Doğal Nanoteknoloji: Işığı Kontrol Eden Parlayan Köpekbalıkları
Mavi köpekbalıkları doğanın en nadir renklerinden biriyle parıldar, ancak parıltıları sadece göstermelik değildir, derilerinde saklı mikroskobik kristaller ve pigmentlerden oluşur.
Bilim insanları, köpekbalığının diş benzeri deri pullarının, canlı bir mavi ton üretmek için birlikte çalışan guanin trombositleri ve melanin vezikülleri barındırdığını keşfetti. Dahası, bu nano yapılar su basıncı gibi çevresel koşullara bağlı olarak değişebilir ve potansiyel olarak köpekbalıklarının okyanusta hareket ederken ince bir şekilde renk değiştirmelerine izin verebilir.
Dalgaların Altında Bir Renk Gizemi
Mavi köpekbalığı (Prionace glauca) üzerinde yapılan yeni bir çalışma, derisinde sadece köpekbalığının kendine özgü mavi tonunu yaratmakla kalmayıp aynı zamanda renkte ince değişimlere de izin verebilecek karmaşık bir nano yapıyı ortaya çıkardı.
Hong Kong Şehir Üniversitesi’nde Profesör Mason Dean’in laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı olarak çalışan Dr. Viktoriia Kamska, “Mavi, hayvanlar alemindeki en nadir renklerden biridir ve hayvanlar bunu üretmek için evrim yoluyla çeşitli benzersiz stratejiler geliştirmiştir, bu da bu süreçleri özellikle büyüleyici kılmaktadır” diyor.
Köpekbalığı Mavisinin Mikroskobik Kaynağı
Araştırmacılar, canlı mavi görünümün, köpekbalığının derisi üzerinde koruyucu bir tabaka oluşturan küçük, diş benzeri pullar olan dermal dentiküllerin pulpa boşluklarında bulunan yapılardan geldiğini buldular. Bu boşluklar mavi ışığı yansıtan guanin kristalleri ve diğer dalga boylarını emen melanozom adı verilen melanin dolu kesecikler içerir.
Dr. Kamska, “Bu bileşenler, aynalarla dolu torbaları ve siyah emicilerle dolu torbaları anımsatan ayrı hücreler halinde paketlenmiştir, ancak birlikte çalışmaları için yakın ilişki içinde tutulurlar” diye açıklıyor. Sonuç olarak, bir pigment (melanin) renk doygunluğunu artırmak için yapılandırılmış bir malzeme (belirli kalınlık ve aralıktaki guanin trombositleri) ile işbirliği yapıyor.
Mavi köpekbalığı dermal dişçikleri. Kredi: Dr. Viktoriia Kamska.
Güzel Renklerden Daha Fazlası
Profesör Dean, “Bu malzemeleri bir araya getirdiğinizde, renk üretmek ve değiştirmek için güçlü bir yetenek de yaratmış oluyorsunuz” diyor. “Büyüleyici olan şey, kristalleri içeren hücrelerdeki küçük değişiklikleri gözlemleyebilmemiz ve bunların tüm organizmanın rengini nasıl etkilediğini görüp modelleyebilmemiz.”
Bu anatomik buluş, renk üreten nano yapıların biçimini, işlevini ve mimari düzenlemelerini karakterize etmek için ince ölçekli diseksiyon, optik mikroskopi, elektron mikroskobu, spektroskopi ve diğer görüntüleme tekniklerinin bir karışımı kullanılarak mümkün oldu. Profesör Dean, “Rengi organizma düzeyinde, metre ve santimetre ölçeğinde incelemeye başladık, ancak yapısal renk nanometre ölçeğinde elde ediliyor, bu nedenle bir dizi farklı yaklaşım kullanmamız gerekiyor” diyor.
Spektral Büyünün Şifresini Çözen Simülasyonlar
Köpekbalığının mavi renginin ardındaki olası nano ölçekli suçluları belirlemek denklemin sadece bir parçasıydı. Dr. Kamska ve çalışma arkadaşları, bu nano yapıların hangi mimari parametrelerinin gözlemlenen spektral görünümün belirli dalga boylarını üretmekten sorumlu olduğunu doğrulamak için hesaplamalı simülasyonlar da kullandılar. Dr. Kamska, “Yapıları bu kadar küçük ölçekte manuel olarak manipüle etmek zordur, bu nedenle bu simülasyonlar hangi renk paletinin mevcut olduğunu anlamak için inanılmaz derecede yararlıdır” diyor.
Keşif ayrıca köpekbalığının alametifarikası olan rengin, diş eti pulpa boşluklarındaki guanin kristalleri katmanları arasındaki göreceli mesafelerdeki küçük değişiklikler yoluyla potansiyel olarak değiştirilebilir olduğunu ortaya koyuyor. Katmanlar arasındaki daha dar boşluklar ikonik mavileri yaratırken, bu boşluğu artırmak rengi yeşillere ve altınlara kaydırıyor.
Renk Kadranı Olarak Çevre
Dr. Kamska ve ekibi, renk değişiminin bu yapısal mekanizmasının guanin trombosit aralığını etkileyen çevresel faktörler tarafından yönlendirilebileceğini göstermiştir. “Bu şekilde, nem veya su basıncı değişiklikleri gibi basit bir şeyden kaynaklanan çok ince ölçekli değişiklikler vücut rengini değiştirebilir ve bu da hayvanın doğal ortamında nasıl kamufle olacağını veya karşı gölgeleneceğini şekillendirir” diyor Prof.
Örneğin, bir köpekbalığı ne kadar derinde yüzerse, derisi o kadar fazla basınca maruz kalır ve guanin kristalleri muhtemelen daha sıkı bir şekilde birbirine itilir, bu da köpekbalığının rengini çevresine daha iyi uyacak şekilde koyulaştırır. Dr. Kamska, “Bir sonraki adım, bu mekanizmanın doğal ortamlarında yaşayan köpekbalıklarında gerçekten nasıl işlediğini görmek” diyor.
Biyolojiden Esinlenen Tasarım İçin Bir Atılım
Bu araştırma köpekbalığı anatomisi ve evrimi hakkında önemli yeni bilgiler sağlarken, biyolojiden esinlenen mühendislik uygulamaları için de güçlü bir potansiyele sahip. Profesör Dean, “Bu dişçikler köpekbalıklarına hidrodinamik ve kirlenme önleyici faydalar sağlamakla kalmıyor, aynı zamanda renk üretiminde ve belki de renk değiştirmede de rol oynadıklarını keşfettik” diyor. “Böylesine çok işlevli bir yapısal tasarım -yüksek hızlı hidrodinamik ve kamufle edici optik özellikleri bir araya getiren bir deniz yüzeyi- bildiğimiz kadarıyla daha önce görülmemişti.”
Dolayısıyla bu keşif, imalat sanayinde çevresel sürdürülebilirliğin iyileştirilmesi açısından önemli sonuçlar doğurabilir. Dr. Kamska, “Yapısal renklendirmenin kimyasal renklendirmeye göre en büyük faydası, malzemelerin toksisitesini azaltması ve çevre kirliliğini azaltmasıdır” diyor. “Yapısal renk, özellikle dinamik mavi kamuflajın yararlı olacağı deniz ortamlarında çok yardımcı olabilecek bir araçtır.”
Köpekbalıkları: Ayrı Bir Evrimsel Spektrum
“Nanofabrikasyon araçları geliştikçe, bu durum yapıların nasıl yeni işlevlere yol açtığını incelemek için bir oyun alanı yaratıyor,” diyor Profesör Dean. “Diğer balıkların nasıl renk oluşturdukları hakkında çok şey biliyoruz, ancak köpekbalıkları ve vatozlar yüz milyonlarca yıl önce kemikli balıklardan ayrıldı – bu yüzden bu, renk oluşturmak için tamamen farklı bir evrimsel yolu temsil ediyor.”
Kaynak: https://scitechdaily.com
Grönland’ın Asırlık Köpekbalıkları Uzun Yaşamın Sırrını Taşıyor Olabilir