Küçük canlıların nasıl bu kadar kolay kestiğini, deldiğini veya soktuğunu hiç merak ettiniz mi? Yeni araştırma karıncaların, solucanların, örümceklerin ve diğer ufak canlıların, bir marangoz veya cerrahı kıskandıracak tipte aletler taşıdığını gösteriyor.
Dün Nature‘a bağlı Scientific Reports bülteninde yayımlanan araştırma, tekli demir atomlarının kesme verimini en yükseğe çıkaracak şekilde nasıl sıralandığını ve zarif biçimde yapılanmış bu küçük hayvan aletlerinin keskinliğini nasıl koruduğunu ilk defa gösteriyor. Oregon Üniversitesi’nde çalışan bir araştırma takımı ile ABD Enerji Bakanlığına bağlı Ulusal Pasifik Kuzeybatı Laboratuvarının (PNNL) ortaklaşa yürüttüğü çalışma, ufak canlıların nispeten kolay şekilde kesip delmesi için doğanın sunduğu çözümü ortaya çıkarıyor.
Karınca ısırdığında
Karıncaların dişlerini düşünün. Evet, bir karınca tepesine basmış olanların hak vereceği üzere, karıncaların da dişleri var. Ağızlarının dışında yer aldıkları için teknik olarak “alt çene dişleri” şeklinde adlandırılan bu özelleşmiş yapılar, tekli demir atomlarının sıkı şekilde birbirine bağlandığı bir madde ağından meydana geliyor. Bunun sonucunda, diş ağırlığının yüzde 8’inden fazlasını demirin oluşturduğu bir alt çene ortaya çıkıyor.
Bu türden özel böcek aletleri, Oregon Üniversitesi’nde yardımcı profesör olan ve çalışmaya önderlik eden Robert Schofield’ı onlarca yıl büyülemiş. Kendisinin biyofizikçilerden oluşan araştırma takımı; sertliğin, esnekliğin, çatlama enerjisinin, aşınma ve çarpışma direncinin minyatür bir ölçekte ölçülmesini sağlayan yöntemler geliştirmiş.
Fakat karınca dişlerini ve diğer mikroskobik hayvan aletlerini oluşturan maddelerin yapısını görememişler; özellikle de atomik bir ölçekte… Bu noktada, kadraja PNNL’de malzeme bilimci olan Arun Devaraj ile doktora stajyeri Xiaoyue Wang girmiş. Atom sonda tomografisi adı verilen özel bir mikroskobi yönteminin kullanımında uzman olan Devaraj, odaklı iyon ışını mikroskobu kullanarak bir karınca dişinin ucundan ufak bir iğne numunesi almış ve daha sonra numuneyi atom sonda tomografisi yardımıyla görüntülemiş. Araştırma takımı bu sayede, diş ucu yakınındaki tekli atomların nasıl sıralandığını belirlemiş.
Devaraj ve Wang bu yöntemle birlikte, karınca dişindeki demir atomlarının nano ölçekteki dağılımını ilk defa kayıt altına almışlar.
“Demirin dişte tekdüze biçimde dağıldığını görebiliyorduk, çok şaşırtıcıydı” diyor Devaraj. “Demirin, nano nodüllerde kümelenmesini beklemiştik.”
Araştırma takımının tahminine göre bu biyomalzemeler daha keskin olabileceğinden, hayvanlar da bu sayede eğer araçları insan dişlerinde bulunanlara benzer maddelerden yapılsaydı kullanacakları kuvvetin yüzde 60’ını veya daha azını kullanabiliyor. Daha düşük miktarda kuvvet gerektiğinden, daha küçük olan kasları da daha az enerji harcıyor. Bu avantajlar, neden tüm örümceklerin, karıncaların, diğer böceklerin, solucanların, kabukluların ve başka pek çok canlı grubunun bu tür özel araçlar taşıdığını açıklayabilir.
Ah! Karınca dişleri iş başında
“İnsan mühendisler, bu biyolojik hileden bir şeyler öğrenebilir” diyor Schofield. “Örneğin karınca dişlerinin sağlamlığı, demir ilave edildiği zaman hemen hemen plastik sertliğinden alüminyum sertliğine yükseliyor. Çok daha sert mühendislik malzemeleri olsa da, bunlar genelde daha kırılgan oluyor.”
Devaraj’a göre malzemeleri daha güçlü ve hasara karşı daha dayanıklı hale neyin getirdiğini anlamanın yollarından biri de, doğadan bir şeyler öğrenmek. Devaraj şimdilerde ABD Enerji Bakanlığının Erken Kariyer Ödülü’yle bazı malzemeleri güçlü ve hasara karşı dirençli hale getiren ilkeleri atomik ölçekte inceliyor. “Çeliğin mikroyapısını da atomik ölçekte inceleyerek, malzemelerin bileşimini değiştirmenin hasar direncini; özellikle de baskı aşınma direncini ve davranışı zamanla nasıl değiştirdiğini daha iyi anlayabiliriz” diyor. “Bunlar, onlarca yıl boyunca yaşlanmaya karşı koyması gereken nükleer enerji tesisleri gibi yapıların tasarlanmasında özel önem taşıyor.”
Yazar: Karyn Hede/ABD Enerji Bakanlığı Ulusal Pasifik Kuzeybatı Laboratuvarı. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
