağlayan kas, diğer tüm böceklerin uçuş kaslarının arasında en güçlüsü olarak nitelendirilir.

Büyük düz kanatlar böceklerin uçuşunda avantaj sağlar. Ancak böyle kanatların zarar görme riski de fazladır. Bu nedenle katlanabilmeleri gerekir. Ne var ki büyüklük katlanmayı zorlaştıran bir özelliktir. Arılarda bu problem, çengelcik adı verilen bir sıra hassas kanca dizisi tarafından çözülür. Çengeller kanatları birbirine birleştirir. Arı bir yere konduğunda, çengelcikler birbirlerinden ayrılır ve kanatlar rahat bir şekilde katlanabilirler.

Ayrıca sineklerde, kanatların yanı sıra sahip oldukları keskin gözler, denge için kullandıkları ufak arka kanatlar ve kanatların zamanlamasını ayarlayan alıcılar gibi daha pek çok detay da mevcuttur.
Sinekler milyonlarca senedir bu aerodinamik kurallardan yararlanarak uçmaktadır. Günümüzde en gelişmiş teknolojileri kullanan bilim adamlarının bile sineklerin uçuş tekniklerini tam olarak açıklayamamaktadırlar.

Geko Kertenkelesinin Ayakları Teknolojiye Ufuk Açıyor

Geko adlı kertenkeleler duvarları hızla tırmanarak tavana yapışabilir ve burada rahatlıkla yürüyebilirler. Uzun yıllardır yürütülen çalışmalar sonucunda hayvanın bu becerisinin hangi üstün tasarımdan kaynaklandığı bulunmuştur. Şimdiye kadar hayali film kahramanı "örümcek adam" gibi dikey yüzeylere hızla tırmanmayı sağlayacak bir yeteneğin ne şekilde mümkün olabileceği bilinmiyordu. Ancak gekonun tek bir adımı özellikle robot tasarımcıları için çok büyük gelişmelere yol açmıştır. Bunlardan bazılarını şöyle sıralayabiliriz:

- Kaliforniyalı araştırmacılar kertenkelenin yapışkanlı parmaklarının hem kuru hem de kendi kendini temizleyen yeni bir sentetik yapıştırıcının geliştirilmesine yardımcı olacağını düşünmektedirler.

- Gekolar ayaklarıyla sürtünme kuvvetinden 600 kat daha büyük bir yapışkan güç üretirler. Bu tarz bir yapışma tekniğine sahip, geko benzeri ayaklarla yapılacak robotlar, duvarlarda yürüyerek yanan bir binadaki mahsur kalmış kişileri kurtarma için kullanılabilir. Daha küçük araçların kullanıldığı tıbbi uygulamalarda ve bilgisayar mühendisliğinde ise kuru bir yapışkan olarak büyük faydalar sağlayabilir.

- Bacaklarıyla bir yüzeye dokunduklarında otomatik olarak tepki veren yaylar gibi hareket ederler. Bu da beyni olmayan robotlar için oldukça iyi bir metottur. Gekonun ayakları defalarca kullanımda bozulmaz; kendi kendini temizler ve vakumlu ortamlarda ve su altında da çalışır.

- Nano-ameliyatlar sırasında kaygan vücut parçalarını birarada tutmaya yarayabilir.

- Araba lastiklerinin yolu daha iyi kavraması sağlanabilir.

- Teknelerin, köprülerin, iskelelerin çatlaklarının onarılmasında, uydular için düzenli bakımın sağlanmasında kullanılabilir.

Geko ile yapılacak robotların yerleri, camları, tavanları, dik zeminleri temizlemesi mümkün olabilir. Ayrıca sadece dik yüzeylerin tırmanılması değil, karşılaşılan engellerden de etkilenme olmayacaktır.

Yeni Mekanik Sistemlerin Öncüsü: Solucanların Kas Yapısı

Solucan derisi son derece etkileyici bir tasarıma sahiptir. Hayvanın silindir biçimindeki vücudunu kaplayan derisi, çapraz sarmallar biçiminde kuşatılmış liflerden oluşur. Vücut duvarındaki kasların kasılması, derideki kısa ve kalın olan liflerin uzun ve ince bir şekle girerek hayvanın vücudundaki iç basıncın artmasına, böylece biçim değiştirmesine sebep olur. İşte solucanların hareket etmesini sağlayan mekanizmanın temeli de budur.

Şu an bu benzersiz mekanik sistem, Reading Üniversitesi Biyomimetik Merkezi'nde yeni projelere ilham kaynağı olmaktadır: Söz konusu projelerden birinde çok sayıda silindirik yapı solucandaki gibi yerleştirilmiştir. Bu arada silindirlerin içinin su emebilecek polimer bir jelle doldurulması planlanmıştır. Su kullanarak jelin şişmesi ve kasılması sağlanacaktır. Böylece kimyasal enerji yalnızca gereken yerde mekanik enerjiye dönüşecek ve meydana gelen basınç tamamen güvenli bir şekilde sarmal biçimli bir torbada hapsedilecektir. Jeldeki şişme ve kasılmanın bu şekilde kontrol altına alınmasıyla oluşturulan sistemin yapay bir kas olarak etkili biçimde çalışacağına inanılmaktadır.

Doğada basınçla hacim büyültüp küçülterek şekil değiştirme sıkça kullanılır. Solucan, ahtapot, deniz yıldızı ve anemonlar bu konuda verilebilecek en iyi örneklerdir. Oysa teknolojik aletlerde şekil değiştirme pek rastlanılır bir şey değildir. Var olan sayılı örnekte bu iş için hidrolik basınç kullanılır. Hidrolik basınç ağır nesneleri, mesela asansörleri kaldırmak için ince boruların içinde uygulanır. Hidrolik adı verilen sıvı, asansörü yukarı itmek için silindire pompalanır. Asansörü aşağı çekmek için de geri boşaltılır. Deniz yıldızları da hareket etmek için hidrolik basıncı kullanırlar. Hayvan, kolları içinde uzunlamasına yer alan tüp biçimli ayaklara sahiptir. Bunlar sıvıyla dolu olan bir iç boru sistemine bağlıdır. Kaslar boruları sıkıştırdığında oluşan hidrolik basınç, sıvıyı ayaklara gönderir. Deniz yıldızı kaslarını kullanarak hidrolik kuvvetin vücudunda bir dalga hareketi oluşturmasını sağlar. İşte bu dalga hareketi sonucu ayaklar bir ileri bir geri uzanarak deniz yıldızının ilerlemesine olanak tanır.

Robo-lobster, Sudaki Akıntıları Istakozun Belirlediği Gibi Belirleyecek

Istakozlar dalgalı ve bulanık sularda, taşlı, kumlu veya yosunlu yüzeylerde bile rahatlıkla hareket edebilirler. Böyle zorlu ortamlarda tam donanımlı dalgıçlar bile ilerlemekte zorlanırlar. Şimdiye kadar deniz dibinde kullanılmak üzere yapılan hiçbir robot böyle bir yerde başarılı olamamıştır.

Northeastern Üniversitesi (Boston MA) Deniz Bilimleri Bölüm Yöneticisi Joseph Ayers, ıstakozu taklit eden bir robot geliştirme projesine liderlik yapmaktadır. Ayers projenin amacını şöyle açıklıyor:

Teknik hedefimiz, hedef ortamdaki hayvan sisteminin performans avantajlarını yakalamaktır.

Robotun, madenlerin bulunması ve açılan madenlerde çalışması düşünülüyor. Ayers bu işler için yine ıstakozun ne kadar uygun olduğunu ise şöyle dile getiriyor:

Robotun su altı madenlerini ararken yapacaklarının, bir ıstakozun yemek ararken yaptığı davranışlara uymasını bekliyoruz.

Istakozların hızlı hareket eden suda yuvarlanıp kaymalarını engelleyecek bir yapısı vardır. Hayvan en zor şartlarda bile istediği yönde hareket edebilir ve düzgün olmayan yüzeylerde ilerleyebilir. Aynı şekilde robot da durmak ya da yerinde sabit kalmak için kuyruğunu ve pençelerini kullanacaktır.

Robottaki mikro elektromekanik algılayıcılar (MEMS) ıstakozun dünyayı algılayışını taklit etmektedir. Robot, hareketlerini su içindeki akımlara ve dalgalanmalara göre ayarlayabilecek yapıdadır. Bunun için ıstakoz robota özel su akımı algılayıcıları ve antenler takılmıştır. Gerçek bir ıstakoz, akıntının yönünü tüylü organları ile belirler. Robot ıstakozda ise aynı işi elektromekanik algılayıcıların yapması planlanmıştır.

Çölün Zorlu Şartlarına Karşı Koyabilen Robot Akrep

ABD'de faaliyet gösteren DARPA adlı kuruluşun üzerinde çalıştığı projelerden biri de robot akreptir. Projede akrep modelinin seçilmesinin nedeni, robotun çölde görev yapacak olmasıdır. Akrep, yaratılışı itibariyle son derece zorlu şartlara sahip çöllerde bile yaşayabilir. Akrebin seçilmesinin bir diğer nedeni de toprakta kolaylıkla ilerleyebilmesine rağmen reflekslerinin memelilerinkinden daha basit ve taklit edilebilir olmasıdır.

Araştırmacılar robotu geliştirmeden önce gerçek akrepleri gözlemlemek için uzun zaman harcamışlardır. Akrebin tüm eklemleri işaretlenmiş ve yürüyüşü iki kamera ile kayda alınmıştır.

Daha sonra bu akrebin yürüş esnasında bacakları arasındaki organizasyon ve koordinasyon çıkarılarak model akrebe uyarlanmıştır.

Akrep projesinde robotun görevi sadece çölde 40 kilometre ötede bulunan bir hedefe girmek ve geri dönmektir. Ancak robotun bu görevi hiçbir yönlendirme almadan kendi kendine yapması hedeflenmiştir.

Boston North Eastern Üniversitesi'nden Frank Kirchner ve Alan Rudolph tarafından tasarlanan 50 santimetrelik akrebin karmaşık sorunları çözme yeteneği yoktur. Robot akrep bir sorunla karşılaştığında sadece refleksleriyle hareket etmektedir. Bu, onu durduracak herhangi bir şeyin mesela bir kayaya takılmanın üstesinden gelmesine olanak sağlamaktadır. Robotun önünde iki tane ultrasonik algılayıcı vardır. Eğer boyunun yarısından yüksek bir engelle karşılaşırsa etrafını dolaşmaya çalışacaktır. Eğer sol taraftaki dedektör bir engel teşhis ederse otomatik olarak sağa yönelecektir. Bu robottan belirli bir bölgeye gidip, kuyruğundaki kamera ile üsse resim göndermesi de istenebilmektedir.

ABD ordusu akrebin Arizona'daki denemelerinden çok etkilenmiştir. Robotun yolunu bulma yeteneğinin özellikle şehirler gibi, engellerle dolu olan savaş alanlarında kullanılması planlanmaktadır.

İç Kulaktaki Denge Merkezi Robotik Uzmanlarını Hayrete Düşürüyor

Tüm bedenimizi her saniye sürekli olarak kontrol eden ve ip üstünde yürüyen bir cambazın ihtiyaç duyduğu hassaslıkta ayarlar yapabilen denge sistemimizin önemli bir parçası iç kulakta yer alır.

Denge, insan bedenindeki en karmaşık sistemler tarafından sağlanan olağanüstü bir kavramdır. İnsanın dengesi, bir masanın ya da sandalyenin dengede durmasına benzemez. Çünkü insan vücudu sürekli bir hareket halindedir. Bu yüzden vücudun ağırlık merkezi sürekli olarak yeniden hesaplanır ve kaslara bu hesaba uygun emirler verilir.

İç kulaktaki bu denge merkezine "labirent" adı verilir. Labirent, her biri yarım daire şeklindeki üç küçük kemikten oluşur. Bu kemiklerin içleri bir tüp gibi boştur. Yarımdairelerin çapları 6,5 milimetre, içlerindeki boşluğun, yani kesitlerinin çapı ise 0,4 milimetre boyutundadır. Her üç yarım daire de çok özel açılarla birbirlerine bağlanırlar. Bu açılar incelendiğinde, her yarımdairenin üç boyutlu geometrinin temeli olan x, y ve z koordinatlarına karşılık geldiği ortaya çıkmıştır.

Labirentte bulunan bu üç yarımdairenin her birinin içinde, özel bir sıvı yer alır. Bu sıvının içinde gezindiği yüzeyde de tüycüklü hücreler vardır. Biz başımızı sağa sola çevirdiğimizde, yürüdüğümüzde ya da herhangi bir hareket yaptığımızda, bu yarımdairelerin içindeki sıvı hareket eder ve tüycükleri titreştirir. Tüycüklerdeki bu titreşim, aynı salyangozda olduğu gibi tüycüklerin bağlı olduğu hücrelerin iyon dengesini değiştirir ve elektrik sinyali üretir.

İç kulaktaki labirentte üretilen bu elektrik sinyalleri, labirentten çıkan sinirler aracılığıyla beynimizin arka tarafındaki "beyincik" adlı organa iletilir. Labirentten beyinciğe mesaj taşıyan sinirler incelendiğinde, bunların içinde 20 bin ayrı küçük sinir lifi olduğu saptanmıştır.

Beyincik, iç kulaktaki labirentten gelen bu bilgileri her an yorumlar. Ancak dengeyi sağlamak için başka bilgilere de ihtiyaç vardır. Bu nedenle beyincik, gözlerden ve vücudun dört bir yanındaki kaslardan da devamlı olarak bilgi alır. Tüm bu bilgileri müthiş bir hızla analiz eder ve vücudun yerçekimine göre konumunu hesaplar. Bundan sonra ise, bu hesaplamaya dayanarak, kasların nasıl bir hareket yapmaları gerektiğini belirler. Ortaya çıkan sonuç, kaslara yine sinirler aracılığıyla emir olarak bildirilir.

Labirentte bulunan bu üç yarımdairenin her birinin içinde, özel bir sıvı yer alır. Bu sıvının içinde gezindiği yüzeyde de tüycüklü hücreler vardır. Biz başımızı sağa sola çevirdiğimizde, yürüdüğümüzde ya da herhangi bir hareket yaptığımızda, bu yarımdairelerin içindeki sıvı hareket eder ve tüycükleri titreştirir. Tüycüklerdeki bu titreşim, aynı salyangozda olduğu gibi tüycüklerin bağlı olduğu hücrelerin iyon dengesini değiştirir ve elektrik sinyali üretir.

İç kulaktaki labirentte üretilen bu elektrik sinyalleri, labirentten çıkan sinirler aracılığıyla beynimizin arka tarafındaki "beyincik" adlı organa iletilir. Labirentten beyinciğe mesaj taşıyan sinirler incelendiğinde, bunların içinde 20 bin ayrı küçük sinir lifi olduğu saptanmıştır.

Beyincik, iç kulaktaki labirentten gelen bu bilgileri her an yorumlar. Ancak dengeyi sağlamak için başka bilgilere de ihtiyaç vardır. Bu nedenle beyincik, gözlerden ve vücudun dört bir yanındaki kaslardan da devamlı olarak bilgi alır. Tüm bu bilgileri müthiş bir hızla analiz eder ve vücudun yerçekimine göre konumunu hesaplar. Bundan sonra ise, bu hesaplamaya dayanarak, kasların nasıl bir hareket yapmaları gerektiğini belirler. Ortaya çıkan sonuç, kaslara yine sinirler aracılığıyla emir olarak bildirilir.

Bu olağanüstü işlemler, saniyenin yüzde biri kadar bile sürmeyen bir zaman dilimi içinde gerçekleşir. Biz de, içimizde gerçekleşen bu mucizenin hiç farkında olmadan rahatlıkla yürür, koşar, en zor sporları yaparız. Oysa bu işlerin tek bir anı için vücudumuzda gerçekleştirilen hesaplamaları kağıda döksek, binlerce sayfa formül yazmamız gerekecektir.

Denge sistemi, içiçe geçmiş birçok kompleks mekanizmanın uyum içinde çalışmasıyla işlev gören kusursuz bir sistemdir. Modern bilim ve teknoloji ise, bu sistemi taklit etmek bir yana, çalışma prensiplerini dahi ayrıntılarıyla çözmeyi başaramamıştır.

Arıların Peteklerindeki Depreme Dayanıklı Tasarım

Arı peteklerinin inşasında son derece önemli detaylar vardır. Bu detaylardan biri de peteklerin dayanıklılığıdır. Arılar birbirlerine yön tarif ederken kovanda, bu boyutlarda bir yapı için deprem kabul edilebilecek titreşimler oluşur. Peteğin duvarları bu ufak depremleri emer. Nature dergisi, bu üstün yapının mimarlara, depreme dayanıklı binalar inşa etmede fayda sağlayacağını belirtmiştir. Haberde Almanya'nın Wurzburg Üniversitesi'nde görevli olan Jurgen Tautz bu konuyla ilgili olarak şu açıklamayı yapmıştır:

Kovanlardaki titreşimler arılar tarafından oluşturulan minyatür depremler gibidir, dolayısıyla yapının buna nasıl bir tepki verdiğini görmek oldukça ilginç. Titreşimlerin emilmesini anlamak, mimarlara, binaların depremlere karşı hangi taraflarının daha dayanıksız olacağını söylemede yardımcı olacak. Bundan sonra bu kısımları kuvvetlendirebilirler ya da binaların kritik olmayan kısımlarına zararlı titreşimleri emecek zayıf noktalar yerleştirebilirler.

Bütün bunlardan da anlaşıldığı gibi, arıların büyük bir ustalıkla inşa ettikleri petek, kusursuz bir tasarım harikasıdır. Dolayısıyla petekteki bu yapı mimarlara ve bilim adamlarına ışık tutmakta, yeni fikirler vermektedir.

Bilgisayar Devrelerinin Tasarımı, Doğadaki Örneklerinden Taklit Ediliyor

Gözümüzün sinir hücreleri olan "retina hücreleri" gelen ışığı tanıyıp yorumlar. Retina hücreleri daha sonra değerlendirilen bu bilgileri bağlantıda oldukları diğer hücrelere iletir. Gözümüzdeki tüm bu işlemler yeni bilgisayarlara model oluşturmuştur:

Retina hücrelerinin yaptığı iş yalnızca ışığı algılamakla sınırlı değildir. Retina birbirleriyle olağanüstü bir yoğunlukta bağlantı oluşturmuş sinir hücrelerinden oluşur. Işığa ait sinyaller beyne iletilmeden önce sayısız işlemden geçirilir. Örneğin retinayı oluşturan hücreler cisimlerin kenarlarını hesaplar, ışık sinyalinin gücünü artırır, aydınlık ya da karanlığa göre uyum sağlayarak düzeltmeler yapar. Günümüzün güçlü bilgisayarları da benzeri işlemleri yerine getirebilmektedir. Ancak retinadaki sinir ağı bu iş için, bilgisayarlara nispeten çok daha az bir enerji kullanır.


California Teknoloji Enstitüsü'nden Carver Mead başkanlığında bir araştırma ekibi, retinada kolayca gerçekleştirilen işlemlere imkan tanıyan tasarımın sırrını araştırmaktadır. Carver Mead, Caltech firmasından biyolog Misha Mahowald ile birlikte retinadaki sinir ağına benzer yapıda elektronik devreler tasarlamıştır. Yapılan bu devrelerde gözdeki gibi ışık algılayıcıları bulunmaktadır. Algılayıcılar tıpkı retinada olduğu gibi bir diğer algılayıcıyla bağlantı halindedir. Kullanılan direnç, amfi gibi elektronik devre parçalarının, ışık algılayıcılarının, retina hücreleri gibi kendi aralarında haberleşebilmelerine imkan tanımaktadır.

Ancak tüm çabalara rağmen, bu devreyi, retina ağında olduğu gibi birebir olarak taklit edebilmek mümkün olmamıştır. Çünkü canlı bir retinadaki hücrelerin ve bunların arasındaki bağlantıların sayısı çok fazladır. Bunun yerine tasarım mühendisleri şu an için, retinadaki sinir ağının ön işlemlerini nasıl yaptıklarını anlamaya çalışıp, aynı işi yapabilen daha basit devreler tasarlamaktadırlar.

Okyanusun Derinliklerindeki Fiber Optik Tasarım

Rossella Racovitzae adlı su süngeri bitkisi, insanoğlunun en yeni teknolojilerde kullandığı fiber optikten yapılmış uzantılara sahiptir. Fiber optik, ışığı iletmede çok etkili bir malzemedir. Lazer ışınlarının fiber optik kablosundan geçirilmesiyle elde edilen iletişim imkanları, normal malzemeden yapılmış kablodakilere göre olağanüstü bir artış gösterir. Öyle ki, saç teli kalınlığında 100 tane fiber optik kablonun yanyana getirilmesiyle oluşan kablo kesitinden 40.000 ayrı ses kanalı geçirilebilmektedir.

Antartika kıyılarının derinliklerinde yaşayan bu sünger türü, fotosentez yapabilmek için ihtiyacı olan ışığı, fiber optikten yapılmış olan diken şekilli uzantıları sayesinde kolayca toplamakta ve çevresi için de bir ışık kaynağı olmaktadır. Bu sayede hem kendisi hem de bu süngerin ışık toplama yeteneğinden faydalanan başka canlılar hayatta kalabilmektedir. Aynı ortamda yaşayan tek hücreli yosunlar da bu süngere yapışmakta ve yaşamaları için gereken ışığı elde etmektedirler.


Antartika kıyılarının 100 ila 200 metre derinliklerinde, kalın buz kütlelerinin altında neredeyse zifiri karanlık denebilecek bir ortamda yaşayan bir canlı için güneş ışığını yakalamak, canlının hayatını sürdürebilmesi açısından son derece büyük bir önem taşır. Canlının bu sorunu çözebilmesi, ışığı en etkili şekilde toplayan fiber optik ile donatılmış olması sayesinde mümkündür. Bilindiği gibi fiber optik teknolojisi son yüzyılın en ileri teknolojilerinden biridir. Japon mühendisler bu teknolojiyi güneş ışığını gökdelenlerin ışık almayan bölümlerine aktarmada kullanırlar. Gökdelenlerin çatısına yerleştirilen dev mercekler güneş ışığını fiber optik ileticilerin ucuna odaklar. Fiber iletkenler vasıtasıyla da güneş ışığı binanın en karanlık noktalarına kadar ulaştırılır.

Yüksek teknolojiye sahip endüstrilerde imal edilen fiber optik maddesinin böyle bir ortamda bu canlı tarafından 600 milyon yıldan beri kullanılması bilim adamlarını da hayrete düşürmektedir. Washington Üniversitesi'nde mekanik mühendisi olan uzman Ann M. Mescher bu gerçeği şöyle ifade eder:

Bu fiberleri düşük ısılarda, böylesine eşsiz mekanik ve mükemmel optik özelliklerle üreten bir canlının var olması olağanüstü etkileyicidir.

Washington Üniversitesi'nde profesör ve aynı zamanda metalurji mühendisi olan Brian D. Flinn ise bu süngerdeki üstün yapıyı şöyle tarif eder:

Bu, önümüzdeki 2 ya da 3 sene içinde (insanların) telekomünikasyona geçirecekleri türden bir şey değil, bu önümüzdeki 20 yılda ortalarda görülemeyecek bir şey.

Kendisini Sürekli Temiz Tutan Lotus Bitkisi

Lotus bitkisi (beyaz nilüfer), çamurlu ve kirli ortamlarda yetişir.Buna rağmen bitkinin yaprakları sürekli temizdir. Çünkü bitki, üzerine en ufak bir toz zerresi geldiğinde hemen yapraklarını sallar ve toz taneciklerini belli noktalara doğru iter. Yaprağın üzerine düşen yağmur damlaları da bu noktalara doğru yönlendirilir ve buradaki tozları süpürmesi sağlanır.

Lotus bitkisinin bu özelliği, yeni bir bina yüzeyinin tasarımı için araştırmacılara ufuk açmıştır. Bunun üzerine araştırmacılar Lotusun yaprağı gibi, yağmur sularını kullanarak üzerindeki kiri temizleyen bina yüzeyleri üzerinde çalışmaya başlamışlardır. Bu çalışmalar sonunda ISPO isimli bir Alman şirketi, Lotusan adı verilen cephe kaplama malzemesini üretmiştir. Asya ve Avrupa'da bulunan satış noktalarında piyasaya sunulan bu ürün için 'deterjana gerek kalmadan 5 yıl boyunca kendini temiz tutacağı garantisi' bile verilmiştir.
Bonn Üniversitesi'nden Dr. Wilhelm Barthlott, mikroskop altında yaptığı incelemelerde, en az temizlik gerektiren yaprakların en pürüzlü yüzeylere sahip olduğunu fark etmiştir. Dr. Barthlott, bunların en temizi olan Lotus bitkisi üzerinde, bir çivi yatağı gibi minik noktalar olduğunu buldu. Bir toz ya da kir zerresi yaprak üzerine düştüğünde, belli belirsiz biçimde bu noktalar üzerinde iki yana sallanır. Bir damla su, bu minik noktalar üzerinde yuvarlanınca zayıf şekilde tutunmuş olan kiri alıp götürür. Diğer bir deyişle, nilüfer çiçeği, kendi kendini temizleyen bir yaprağa sahiptir. Nilüfer çiçeğinin bu özelliği araştırmacılara ilham kaynağı olmuş ve LOTUSAN adı verilen, 5 yıl kendisini temiz tutacağı garantisi verilen dış cephe malzemesi üretilmiştir.
Doğadaki pek çok canlı, kendi yüzeylerini koruyan çeşitli özelliklere sahiptir.

Yunusların Ses Dalgaları ve Sonar Teknolojisi

Yunuslar, başlarında bulunan "melon" (kavun) adındaki özel bir organdan sıklığı saniyede 200 bin titreşime ulaşan ses dalgaları yollar. Bu canlı, kafasını hareket ettirerek dalgaları istediği tarafa doğru yönlendirebilir. Yayılan ses dalgaları katı bir cisme çarptığında yansıyarak yunusa geri döner. Balığın ağzının alt tarafı alıcı görevi görür. Alınan dalgalar önce iç kulağa, oradan da beyne gönderilir. Bu veriler oldukça hızlı olarak yorumlanır. Bu yorumlama sayesinde son derece hassas ve kesin bilgiler elde edilir. Yunus, bu sayede ses dalgasının çarptığı objenin hareket yönünü, hızını ve büyüklüğünü ayrıntılarıyla belirleyebilir.

Yunusun dalgaları yorumlama sistemi o kadar üstündür ki, bir balık sürüsü içindeki tek bir balığı bile izleyebilir.68 Hatta zifiri karanlıkta suda kendinden 3 km. uzakta duran iki ayrı metal parayı birbirinden ayırt edebilir.

Günümüzde, gemilerde ve denizaltılarda yön ve hedef tayininde SONAR 70 adı verilen cihaz kullanılır. Sonarların çalışma prensibi, yunusların ses dalgalarını kullanma sistemiyle aynıdır.

ABD'de Yale Üniveritesi'nde keşif amacı ile kullanılacak bir robot geliştirilmiştir. Robotta, profesör ve aynı zamanda elektrik mühendisi olan Roman Kuc'un yunusların sonarını taklit ederek yaptığı sonar sistemi kullanılmıştır. Bu başarısına rağmen 10 yıldır sesüstü algılayıcılar ve robot teknolojisi üzerine çalışan profesör Kuc doğaya dikkat çekerek şöyle demektedir:

Sonar yapımı için doğaya daha yakından bakmalıyız, gözden kaçırdığımız herhangi bir şey olabilir.71

Bilim adamları ve mühendislerin, doğadaki sonar tasarımlarından yola çıkarak yaptıkları birçok robot vardır. Bunlardan biri de K-Team firmasının ürettiği robottur. 6 adet sonar ünitesini kullanan "koala" adlı bu robot, uzaktan kumanda ile idare edilen keşif robotu olarak tasarlanmıştır.

Birisi size ses dalgalarının deniz suyunda saniyede 1500 m. hızla ilerlediğini söylese ve şöyle bir soru sorsa: İçinde bulunduğunuz bir denizaltıdan bir gemiye gönderilen ses dalgaları 4 saniye sonra geri geliyorsa gemi ne kadar uzaktadır?

Yapacağınız hesaplama sonucunda bulacağınız sonuç, 3 km. olacaktır. Yunuslar da benzer hesaplamaları büyük bir rahatlıkla yaparlar.

Eider Ördeği ve Isı Yalıtım Sistemi

Bedenlerimiz gün içinde aldığımız besinleri sindirerek ısı üretir. Bu ısıyı kaybetmemenin en iyi yolu ısının çok çabuk kaçmasını engellemektir. Bunun için zaman zaman kat kat kıyafetler giyeriz. Bu durumda sıcak hava her kat arasında tutularak hapsedilir ve dışarı kaçamaz. Bu şekilde enerji kaybını engellemeye "yalıtım" denir.


Eider ördeği de bu yöntemi kullanır. Bu kuşun tüyleri diğer pek çok kuş gibi hem uçmasını sağlar hem de hayvanı sıcak tutar. Eider ördeğinin oldukça yumuşak ve kabarık göğüs tüyleri vardır. Ördek göğüs tüylerini kullanarak yuva yapar. Böylece hem yumurtalarının hem de yumurtadan çıkan yavrularının soğuyarak üşümesine engel olur. Eider ördeğinin tüyleri sıcak hava katmanlarını tuttuğu için en iyi doğal ısı yalıtkanıdır.

Bugün dağcılar, ısıyı yalıtma kapasitesi yüksek olan tüylerden yapılmış özel kabanlar giyerek vücutlarını sıcak tutuyorlar. Bu kabanlardaki tüylerin yalıtım özelliği Eider ördeğininkiyle tamamen aynıdır.

Bitkilerdeki Işık Sensörleri

Bazı bitkiler ışık yoğunluğuna karşı duyarlıdır. Gece olunca yapraklarını toplayıp kapatırlar. Hatta bu işi, hava bulutlanıp ışık azaldığında yapan çiçekli bitkiler bile vardır. Bilim adamları bunun, çiçeklerdeki polenlerin geceleri oluşan çiğden ve yağmurdan korunması amacıyla yapıldığını düşünüyorlar. Bizler de ışığın yoğunluğunu algılayan sensörler kullanırız. Bu sensörler gece olup hava karardığında yanan, gün ışıyınca sönen lambalarda kullanılır.



Yanda bir ışık sensörünün elektronik devresi görülüyor. Devre çok sayıda elektronik parçalardan oluşur. Eğer tek bir parça çıkarılacak olsa veya bağlantılardan biri değiştirilse devre çalışmayacaktır. Bitkilerdeki ışık algılayıcıları da bu devre ile benzer özelliğe sahiptir: Sistemdeki bir eksiklik bitkideki algılayıcıyı tamamen işe yaramaz hale getirecektir.

Deniz Altındaki 100 Milyon Yıllık Üstün Teknoloji

Denizaltılarda bulunan dalış tankları suyla dolunca gemi sudan daha ağır hale gelir ve dibe dalar. Eğer tanktaki su, basınçlı hava ile boşaltılırsa denizaltı tekrar su yüzüne çıkar. Nautilus da hareket ederken aynı yöntemi kullanır. Nautilusun vücudunda 19 cm. çapında, salyangoz kabuğu biçiminde spiral bir organ vardır. Bu organda birbiriyle bağlantılı 28 tane "dalış hücresi" bulunur. Ancak bu, suyun boşaltılması için yeterli değildir; takviye olarak basınçlı havaya da ihtiyaç vardır.


Nautilusun vücudunda biyokimyasal yolla özel bir gaz üretilir ve bu gaz, kan dolaşımı ile hücrelere aktarılarak hücrelerden suyun çıkması sağlanır. Bu sayede Nautilus avlanırken ya da düşmanlarından kaçmak istediğinde daha derine inebilir veya yüzeye çıkabilir.

Bir denizaltı sadece 400 m. dibe dalabilirken Nautilus için 450 m. derinliğe dalmak son derece kolaydır.

Bu, pek çok canlı için oldukça tehlikeli bir derinliktir. Ancak buna rağmen Nautilus bu durumdan hiç etkilenmez, kabuğu basınçtan parçalanmaz ya da vücudunda herhangi bir zararlı etki görülmez.