Hamamböceği Mıknatıslanmasının Tuhaf Hikayesi

Kuşlar, manyetik alanları algılayabilen ve yönlendirme ve navigasyon için kullanabilen canlıların en bilinen örneğidir. Daha az bilinen, Amerikan hamamböceğinin manyetik bir alana yerleştirildiğinde hızla mıknatıslanan manyeto-algılama yetenekleridir.

Bu canlıların bu yeteneği nasıl kullandığı çok fazla spekülasyon konusu. Ancak, biyomanyetik algılamanın daha iyi anlaşılmasının, mühendislerin mikro robot gezinme gibi diğer uygulamalar için daha iyi sensörler tasarlamasına yardımcı olabileceğine dair genel bir anlaşma vardır.

Ancak bu gerçekleşmeden önce mühendislerin hamamböceğinin manyetik alanları nasıl algıladıklarını ve kendilerini nasıl mıknatısladıkları konusunda daha iyi bir anlayışa ihtiyaçları olacaktır.

Singapur'daki Nanyang Teknoloji Üniversitesi'nde Ling-Jun Kong'a ve Amerikan hamamböceklerinin mıknatıslanma şeklini ölçen birkaç arkadaşa girin. Bu süreçte, dikkate değer bir keşif yaptılar – canlı hamamböceğinin manyetik özelliklerinin ölü hamamböceğinden çok farklı olduğu ortaya çıktı. Ve nedenini bildiklerini düşünüyorlar.

Deneyler basittir. Kong ve co 1.5 kiloGauss manyetik alana bir dizi canlı ve ölü hamamböceği yerleştirdi; buzdolabı mıknatısından yaklaşık 100 kat daha güçlüdür. Ekip, yaratıkları 20 dakika boyunca tarlada bıraktı ve sonra ne kadar güçlü bir şekilde mıknatıslandıklarını ve bu mıknatıslanmanın bozulmasının ne kadar sürdüğünü ölçtü.

Sonuçlar ilginç bir okuma sağlar. Ekip, dış alandan çıkar çıkmaz, canlı veya ölü tüm hamamböceği ile ilişkili manyetik alanı kolayca ölçebilir. Canlı hamamböceği ile ilişkili alan daha sonra yaklaşık 50 dakika içinde bozuldu. Buna karşılık, tarlanın ölü hamamböceklerinde çürümesi neredeyse 50 saat sürdü.

Bu açık bir soruyu gündeme getiriyor: neden fark? Kong ve co cevap bulmak için matematiksel bir mıknatıslanma modeli oluşturdular. Mıknatıslanmanın hamamböceği içindeki manyetik parçacıkların kendilerini dış manyetik alanla hizaladığı sonucu olduğunu varsaymaktadırlar. Dış alandan çıkarıldığında mıknatıslanma bozulur, çünkü Brown hareketi manyetik partiküllerin tekrar rasgele hizalanmasına neden olur.

Ancak bunun, zamanın, parçacıkların tutulduğu ortamın viskozitesine göre nasıl değiştiğini araştırırlar. Bu ortamın viskozitesi arttıkça ve daha camsı hale geldikçe bozulma süresinin arttığını gösterirler.

Bu bilmeceye bir cevap önerir. Hamamböcekleri dış manyetik alanla hizalanan manyetik parçacıklar içerdiğinden mıknatıslanırlar. Bu parçacıklar, canlı hamamböceklerinde düşük viskoziteye sahip akan bir ortamda tutulur. Ancak yaratıklar ölür ölmez, ortam sertleşmeye başlar ve viskozitesi artar. Bozunma süresinin artmasına neden olan da budur.

Bu, hamamböceğinin harici manyetik alanlarla etkileşimi hakkında bazı önemli soruları cevaplamaya yardımcı olan ilginç bir çalışma. Ama bol miktarda gizem bırakıyor.

Birincisi manyetik parçacıkların doğası sorusudur – bunlar nedir? Biyologlar, karıncalar, arılar ve termitlerde manyetik mineral greigitin (bir tür demir sülfür) küçük parçacıklarını buldular.

Bu nedenle hamamböceği de greigit parçacıkları içerebilir. Gerçekten de, Kong ve co'nun sonuçları yarıçapı 50 nanometre olan greigit parçacıklarının varlığı ile uyumludur, ancak sonuçlar manyetit gibi ilgili manyetik minerallerin varlığını dışlar.

Başka bir soru, bu parçacıkların nereden gelebileceğidir. Hamamböcekleri tarafından çevrelerinden toplanan kirleticiler mi yoksa hamamböceği içindeki biyolojik bir süreç tarafından oluşturulan biyojenik mi? Kong ve co buna cevap veremezler.

Bununla birlikte, hamamböceğinin bu tür mıknatıslanmayı nasıl kullanabileceğine ışık tutabilirler. Yaşayan hamamböceklerinde 50 dakikalık bozulma süresinin herhangi bir biyolojik kullanım için çok yavaş olduğunu söylüyorlar. “Verilerimiz ve modelimiz, bu manyetik parçacıkların manyetik algılamadan sorumlu olamayacağını gösteriyor” diyorlar.

Bu nedenle hamamböceği manyetik algılamayı kullanırsa, başka bir mekanizma kullanmaları gerekir. Buradaki önde gelen yarışmacı, bir manyetik alanın kimyasal reaksiyonun sonucunu etkilediği radikal çift mekanizmasıdır.

Birçok biyofizikçi, canlıları biyolojik olarak faydalı olabilecek bir zaman ölçeğinde gerçekçi bir şekilde etkileyebilen tek mekanizma olduğunu düşünmektedir. Belki de hamamböceği de bunu kullanıyor. “Denememiz, diğer manyeto alım biçimleri için destek sağlıyor; radikal çift mekanizması ”diyor Kong ve ortak.

Manyetik alanların biyo-sensensiyonunu daha iyi anlamak ve gelecek nesil sensörlerde bu yetenekten yararlanmak için bir basamak olacak ilginç bir iş.

Ref: arxiv.org/abs/1702.00538: Amerikan Hamamböceğinin In-Vivo Biyomagnetik Karakterizasyonu

Source link

İlk yorum yapan olun

Bir yanıt bırakın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.


*