Floresan Hayvanlar Neden ve Nasıl Işık Saçıyor?

Bilim insanları karanlıkta göremediğimiz floresan ışıkla parlayan canlılar keşfediyor. Akrepler, denizanaları, balıklar ve hatta bir uçan sincap türü morötesi ışıkta mavi, yeşil veya pembe renkte parlıyor. Peki neden bazı hayvanlar siyah ışıkta farklı renklerde parlıyor ve biz insanlar biyofloresans ile uzayda nasıl hayat ararız?

Floresan hayvanlar

Bir akrebi alıp morötesi ışıkla aydınlatırsanız floresan lamba gibi parlayacaktır ki buna bazı balıklar, amfibiyanlar (semenderler gibi iki yaşamlılar), sürüngenler ve kuşlar dahildir. Hatta siyah ışık altında pempe pembe parlayan bir uçan sincap türü bile var. 🙂

Peki bazı hayvanlar neden siyah ışıkta farklı renklerde parlıyor? Doğada buna biyofloresans diyoruz. Yapılan son araştırmalara göre, bu özellik hayvanların evrimi kadar eski ve yüz milyonlarca yıl öncesine uzanıyor Ancak önce terimleri netleştirelim: Ateş böcekleri aktif olarak ışık saçıyor, yani ışık saçmak için gereken biyokimyasal enerjiyi kendi üretiyor. Bunu biyolüminesans olarak adlandırıyoruz.

Öte yandan, yazının konusu olan biyofloresans kimyasal reaksiyonla gerçekleşen bir süreç değildir. Biyofloresan hayvanlar, arılar gibi morötesi ışığa (siyah ışığa) duyarlı olan diğer canlıların gözünde floresan lamba gibi parlar; ama asılında bu bir tür pasif ışık saçma olayıdır.

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

 

Floresan hayvanlar radyoaktif mi?

Aslında değil; çünkü fosforlu boya gibi karanlıkta parlamıyorlar. Sadece siyah ışık altında farklı renklerde gözüküyorlar. Öyleyse biyofloresan hayvanlar hakkında bilmemiz gereken ilk şey floresan özelliği ile fosforlu boyanın aynı şey olmadığıdır.

Sonuçta fosforlu boyalar, radyoaktif fosfor atomları içerdiği için karanlıkta parlar (radyoaktif fosfor izotopları bozunurken karanlıkta ışık saçar). Öte yandan, bir hayvanın loş veya karanlık ortamlarda çıplak gözle görülecek kadar güçlü ışık saçması için kanında yüksek oranda radyoaktif madde olması gerekir. Bu da canlıyı öldürür.

Dolayısıyla biyofloresan hayvanlar fosforlu boya içermiyor. Bunun yerine, vücutları mavi ışığı emiyor ve farklı renklerde yansıtıyor. Bu da ilginç bir olay; çünkü atomlar, ışığı oluşturan fotonları emdikten sonra, aldığı enerjiyi genellikle aynı frekansta ışık saçarak yayınlar. Hatta mavi tişörtlerin mavi olmasının nedeni bunun dolaylı bir sonucudur:

Mavi boya, ışığın mavi renge karşılık gelen dalga boyunu emmek yerine uzaya yansıtır ve göze mavi görünür. Floresan hayvanların vücudundaki pigmentler ve diğer maddeler de mavi ışığı emer; ama bunu farklı dalga boylarında, yani farklı renklerde uzaya yansıtır. Böylece siyah ışık altında genellikle kırmızı, turuncu ve yeşil renkte, bazen de mor ile pembe renkte parlar. Peki neden öyle?

İlgili yazı: Yapay Zeka Nedir ve Nasıl Çalışır?

 

Canlılar nasıl floresan oluyor?

Eskiden sadece mercanlar ve bazı denizanalarının siyah ışıkta böyle parladığını sanıyorduk. Ancak, diğer hayvanların da siyah ışıkta parlayabildiğini gördük. Şimdi bunu nasıl yaptıklarını görelim:

Normalde hayvanlara rengini veren şey pigment denilen organik boyalardır. Bunlar deri, kuş tüyü, kıl ve kürklerde birikir. Örneğin, kırmızı pigmentler yeşil ve mavi ışığı emerken kırmızı dalga boylarını yansıtır. Siz de bunu kırmızı renk olarak görürsünüz.

Floresan hayvanlar ise pigmentlerinde azot gibi floresan atomlar içerir. Bunlar da ışığı emer ve yansıtır. Ancak, ışığı daha düşük enerjili fotonlar yayarak yansıtır. Böylece yüksek frekanslı enerji ve sıcak renkleri emdiği zaman, bunu düşük frekanslı renkler halinde yansıtır.

Şimdi bizim ünlü uçan sincaba siyah ışık tutunca, onu insan gözünün göremediği morötesi ışık saçan bir lambayla aydınlatmış oluyorsunuz. Morötesi ışığın dalga boyu görünür ışık renklerinden kısa, frekansı yüksektir ve dolayısıyla morötesi ışık daha enerjiktir. Uçan sincabın pigmentlerindeki floresan atomlar morötesi ışığı emer ve düşük enerjili pembe renkte yayınlar. Renk farkı bundandır.

İlgili yazı: Yapay Zeka Süper Zeki Olacak mı?

 

Karbon içeren floresan maddeler

Elbette floresan özelliği azot atomlarıyla ve hayvanlarda bulunan organik pigmentlerle sınırlı değil. Doğada bu özelliğe sahip başka atomlar ve kimyasal maddeler de var. Hatta yeraltında floresan kayalar ve mineraller bulunuyor.

Ancak, her kimyasal madde canlı hayatına uygun değil. Biz de canlıların pigmentlerine bakınca bunların özel bir floresan madde içerdiğini görüyoruz: Organik floresanlar birbirine bağlanan mikroskobik karbon atomu halkalarından oluşan moleküllerdir (bunlara floresan proteinler diyoruz).

Örneğin, balıkların siyah ışıkta yeşil renkte parlamasına yol açan floresan proteini (GFP) ele alalım. Resimde gördüğünüz gibi protein molekülünün ortasındaki atom halkaları yüzünden yeşil yeşil parlıyor.

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Floresan pigmentler nasıl evrim geçirdi?

Evrimsel biyolojinin en büyük gizemlerinden biri de bu tür floresan proteinlerin hayvanlarda nasıl ortaya çıktığını bulmaktır: Sonuçta benzer floresanların, evrim sürecinde yakın tarihte ortaya çıkan ve birbiriyle yakın akraba olan hayvanlarda bulunmasını beklersiniz.

Mesela insanlar floresan olsaydı, kuzenimiz şempanzelerin de insanlarda bulunan pigmentlerle floresan olması, kurbağaların insan pigmentleriyle floresan olmasından daha mantıklı olurdu. Oysa uzak akraba olan hayvanların da benzer pigmentlerle floresan olduğunu görüyoruz.

Elbette bunun evrimsel bir açıklaması var: Yakınsayan evrim. Buna göre, sürüngenler ve iki yaşamlılar gibi farklı canlı türleri, birbirinden bağımsız olarak ve milyonlarca yıl arayla benzer şekilde evrim geçirebilirler. Böylece benzer pigmentler farklı canlılarda bağımsız olarak ortaya çıkar.

Ancak, floresan pigmentler birbirine o kadar benziyor ki bunların yakınsayan evrimle bağımsız olarak ortaya çıkma şansı çok düşük. Evrimde akıllı tasarım söz konusu olmadığına göre, geriye bir tek açıklama kalıyor: Floresan pigment proteinleri evrim sürecinde çok erken ortaya çıktı.

İlk hayvanların oluşumu

Dünya’daki ilk çok hücreli canlılar 800 milyon yıl önce ışık gören sığ deniz diplerinde ortaya çıktı ve iki yönlü simetri sayesinde ağaç yapraklarına benzeyen ilk hayvanlar da 630 milyon yıl önce belirdi. Sonrasını biliyorsunuz: Denizanaları, balıklar, karaya çıkan ilk iki yaşarlılar, sürüngenler, dinozorlar, kuşlar, memeliler… Peki öyleyse neden bugün bütün hayvanlar floresan değil?

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Floresans genini nasıl kaybettik?

Günümüzde hayvanların sadece küçük bir kısmı siyah ışıkta farklı renklerde parlayan floresan canlılardır. Bu da birçok hayvan türünün, biyofloresans genlerini son 500 milyon içinde kaybettiğini gösteriyor. Bunun nedenini bilmiyoruz.

Belki de sebebi çekirdek DNA’sı olmayan, yani DNA’sı çekirdek zarıyla izole edilmemiş olan bakterilerde sık görülen yatay gen transferi olayıdır. Yatay gen transferi, bakterilerin evrim sürecinde antibiyotiklere her yedi yılda güçlü bağışıklık kazanmasını sağlıyor.

Ancak, çekirdek zarlı hücrelerden (ökaryotlardan) oluşan çok hücreli canlılar ve özellikle de bunların en karmaşık türevi olan hayvanlarda bu olay nadir görülüyor: Yatay gen transferinde bazı genler bir canlıdan diğerine geçiş yapıyor. Floresans genleri de kurbağadan sincaba sıçramış olabilir.

Peki neden sıçrasınlar? İşte bunu bilmiyoruz. Belki de tıpkı insan türünün birden çok atanın birleşmesiyle ortaya çıkması gibi (Bkz. Çoklu Adem), kurbağa ve sincapların ortak atası da daha eski olan ve genleri benzediği için birbiriyle çiftleşebilen farklı öncül atalardan ortaya çıktı.

Floresan gen detektifleri

Bu öncül atalar floresans geni taşıyorsa onlardan türeyen kurbağa ve sincaplar da içerecektir. Sorun şu ki sincap ailesinde sadece tek bir uçan sincap türü bu genleri içeriyor. Diğerlerinin ise neden yitirdiğini bilmiyoruz. Bilmiyor olmak da gayet normal; çünkü gözlerimiz morötesi ışığa duyarlı değil:

İlgili yazı: İnsanlığın Sonunu Getirecek En Tehlikeli 5 Teknoloji

 

Neden morötesini görmüyoruz?

Eğer görebilseydik kırmızı ile koyu kırmızıyı birbirinden ayırt edemeyecektik. Ancak, çiçekleri arıların gözüyle görecektik! Kısacası morötesi ışığa duyarlı olmanın bir tür renk körlüğüne yol açtığını söyleyebiliriz. Belli ki evrim sürecinde morötesini görmek insan türünün hayatta kalma şansını artırmamış. Biz de bu özelliğe sahip olmamışız.

Neyse ki bilim insanları artık bulabildikleri bütün hayvan türlerine siyah ışık tutuyor ve hangilerinin farklı renklerde parladığını not alıyor. Nitekim floresans hayvan türleri listemiz genişledikçe floresans genlerin hayvanlarda nasıl ortaya çıktığı ve neden birçok hayvanda pasifleştiğini anlama şansımız da artacak; çünkü hayvanların soyağacını daha net çıkarabileceğiz.

İlgili yazı: Büyük Patlama Öncesinde Ne Vardı?

 

Bazı hayvanlar neden floresan?

Hayvanlar renkleri kamuflaj amacıyla ve iletişim kurmak için kullanır. İlki belli: Ormanda yaşayan bir hayvan yeşil ve kahverengi renklere bürünerek kendini fonda gizler. İletişim de örneğin kur yapan bir hayvanın dikkat çekmesinde veya kurbağanın zehirli olduğunu göstermekte kullanılabilir. Peki sadece morötesi gören hayvanların gözünde farklı renkte görünmenin ne avantajı olabilir?

Gerçekten de emdiği ışıktan daha düşük enerji yayan floresan pigmentlerin belirgin avantajları var. Örneğin sığ su mercanları güneşten gelen zararlı morötesi ışınlara bütün gün maruz kalıyor ve genetik hasarı önlemek için floresan pigmentleri güneş kremi gibi kullanıyor. Floresan pigmentler, morötesi ışığın kanserojen olmasını sağlayan ek enerjisini emerek organizmayı koruyor.

Aslında mercanlar floresan pigmentleri kullanarak üzerlerinde yaşayan ve kendilerinin de yaşaması için gereken besinleri üreten algleri korumuş oluyor. Derin su mercanları da floresan; ama asıl problemleri güneşe karşı koruma değil tabii. Sonuçta derin sulara yeterince ışık ulaşmıyor. Derin su mercanları da floresan pigmentleri yine kendilerini yaşatan alglere enerji sağlamakta kullanıyor.

Nasıl yani?

Sıvı su ışığı farklı şekillerde emiyor. Özellikle de tuzlu su büyük fark yaratıyor ve daha çok mavi ışığı geçiriyor. Bu yüzden derine daldıkça renklerin maviye kaydığını görüyorsunuz. Oysa mavi renk de derin su mercanlarına ulaşmıyor: Mercanlar kendilerine ulaşan az miktardaki ışığı düşük enerjiyle olsa dahi farklı renklerde yansıtan floresanlar kullanıyor ve turuncu, sarı, kırmızı ışıkla algleri besliyor.

İlgili yazı: Mobil İnternette Video İzleme Rehberi

 

Floresan navigasyon

Derin deniz balıkları floresan pigmentleri karanlıkta görünmek ve eşleri tanımak için kullanıyor. Diğer balıklar ise floresan ışıkla önünü el feneri gibi aydınlatıp deniz tabanında saklanan avlarını arıyor. Ancak, en güzel floresan uyarlamalardan biri karada yaşayan akreplerde görülüyor.

Bazı araştırmacılara göre karanlıkta sadece siyah ışıkta görülecek şekilde parlayan akrepler, aslında türdeşlerine ve farklı renk tonlarına duyarlı gözleriyle çevrelerine bakarak ay ışığını algılıyor. Ay ışığı akreplerin floresan tonlarını değiştiriyor ve ay ışığıyla aydınlanan yerleri fark edip uzak duran akrepler de kendilerini avlayacak yırtıcılardan saklanmış oluyor.

Önemli akrep bilgisi

Akrepler morötesini göremez; ama insanların göremediği renk tonlarını görebiliyorlar. İşte bu sayede ay ışığında değişik renklerde parladıklarını fark ederek etrafın ne kadar aydınlık olduğunu anlıyor ve ışıktan kaçıyorlar. Hatta kabuklarını saran sinir uçları sayesinde mavi-yeşil ışığı vücutlarıyla algılıyor olabilirler. O zaman akrepler mobil ay ışığı sensörüne dönüşüyor demektir.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Floresan canlılar

Buraya kadar floresan hayvanları anlattık ve ortak atalarının floresan olmasına rağmen, birçok hayvanın bu özelliği kaybettiğini söyledik. Oysa floresans hayvanlar arasında nadir olsa da bitkileri işin içine katınca canlılar dünyasında gayet yaygın bir olay olduğu ve floresan olmayan insan türünün de göreli istisna olduğu ortaya çıkıyor.

Nitekim bitkiler fotosentezle ışığı biyokimyasal enerjiye çevirirken kızılötesi dalga boyunda parlar; çünkü enerjinin tamamı yararlı işe dönüşemez ve bir kısmı atık ısı olarak ortama kaçar. Kızılötesi (termal) ışık aslında bizim ısı olarak algıladığımız şeydir; ama bazı hayvanlar ısıyı gözüyle görebilir ve bu sayede, karanlıkta avlarının veya kendilerini avlayacak yırtıcıların vücut ısısını seçebilir.

Sonuçta bitkiler güneş ışığından aldıkları enerjinin kullanamadıkları kısmını düşük enerjili floresan kızılötesi radyasyon ile dışarı atıyorlar. Ancak, termodinamiğin doğal bir sonucu olan bu olayın bitkiler için özel bir kullanımı veya yararı yoktur. Öyleyse abartmamak lazım:

Biz insanlar morötesi ve kızılötesini göremediğimiz için floresan canlılar bizi şaşırtıyor. Oysa buna gerek yok. 1994 yılında çevirdiğim Marvel Barbar Conan çizgi romanında Conan, Nemedya ormanlarında görünmez bir iblisi suya atıp sudaki gölgesine bakarak öldürür. Sonra da avcılara dönerek derk ki “Köpeğiniz yaşasaydı söylerdi. Nasıl ki köpeğin işittiği ama bizim duyamadığımız sesler var, o da göremediğimiz renktendi!”

İlgili yazı: Çoklu Adem: İnsan Türünün Birden Fazla Kökeni Var

 

Floresan öte gezegenler

Nitekim floresan ışık Güneş Sistemi dışındaki öte gezegenlerde hayat aramamızı kolaylaştırabilir. Bugünkü TESS ve özellikle de iki yıla uzaya fırlatılacak olan kızılötesi James Webb uzay teleskopu, öte gezegenlerin atmosferindeki floresan ışığa bakarak uzayda hayat arayacak.

Elbette bunun için farklı dalga boylarını taramak gerekiyor ki bitki örneğinde olduğu gibi, kızılötesi radyasyon sadece bir gezegenin sıcaklığını gösterir. Mutlaka o gezegende hayat olduğunu göstermez; ama Dünya’da organik ve inorganik floresan boyaların bir listesini çıkarıyoruz.

Neden derseniz: Öte gezegenlerin yıldızları morötesi ışığı arttıran bir güneş püskürmesine yol açarsa gezegenlerini de morötesi ışıkta aydınlatacaktır. Biz de bu gezegenlerin atmosferine morötesi ışıkta bakarak hayat barındırıp barındırmadığını anlayabiliriz.

İlgili yazı: Okyanuslar Hakkında Yanıtını Bilmediğimiz 7 Soru

 

Nesnelerin interneti ve endüstri 4.0

Şirketlere dijital dönüşüm ve endüstri 4.0 entegrasyon süreçlerinde danışmanlık yaparken doğal olarak maliyetlerin düşürülmesine de odaklanıyorum. Aslında nesnelerin internetini (IoT) oluşturan sensör denizinin ana amaçlarından biri maliyetleri düşürmektir.

Ancak, IoT sensörleri enerji tüketimini azaltmak için düşük enerjiyle çalışmak zorunda. Bunun bir yolu da floresan boyalar kullanmak. Mini çipler, hibrit frekanslı mikro güneş panelleri kullanarak çalışması için gereken enerjiyi gün ışığı veya lamba ışığından üretebilir.

Kullanamadığı enerjiyi de farklı renkler veya termal radyasyonla ortama yayabilir. Hatta bir kısmına mesaj kodlayabilir (ortam verilerini yakın sensörlere doğrudan kablosuz bağlantıyla aktarmak gibi). Floresan ışık saçmak sensörlerin birbirini görmesini ve az enerjiyle çok veri toplamasını sağlayacaktır.

Kısacası floresan nesnelerin interneti sensörleri karanlık fabrikaların verimliliğini artıracaktır. Aynı zamanda, karanlıkta robotların gözleri için elektrik kullanmadan aydınlatma sağlayarak fatura bedelini ekstra azaltacaktır. Floresan boyalar askeri birliklerin gece intikalini de kolaylaştırabilir.

İlgili yazı: Bilimin Henüz Yanıtlamadığı 7 İlginç Soru

 

Geleceğe floresan ışıkta bakış

Peki günümüzde cafe-restoranlarda tavana takılan kızılötesi lambalarla uzaktan şarj olan akıllı telefonlar olduğunu biliyor musunuz? Onu da Lights termal kablosuz şarj yazısında okuyabilirsiniz. Morötesi Işıkla 80 Kez Yazılan Optik Kağıda göz atabilir ve Evrendeki İlk Yıldızların neden morötesi ışık saçtığına bakabilirsiniz.

Hatta hızınızı alamayarak floresan yapay yaprak ile 5 kat verimli fotosentez yapan ve böylece notebook şarj eden elektronik saksı güllerini nasıl geliştireceğimizi inceleyebilirsiniz. Yapay yaprak ile hidrojen yakıt hücreleri için gereken hidrojeni ve oksijeni nasıl üreteceğimizi ise ayrıca analiz edebilirsiniz. İstanbul’a bile yaz gelmişken hepinize güneşli, muhteşem bir hafta dilerim.

Floresan mercan resifleri

¹Biofluorescent worlds: global biological fluorescence as a biosignature
²Fluorescent proteins function as a prey attractant
³The evolution of genes encoding for green fluorescent proteins (pdf)