bilim

Yaşam ve Büyüklük I: Bir Fili Bir Gökdelenden Atarsak Ne Olur? (Kurzgesagt) | Video

 

Birçok filmde devasa boyutlarda canavarlar, robotlar veya tam tersine böcek boyutlarına küçülen kahramanlar görmüşüzdür. Peki ama bu mümkün müdür? Söz gelimi, insan bedeni 10 kat büyüdüğünde, kemikleri bu ağırlığı kaldırabilecek midir? Veya atmosferdeki oksijen yoğunluğu, bu boyuttaki bir bedene yeterli gelecek midir?

Buradaki sorun, uzunluk, alan ve hacmin aynı oranda değişmiyor olmasından kaynaklanır. Bir malzemenin dayanıklığı kesit alanı ile orantılı iken, ağırlığı hacmi ile orantılıdır. Yani uzunluk artarken, alan uzunluğun karesi ile orantılı artar, hacim ise küpüyle. Bu da birçok büyüklüğün birbiri ile oranının değişmesi ve kuralların farklı olması anlamına gelir.

Kurzgesagt ekibi bu videolarında işte bu oranların ne tür değişikliklere neden olduğunu, hangi ölçeklerde ne tür etkilerin baskın hale geldiğini ve bunun canlılığı ne şekilde etkilediğini tartışıyor.

Serinin ikinci videosuna buradan ulaşabilirsiniz.

 

İyi seyirler…

 

-oo-

 

Bir fare, bir köpek ve bir fili bir gökdelenden aşağı yumuşak bir şeye atarak videoya başlayalım. Örneğin, üst üste dizilmiş yataklara. Fare, aşağı düşüp birazcık sarsılır. Ama hemen kendine gelir ve sinirlenip uzaklaşır; çünkü bu yapılan çok ayıptır. Köpek, düştüğünde tüm kemiklerini kırarak alelâde bir şekilde ölür. Fil düştüğünde ise kırmızı bir sıvı ve kemik yığını olarak patlarken sinirlenme şansı olmaz.

Peki neden fare kurtulur da köpekle fil kurtulamaz?

Yanıt, boyuttur.

Büyüklük, canlıların en az takdir edilen düzenleyicisidir. Boyut, biyolojimiz hakkındaki her şeyi belirler: Nasıl bir yapımız olduğunu, dünyayı nasıl deneyimlediğimizi, nasıl yaşayıp öldüğümüzü. Bunun nedeni, farklı boyuttaki canlılar için fizik kurallarının farklı olmasıdır.

Yaşamda 7 farklı büyüklük sırası vardır. Görünmez bakteriden pirelere, karıncalara, farelere, köpeklere, insanlara, fillere ve mavi balinalara, her bir büyüklük birbirlerinin yanında kendi eşsiz dünyasında yaşar. Her birinin kendi kuralları, iyi yanları ve kötü yanları vardır. Bu dünyaları sonraki video serimizde keşfedeceğiz.

Asıl soruya geri dönelim: Neden faremiz düşüşten sağ kurtuldu?

Çünkü büyüklük ölçeği her şeyi değiştirir. Tekrar tekrar karşılaşacağımız bir kural. Çok küçük şeyler bu büyüklükteki düşüşlerden neredeyse hiç zarar görmezler. Çünkü ne kadar küçük olursanız, yerçekimi etkisini o kadar az umursarsınız.

Bir bilye büyüklüğünde yuvarlak bir teorik hayvan düşünelim. Üç özelliği vardır: Boyu, yüzey alanı -ki bu deriyle kaplıdır- ve hacmi, ya da içindeki her şey, organları, kasları, umutları ve rüyaları. Eğer uzunluğunu 10 katına çıkarırsak, mesela bir basket topu kadar büyüklüğüne, diğer özellikleri 10 katına çıkmaz. Derisi 100 katına, içindekiler veya hacmi ise 1000 katına çıkar.

Hacim hayvanın ağırlığını veya daha doğrusu kütlesini belirler. Ne kadar ağırsanız, yere düşmeden önce o kadar fazla kinetik enerjiniz olur ve düşme etkisi de o kadar artar. Hacminize göre ne kadar çok yüzey alanınız varsa düşme etkisi o kadar çok dağıtılır, yumuşar ve hava sizi daha çok yavaşlatır.

Filin hacimi çok büyüktür ama yere değdiğindeki yüzey alanı hacmine göre çok küçük olacağından çok fazla kinetik enerji çok küçük bir alana dağılır ve hava da neredeyse hiç yavaşlatmaz. Bu yüzden yere değdiği anda etkileyici bir biçimde patlar. Diğer uç örnek olan böcekler ise küçük ağırlıklarına oranla çok fazla yüzey alanına sahiplerdir. Bu yüzden karıncayı uçaktan aşağıya fırlatsanız ciddi bir hasar almaz.

Düşüş küçüklerin dünyasında önemsiz olmasına rağmen bize zararsız olan fakat böcekler için çok zararlı olan şeyler vardır: Mesela yüzey gerilimi. Suyu böcekler için ölümcül bir maddeye dönüştürebilir.

Bu nasıl olur?

Suyun kendine yapışma özelliği vardır. Molekülleri birbirini çeker ve kohezyon kuvvetini oluştururlar; bu yüzeylerinde bir gerilim yaratır. Bunu görünmez bir deri olarak düşünebilirsiniz. Bu deri bizim için o kadar zayıftır ki, normalde biz bunu hiç fark etmeyiz. Eğer ıslanırsanız, 800 gram civarı su yada vücut ağırlığınızın %1’i size yapışır. Islanmış bir fareye 3 gram kadar su yapışır; bu onların vücut ağırlığının %10’u kadardır. Duştan her çıktığınızda üstünüzde 8 tane dolu su şişesi olduğunu düşünün.

Ama bir böcek için suyun yüzey gerilimi o kadar güçlüdür ki ıslanmak ölüm kalım meselesi haline gelir. Sizi karınca boyutuna küçültsek ve sizde bir su damlasına dokunsanız Sanki bir yapışkana dokunmuşsunuz gibi gelirdi. Sizi çabucak yutardı. Yüzey gerilimi kıramayacağınız kadar fazla olurdu ve boğulurdunuz.

Bu yüzden böcekler su itici olarak evrim geçirmişlerdir. Dış iskeletleri kalın bir cila tabakasıyla kaplıdır, aynı bir araba gibi. Bu onların yüzeyini kısmen su itici yapar. Çünkü su tam yapışamaz. Çoğu böcek ayrıca bir bariyer görevi gören küçük kıllarla kaplıdır. Bu onların yüzey alanını büyük oranda artırır ve damlaların dış iskeletlerine ulaşmasını engeller ve damlalardan arınmayı kolaylaştırır.

Yüzey gerilimini kullanmak için gereken nano teknolojiyi evrim bizden milyarlarca yıl önce çözdü. Bazı böcekler yüzeylerinde kısa ve aşırı sık olan su itici kıllar bulunduracak şekilde evrimleştiler. Bazıları bir mm karede bir milyon kadar kıla sahiptir. Bir böcek suya daldığında hava kürklerinin içinde sıkışır ve bir hava ceketi oluşturur. Hava bu ceketi delemez çünkü kıllar su gerilimini kıramayacak kadar küçüktür.

Ama hepsi bu kadar değil.

Hava baloncuğunun oksijeni bitince bu cekete yeni oksijenler girer ve karbondioksitler suya çözülür ve böcek kendi “dış akciğeri”ni taşımış olur ve yüzey gerilimi sayesinde suyun altında nefes alabilir. Bu arada, suda koşanların (böcek) su yüzeyinde durabilmesi de bu kuraldandır. Küçük su itici kıllar.

Ne kadar küçülürseniz etrafınızdaki dünya o kadar garipleşir. Bir noktadan sonra hava bile katılaşmaya başlar. Şimdi bilinen en küçük böceği inceleyelim. Bir tuz tanesinin yarısı büyüklüğünde, 0,5 milimetre uzunluğundaki Fairyfly (Peri Sineği) diğer böceklerden dahada garip bir dünyada yaşar. Onlar için hava ince bir jöle gibidir. Etraflarını sürekli kaplayan bir şerbet gibidir. İçinde hareket etmeleri kolay değildir; yaptıkları uçan kuşların yaptığı zarif süzülüş gibi değildir. Havayı yakalayıp tutmaları gerekir. Bu yüzden kolları diğer böcekler gibi normal kanatlardan ziyade, kıllı bir kaslı kolu andırır. Suyun içinde tam anlamıyla yüzerler, şerbetin içindeki iğrenç bir uzaylı gibi.

Buradan sonra her şey daha da garipleşiyor. Farklı boyutların dünyalarını araştırdıkça bunu görüyoruz. Her boyut için fiziksel kurallar o kadar farklıdır ki evrim, içinde yaşam gelişebilsin diye bu kurallar etrafında sürekli ve tekrar tekrar çalışmak zorunda kalmıştır.

Peki neden at büyüklüğünde karıncalar yok?

Amip büyüklüğünde filler?

Neden mi? Bunu bir sonraki bölümde tartışacağız.

 

-oOo-