Genel olarak spermin yumuşak kuyruklarını çırparak veya döndürerek "yüzdüğü" kabul edilir. Ancak bilim adamlarının liderliğindeki bir araştırma ekibi, ışın spermlerinin hem kuyruğu hem de başı döndürerek hareket ettiğini keşfetti. Ekip ayrıca hareket modelini araştırdı ve bunu bir robotla gösterdi. Çalışmaları mikroorganizmaların hareketi hakkındaki bilgiyi genişletti ve robot mühendisliği tasarımına ilham verdi.
Şaşırtıcı keşif
Araştırma, ışın spermlerinin "Heterojen Çift Sarmal (HDH) modeli" adını verdikleri yeni ve tuhaf bir hareket modunu ortaya çıkardı. "Bu aslında tesadüfi bir keşifti"
Her şey ekibin, iskeleti tamamen veya büyük ölçüde kıkırdaktan oluşan köpek balıkları ve vatozlar da dahil olmak üzere kıkırdaklı balıkların yetiştirilmesine yönelik suni tohumlama tekniklerinin geliştirilmesine yönelik başka bir araştırmayla başladı. “Kıkırdaklı balıklar, aralarında Kovid-19'un da bulunduğu hastalıklara karşı antikor üretmek için bir 'fabrika' olarak kullanılabilir. Bu yüzden bunları yüksek değerde su ürünleri yetiştiriciliği için yetiştirmek amacıyla suni tohumlama teknikleri geliştirmek istedik” dedi.
Bu süreçte ekip, ışın spermlerinin benzersiz yapısını ve yüzme hareketini mikroskop altında ilk kez gözlemlediğinde çok şaşırdı. Işın sperminin başının yuvarlak değil, uzun sarmal bir yapıda olduğunu ve yüzerken kuyruğuyla birlikte döndüğünü keşfettiler.
Ekip ayrıca tahrik mekanizmasını, özellikle de kafanın hareket halindeki kesin rolünü araştırdı. Işın spermlerinin heterojen sarmal bölümlerden oluştuğunu buldular: sert bir spiral kafa ve dönme hareketi için enerji sağlayan bir "orta parça" ile birbirine bağlanan yumuşak bir kuyruk. Işın sperminin kafası, genetik materyallerin “kapsayıcısı” olmasının yanı sıra, yumuşak kuyruğuyla birlikte itiş işlemini de kolaylaştırır.
Hareket modunu daha iyi anlamak için ekip, büyük miktarda yüzme verisini analiz etti ve spermlerin iç yapısını nano ölçekte gözlemledi. Işın sperminin hem başı hem de kuyruğu, yüzerken çeşitli dönme hızları ve genliklerle aynı yönde döndüğünden, ekip bunu heterojen ikili sarmal (HDH) itme olarak adlandırdı.
İstatistiksel analizlerine göre kafa, bilinen tüm spermlerde kaydedilen ilk kafa itme kuvveti olan toplam itme kuvvetinin yaklaşık %31'ine katkıda bulunmuştur. Başın katkısı nedeniyle ışın sperminin hareket etkinliği, yalnızca kuyruğuyla hareket eden kısır ve boğa gibi diğer türlere göre daha yüksektir.
"Böylesine alışılmadık bir itiş yöntemi, yalnızca ışın spermlerine çok çeşitli viskoz ortamlara yüksek uyum sağlama yeteneği sağlamakla kalmıyor, aynı zamanda üstün hareket kabiliyetine ve verimliliğe de yol açıyor."
Yüksek çevresel uyumluluk
Doğal seçilimde çevresel uyum çok önemlidir. Işın spermlerinin baş ve kuyruğu, çevrenin viskozitesine göre hareketini ve itici güce katkısını ayarlayabilir ve ileri hareket için farklı hızlarda yüzebilir. Bu nedenle, ışın spermleri çeşitli ortamlarda geniş bir viskozite aralığıyla hareket edebilir ve bu da yüksek çevresel uyumluluk gösterir.
Ekip ayrıca ışın spermlerinin benzersiz bir çift yönlü yüzme yeteneğine sahip olduğunu, yani yalnızca ileri yönde değil aynı zamanda geriye doğru da yüzebildiklerini buldu. Böyle bir yetenek, doğada spermlere özellikle engellerle karşılaştıklarında avantaj sağlar. Baş kısmı küresel veya çubuk şeklinde olan diğer spermler ise çift yönlü hareket gerçekleştiremezler.
HDH modeli sayesinde ışın spermlerinin spiral başı aktif dönme yeteneğine sahiptir. Hem baş hem de kuyruk itici güce katkıda bulunduğundan, aralarındaki açı vücut üzerinde yanal bir kuvvet üreterek ışın sperminin dönmesini sağlayarak hareketinde yüksek esneklik gösterecektir.
Biyolojiden ilham alan robot HDH modelini gösteriyor
Kendine özgü HDH modeli, hareketlilik ve verimlilik açısından kapsamlı özellikler sergiledi ve ekibe mikro robotların tasarlanması konusunda ilham verdi. Yine sert bir spiral kafaya ve yumuşak bir kuyruğa sahip olan biyo-ilhamlı robot, aynı güç girişi altında uyum sağlama ve verimlilik açısından geleneksel robotlara benzer üstünlükler sergiledi. Sıvı bulunan ortamda viskozitesi değişse bile ustaca hareket edebiliyordu.
Bu tür yetenekler, zorlu mühendislik görevleri için yüzen robot tasarımına yönelik bilgiler sağlayabilir ve biyomedikal kan damarlarının içi gibi karmaşık akışkan ortamlarda insan vücudunun içindeki uygulamalar.