Çeyrek Kuvvet Kuramı
 

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 DurumBrown, 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

DüzenEnquist, 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 BoyutSonuçta, 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.''



Siyaset, Bilim Ve Tarih Bilinci (Doğan Özlem )The Benefits Of TreesEnerji TasarrufuAlternatif Ucuz Enerji KaynaklarıErozyonun Tanımı Ve ÇeşitleriDünyamızın HareketleriDoğalgazDeve KuşlarıTeknolojik CellatlarımızKüresel IsınmaÇimento İşkolu Ve SorunlarıAtmosferin Başlıca Gaz KirleticileriNükleer EnerjiYapay KristallerHyrogen Fuel  The Fuel Of FutureKentiçi Ulaşımı Ve Çevre SorunlarıPrcı HakkındaÇevre Kirliliği Ve SonuçlarıSivil SavunmaUluslararası Hukuk Ve Çevre