İstiridyelerin, nasıl mükemmele yakın simetriye sahip inci ürettiğinin matematiği keşfedildi

Yüzyıllar boyunca araştırmacılar, istiridye gibi yumuşakçaların ürettiği, her bir tanesi düzensiz yapıdaki kum tanelerinin etrafında şekillenen incilerin, nasıl matematiksel olarak mükemmele yakın bir şekilde simetrik yapıya sahip küre şeklinde olduğunu merak ettiler. Sciencemag'te yer alan habere göre Avustralya'daki bir araştırmacı grubu, istiridyelerin, midyelerin ve diğer yumuşakçaların, inci üretim sürecinde, doğadaki matematiksel kuralları izleyen karmaşık bir süreç izlediklerini keşfettiler.

REHA BAŞOĞUL

İnciler, midye ve istiridye gibi bir yumuşakçanın kabuğunun içerisine örneğin düzensiz ve asimetrik bir geometriye sahip bir kum tanesi gibi yabancı bir cisim yerleştikten sonra sedef katmanı oluşturması sonucu oluşur. 19 Ekim 2021’de Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı’nda (Proceedings of the National Academy of Sciences) yayımlanan bir analize göre, bu asimetrik merkez üzerine inşa edilen her yeni sedef tabakası, kendinden öncekilere tam olarak uyum sağlar ve düzensizlikleri düzelterek yuvarlak bir inci elde eder .

Avustralya Ulusal Üniversitesi’nde biyojeokimyacı olan Laura Otter, “Sedef, bazı deniz kabuklarının içlerinde veya incilerin dışında gördüğümüz inanılmaz derecede güzel, yanardöner, parlak bir malzemedir” diyor.

Otter ve meslektaşları, bir incinin sedef katmanlarını oluştururken mükemmel düzese simetrik büyümesinin, yumuşakçaların iki temel yeteneği dengelemesine bağlı olduğunu keşfetti. İlkin, inci formları, büyüme sapmalarını düzelterek oluşacak sapma içeren varyasyonların incinin birçok katmanına yayılmasını önler. Aksi takdirde, ortaya çıkan inci orantısız olacaktır. Diğer yandan, bu yumuşakçalar, sedef katmanlarının kalınlığını da düzenler ve bu şekilde bir katman daha kalınsa, sonraki katmanın daha ince olmasını sağlarlar. Bu, incinin binlerce katmanı boyunca benzer bir ortalama kalınlığı korumasına yardımcı olur, böylece mükemmel bir şekilde yuvarlak ve tek tip görünür. Bu sabit ayarlama olmazsa, inci, küresel şeklinden uzaklaştıracak küçük kusurları çoğaltarak, tabakalı tortul bir kayaya benzeyebilir.

Araştırmacılar, Avustralya’nın doğusundaki bir inci çiftliğinde Akoya inci istiridyelerinden (Pinctada imbricata fucata) toplanan keshi incilerini incelediler . İncileri enine kesitler halinde kesmek için bir elmas tel testere kullandılar, ardından incilerin yapısını karakterize etmelerini sağlayan tahribat yaratmayacak bir teknik olan Raman spektroskopisini kullanarak taşları cilaladılar ve incelediler.

Bir keshi incisinin enine kesitine bakıldığında, mükemmele yakın bir simetriyle oluşan sedef katmanının, asimetrik bir artık yığını etrafında büyüdüğünü gözüküyor. (FOTO: JİSEOK GİM)

Analiz, incilerin sedef katmanlarının kalınlıklarındaki dalgalanmaların, 1/f aralığında ya da pembe spektrumda yer alan bir elektronik gürültü seviyesi olarak adlandırılan bir fenomen (Flicker gürültüsü) sergilediğini ortaya çıkardı. Farklı kalınlıklardaki sedef katmanlarının rastgele oluştuğu düşünülse de önceki katmanların kalınlığı, bu küre formunu oluşturmada belirleyicidir. Bilim insanlarının verdiği bilgiye göre bahsigeçen fenomen sismik aktivitelerde de karşımıza çıkar. Sismik aktivitelerde de rastgele bir ses dalgası olarak gözüken gürültü, aslında bir öncesi son sismik aktiviteyle bağlantılıdır. Michigan Üniversitesi’ndeki malzeme bilimci ve mühendis olan ve çalışmanın ortak yazarlarından Robert Hovden, pembe gürültünün klasik müzikte, hatta kalp atışlarını ve beyin aktivitelerini izlerken bile ortaya çıktığını söylüyor. Hovden, bu fenomenlerin “evrensel bir davranış ve fizik bilimine ait olduğunu” söylüyor.

Biyomineralizasyon üzerine çalışan fizikçi Pupa Gilbert, araştırmacıların ilk kez “sedefin kendi kendini iyileştirdiğini ve bir kusur ortaya çıktığında, harici bir form şablon kullanmadan birkaç katman içinde kendini iyileştirdiğini” gözlemlediklerini söylüyor.

Otter, inci üretimindeki matematiksel simetri dışında, malzemenin sağlamlığı konusunda ise şöyle diyor: “Bu mütevazı canlılar, geldiğimiz teknolojiyle yaptığımızdan çok daha kolay ve daha iyi, süper hafif ve süper sert bir malzeme üretiyorlar. Sadece kalsiyum, karbonat ve proteinden oluşan sedef, kendisini meydana getiren malzemelerden 3.000 kat daha sağlamdır.”

Robert Hovden ise inciler hakkında elde edilen bu yeni bilginin, enerji üretimi alanında daha verimli güneş panelleri üretmek veya uzay araçlarında optimize edilmiş sert ve ısıya dayanıklı malzemeler gibi yeni nesil süper malzemelere ilham vereceğini belirtiyor. SÖZCÜ