.
Hız ve hızlanma, avcıların avlarını yakalamaları ve canlarını pahasına kaçmaları için hayati stratejilerdir. Bununla birlikte, doğada kaydedilen en büyük hızlanma kapasiteleri, daha rahatlatıcı ve daha az travmatik bağlamların bir parçasıdır: üreme ve atık boşaltım.
‘Pilobolus’ balosu
Kaynaklar sınırlı olduğu için, ebeveynler ve yavrular arasındaki rekabeti önlemek için bitkiler ve mantarlar meyvelerini, tohumlarını ve sporlarını dağıtmak için oldukça ayrıntılı stratejiler geliştirdiler.
Bunların arasında, şeytanın turşusu gibi kendi kendine iç basınç üretmeye dayanan ballocoria (bir tür balistik dağılım) öne çıkıyor. Ancak bu yetenek atış makinesi cinsinin koprofil “top mantarları” ile karşılaştırıldığında önemsizdir pilobolüs. Bunlar, bir ateşli silahın ateşlenmesine benzer bir patlayıcı mekanizma aracılığıyla kendi kendine hareket eden propagüllerin uzaktan fırlatılmasında dünya rekorunu elinde tutuyor.
Bir kişinin yaşam döngüsü pilobolüs çimlerin üzerine konan binlerce sporla dolu bir sporangium ile başlar. Bir otçul otladığında sporangium’u tüketir. Bu, mide asitlerinin saldırısına karşı direnir, gastrointestinal sistem boyunca hayatta kalır ve çimlenmeden besleyici dışkıda ortaya çıkar.
Çimlenme üzerine, her spor, dışkı üzerinde sindirim enzimleri salgılayarak beslenen bir miselyum oluşturur. Besinler azaldığında, pilobolus yapısı benzersiz olan bir sporangium içinde oluşan eşeysiz sporlarla çoğalır. Şeffaf bir hiften, sporanjiyofordan, ancak birkaç milimetre uzunluğunda bir iplikçikten oluşur ve bu, mantarın ozmotik basınç nedeniyle şişkinliği şişirdiği aşağı yukarı küresel bir kesecikle son bulur.
Vezikülün sonunda tek bir siyahımsı lentiform sporangium gelişir. Kesecik içindeki basınç yeterli bir düzeye (yaklaşık 7 atmosfer) ulaştığında, kesecik patlar ve sporangium 90 km/saat hızla dışarı fırlar. Bu, yerçekimi ivmesinin 20.000 katından daha fazla, sadece iki nanosaniyede 0’dan 20 km/s’ye hızlanma anlamına gelir. Bu, bir insanın ses hızının yüz katı hızla fırlatılmasına eşdeğer olacaktır.
Yaprak zararlılarının süper sürüşü
Atıcılar (Cicadellidae familyası), doğadaki “süper sürüşün” bilinen en eski örnekleridir.
Ağız stiletlerini ham özsuyun yükseldiği bitkilerin ksilemine sokan emici böceklerdir. Şeker içermeyen ham özsuyla beslendikleri için, diyetleri çok zayıf: %95 su ve eser miktarda inorganik besin. Bu nedenle, sürekli özsuyu emmeye ve günlük vücut ağırlıklarının 300 katına kadar idrar yapmaya zorlanırlar. Karşılaştırıldığında, insanlar her gün vücut ağırlıklarının yaklaşık kırkta biri kadar idrar yaparlar.
Mancınık damlalarının fırlatılmasının kinematiği
Bir tahrik sistemi, mekanik bir düzenek ve bir kuvvete dönüştürülecek bir enerji içeren bir pervaneden oluşur. Biyolojide, itme sistemleri motor olarak kasları ve itme aracı olarak kanatlar, yüzgeçler ve bacaklar gibi uzuvları kullanır.
Overdrive, şimdiye kadar sadece cansız nesnelerde bilinen fiziksel bir olgudur. Fırlatma yüzeyi süperhidrofobik olan bir mancınıkla itilen herhangi bir elastik kürenin deneyimlediği kinetik enerji transferi, sert nesneleri iten ile karşılaştırıldığında %250’ye kadar artırılabilir.
Bir yaprak zararlısının distal ucundan düşen idrarın çıkış hızları ve salınan damlaların ulaştığı hızlar ölçüldüğünde, bunun açık bir süper itme örneği olduğu görülmüştür.
Evrim, yaprak zararlısının karnının uzak ucuna basit bir mancınık gibi bir yay ve kaldıraç mekanizması yerleştirmiştir: anal stil.
Bir yaprak zararlısı idrar yapmaya hazırlanırken, böcek idrarı kademeli olarak şişen bir damlacık halinde sıkıştırırken, anal stil yer açmak için ilk dinlenme konumundan geriye doğru sarkar.
Böcek, damlacıkları serbest bırakılmadan hemen önce sıkıştırarak, potansiyel enerjiyi yüzey gerilimi şeklinde depolar ve elastik zarlar gibi davranmalarına neden olur. Yüklü damla, kalkış için optimum çapa yaklaştığında, kalem yaklaşık on beş derece geriye doğru esner ve ardından, bir mancınık kolu gibi, kütleyi yerçekiminden kırk kat daha büyük bir ivmeyle saatte 115 km’ye varan hızlarda fırlatır.
Süper itici damlacıkların fırlatılması aynı zamanda yaprak zararlılarının beslenme ve boşaltım döngüleri yoluyla enerji tasarrufu yapmaları için bir stratejidir. Damla idrara çıkma, enerji açısından en verimli boşaltım şeklidir: potansiyel enerjinin kinetik enerjiye dönüştürülmesi, damla idrara çıkmanın, jetlerle yapılana göre dört ila sekiz kat daha az enerji gerektirdiği anlamına gelir.
Bu böceklerin superdrive’ı nasıl kullandıklarını bilmek, daha az enerjiyle yapışkanlık ve viskozitenin üstesinden gelen elektronik mikro fabrikasyon sistemlerinin nasıl tasarlanacağına dair biyo-ilhamlı çözümler sağlayabilir. Fizik araştırmasını diğer alanlardaki olası uygulamalarla birlikte biyolojik bir sürece uygulamak, merak odaklı temel bilimin hem potansiyel olarak değerli hem de gerçekten büyüleyici olduğu fikrini pekiştiriyor.
.
