Uzun dikenli deniz kestanesi Diadema setosum üzerinde yapılan çalışma ilginç bir gerçeği ortaya koydu. Bu canlıların dikenleri yalnızca savunma aracı değil, aynı zamanda su hareketini algılayan ve su akışı sırasında elektrik üreten doğal bir sensör gibi çalışıyor. Üstelik bunun için sinir sistemi ya da özel bir duyu organı gerekmiyor.
Hong Kong Üniversitesi araştırmacıları canlı deniz kestaneleri üzerinde basit fakat etkili bir deney gerçekleştirdi. Dikenin tam ucuna tek bir damla deniz suyu bırakıldı. Su temas ettiği anda diken kendi ekseni etrafında küçük ancak belirgin bir hareket yaptı. Yaklaşık 10 derecelik bir açıyla yana doğru döndü. Bu, tam bir dönüş değil; hafif bir yön değişimi anlamına geliyor. Bu hareket bir saniyeden kısa sürede gerçekleşti. Yani diken, su temasına anında tepki verdi.
Aynı anda diken üzerinde elektriksel ölçüm yapıldı. Su damlası temas ettiğinde yaklaşık 116 milivolt seviyesine ulaşan bir gerilim farkı kaydedildi. Daha dikkat çekici olan ise aynı deneyin ölü dikenler üzerinde tekrarlandığında da elektrik üretiminin devam etmesiydi. Bu bulgu, oluşan elektrik sinyalinin canlı hücrelerden değil, dikenin fiziksel ve yapısal özelliklerinden kaynaklandığını gösterdi.
Dikenin yapısı sayesinde sinyal üretilebiliyor
Dikenin iç yapısı düz ve katı bir kemik dokusundan oluşmuyor. Sünger benzeri, çok sayıda mikroskobik boşluk içeren bir yapı bulunuyor. Bu yapıya stereom adı veriliyor. Ancak bu boşluklar yapı boyunca eşit büyüklükte değil. Dikenin taban kısmında boşluklar daha genişken, uç kısmına doğru ilerledikçe daha küçük ve daha sık hale geliyor. Yani iç yapı boyunca gözenek çapının kademeli olarak değiştiği bir yapı söz konusu.
Su bu dar kanallardan akarken katı yüzeyle temas ediyor. Bu temas sırasında sıvı içindeki iyonlar hareket ediyor ve katı yüzey ile sıvı arasında yük ayrışması meydana geliyor. Bu fiziksel sürecin sonucunda bir elektrik potansiyeli oluşuyor. Bu olaya akış potansiyeli deniyor. Akan su diken içinde ölçülebilir bir elektrik gerilimi üretiyor. Uç kısımda gözeneklerin daha dar ve özgül yüzey alanının daha yüksek olması nedeniyle elektrik sinyali daha güçlü ortaya çıkıyor.
Araştırmacılar daha sonra bu yapıyı üç boyutlu yazıcı kullanarak taklit etti. Polimer ve seramik malzemelerden üretilen yapay diken benzeri yapılar da su akışı sırasında elektrik üretti. Gözenek boyutunun yukarı doğru değiştiği tasarıma sahip örnekler, sabit gözenekli yapılara kıyasla yaklaşık üç kat daha yüksek gerilim üretti.
Ayrıca dokuz modülden oluşan bir su altı algılama sistemi geliştirildi. Bu sistem su altında herhangi bir enerji ya da harici sensör olmadan çalışabiliyor. Su hangi noktaya temas ederse o bölgede elektrik sinyali oluşuyor. Böylece hem suyun yönü hem de akış şiddeti belirlenebiliyor.
Bu keşif iki açıdan önem taşıyor. Birincisi, deniz kestanelerinin özel bir görsel ya da duyusal organ olmadan da çevresel akışları algılayabildiğini ortaya koyuyor. İkincisi ise kendi elektriğini üretebilen, enerji gerektirmeyen yeni nesil su altı sensörlerinin geliştirilmesine bilimsel bir temel sunuyor.
Kaynak: Nature