Dünya’daki yerçekimi nedeniyle, tüm cisimler havaya bırakıldığında hızlı ya da yavaş yere düşer. Canlı ya da cansız yeryüzündeki her şey bu yerçekiminin etkisindedir.
Uçan canlılar havada duracak vücut yapısında olduklarını bilirler, kendilerini boşluğa bırakacak cesareti gösterir ve sonra da düşmeden havada hareket ederler.
İnsanlar yıllarca kuşların uçuş gösterilerinin sırlarını incelemiş ve uçak teknolojilerinde bu mükemmel canlıların özeliklerini taklit etmeye çalışmışlardır. Fakat en gelişmiş hava aracı bile bir kopyadan öteye geçememiştir. Son zamanlarda, havacılık sektörü, uçuş teknikleriyle kuşlara rakip olacağı anlaşılan yarasaları incelemeye başlamıştır. Yeni çalışmalar yarasaların bazı durumlarda devreye giren etkili uçuş sistemleriyle, mükemmel uçuş tekniğine sahip canlılardan olan kuşları geride bıraktığını göstermiştir.
Brown Üniversitesi araştırmacıları, yarasaların kuş ve güve gibi mükemmel uçuş tekniğine sahip olan canlılardan bile daha az enerji harcayarak uçtuğunu tespit etmişlerdir. Bu uçuş tekniğini anlayabilmek için bir çalışma yapmışlardır. Yarasanın kanat hareket yapısını tam olarak anlayabilmek ve kanatlardaki ufak değişikliklerin etkisini ölçmek için öncelikle mekanik bir kanat tasarlamışlar ve yarasanın kanat yapısından, yer değiştiren havanın hacmine kadar uçuşun hemen hemen her yönündeki değişikliklerin etkisini ölçerek, yarasa kanatlarının çalışma sistemini anlamaya çalışmışlardır. Araştırmalar; çırpma frekansı, çırpma genliği, yere göre çırpma açısı, kanatları aşağı indirme ve geriye katlama derecesi gibi kanat performansının 5 ana yönüne odaklanmıştır. Daha sonra tasarlanan mekanik kanatlarla yapılan uçuş videoları izlenmiştir. Bu teknik çalışma sonucunda elde edilen sonuçlar oldukça ilginçtir: Yukarı vuruş boyunca kanat çeperlerinin katlanması, aerodinamik verimliliği %50 oranında arttırmıştır.
Araştırmalar yarasaların, yükselebilmeyi ve manevra yapabilmeyi, kuşlardan oldukça farklı bir yol izleyerek başardığını ortaya koymuştur. Yarasaların kullandığı bu teknik, aerodinamikçilerin, uçuş modelleri için kullandıkları birçok ilkeye aykırıdır.
10-30 gram (yaklaşık 1-2 çay kaşığı kadar çay şekeri) ağırlığındaki ve iki kanat ucu arası mesafesi 25-30 cm (yaklaşık bir insan eli) uzunluğunda olan yarasalar, çok farklı hareketler oluşturabilir. Kanat çırpışları sebebiyle, hava akımında bıraktıkları izler, yarasalara özel, çok farklı bir model oluşturur. Bu fark, yarasaların, kendilerine özgü yukarı doğru kanat vuruşlarından kaynaklanır. Buna da, belirli gerilim düzeylerinin korunmasına ihtiyaç duyan yarasa kanadının, katlanabilir ince derisi (patagium) sebep olur.
Araştırmacılar, aerodinamik tünel deneyleriyle yarasanın kanadında dört parmak arasında gerilen ince deri tabakasının uçmaya olan etkisini incelemişlerdir. Yarasalarda ön kol ve parmakları oldukça uzundur. Bunların üzerinde gerili durumda bulunan deri örtüsü kanat görevini üstlenmiştir. Uçmayı sağlayan bu iki katlı deri örtüsüne “patagium “adı verilir ve bu örtü ayaklarla kuyruk ucuna kadar uzanmıştır. Patagium omurgalı sınıfına dahil olan bazı türlerde de bulunur. Fakat bu uçma derisi ile gerçekten aktif uçabilen tek tür yarasalardır. Patagium yani yumuşak kanat malzemesi yarasanın kanadının katlanmasına ve belirli bir vuruş hareketiyle bir kuştan bile daha etkili olarak havanın uzaklaştırılmasına olanak verir. Bu aşağıya inişte havayı kavramak için oluşacak kaldırma hareketinin kanatlar geri geldiği zaman bozulmayacağı anlamına gelir. Yukarı vuruş boyunca kanat çeperlerinin katlanması, aerodinamik verimliliği artırır. Kuşların kanatlarına zıt olarak, yarasaların kanatları, gergin bir durumda tutulmalıdır. Aksi takdirde yarasanın kanat çırpmaları boşuna olacaktır. Yarasaların uçuş esnasında, kanadının ne kadar bükülüp katlanacağına dair sınır değerleri vardır.
Yapılan araştırmalar sonucunda elde edilen bulgular yarasaların kanatlarını kullanmadaki mükemmel detayı gözler önüne sermektedir. Aklı ve bilinci olmayan yarasaların hayranlık uyandıracak bu davranışları mühendislere de ilham kaynağı olacak niteliktedir. Çünkü yarasaların genetik yapısında bulunan ve bilimin yeni keşfetmeye başladığı bilgiler uçuş teknolojilerinin geliştirilmesine yardımcı olabilir. ‘Yarasalar üzerindeki bazı biyolojik esaslar dikkate alınarak hava araçları daha iyi manevra yapabilir hale getirilebilir.’ Nitekim aerodinamik verimliliği yüksek, çevik ve muazzam manevra kabiliyetleri olan yarasaların kanat yapıları robot teknolojilerine ilham olmaktadır. Uçan robotların tasarlanmasında yarasa kanatlarının çalışma prensiplerini düzenleyen genetik bilgiler araştırılmaktadır. Yarasa kanatlarındaki benzersiz dokunmatik alıcılar teknolojik aletlere ilham kaynağı olmaktadır. Bu konudaki araştırma sonuçları 30 Nisan 2015 de Journal Cell Reports’da yayınlanmıştır.
Yarasa kanatlarındaki ince kaslar uçuş sırasında hassas ayar yapmaya ve kanat derisinin güçlenmesine yardımcı olur
Uçuş esnasında yarasaların kanat derilerinde gömülü olan ve adeta bir ağ gibi yapılanmış saç teli inceliğindeki kaslar, uçarken kanatların şeklini, sertliğini ve kanat çırpma sırasında farklı noktalarda kanadın eğimini değiştirmeye yardımcı olur.
Brown Üniversitesi Biyoloji bölümünden Jorn Cheney bu fiziksel harikayı şöyle açıklar:
“Aerodinamik performans kanadın şekline bağlıdır. Uçuşun başlangıç anında zar kanatların şekli düz olabilir fakat yükselme başladıkça düz kalmaz. Aerodinamik yüke karşılık olarak biçim değiştirmesi gerekecektir.”
“Kanadın aldığı şekil ve açı hayvanın yere çakılması gibi büyük bir risk veya çok başarılı bir sonuçla neticelenebilmesi nedeniyle çok önemli. Yarasa kanatlarında bulunan kaslar kemiklerin genel şeklini de kontrol edebildiği için çok sayıda biçim alabilmektedir.”1
Saç teli kalınlığındaki bu kaslar (plagiopatagiales) kanada şekil vermekte oldukça etkindir. Plagiopatagiales kasları derinin sertliğine etki eder. Kaslar aşağı çırparken sertleşir, yukarı çırparken gevşer. Bu tipik kanat çırpma hareketi esnasında yarasaların kaslarını açık ve kapalı konuma getirdiklerini gösterir. Kaslar tek ve ayrı hareket etmezler. Bunun yerine bir arada eşzamanlı hareket ederek, kanadın sertleşmesi için birlikte toplu güç uygularlar. Farklı uçuş hızları ve zamanlama kasları aktif hale getirir. Yarasalar hızlanarak uçtuklarında, kaslar yukarı ve aşağı vuruşlar sırasında daha hızlı gerginleşirler. Bu biçimde kaslar pasif olarak hareket etmez, -uçuş şartlarına göre- aktif ve toplu hareketler yapabilirler. Bu da yarasalara uçuş esansında hassas bir ayar yaptırır.
Yarasa Kanatlarındaki Özel Duyu Hücreleri
Yarasalar havada kanat çırparken bir anda duraklayabilir, dalışa geçebilir ve muazzam bir çeviklikle yönlerini değiştirebilir. Fakat bu çevik hareketleri gerçekleştirmesinde navigasyon sistemi kadar kanatlarındaki özelliklerinin de etkisi vardır. Yarasa kanatları üzerinde yapılan araştırma sonuçlarına göre, yarasa kanadındaki kıllar, kanatlarda bulunan minik duyusal hücrelerle ilişkilidir ve bu hücreler büyük ihtimalle yarasaya ikinci saniyede kanatların şeklini değiştirmek için olanak verir ve bu canlıya havada etkileyici manevra yeteneği kazandırır. Ayrıca Johns Hopkins Üniversitesinde Nörolog olan Cynthia Moss yarasaların kanatlarının sadece uçmak için değil, avlarını yakalamak ve yavrularını kucaklamak içinde kullandıklarını belirtmekte, yarasalarının kanatlarının el- kanat işlevine sahip olduklarına dikkat çekmektedir. Yarasa kanatlarına özel bir işlev kazandıran kılların bu canlıların uçuşu esansındaki üstlendikleri görev deneysel bir çalışma sonucunda kanıtlanmıştır. Moss ve arkadaşları ilk olarak yarasa üzerindeki bu minik kılları incelemiş ve bu kılların yokluğunda yarasanın uçuşunun nasıl etkileneceğini kaydetmişlerdir. Bunun için yarasa kanatları geçici süreyle kılsız hale getirildikten sonra, uçuş davranışları değerlendirilmiştir. Araştırmacılar kanatlar kılsız olduğunda, yarasaların bir objeye yaklaştıklarında çabucak yavaşlayamadıklarını tespit etmişlerdir. Yarasaların havada dönüşleri eskiye göre daha az sıklıkta olmuştur. Yapılan nörolojik çalışmalar kılların hava kabarcıklarıyla ve hafif dokunuşlarla uyarıldığında yarasaların beyin hücrelerinin cevap verdiğini de ortaya koymuştur.
Moss ve onun laboratuvarındaki bilim adamları daha fazla bilgi edinebilmek için Kolombiya Üniversitesi’nden dokunma reseptörlerinde uzmanlaşmış Ellen Lumpkin ile daha geniş kapsamlı bir çalışma da yürütmüşlerdir. Yapılan bu çalışma sonucunda ince bir dokunuş için yaratılmış, “Merkel hücreleri “ olarak adlandırılan duyusal sensörleri belirleyebilmeyi başarmışlardır. Merkel hücreleri derideki titreşimsel hisleri algılayan hücrelerdir. Cilde temas eden cisimlerin, dokuların ve şekillerin belirlenmesine yardımcı olurlar. Araştırma sonuçlarına göre; Merkel hücreleri kanatlar üzerindeki ince kıllarla yakından ilişkilidir. Bazı kanat tüylerinin %47’si foliküllerin bitişiğinde Merkel hücrelerine sahiptir. Bu biçimde kıllar kaldıraç olarak hizmet ederek hareket ettiklerinde reseptörleri aktif hale getirirler. Diğer mızrak uçlu sonar adı verilen duyusal hücreler de bu tüylerin yanında bulunur. Bu hücreler de yarasalara kanatların üzerindeki hava akımıyla ilgili çok hızlı bir bilgi sağlar.
Araştırmacılar ayrıca kanattan omuriliğe kadar bir sinir yolunu takip ederek yarasaların memeli canlılara arasında örnek bir canlı olarak var olduğunu ortaya koymuşlardır. Çoğu memelide, el ve ön ayaklar kendi sinyallerini gövdedeki torasik omurgaya doğru dalan bir kaç sinirle birlikte, boyundaki servikal omurgaya gönderir. Yarasalar ise bunun aksine hem gövde hem de boyuna yönelen sinir yollarına sahiptir. Bunun nedeni; yarasanın kanadının bu kısmının doğum öncesi gelişim sırasında gövde dokusundan gelişmesine bağlıdır. İşte bu ayırt edici detay yarasaların uçuş esansında hızlı ve kıvrak hareketler yapabilmesine olanak tanır.
Yarasanın kanatlarında sahip olduğu bu mükemmel sistemler, son derece kompleks manevra sistemleri, kusursuz çalışan bir kumanda sistemi görevi gören beyin tarafından yönlendirilmektedir. Beyin, mükemmel bir bilgisayar gibi kanat üzerinde yerleştirilmiş olan algılayıcılardan hava akımlarının özellikleriyle ilgili olarak iletilen verileri yorumlamakta ve ilgili sinir kas sistemlerine hatasız işleyen komutlar göndermektedir. Ancak konu üzerinde biraz düşünecek olursak, yarasanın kanat, parmak, kas, beyin gibi organlarının aslında hücrelerden meydana geldiğini, hücrelerin ise herhangi bir şuurdan yoksun moleküllerden oluşan bir bütün olduğunu görürürüz. Peki ama tüm bu hücreler nasıl olup da yerli yerinde bulunarak mükemmel bir işbirliği ve iletişim ağı oluşturabilmekte, yarasanın uçması için gerekli işlemleri gerçekleştirmeyi nasıl olup da üstlenebilmektedirler?
Milyarlarca hücre arasında neden bir başıbozukluk ve kargaşa ortamı oluşmamakta, tüm hücreler ait oldukları dokuların işlevlerini yerine getirmeyi neden bir görev bilmektedirler? En gelişmiş laboratuvarlarda çalışan bilim adamlarının dahi merak ve hayranlığını çeken bu sistemleri ilk olarak bu hücrelerin planlamış olmaları mümkün müdür?
ABD Wyoming’de bulunmuş olan, bilinen en eski yarasa fosili. 50 milyon yıllık bu fosil ile bugün yaşayan yarasalar arasında hiçbir fark yoktur.