Çeyrek Kuvvet Kuramı

[boxcigar]

İster fare olun ister fil; vücut kütleniz sizinle ilgili her şeyibelirtiyor. Tarla faresi günlerden bir gün kırlarda koşup oynarken,derinliği bin metreyi bulan bir maden kuyusuna düşer. Kuyunun dibiyumuşak toprakla kaplı olduğu için ölmez; yalnızca düşmenin şokundanbiraz sersemler; kendine gelir gelmez de bir delik bularak gözdenkaybolur.

Aynı yükseklikten düşen sıçan ölür; insan paramparça olur; at büyük birgürültüyle ortalığı toza dumana katarak yere çarpar ve düştüğü yerdekalır. Bundan çıkartılacak mesaj çok basittir: Biyolojide önemli olanboyuttur; her şeyi boyut belirler.

Yerçekiminin gücü boyutlar büyüdükçe artmaz. Hayvanlar aleminde boyut,fizyolojik, anatomik, davranışsal ve ekolojik açıdan çok önemlidir. İrihayvanlar küçük hayvanların birebir büyütülmüş şekli değildir; vücütkütlesi arttıkça kemikler oransal olarak kısalır ve kalınlaşır,metabolizma yavaşlar, kalp atışları azalır, ömür uzar, olgunluğa dahageç ulaşılır, yavru sayısı düşer, nüfus yoğunluğu azalır, yaşamalanının metrakaresi büyür.

Fillerin farenin 200,000 kat büyümüş hali olmadığını öğrenmek kimseyeters gelmez. Ancak canlı türlerinde vücut kütlesi ile yaşam şekliarasında mükemmel bir matematiksel ilişki olduğunu öğrenmek pek çokkişiye şaşırtıcı gelebilir. Yıllardır biyologlar bu konu üzerinde kafapatlatıyor. İçinde bulunduğumuz günlerde iki çevre uzmanı ve yüksek-enerji fizikçisinden oluşan üç kişilik bir araştırma grubu bu ilginçbiyolojik olguya açıklama getirdiklerine inanıyor. Bunlara göre yanıt,bitki ve hayvanlardaki besin dağılımının fiziği ve geometrisindeyatıyor.

Ayrıca bu bulgular doğanın bir mucizesine daha ışık tutuyor. Evrimin,Uzay'ın dördüncü boyutuna kadar uzandığını ileri süren bu üçaraştırmacı, türlerin bu dördüncü boyuttan yararlanarak dünyanimetlerinden daha fazla pay aldıklarını söylüyor.

Evrim, çok uzun süredir biyologların deyimiyle ''çeyrek-kuvvet ölçeği''yasasından yararlanıyor. Bu, şu anlama geliyor: pek çok biyolojikdeğişken, çeyrek veya üç çeyrek oranında büyütülmüş vücut kütlesinebağlı olarak azalma veya çoğalma eğilimi gösterir. Örneğin uzun ömür,bir çeyrek kuvvetine yükseltilmiş vücut kütlesine doğru orantılı olarakartar.

Çeyrek-kuvvet ölçeği biyolojinin en temel kurallarından biridir; ancakyaygın olduğu oranda da şaşırtıcıdır. New Mexico'da Los Alamos UlusalLaboratuvarın'ndan fizikçi Geoffrey West, söz konusu üç bilim adamındanbiri. West şöyle konuşuyor:''Böyle bir durumla karşılaştığınız zamanbunun size bir şeyler anlatmaya çalıştığını fark edeceksiniz''diyor.Burada önemli olan ''Bu bir şeylerin neyi anlatmaya çalıştığı?''

Albuquerque New Mexico Üniversitesi'nden Brian Enquist ve Jim Brown sözkonusu üçlünün diğer ikisi. Üçü de sorunun yanıtının ünlü çeyrek-kuvvetölçeği yasasında aranması gerektiğini söylüyor. Öncelikle canlınınvücut oranı ile metabolik hızı arasındaki ilişkiye bir göz atmakgerektiğine dikkat çekiyorlar.

Türlerin vücut kütlesi büyüdükçe metobolizma hızının azalmasıkuralından yola çıkarsak, türlerin büyüdükçe enerjiyi daha verimli birşekilde kullandığı anlaşılıyor.

West'in son yıllarda çalışmalarına katıldığı Los AlamosLaboratuvarı'ndan biyokimyacı William Wooddruff, çeyrek-kuvvetyasasının tek hücreli yaratıklarda bile geçerli olduğunu belirtiyor.

Yalnızca basit geometrik bilgilerden yararlanarak, küçük hayvanlardakimetabolik hızın, büyük hayvanlardaki hıza erişmeyeceği sonucunuçıkartmak mümkün. Organizmanın boyutları büyüdükçe, geometrisindeki ikiözellik değişikliğe uğrar. Yüzey alanı iki boyut üzerinden büyürken,hacmi üç boyut üzerinden değişir.

Organizma, metabolizmanın ürettiği fazla ısıdan kurtulmak için yüzeyalanlarından yararlanır. Dolayısıyla metabolizmanın hızı, küçük- büyükfarkı gözetmeksizin tüm hayvanlarda aynı kaldığı takdirde, organizmadaişlevsel bozukluklar ortaya çıkar.

Örneğin, kedi büyüklüğündeki bir farenin metabolik hızı kütlesineorantılı olarak değişirse, normal büyüklükteki bir fareden yüz mislidaha fazla ısı üretmesi gerekir. Ancak farenin yüzey alanı fazla ısıdankurtulmak için ancak 22 misli büyür. Sonuçta ortaya sımsıcak bir fareçıkar. Daha büyük türlerde aşırı ısınma sorunundan kurtulmak içinmetabolik hızın daha düşük olması gerekir.

Basit geometrik kuralların geçerli olduğu durumlarda, vücut kütlesi ilemetabolizma hızı arasındaki ilişki ikide üç çarpanında olmalıdır.1930'lu yıllarda bu ilişkiyi ilk kez ortaya çıkartan Amerikalı bilimadamı Max Kleiber, bu çarpanın ikide üç değil, üç çeyrek kuvvetindeolduğunu ileri sürüyordu. Brown bu konuda doğanın geometriden dahabecerikli ve daha akıllı olduğunu ileri sürüyor.

Bitkilerde Durum

Brown, uzun yıllardır çalışmalarını ölçek ve enerji akışı arasındakiilişki konusunda yoğunlaştırıyor. Enquist'in de aralarına katılmasıyla1990'larda çalışmalarına bitkileri de dahil etti. O güne dek Kleiber'ınkurallarının bitkileri de kapsayıp kapsamadığı bilinmiyordu.''Organizmanın enerji kaynaklarını gövdenin en uç noktasına nasıltaşıdığı konusu yaşamsal önem taşıyor''diye konuşan Enquist,''Hayvanlarda olduğu gibi, tüm bitkilerin tek bir sorunu vardır. O dadokularını en mükemmel şekilde nasıl besleyecekleri konusudur'' diyor.

Enquist, bitkiler üzerinde sürdürdüğü birkaç haftalık çalışmasınınsonucunda şu bilgilere ulaştı: ''Metabolik hız ile kütle arasında 0.733gibi ilişki oranı buldum. Bu da hayvanlarda olduğu gibi üç çeyrekkuvvet kuramının bitkilerde de geçerli olduğunu gösteren önemli birkanıttı.''

Enquist, bunun üzerine organizmalarda kaynak dağılımı konusuna ağırlıkverdi. Çok hücreli organizmalar besinleri vücutlarında dolaştırmak içindallara ayrılmış boru şeklindeki şebekeden yararlanır. Bitkilerde buyapısal özellik damar sistemi olarak ortaya çıkarken, böceklerdetrakeal (soluk borusu) dağılım şebekesi, omurgalılarda kan damarlarıolarak kendini belli eder. Bilim adamları Kleiber Yasası'nı işte buşebekenin hidrodinamiği üzerinde kanıtlamaya çalışıyor.

Kalp atışlarının vücut kütlesine oranla bir çeyrek oranında azaldığıgerçeğini kabul eden West, küçük veya büyük, tüm hayvanlarda yaşamlarıboyunca kalp atış sayısının sabit olduğunu keşfetti. West'e göre kalpatış sayısı canlı türünün ait olduğu gruba göre değişiklik gösteriyor.Örneğin memelilerde bu sayı 1.5 milyar civarında.

Bu arada tüm organizmaların ortak noktası olan dağıtım şebekesininevrensel özellikleri tespit edildi. Üç ana maddede özetlenen buunsurlar şöyle sıralanıyor. İlk maddeye göre dağıtım şebekesi vücudunher noktasına ulaşmak zorunda; çünkü yeterince beslenemeyen doku ölür.

Beslenme şebekesindeki en ince borunun çapı türden türe değişiklikgösterirken, aynı türdeki organizmalarda çapın sabit kaldığı gözlenir.Bu ikinci özelliktir. Üçüncü özellik ise evrimin, sıvı şebeke içindedolaşırken enerji kaybını en aza indirgemesidir.

Gizemli Düzen

Enquist, doğada izlenen bu mükemmel düzeni şöyle yorumluyor: ''Çeyrekkuvvet ölçek yasasının temeli matematiğe dayanır. Bu matematikselmodele göre organizmaların besin dağılım tablosu kesirli bir yapıyasahiptir. Kesirli bir yapıya sahip olan bu şebekenin gizi, organizmanınen ücra köşesine en verimli şekilde besin taşımasında yatmaktadır.''

Bu model, yalnızca memelilere özgüymüş gibi sunulmakla birlikte genelolarak diğer hayvanlara ve bitkilere de uygulanabilir. Ancak "ÇeyrekKuvvet Ölçeği Yasası" tek hücreliler kadar, çok hücrelileri dekapsadığı için, enerji nakli sisteminde kesirli bir yön bulunmasıolasılığı artar.

Biyologlar hücrede enerjinin nasıl üretildiğine ilişkin bilgiye sahipolmakla birlikte, bu enerjinin nasıl taşındığına ilişkin yeterlibilgileri yoktur. Şimdilik yalnızca mitokondriyalardaki enerji naklikonusunda bir şeyler bilen bilim adamları, enerji dağılımını sağlayanşebekeler konusunda yoğun incelemeler yapılması gerektiğine inanıyor.

Kesin olduğuna inandıkları tek nokta ölçekleme kuralının biyo-farklılığı doğurduğu. Başka bir deyimle, metabolik hızın tüm canlılardaaynı olması durumunda, vücut kütlesinin değişmesi son derece çarpık birbiyo-farklılık yaratabilirdi.

Dördüncü Boyut

Sonuçta, üçte-iki kuvvet ölçeğinin varlığı yaşamın dördüncü boyutununkullanılmasına zemin hazırlıyor. Bu boyutun çalışma şekli şöyle: Doğalseleksiyon, türün enerji verimini en üst dereceye ulaştırıyor. Bu daşebekenin terminal tüplerinin (omurgalılarda kılcal damarlar) yüzeyalanını çıkabileceği en üst dereceye vardırıyor.

Terminal tüplerin vücut kütlesiyle aynı oranda artmadığına dikkat çekenWest, terminal tüplerinin vücut kütlesinden bağımsız olarak aynıkalmasının, doğal seleksiyonun dördüncü boyutu yaratmasına yol açtığınadikkat çekiyor.

Dolayısıyla organizmalar iki farklı uzaysal dünyaya sahip oluyorlar.Hepimiz üç boyutlu bir dünyada yaşıyoruz. Bu üç boyutlu dünya iledoğrudan temasta bulunan deri, vücut kütlesi arttıkça üçte iki oranındaartış göstererek bu üç boyutlu dünyanın kurallarına mükemmel uyumsağlıyor.

West, işte bu noktada dördüncü boyutun ortaya çıktığını söylüyor:''Bizim içsel anatomimiz ve fizyolojimiz, yani gerçek halimiz dörtboyutlu bir dünyada yaşamaktadır. Dört boyutlu dünya yaşam süremizi,olgunluk yaşını, nüfus yoğunluğunu belirliyor. Çünkü sonuçta sistemindinamiğini enerji kullanımı belirliyor. Sistemin tek bir organizma veyaekosistem olması bu gerçeği değiştirmez.''