Hayvanlar fiziği kullanıyor mu? Yolları sayalım

Isaac Newton sadece kedileri incelemiş olsaydı hareket yasalarını keşfedemezdi.

Bir kediyi yüzüstü taşıdığınızı ve sonra onu ikinci katın penceresinden düşürdüğünüzü varsayalım. Eğer kedi sadece Newton’un hareket halindeki madde kurallarına uyan mekanik bir sistem olsaydı sırtüstü yere inmesi gerekirdi. (Tamam, bazı teknik detaylar var; bunun boşlukta yapılması gerektiği gibi, ama şimdilik bunu görmezden gelin.) Bunun yerine, çoğu kedi genellikle aşağı inerken kendilerini bükerek ve ayaklarının üzerine inerek yaralanmalardan kaçınır.

Çoğu insan bu numaraya şaşırmıyor; herkes kedilerin akrobatik yeteneklerini kanıtlayan videolar izlemiştir. Ancak bir asırdan fazla bir süredir bilim insanları kedilerin bunu nasıl yaptığının ardındaki fiziği merak ediyor. Kedinin düşüşünü mekanik bir sistem olarak analiz eden bir matematik teorisinin doğru olamayacağı açıktır. Canlı kedilerde başarısızlıkNobel ödüllü Frank Wilszek’in yakın tarihli bir makalesinde işaret ettiği gibi.

MIT’de teorik fizikçi olan Wilczek, “Bu teori gerçek biyolojik kediler için geçerli değil” diye yazıyor. Bunlar kapalı mekanik sistemler değildir ve “depolanan enerjiyi tüketebilir… ve mekanik hareketi mümkün kılabilir.”

Ancak fizik yasaları kediler için olduğu kadar böceklerden fillere kadar diğer tüm hayvan türleri için de geçerlidir. Aslında biyoloji fizikten kaçmaz; Daha doğrusu onu kucaklıyor. Mikroskobik ölçekteki sürtünmeden su ve havadaki akışkan dinamiğine kadar hayvanlar koşmak, yüzmek veya uçmak için fiziksel yasalardan yararlanır. Nefes almaktan barınak inşa etmeye kadar hayvan davranışının diğer her yönü, şu ya da bu şekilde fiziğin dayattığı kısıtlamalara ve onun izin verdiği fırsatlara bağlıdır.

Jennifer Reeser ve meslektaşları derginin bu sayısında şöyle yazıyor: “Organizmalar… eylemleri fizik tarafından birçok uzunluk ve zaman ölçeğinde sınırlanan sistemlerdir.” Yoğun madde fiziğinin yıllık incelemesi.

Hayvan davranışı fiziği alanı henüz başlangıç ​​aşamasındayken, bireysel davranışların ve bu davranışların diğer bireylerle ve çevreyle olan etkileşimlerle nasıl şekillendiğinin açıklanmasında önemli ilerlemeler kaydedilmiştir. Hayvanların çeşitli becerileri nasıl sergiledikleri hakkında daha fazla şey keşfetmenin yanı sıra, bu tür araştırmalar, bilim adamlarının henüz anlamadığı hayvanların yeteneklerinin incelenmesiyle elde edilen yeni fiziksel bilgilere de yol açabilir.

Hareket halindeki yaratıklar

Hareket halindeki hayvanların fiziği çok çeşitli mekansal ölçeklere uygulanır. Spektrumun en küçük ucunda, yakındaki atomlar arasındaki çekici kuvvetler, kertenkelelerin ve bazı böceklerin duvarlara tırmanma ve hatta tavanda yürüme yeteneğini kolaylaştırır. Biraz daha büyük ölçekte dokular ve yapışma yapıları başka biyolojik jimnastik sağlar. Reiser ve meslektaşlarının raporuna göre, örneğin kuş tüylerinde küçük kancalar ve dikenler Velcro gibi hareket ederek tüyleri uçuş sırasında kaldırma kuvvetini artıracak konumda tutuyor.

Biyolojik dokular ayrıca hayvan parçaları ve yüzeyleri arasındaki sürtünmeyi kolaylaştırarak harekete yardımcı olur. Kaliforniya kral yılanlarının pulları, hızlı ileri kaymaya izin veren bir dokuya sahiptir, ancak geriye veya yana doğru hareketi geciktirmek için artan sürtünmeye sahiptir. Son araştırmalar, yana doğru hareket eden bazı yılanların, hareket yönündeki sürtünmeyi azaltan farklı dokular geliştirdiklerini gösteriyor.

Hayvanların suyla etkileşiminde küçük boyutlu yapılar da önemli rol oynuyor. Pek çok hayvan için minik yapılar vücudu “süperhidrofobik” hale getirir; yani suyun nüfuz etmesini önleyebilir. Emory Üniversitesi’nden Risser ve ortak yazarlar Chantal Nguyen, Orit Peleg ve Calvin Riska, “Ağırlık ve stabilitenin kritik olduğu kuşlar ve uçan böcekler gibi hayvanlarda nemli iklimlerde su damlacıklarının dökülmesi gerekli olabilir” diyor.

Suyu engelleyen yüzeyler aynı zamanda hayvanların derilerini temiz tutmasına da yardımcı olur. Yıllık incelemenin yazarları, “Bu kendi kendini temizleme mekanizması, hayvanın deri yoluyla bulaşan parazitler ve diğer bulaşıcı hastalıklar gibi tehlikelerden korunmasına yardımcı olmak için önemli olabilir” diye açıklıyor. Bazı durumlarda, kamuflajı artıran yüzey özelliklerini korumak için hayvanın yüzeyinden yabancı maddelerin çıkarılması gerekli olabilir.