Fotoğraf: Araştırmacılar, arıların kovanlarını soğuk tutmak için nasıl organize olduklarını açıklamak için sıcaklığı, kovanın içindeki ve dışındaki hava akışını ve kovanın girişinde hava sirkülasyonunu sağlayan arıların pozisyonlarını ve yoğunluklarını ölçtüler. Görsel: Jacob Peters/Harvard SEAS
Eğer sıcak bir yaz gününde arı kovanının yanında geçtiyseniz, oradaki tüm arıların nasıl serin kaldığını durup düşünmekten çok sokulmaktan kaçmaya odaklanmışsınızdır. Merak etmeyin, Harvard’daki bilim adamları sizin için bu soruyu arılara soracak ve cevaplayacak kadar cesaretli.
Bal arıları genellikle geniş açıklıkları olan ağaç oyuklarında, büyük, kalabalık kovan oyuklarında yaşarlar. Kovandaki sıcaklık arttığında bir grup arı girişe tutunur ve sıcak havanın dışarıya, soğuk havanın ise içeriye akışını sağlamak için kanatlarını fan gibi kullanırlar. Asıl soru, arılar kendilerini, bu canlı havalandırma birimlerini oluşturacak kadar nasıl organize ederler?
Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu’ndaki (SEAS) ve Organizma ve Evrimsel Biyoloji Bölümü’ndeki (OEB) araştırmacılar, arıların ortaklaşa bir biçimde toplanıp, devamlı olarak kovanı havalandırarak çevresel etkileri nasıl kullandıklarını açıklamak için yapay bir kovan geliştirdiler.
“Binlerce yıldan sonra, arılar gibi sosyal böcekler, mekanik stabilizasyon, termoregülasyon ve havalandırma gibi bireysellikten çok daha büyük ölçekteki fizyolojik sorunları birlikte çözmek, çevresel baskı ve akışları kullanmak ve zorluklara göğüs germek için evrimleşmişlerdir,” demiştir de Valpine’de Uygulamalı Matematik, Fizik, Organizmal ve Evrimsel Biyoloji Profesörü ve bu çalışmanın başyazarı olan L Mahadevan. “Bir ölçüm kombinasyonu ve bilgisayar ortamındaki modeller, kanatlarını fan gibi kullanan arıların, kovanlarını havalandırmak için nasıl büyük ölçekli bir akış profili yarattıklarını açıklarlar.”
SEAS’da ve OEB’de Postdoc ve makalenin ilk yazarı olan Jacop Peters “Biz, arıların kovanlarını serin tutmak için komplike iş dağılımına ya da iletişim şemasına ihtiyaçları olmadığını ortaya çıkardık,” demiştir. “Sıcaklık farklılıklarına karşı bireysel olarak tepki vermek yerine, onların mekânsal organizasyonları, akışkan akımı fiziğini kullanarak, etkili bir soğutma çözümü yaratır.”
Bu makale Journal of the Royal Society Interface’de yayımlanmıştır.
Araştırma 2017 yazının en sıcak günlerinde başlamıştır. Araştırmada geçen birkaç haftadan sonra, Peters, Mahadevan ve eskiden SEAS’da Postdoc olan Orit Peleg, Harvard Üniversitesi’nin Concord Field Araştırma Merkezi’nde bir grup el yapımı arı kovanını görüntülemişlerdir.
Araştırma grubu, arıların kovanlarını soğuk tutmak için nasıl organize olduklarını açıklamak için sıcaklığı, kovanın içindeki ve dışındaki hava akışını ve kovanın girişinde hava sirkülasyonunu sağlayan arıların pozisyonlarını ve yoğunluklarını ölçmüştür. Grup, tüm kovan girişine yayılmak yerine, arıların sıcak bölgelerde, dışarıya hava akışının en fazla olması için yoğun biçimde, soğuk bölgelerde ise içeriye hava akışının en fazla olması için seyrek biçimde toplandığını gözlemlemişlerdir. En önemlisi, havalandırma görevindeki farklı arıların sıcak havayı dışarıya atmaya başlayacağı farklı sıcaklık değerleri olduğunu keşfetmişlerdir, bu yüzden toplu olarak, sıcaklık değişimlerine tepki göstermede çok daha iyilerdir.
Model sistemde, araştırmacılar, tüm bu davranışların, kovanın çevresel fiziği ile bağlantılı olduğunu keşfetmişlerdir. Kovan sıcaklığını hisseden arılar, kovana dönük durmaları sayesinde sıcak havayı dışarı atabiliyorlar; farklı sıcaklık düzeyleri devamlı havalandırma ve daha sabit bir kovan sıcaklığı sağlıyor; fiziğin sürtünme kuvveti ve akışkanlar mekaniği sayesinde, sıcak havanın dışarıya akışını hızlandırmak için toplanma yoğunluğunu artırmış, soğuk havanın içeriye akışını engellememek için toplanma yoğunluğunu azaltmışlardır.
Makalenin yardımcı yazarı ve şimdi Colorado Boulder Üniversitesi’nde Yardımcı Profesör Peleg, “Çalışmamız, fiziksel çevrenin zorlayıcı dinamikleri, fizyolojik bir işlemin geniş ölçekli bir organizasyonuna nasıl yol açar, bunu açıklar,” demiştir.
Peters “Bu her ne kadar fizik odaklı bir hikâye olsa da, büyük olasılıkla genetik ve evrimde kökenler ile biyolojik varyasyon bu sistemin çalışması için ciddi bir rol oynar,” demiştir. “ Bizim teorimiz sadece sıcaklık düzeyinde bireysel çeşitliliğin daha sabit bir kovan sıcaklığı için öncelikli olduğunu değil, aynı zamanda, bu çeşitliliğin etkili bir havalandırma için sirkülasyon davranışında örgütlenme kararlılığının da kritik olduğunu ileri sürer.”
Peters “Biyolojik temele dayalı, kendi kendine organize olabilen sistemler spesifik gereksinimlere, büyük HVAC sistemlerden bilgisayarları soğutmak için kullanılan fanlara kadar şuan kullanılan her sisteme göre daha iyi adapte olup tepki verebilirler,” demiştir.
Mahadevan “Detaylı biçimde bir kez daha, çalışmamızın önemli noktaları ile, hem biyolojik organizmalar hem de onların fiziksel çevreleri, topluluk eko-fizyolojisinin değerini anlamak için iyice incelenmeye ihtiyaç duyar. Bu, hayatın kendine has bir özelliğidir,” demiştir.
Makaleyi görüntülemek için “Bal Arısı Kovanlarında Toplu Havalandırma” buraya tıklayın.
Kaynak: phys.org