Araştırmacılar bir deniz kestanesi sperminin karmaşık yön bulma davranışını tek bir parametreye bağladılar: kontrol teorisindeki kavramları kullanarak değişen kimyasal “kokulara” nasıl tepki verdiği.
Erkek deniz kestanesi sperm hücreleri, dişi deniz kestanesi yumurtalarını dölleyebilmek için açık okyanusta küçük bir alan boyunca, dayanıksız kimyasal sinyallerin rehberliğinde hareket etmek zorundadır. Bu olgu biyoloji, fizik ve matematik alanlarındaki bilim insanlarını büyülemiş ve deniz kestanesi spermlerinin nasıl yol aldığını açıklamak için basit modeller aramışlardır.
Kaliforniya Üniversitesi, Irvine’de Mahmoud Abdelgalil ve meslektaşları, iyi bilinen sperm navigasyon modelleri ile kontrol teorisindeki fikirler arasında beklenmedik bir bağlantı buldular.
Sadece tek bir değişkene bağlı olan güvenilir bir navigasyon modeli oluşturdular: sperm hücrelerinin takip ettiği kimyasalın konsantrasyonundaki yerel gradyan. Ekibe göre, kimyasal gradyanlara tepki olarak hareket eden farklı türler bu model kullanılarak tanımlanabilir.
Ekip, yüzme davranışını simüle etmek için kontrol teorisinden bir “ekstremum arama” yöntemi kullandı. Bu yöntemde, bir organizmanın dinamik bir değişkene verdiği gerçek zamanlı tepki yalnızca değişkenin anlık yerel sinyaline bağlıdır; organizma sinyalin uzamsal ve zamansal bağlamından habersizdir.
Abdelgalil ve meslektaşlarının araştırmasına göre, yöntemleri spermin gezinme dinamiklerini etkili bir şekilde yakalıyor ve spiral yüzme modelindeki “anahtarlama” eğilimi için daha net bir açıklama sunuyor. Konsantrasyon gradyanı boyunca bir “açık tepki” ve diğer herhangi bir yönde bir “kapalı tepki”, daha önce bu davranışı tanımlamak için kullanılan iki moddu. Ancak bu çalışmada gösterildiği gibi, öngörülen yüzme modelini kopyalamak için sadece bir dinamik mod gereklidir.
Abdelgalil’e göre bu yaklaşım, bilim insanlarının benzer algılama kabiliyetlerine sahip robot sistemleri yaratmalarına yardımcı olabilir. Abdelgalil, mikrorobotlar için bu sorunları çözmeye başlamanın potansiyel yerinin “doğanın yıllar süren evrimsel optimizasyondan sonra ulaştığı teknikler” olduğunu iddia ediyor.
Kaynak: physics.aps.org/articles/v15/s167
