Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü (Caltech)’te böcek uçuşu üzerine çalışan araştırmacı ve biyomühendislik ve havacılık profesörü Michael Dickinson, böceklerin kanat menteşesini, hayatın evriminde gerçekleşen en kıymetli ve en harika yapılardan biri olarak nitelendiriyor.
Kanat menteşesini denetim etmede her bir kasın oynadığı rolü daha güzel anlamak için Dickinson ve arkadaşları, meyve sineğinin kas hareketini ve bunun sonucunda ortaya çıkan kanat hareketini birebir anda kaydedecek bir deney tasarladı. Kanat menteşesinin kendisi üzere deney düzeneği de karmaşık olarak tasarlandı. Araştırmacılar, böceği hareket halinde tutarken, sineğin 12 minik kanat kasının tamamına ait yüksek hassasiyetli bilgileri ve üç boyutlu kanat hareketi desenlerini kaydetmeyi başardı. Dickinson, “Bütün bunları birebir anda yapmak çok büyük ölçüde mühendislik gerektiriyordu” diyor.
Panoramik LED ekranlarla sineğin uçuşu denetim edildi
Sinek, çevresel işaretleri simüle etmek için bir dizi panoramik LED ekranla sarıldı. Dickinson, bu işaretlerin sinek için tesirli bir “video oyunu” atmosferi yarattığını ve sineğin uçuş nizamını değiştirmesine neden olduğunu söylüyor. Panoramik ekran, sineğin sola, sağa, üst yahut aşağı uçmasını, ayrıyeten hızlanmasını yahut yavaşlamasını sağlayacak halde değişebiliyor.
Sinekler saniyede 200 ışık titreşimini yakalayabiliyor
Dickinson, LED panellerin sinek deneylerinde sıklıkla kullanıldığını, zira böceklerin gezegendeki en süratli görsel sistemlere sahip olduğunu ve ışık titreşimlerini saniyede yaklaşık 200 keze kadar ayırt edebildiğini söylüyor. Karşılaştırmak gerekirse, birden fazla görüntü saniyede 24 kare suratında çekiliyor. Dickinson, sineklerin bu görüntüleri slayt gösterisi üzere görebileceğini belirtiyor.
Sineklerin kas hareketlerini kaydetmek için ise genetik mühendisliğinden faydalanıldı, böylelikle kaslar, faal olduğunda parlayacak biçimde ayarlandı. Bir mikroskop, floresan eklenmiş kasları uyarmak için makul bir dalga uzunluğundaki ışığı sinek üzerine yansıtacak ve akabinde uyarılan kaslardan yayılan ışığı kaydedecek biçimde tasarlandı.
15.000 fps’lik üç kamerayla kanat hareketleri kaydedildi
Bu ortada, kanat hareketi, saniyede 15.000 kare kaydebilen üç yüksek süratli kamerayla yakalandı. Böceğin uçuşunda değerli değişikliklere neden olabilecek kas hareketlerindeki küçük değişiklikleri yakalamak için kameraların birebir vakitte yüksek uzaysal çözünürlükte çalışması gerekiyordu. Son derece kısa pozlama müddeti nedeniyle, kameraların imaj üretmek için çok fazla ışığa gereksinim duyuldu. Araştırmacılar, imaj çekerken böceklerin körleşmesini önlemek için kızılötesi kameralar kullandı.
Son olarak düzeneğe, her kanat çırpışının boyutu hakkında gerçek vakitli geri bildirim sağlayan üçüncü bir kamera yerleştirildi. Böylelikle, LED simülasyonunun sineğin uçuşuna verdiği tepkinin yönlendirilebilmesi sağlandı.
Deneyde, eğitim ve test data kümesine bölünmüş 72.000 kanat atışını kapsayan terabaytlarca bilgi toplandı. Eğitim bilgileri daha sonra, kas aktivitesine dayalı olarak kanat hareketini iddia eden bir sinir ağı geliştirmek için kullanıldı. Dickinson, “Bu kas sisteminin yapabileceklerinin zenginliğini elde etmek için çok çeşitli uçuş modellerine ait çok sayıda dataya gereksinimimiz vardı” diyor.
Hayvanlarla çalışmak, deneyin geliştirilmesinde ek zorluklar ortaya çıkardı. Örneğin, ışıklar ve elektronik aletler ısı ürettiği için araştırmacılar odanın gereğince soğuk olduğundan emin olmak zorundaydı. Araştırmacılar, deneyde kullanılan meyve sineklerinin 25 °C’nin üzerindeki şartlarda uçma konusunda isteksiz olduğunu belirtiyor.
Şu anda araştırmacılar, kasları görüntülemek için genetiği değiştirilebilen tek cins olan bu laboratuvar meyve sinekleri üzerinde çalışıyor. Ayrıyeten, gelecekte sivrisineklerin kullanıldığı başka deneylerle sonuçlarını karşılaştırmayı umuyorlar. İlerisi için ise, böceklerin kanatlarının unsurlarını kullanarak fizikî yapılar tasarlamaya yönelik bir bilgisayar simülasyonu oluşturmayı planlıyorlar.
