Neden Deniz Kabuklarının Desenleri Var?

Neden Deniz Kabuklarının Desenleri Var?

Alman biyolog Hans Meinhardt'ın bir italyan restoranında gördüğü kabuğun desenlerini izlemesi bu çalışmaların başlangıcı sayılabilir. Bu konudaki çalışmalarını yayımladığı ‘Deniz Kabuklarının Algoritmik Güzelliği’ adlı kitabında anlattığı üzere, w harfinin iç içe geçen tekrarları şeklinde kırmızı çizgilerden oluşan kabuk desenlerinin nasıl oluştuğunu merak eder ve araştırmalara başlar. Matematikçi Alan Turing’in çalışmalarından da faydalandığı süreçte yapraklarda olduğu gibi doğadaki diğer modellerin oluşumunu yöneten kuralların deniz kabuklarını da kontrol ettiğini farketti.

Bu kurallar, temel olarak açık ve kapalı sinyaller olmak üzere 2 zıt işaretin hareketini ifade eder. Ve bu 2 işaret; şekil, renk ve yapı modelleriyle sonuçlanır. Meinhardt bu açık sinyal ve kapalı sinyal şeklindeki ayarlamalarla elde edilebilen yaygın kalıplarından modeller oluşturdu.

Kabuk, koruyucu bir yuva görevi görürken, desenlerinin apaçık olmayan bir amacı vardır. Karşı cinsi etkilemek ve kamuflaj sağlamak için kullanılabilir. Baktığınız zaman hayranlık uyandıran görünüme sahip kimi istiridye ve midyeler tüm yaşamlarını farkedilmeden geçirebilirler.

Bu konuda çalışmalarda bulunan Bard Ermentrout ve George Oster ise, hasar gören yumuşakçaların, kabuklarını yeniden oluşturmak için bu biçim düzenini kullandıklarını öne sürdüler. Çok sağlam olsalar bile zarar görebilecek tehlikeli bir çevrede bulunuyorlar.

Larvadan genellikle kabukları çok ince de olsa gelişmiş olarak çıkan bu yumuşakçalar, mürekkep püskürtmeli bir yazıcının baskısında olduğu gibi kalıp düzenini satır satır oluştururlar. Bu işlemde; yumuşakçalar anatomisinde sindirim, üreme ve hareket organlarını kapsayan doku olan manto epidermisini kullanırlar. Manto içindeki pigment ve kabuk malzemesi yapan salgı hücreleri adındaki hücreler, türlerin çoğunda kalsiyum karbonat ve konçiolin salgılayarak bir kabuk oluşturur. Yani kabuğu oluşturan kristalize kalsiyum karbonattır. Deniz kabuklularında pigmentlerin en yaygın kaynakları melaninler ve tetrapirollerdir. Besinlerde bulunan maddeler aracılığıyla oluşturduğu pigmentler kabuk oluşumu sırasında renk maddesi olarak kullanılıyor.

Bu çalışmalarda, kabuk tasarımları oluşturmak için kullanılan bilgisayar modelleri, hasar görmüş kabukların onarımında kullanıldı. Salgı hücrelerinin mantodan gelen sinyallerden ne zaman pigment üreteceklerine dair talimatlar aldıkları teorileştirildi.. Bu sinyaller, salgı hücrelerinden gelen pigment üretimi dalgalarını başlatır veya durdurur, bu da desenlerle sonuçlanır. Ayrıca Alan Turing’in desen oluşum modeli bu çalışmalarda kullanıldı. 1986'da Ermentrout ve Oster, 1987'de Meinhardt nokta, çizgi veya zikzak gibi aktive edici ve engelleyici sinyaller aracılığıyla yaygın kabuk modellerini yapay olarak oluşturabildiler.

Ermentrout ve Oster sinyallerin, mantonun tüm salgı hücrelerini birbirine bağlayan küresel bir sinir ağından geldiğine inanıyorlardı. Meinhardt, sinyallerin mantoda dolaşan yerel kimyasallardan geldiğini düşünüyordu. Orijinal çalışmalarından otuz yıl sonra 2009'da Ermentrout ve Oster, sinir sisteminin desen oluşumuyla sonuçlanan sinyalleri üretmek için kapsayıcı ve karmaşık bir ağ olarak çalıştığı birleşik bir sinir ağı modeli önerdi. Bu, örüntülerin oluşumunda nasıl ve neden sorularına kesin bir cevap niteliğindedir.

Burada amaçlanan, sinir ağının kabuk modellerini yeniden oluşturmasını göstermenin yanında, modellerin ya da örüntülerin kabuk oluşumunda nasıl kullanıldığını da açıklamaktı. Kabukların örüntü düzeni, kabuğun gelişen kısmında neler olduğuna dair geçmişi eksiksiz bir şekilde kaydeder. Kabuk oluşumunda manto tarafından okunabilen, canlı yaşamının günlüğü gibidirler. Bu nedenle canlı, bir hasar veya çatlama durumunda eski düzeni eksiksiz bir şekilde yeniden düzenleme kabiliyetine sahip olur , ya da kaldığı yerden devam etme fırsatına sahip olur.