Çeyrek Kuvvet Kuramı

shms · 09-08-07, 15:20

ster fare olun ister fil; vücut kütleniz sizinle ilgili her şeyi belirtiyor. Tarla faresi günlerden bir gün kırlarda koşup oynarken, derinliği bin metreyi bulan bir maden kuyusuna düşer. Kuyunun dibi yumuşak toprakla kaplı olduğu için ölmez; yalnızca düşmenin şokundan biraz sersemler; kendine gelir gelmez de bir delik bularak gözden kaybolur.

Aynı yükseklikten düşen sıçan ölür; insan paramparça olur; at büyük bir gürültüyle ortalığı toza dumana katarak yere çarpar ve düştüğü yerde kalır. Bundan çıkartılacak mesaj çok basittir: Biyolojide önemli olan boyuttur; her şeyi boyut belirler.

Yerçekiminin gücü boyutlar büyüdükçe artmaz. Hayvanlar aleminde boyut, fizyolojik, anatomik, davranışsal ve ekolojik açıdan çok önemlidir. İri hayvanlar küçük hayvanların birebir büyütülmüş şekli değildir; vücüt kütlesi arttıkça kemikler oransal olarak kısalır ve kalınlaşır, metabolizma yavaşlar, kalp atışları azalır, ömür uzar, olgunluğa daha geç ulaşılır, yavru sayısı düşer, nüfus yoğunluğu azalır, yaşam alanının metrakaresi büyür.

Fillerin farenin 200,000 kat büyümüş hali olmadığını öğrenmek kimseye ters gelmez. Ancak canlı türlerinde vücut kütlesi ile yaşam şekli arasında mükemmel bir matematiksel ilişki olduğunu öğrenmek pek çok kişiye şaşırtıcı gelebilir. Yıllardır biyologlar bu konu üzerinde kafa patlatıyor. İçinde bulunduğumuz günlerde iki çevre uzmanı ve yüksek- enerji fizikçisinden oluşan üç kişilik bir araştırma grubu bu ilginç biyolojik olguya açıklama getirdiklerine inanıyor. Bunlara göre yanıt, bitki ve hayvanlardaki besin dağılımının fiziği ve geometrisinde yatıyor.

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

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

Çeyrek-kuvvet ölçeği biyolojinin en temel kurallarından biridir; ancak yaygın olduğu oranda da şaşırtıcıdır. New Mexico'da Los Alamos Ulusal Laboratuvarın'ndan fizikçi Geoffrey West, söz konusu üç bilim adamından biri. West şöyle konuşuyor:''Böyle bir durumla karşılaştığınız zaman bunun 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 söz konusu üçlünün diğer ikisi. Üçü de sorunun yanıtının ünlü çeyrek-kuvvet ölçeği yasasında aranması gerektiğini söylüyor. Öncelikle canlının vücut oranı ile metabolik hızı arasındaki ilişkiye bir göz atmak gerektiğine dikkat çekiyorlar.

Türlerin vücut kütlesi büyüdükçe metobolizma hızının azalması kuralından yola çıkarsak, türlerin büyüdükçe enerjiyi daha verimli bir şekilde kullandığı anlaşılıyor.

West'in son yıllarda çalışmalarına katıldığı Los Alamos Laboratuvarı'ndan biyokimyacı William Wooddruff, çeyrek-kuvvet yasasının tek hücreli yaratıklarda bile geçerli olduğunu belirtiyor.

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

Organizma, metabolizmanın ürettiği fazla ısıdan kurtulmak için yüzey alanlarından yararlanır. Dolayısıyla metabolizmanın hızı, küçük- büyük farkı gözetmeksizin tüm hayvanlarda aynı kaldığı takdirde, organizmada işlevsel bozukluklar ortaya çıkar.

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

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

Bitkilerde Durum

Brown, uzun yıllardır çalışmalarını ölçek ve enerji akışı arasındaki ilişki konusunda yoğunlaştırıyor. Enquist'in de aralarına katılmasıyla 1990'larda çalışmalarına bitkileri de dahil etti. O güne dek Kleiber'ın kurallarının bitkileri de kapsayıp kapsamadığı bilinmiyordu. ''Organizmanın enerji kaynaklarını gövdenin en uç noktasına nasıl taşıdığı konusu yaşamsal önem taşıyor''diye konuşan Enquist, ''Hayvanlarda olduğu gibi, tüm bitkilerin tek bir sorunu vardır. O da dokularını en mükemmel şekilde nasıl besleyecekleri konusudur'' diyor.

Enquist, bitkiler üzerinde sürdürdüğü birkaç haftalık çalışmasının sonucunda şu bilgilere ulaştı: ''Metabolik hız ile kütle arasında 0.733 gibi ilişki oranı buldum. Bu da hayvanlarda olduğu gibi üç çeyrek kuvvet kuramının bitkilerde de geçerli olduğunu gösteren önemli bir kanıttı.''

Enquist, bunun üzerine organizmalarda kaynak dağılımı konusuna ağırlık verdi. Çok hücreli organizmalar besinleri vücutlarında dolaştırmak için dallara ayrılmış boru şeklindeki şebekeden yararlanır. Bitkilerde bu yapısal özellik damar sistemi olarak ortaya çıkarken, böceklerde trakeal (soluk borusu) dağılım şebekesi, omurgalılarda kan damarları olarak kendini belli eder. Bilim adamları Kleiber Yasası'nı işte bu şebekenin hidrodinamiği üzerinde kanıtlamaya çalışıyor.

Kalp atışlarının vücut kütlesine oranla bir çeyrek oranında azaldığı gerçeğini kabul eden West, küçük veya büyük, tüm hayvanlarda yaşamları boyunca kalp atış sayısının sabit olduğunu keşfetti. West'e göre kalp atış 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 şebekesinin evrensel özellikleri tespit edildi. Üç ana maddede özetlenen bu unsurlar şöyle sıralanıyor. İlk maddeye göre dağıtım şebekesi vücudun her noktasına ulaşmak zorunda; çünkü yeterince beslenemeyen doku ölür.

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

Gizemli Düzen

Enquist, doğada izlenen bu mükemmel düzeni şöyle yorumluyor: ''Çeyrek kuvvet ölçek yasasının temeli matematiğe dayanır. Bu matematiksel modele göre organizmaların besin dağılım tablosu kesirli bir yapıya sahiptir. Kesirli bir yapıya sahip olan bu şebekenin gizi, organizmanın en ücra köşesine en verimli şekilde besin taşımasında yatmaktadır.''

Bu model, yalnızca memelilere özgüymüş gibi sunulmakla birlikte genel olarak diğer hayvanlara ve bitkilere de uygulanabilir. Ancak "Çeyrek Kuvvet Ölçeği Yasası" tek hücreliler kadar, çok hücrelileri de kapsadığı için, enerji nakli sisteminde kesirli bir yön bulunması olasılığı artar.

Biyologlar hücrede enerjinin nasıl üretildiğine ilişkin bilgiye sahip olmakla birlikte, bu enerjinin nasıl taşındığına ilişkin yeterli bilgileri yoktur. Şimdilik yalnızca mitokondriyalardaki enerji nakli konusunda bir şeyler bilen bilim adamları, enerji dağılımını sağlayan şebekeler konusunda yoğun incelemeler yapılması gerektiğine inanıyor.

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

Dördüncü Boyut

Sonuçta, üçte-iki kuvvet ölçeğinin varlığı yaşamın dördüncü boyutunun kullanılmasına zemin hazırlıyor. Bu boyutun çalışma şekli şöyle: Doğal seleksiyon, türün enerji verimini en üst dereceye ulaştırıyor. Bu da şebekenin terminal tüplerinin (omurgalılarda kılcal damarlar) yüzey alanını çıkabileceği en üst dereceye vardırıyor.

Terminal tüplerin vücut kütlesiyle aynı oranda artmadığına dikkat çeken West, terminal tüplerinin vücut kütlesinden bağımsız olarak aynı kalmasının, doğal seleksiyonun dördüncü boyutu yaratmasına yol açtığına dikkat çekiyor.

Dolayısıyla organizmalar iki farklı uzaysal dünyaya sahip oluyorlar. Hepimiz üç boyutlu bir dünyada yaşıyoruz. Bu üç boyutlu dünya ile doğrudan temasta bulunan deri, vücut kütlesi arttıkça üçte iki oranında artış göstererek bu üç boyutlu dünyanın kurallarına mükemmel uyum sağlıyor.

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

09-08-07, 15:20	#1 (permalink)
shms ѕнмѕ ƒσяυмтя Giriş Tarihi: 16-04-2006 Mesajlar: 3,499 Rep Puanı: 12073425 Rep Gücü: 120794	Çeyrek Kuvvet Kuramı ster fare olun ister fil; vücut kütleniz sizinle ilgili her şeyi belirtiyor. Tarla faresi günlerden bir gün kırlarda koşup oynarken, derinliği bin metreyi bulan bir maden kuyusuna düşer. Kuyunun dibi yumuşak toprakla kaplı olduğu için ölmez; yalnızca düşmenin şokundan biraz sersemler; kendine gelir gelmez de bir delik bularak gözden kaybolur. Aynı yükseklikten düşen sıçan ölür; insan paramparça olur; at büyük bir gürültüyle ortalığı toza dumana katarak yere çarpar ve düştüğü yerde kalır. Bundan çıkartılacak mesaj çok basittir: Biyolojide önemli olan boyuttur; her şeyi boyut belirler. Yerçekiminin gücü boyutlar büyüdükçe artmaz. Hayvanlar aleminde boyut, fizyolojik, anatomik, davranışsal ve ekolojik açıdan çok önemlidir. İri hayvanlar küçük hayvanların birebir büyütülmüş şekli değildir; vücüt kütlesi arttıkça kemikler oransal olarak kısalır ve kalınlaşır, metabolizma yavaşlar, kalp atışları azalır, ömür uzar, olgunluğa daha geç ulaşılır, yavru sayısı düşer, nüfus yoğunluğu azalır, yaşam alanının metrakaresi büyür. Fillerin farenin 200,000 kat büyümüş hali olmadığını öğrenmek kimseye ters gelmez. Ancak canlı türlerinde vücut kütlesi ile yaşam şekli arasında mükemmel bir matematiksel ilişki olduğunu öğrenmek pek çok kişiye şaşırtıcı gelebilir. Yıllardır biyologlar bu konu üzerinde kafa patlatıyor. İçinde bulunduğumuz günlerde iki çevre uzmanı ve yüksek- enerji fizikçisinden oluşan üç kişilik bir araştırma grubu bu ilginç biyolojik olguya açıklama getirdiklerine inanıyor. Bunlara göre yanıt, bitki ve hayvanlardaki besin dağılımının fiziği ve geometrisinde yatıyor. Ayrıca bu bulgular doğanın bir mucizesine daha ışık tutuyor. Evrimin, Uzay'ın dördüncü boyutuna kadar uzandığını ileri süren bu üç araştırmacı, türlerin bu dördüncü boyuttan yararlanarak dünya nimetlerinden daha fazla pay aldıklarını söylüyor. Evrim, çok uzun süredir biyologların deyimiyle ''çeyrek-kuvvet ölçeği'' yasasından yararlanıyor. Bu, şu anlama geliyor: pek çok biyolojik değişken, çeyrek veya üç çeyrek oranında büyütülmüş vücut kütlesine bağlı olarak azalma veya çoğalma eğilimi gösterir. Örneğin uzun ömür, bir çeyrek kuvvetine yükseltilmiş vücut kütlesine doğru orantılı olarak artar. Çeyrek-kuvvet ölçeği biyolojinin en temel kurallarından biridir; ancak yaygın olduğu oranda da şaşırtıcıdır. New Mexico'da Los Alamos Ulusal Laboratuvarın'ndan fizikçi Geoffrey West, söz konusu üç bilim adamından biri. West şöyle konuşuyor:''Böyle bir durumla karşılaştığınız zaman bunun 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 söz konusu üçlünün diğer ikisi. Üçü de sorunun yanıtının ünlü çeyrek-kuvvet ölçeği yasasında aranması gerektiğini söylüyor. Öncelikle canlının vücut oranı ile metabolik hızı arasındaki ilişkiye bir göz atmak gerektiğine dikkat çekiyorlar. Türlerin vücut kütlesi büyüdükçe metobolizma hızının azalması kuralından yola çıkarsak, türlerin büyüdükçe enerjiyi daha verimli bir şekilde kullandığı anlaşılıyor. West'in son yıllarda çalışmalarına katıldığı Los Alamos Laboratuvarı'ndan biyokimyacı William Wooddruff, çeyrek-kuvvet yasasının tek hücreli yaratıklarda bile geçerli olduğunu belirtiyor. Yalnızca basit geometrik bilgilerden yararlanarak, küçük hayvanlardaki metabolik hızın, büyük hayvanlardaki hıza erişmeyeceği sonucunu çıkartmak mümkün. Organizmanın boyutları büyüdükçe, geometrisindeki iki özellik değişikliğe uğrar. Yüzey alanı iki boyut üzerinden büyürken, hacmi üç boyut üzerinden değişir. Organizma, metabolizmanın ürettiği fazla ısıdan kurtulmak için yüzey alanlarından yararlanır. Dolayısıyla metabolizmanın hızı, küçük- büyük farkı gözetmeksizin tüm hayvanlarda aynı kaldığı takdirde, organizmada işlevsel bozukluklar ortaya çıkar. Örneğin, kedi büyüklüğündeki bir farenin metabolik hızı kütlesine orantılı olarak değişirse, normal büyüklükteki bir fareden yüz misli daha fazla ısı üretmesi gerekir. Ancak farenin yüzey alanı fazla ısıdan kurtulmak için ancak 22 misli büyür. Sonuçta ortaya sımsıcak bir fare çıkar. Daha büyük türlerde aşırı ısınma sorunundan kurtulmak için metabolik hızın daha düşük olması gerekir. Basit geometrik kuralların geçerli olduğu durumlarda, vücut kütlesi ile metabolizma hızı arasındaki ilişki ikide üç çarpanında olmalıdır. 1930'lu yıllarda bu ilişkiyi ilk kez ortaya çıkartan Amerikalı bilim adamı Max Kleiber, bu çarpanın ikide üç değil, üç çeyrek kuvvetinde olduğunu ileri sürüyordu. Brown bu konuda doğanın geometriden daha becerikli ve daha akıllı olduğunu ileri sürüyor. Bitkilerde Durum Brown, uzun yıllardır çalışmalarını ölçek ve enerji akışı arasındaki ilişki konusunda yoğunlaştırıyor. Enquist'in de aralarına katılmasıyla 1990'larda çalışmalarına bitkileri de dahil etti. O güne dek Kleiber'ın kurallarının bitkileri de kapsayıp kapsamadığı bilinmiyordu. ''Organizmanın enerji kaynaklarını gövdenin en uç noktasına nasıl taşıdığı konusu yaşamsal önem taşıyor''diye konuşan Enquist, ''Hayvanlarda olduğu gibi, tüm bitkilerin tek bir sorunu vardır. O da dokularını en mükemmel şekilde nasıl besleyecekleri konusudur'' diyor. Enquist, bitkiler üzerinde sürdürdüğü birkaç haftalık çalışmasının sonucunda şu bilgilere ulaştı: ''Metabolik hız ile kütle arasında 0.733 gibi ilişki oranı buldum. Bu da hayvanlarda olduğu gibi üç çeyrek kuvvet kuramının bitkilerde de geçerli olduğunu gösteren önemli bir kanıttı.'' Enquist, bunun üzerine organizmalarda kaynak dağılımı konusuna ağırlık verdi. Çok hücreli organizmalar besinleri vücutlarında dolaştırmak için dallara ayrılmış boru şeklindeki şebekeden yararlanır. Bitkilerde bu yapısal özellik damar sistemi olarak ortaya çıkarken, böceklerde trakeal (soluk borusu) dağılım şebekesi, omurgalılarda kan damarları olarak kendini belli eder. Bilim adamları Kleiber Yasası'nı işte bu şebekenin hidrodinamiği üzerinde kanıtlamaya çalışıyor. Kalp atışlarının vücut kütlesine oranla bir çeyrek oranında azaldığı gerçeğini kabul eden West, küçük veya büyük, tüm hayvanlarda yaşamları boyunca kalp atış sayısının sabit olduğunu keşfetti. West'e göre kalp atış 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 şebekesinin evrensel özellikleri tespit edildi. Üç ana maddede özetlenen bu unsurlar şöyle sıralanıyor. İlk maddeye göre dağıtım şebekesi vücudun her noktasına ulaşmak zorunda; çünkü yeterince beslenemeyen doku ölür. Beslenme şebekesindeki en ince borunun çapı türden türe değişiklik gösterirken, aynı türdeki organizmalarda çapın sabit kaldığı gözlenir. Bu ikinci özelliktir. Üçüncü özellik ise evrimin, sıvı şebeke içinde dolaşırken enerji kaybını en aza indirgemesidir. Gizemli Düzen Enquist, doğada izlenen bu mükemmel düzeni şöyle yorumluyor: ''Çeyrek kuvvet ölçek yasasının temeli matematiğe dayanır. Bu matematiksel modele göre organizmaların besin dağılım tablosu kesirli bir yapıya sahiptir. Kesirli bir yapıya sahip olan bu şebekenin gizi, organizmanın en ücra köşesine en verimli şekilde besin taşımasında yatmaktadır.'' Bu model, yalnızca memelilere özgüymüş gibi sunulmakla birlikte genel olarak diğer hayvanlara ve bitkilere de uygulanabilir. Ancak "Çeyrek Kuvvet Ölçeği Yasası" tek hücreliler kadar, çok hücrelileri de kapsadığı için, enerji nakli sisteminde kesirli bir yön bulunması olasılığı artar. Biyologlar hücrede enerjinin nasıl üretildiğine ilişkin bilgiye sahip olmakla birlikte, bu enerjinin nasıl taşındığına ilişkin yeterli bilgileri yoktur. Şimdilik yalnızca mitokondriyalardaki enerji nakli konusunda bir şeyler bilen bilim adamları, enerji dağılımını sağlayan şebekeler konusunda yoğun incelemeler yapılması gerektiğine inanıyor. Kesin olduğuna inandıkları tek nokta ölçekleme kuralının biyo- farklılığı doğurduğu. Başka bir deyimle, metabolik hızın tüm canlılarda aynı olması durumunda, vücut kütlesinin değişmesi son derece çarpık bir biyo-farklılık yaratabilirdi. Dördüncü Boyut Sonuçta, üçte-iki kuvvet ölçeğinin varlığı yaşamın dördüncü boyutunun kullanılmasına zemin hazırlıyor. Bu boyutun çalışma şekli şöyle: Doğal seleksiyon, türün enerji verimini en üst dereceye ulaştırıyor. Bu da şebekenin terminal tüplerinin (omurgalılarda kılcal damarlar) yüzey alanını çıkabileceği en üst dereceye vardırıyor. Terminal tüplerin vücut kütlesiyle aynı oranda artmadığına dikkat çeken West, terminal tüplerinin vücut kütlesinden bağımsız olarak aynı kalmasının, doğal seleksiyonun dördüncü boyutu yaratmasına yol açtığına dikkat çekiyor. Dolayısıyla organizmalar iki farklı uzaysal dünyaya sahip oluyorlar. Hepimiz üç boyutlu bir dünyada yaşıyoruz. Bu üç boyutlu dünya ile doğrudan temasta bulunan deri, vücut kütlesi arttıkça üçte iki oranında artış göstererek bu üç boyutlu dünyanın kurallarına mükemmel uyum sağlıyor. West, işte bu noktada dördüncü boyutun ortaya çıktığını söylüyor: ''Bizim içsel anatomimiz ve fizyolojimiz, yani gerçek halimiz dört boyutlu bir dünyada yaşamaktadır. Dört boyutlu dünya yaşam süremizi, olgunluk yaşını, nüfus yoğunluğunu belirliyor. Çünkü sonuçta sistemin dinamiğini enerji kullanımı belirliyor. Sistemin tek bir organizma veya ekosistem olması bu gerçeği değiştirmez.''

Konu Araçları
Çıktı Görüntüsünü Göster Sayfayı E-posta İle Yolla