Araştırmacılar, Remora Balıklarının Yapışma Sistemini İnceliyor
Okyanusta bir köpekbalığı görüldüğünde, insanlar ve deniz hayvanları benzer şekilde genellikle kaçarlar. Ancak remora balığı bu konuda bir istisnadır, o bir köpekbalığına doğru yüzer ve başının üstünde bulunan bir emme diski kullanarak kendisini avcı köpekbalığına bağlayacaktır.
Remoraların neden daha büyük deniz hayvanlarına ulaşım, koruma ve yiyecek için bağlandığını bilsek de, bağlandıkları canlılara zarar vermeden nasıl bağlanıp onlardan
ayrıldıkları sorusu yanıtsız kalmaktadır.
Georgia Tech Araştırma Enstitüsü’ndeki (GTRI) araştırmacılar tarafından yürütülen yeni bir çalışma, remoranın benzersiz yapışma sisteminin yapısı ve doku özelliklerinin ayrıntılarını sağlıyor.
Araştırmacılar bu bilgiyi, ağrı ve kalıntı bırakmayan bandajlar oluşturmak, sucul veya askeri keşif ortamlarındaki nesnelere sensörler takmak, cerrahi kıskaçları değiştirmek ve robotların tırmanmasına yardımcı olmak için kullanılabilecek, remoradan esinlenerek tasarlanmış, tersine çevrilebilir bir yapıştırıcı oluşturmak için kullanmayı planlıyorlar.
GTRI kıdemli araştırma mühendisi Jason Nadler: “Gekolar, ağaç kurbağaları ve böcekler gibi benzersiz yapışkan özelliklere sahip diğer canlılar, laboratuvarda üretilen yapıştırıcılara ilham kaynağı olurken, remora şimdiye kadar göz ardı edildi.
Remor’nın bağlantı mekanizması, diğer vantuz tabanlı sistemlerden, yalnızca düz yüzeylere yapışabilen veya konakçıya zarar vermeden ayrılamayan bağlantı elemanları veya yapıştırıcılardan oldukça
farklı.”
Georgia Research Alliance ve GTRI tarafından desteklenen araştırmanın sonuçları, Materials Research Society’nin Güz Toplantısında sunuldu.
Remoranın emme plakası, balığın vücudunun üzerinde büyük ölçüde gelişmiş bir sırt yüzgecidir. Yüzgeç, disk benzeri bir yastıkta düzleşir ve remora ile konakçısı arasında sızdırmazlığı oluşturan kalın, etli bir bağ dokusu dudağı ile çevrilidir.
Dudak, lamel adı verilen plaka benzeri yapı sıralarını çevreler ve bunlardan dikenler adı verilen dikey diş benzeri yapı sıraları ortaya çıkar. Karmaşık iskelet yapısı, köpekbalıkları, deniz kaplumbağaları, balinalar ve hatta tekneler dahil yüzeylere verimli bir şekilde bağlanmayı sağlar.
Nadler ve GTRI araştırma bilimcisi Allison Mercer, remoraların bir konakçıya nasıl bağlandığını daha iyi anlamak için Georgia Tech School of Biology ve Woodruff School of Mechanical Engineering’den araştırmacılarla bir araya gelerek remora adezyon sisteminin yapısını ve hiyerarşik doğasını araştırmak ve kantitatif olarak analiz etmek için bir araya geldi.
Remora daha büyük deniz hayvanlarına üç nedenden dolayı bağlanır: ulaşım (remoranın enerji tasarrufu yapmasına izin veren ücretsiz bir yolculuk), koruma (bir köpekbalığına bağlandığında saldırıya uğraması pek olası değildir) ve yiyecek, çünkü köpekbalıkları çok özensiz yiyicilerdir ve çoğu zaman remoranın yutması için etrafta yüzen bol miktarda nefis lokmalar bırakırlar.
Ancak bu bağlılığın aktif mi yoksa pasif mi olduğu belirsizdi. GTRI çalışmasından elde edilen sonuçlar, remoraların pasif bir yapışma mekanizması kullandığını, yani balıkların bağlanmalarını sürdürmek için ek enerji harcamak zorunda olmadıklarını göstermektedir.
Araştırmacılar, söz konusu deniz canlısı yüzerken oluşan sürükleme kuvvetinin yapışmanın
gücünü arttırdığı ihtimalini değerlendirmektedir. Diseksiyon deneyleri, remoranın bir canlıya bağlanmasının veya salınmasının, lamelleri yükseltenveya alçaltan kaslar tarafından kontrol edilebileceğini gösterdi.
Diseksiyon ayrıca, düşük miyoglobin seviyelerine işaret eden, emme diskini çevreleyen açık renkli kas dokusunu ortaya çıkardı. Remoranın uzun mesafelerde bir deniz canlısına bağlıyken aktif kas kontrolünü sürdürmesi için, kas dokusu, yalnızca çok daha koyu yüzen
kaslarda görülen yüksek konsantrasyonlarda miyoglobin göstermelidir.
Mercer: “Yapışmanın pasif olduğunu keşfetmek bizi çok heyecanlandırdı. Sentetik bir malzeme üretmek için balığın bazı yapışkan özelliklerini kullanabilir ve geliştirebiliriz.”
Araştırmacılar ayrıca, üç remora örneğinden binlerce ölçüm toplamalarına izin veren bir teknik geliştirdiler; bu, özelliklerinin şekli, düzeni ve aralığı hakkında yeni bilgiler verdi. İlk olarak, mikrotomografi, optik mikroskopi ve taramalı elektron mikroskobu kullanarak remoraları bağlı ve ayrık hallerde görüntülediler.
Araştırmacılar, her numuneyi dijital olarak yeniden oluşturdular, karakteristik özellikleri
ve önemli boyut farklılıkları olan numuneler arasındaki yapısal benzerlikleri ölçtüler. Lamellerin ayrıntılı mikrotomografiye dayalı yüzey işlemeleri, bir sıra daha kısa, daha düzenli aralıklarla yerleştirilmiş ve daha yoğun bir şekilde paketlenmiş spinüller ve başka bir sıra daha uzun, daha az yoğun aralıklarla yerleştirilmiş spinüller gösterdi.
Kantitatif bir analiz, önemli numune boyutu farklılıklarına rağmen, lamellerin ve spinüllerin boyutuna ve konumuna göre emme diski yapısındaki benzerlikleri ortaya çıkardı. Balığın disklerinden biri diğerlerinin iki katından daha uzundu, ancak araştırmacılar her bir numunenin yapışma diskinin uzunluk-genişlik oranının ortalamanın yüzde 16’sı içinde olduğunu gözlemlediler.
Ek deneyler yoluyla araştırmacılar, remoralardaki spinüller arasındaki mesafe ile mako köpekbalıklarındaki pullar arasındaki mesafenin oldukça benzer olduğunu ortaya koydular.
Mercer, “Remora üzerindeki özellikler ile bir köpekbalığı arasındaki tamamlayıcı boşluk, muhtemelen daha pürüzsüz yüzeylere kıyasla köpekbalığı derisine remoralar yapıştırıldığında gözlemlenen daha büyük yapışkan kuvvete katkıda bulunuyor.”
Araştırmacılar, laboratuvarda başarılı bir bağlama ve ayırma sistemi oluşturmak için çeşitli emme diski yapısal elemanlarının rollerini ve bunların etkileşimlerini daha iyi anlamak için daha fazla test yapmayı planlıyorlar.
Nadler: “Doğada meydana gelen tam remora yapışma yapısını kopyalamaya çalışmıyoruz.
Bu benzersiz yapışkan işlevleri sağlayan bağlantı sistemlerini tasarlamak ve test etmek için
kritik özelliklerini belirlemek, karakterize etmek ve kullanmak istiyoruz.
Sonuç olarak, doğadan ilham alan bir yapıştırıcıyı, bugün mevcut olan yapıştırıcılara veya bağlantı elemanlarına göre yetenekleri ve performans avantajları olan çok çeşitli uygulamalar için optimize etmek istiyoruz.”
