İpek İpliklerin Esnekliği

İplik, örümceğin kullanım amacına göre farklı özellikler gösterir. Örneğin yapışkan ipek, tutunma ipinin ipeğini yapan salgı bezlerinden farklı bezlerde üretilir, daha ince ve daha esnektir. Kimi durumlarda %500-600 oranında esneyebilir. Bunun nedeni ipeği oluşturan yan zincir amino asitlerinin düzenli bir kristal yapı içerisinde sıralanmalarıdır. Bu kristaller, beta örgülü tabakalara bağlı olmayan, amino asitlerden oluşmuş kauçuk benzeri bir maddeyle kaplanırlar. Yüksek bir entropiye sahip bu maddeler, ipeğe kauçuktaki gibi olağanüstü bir esneklik verirler. Yapışkan ipliğin esnekliği, uçan böceklerin yavaşça durdurulabilmelerini sağlar. Böylelikle ağın kopma olasılığı düşmüş olur. Kullanılan zamk ise daha farklı özelliklere sahip salgı bezleri grubunda üretilir. Bu madde o kadar yapışkandır ki, böcekler bu ağlara yakalandıklarında asla kurtulamazlar.

Örümceklerin İplikleri Çelikten Daha Sağlamdır

Örümcek ipliğine çelikten sağlam olma özelliğini kazandıran proteinlerden en önemlisi "skleroprotein"dir. Örümcek bu maddeyi arka bacaklarının uç kısımlarındaki iplik yerlerinden elde eder. Bu protein sayesinde üretilen iplik son derece sağlamdır. Öyle ki elli metre genişliğinde bir ağı örebilecek büyüklükte bir örümcek olsaydı, bu ağ ile bir uçağın durdurabileceğini söylemek mümkün olurdu.

İpliğin sağlamlığını atomik yapısı sağlar. İplik serbest haldeyken onu oluşturan atomlar düzensiz bir haldedir. Bu durum ipliğin gerilmesine imkan tanır. Ancak iplik gerildikçe bünyesindeki atomlar düzenli bir hal alırlar. Serbest bırakıldıklarında ise tekrar eski hallerine dönerler.

Herhangi bir ipi fazlaca gerdiğimizde genellikle ip birdenbire kopar. Bunun nedeni ipin yüzeyinde oluşan çatlakların hızla büyümesidir. Çatlamanın hızla gerçekleşmesinin nedeni ise, ipe etkiyen kuvvetlerin, herhangi bir karşı kuvvet olmadığı için çatlağın etrafında yoğunlaşmalarıdır. Oysa örümcek ipini oluşturan (kauçuk matristeki) kristalize yapı, çatlamayı oluşturan kuvvetleri zayıflatarak, bunları bölen birer engel oluşturur. Bu da ipliği dayanıklı kılar.

Gerilim altındaki bir malzeme için küçük bir yüzey hasarı bile oldukça tehlikelidir. Fakat bu risk örümcek ipliğinde alınan bir tedbirle önlenmiştir. Bahçe örümceği ipliği üretirken, aynı anda üzerini sıvı bir madde ile kaplar, böylece iplikte meydana gelebilecek çatlamalar baştan önlenmiş olur. Örümceklerin milyonlarca yıldır uyguladıkları bu yöntem günümüzde çok büyük yük taşıyan ve çok sağlam olması gereken endüstriyel kablolarda kullanılmaktadır.

Şu ana kadar geçen açıklamalar mevcut mucizevi bir yapının teknik açıklamalarıdır. Öyleyse burada biraz düşünmek gerekir. Bu teknik izahların ardında yatan gerçek nedir? Örümceğin ne proteinlerden, ne de atomun kristal yapılarından haberi olmadığı açıktır. Kimya, fizik veya mühendislik dallarıyla herhangi bir ilgisi de yoktur. O, düşünme yeteneği olmayan bir böcektir. Sahip olduğu özellikler ise hiçbir şekilde tesadüfle açıklanamayacak kadar komplekstir. Peki o zaman bütün bu hesapları, planlamaları yapan kimdir? Örümceğin ağı, ipliği, avlanması ve yaşamı detaylı şekilde incelendikçe karşımıza çıkan kusursuz teknik yapının kendi kendine oluşmasının mümkün olmadığı hemen görülmektedir.

Bahçe Örümceklerinin Şaşırtıcı Ağ Kurma Teknikleri

Bahçe örümcekleri yuvalarını sağlamlaştırmak için "şakül" kullanırlar. Örümcek ağlarında dışarıdan çevrelenen iplikçik, 4 ile 6 adet tutunma noktasında sağlam hale getirilir ve böceğin uçuşu için dikey olarak asılır. Bundan başka örümcekler ağlarını, dışarıdan çerçeveleyen iplikçiğin alt ortasından kısa saplı bir ipliğe bağlı bir ağırlıkla gergin hale getirirler. Bu ağırlık havada sallanarak ağı sağlam hale getiren bir taş parçası, bir ağaç parçası ya da bir salyangoz kabuğu olabilir. Bilim adamları ağa asılı durumda bulunan ağırlığı hafifçe yukarıya kaldırdıklarında ve tekrar serbest sallanmasını engellediklerinde, yuvasında beklemekte olan örümceğin hemen geldiğini ve şakülü kontrol ettiğini, daha sonra da ağırlığın tekrar havada serbest olarak sallanabilmesi için örümceğin ipliği kısalttığını gözlemlemişlerdir. Gözlemlerinden çıkardıkları sonuç bütün bu hareketlerin örümcek tarafından ağın sağlamlaştırılması için amaçlı olarak yapıldığıdır.

Dünyanın En Amansız Tuzağı

Örümcek ağına takılan bir av için yapacak fazla bir şey yoktur. Kurulan tuzak o kadar ustalıkla hazırlanmıştır ki, kurban çırpındıkça ağ esnekliğini kaybederek, avı daha sıkı sarar. Kurban biraz zaman geçip tamamen güçsüz düştükçe, ağ da ilk haline göre giderek daha sağlam ve sert bir hale gelir. Böylece bir köşede hayvanın umutsuzca çırpınmasını izleyen örümcek, sonunda tamamen bitkin düşmüş, kapana kısılmış avını rahatça öldürebilir.

Bir kurban ağa takıldığında olması beklenen; böcek çırpındıkça ağın deforme olması ve kısa sürede hayvanın tuzaktan kurtulmasıdır. Fakat bunun tam tersi gerçekleşir ve ağ katılaşarak böceği tamamen hareketsiz bırakır. Nasıl olup da bir ağ, yakalanan kurban çırpındıkça daha sağlam bir hale gelmektedir?

Bunun cevabı ipeğin yapısı incelendiğinde verilebilmektedir. Örümceğin yakalama ipeği havadaki nemin de etkisiyle yeni bir yapıya dönüşmektedir. Bu değişim şöyle gerçekleşir:

Bahçe örümceğinin spirali oldukça yapışkan bir sıvıyla kaplı bir çift elyafın bileşiminden oluşur. Bu yapışkan sıvı temel elyafların üretildiği bezlerden farklı bir bezde üretilir. Örümceğin salgı bezlerinden dışarı çıkan iplik lifleri, bu yapışkan madde ile sürekli olarak ince bir film şeklinde kaplanırlar. Bu kaplama maddesinin yapışkanlığı, içerdiği glikoproteinlerden kaynaklanır. Ayrıca %80'i de son derece kolay bulunan sudan oluşmaktadır.

Atmosferdeki suyu alan yapışkan sıvı küçük damlacıklara ayrılır ve bu damlacıklar ipin üzerinde boncuklar gibi sıralanırlar. Hızlı aralıklarla yapışkan ipeği büzmek ve germek, damlacıkların içerisinde kalan lifleri birer yay veya çıkrık gibi kurar ve çözer. Bu sayede ipi oluşturan çekirdek lifleri, üzerindeki kaplama sıvısı ile birlikte gerilim altında kalır. Böylece çırpınan bir böceğin enerjisi yalnızca ipin kendisi tarafından değil, ipi kaplayan proteinlerle birlikte bütün sistem tarafından emilir.

Çekirdek liflerinin elastikiyeti ısıya bağlıdır. Avın kinetik enerjisi ısıya çevrildiğinden entropi artar, iplik ısınır. Bu da çekirdek liflerinin daha kuvvetli olmalarını sağlar. Avın emilen enerjisi yakalama kapasitesini artırır. Kısaca ağa yakalanan avın hayatta kalabilmek için yaptığı son çırpınışları kendi sonunu hazırlar. Avın son enerjisi, ağın sağlamlığının artırılması için kullanılır. Ağ, hayvanı tamamen hareketsiz bırakana kadar sertleşir. Bu özellikleri yüzünden örümcek ağı doğada bulunan en acımasız tuzaktır.

Akla diğer ipek ipliklerinde de bu özelliğin mevcut olup olmadığı sorusu gelmiş olabilir. Eğer böyle olsaydı ne olurdu? Örneğin taşıma ipliklerinde de aynı esneklik olsa ne olurdu. Elbette ki örümceğin avını ya da kendini taşıması oldukça zor olurdu. Nitekim ağın iskeletini oluşturan taşıma iplikleri, yakalama ipliklerinin aksine başka bir kaplama maddesi ile kaplanarak suya karşı korunmuştur. Çünkü taşıma ipliklerinin, yapışkan iplikler gibi esnek olması gerekli değildir.

Görüldüğü gibi örümcek, değişik görev ve yapıdaki ipliklerin her birine şartların ve o anda yapacağı işin gerektirdiği şekilde farklı maddelerle kaplama yapmaktadır. Peki örümcek bu kaplamaların fiziksel ve kimyasal etkilerini nereden bilmektedir? Örümceğin eğitim aldığı ya da tecrübe ile bunu edindiği ya da tesadüfen bunları keşfettiği gibi bir iddiada bulunmak elbette ki akılcı ve sağduyulu bir iddia olmayacaktır.

Bu noktada biraz düşünmek doğru cevabın bulunması için yeterlidir. Örümceğin bütün bu planlamayı yapabilmesi için yukarıda anlattığımız moleküler düzenlemeleri, kinetik enerjiyi ve ısıyı plastikleşmeye çevirecek kimyasal mekanizmaları vs. öğrenmesi gerekir. Bütün bunları öğrendikten sonra da bu üretime karar vermiş olmalıdır. Karar verdikten sonra ise kendi vücudunda bazı yapısal değişiklikleri gerçekleştirip, bu ürünleri üretecek sistemleri vücudunda oluşturmalıdır.

Bu elbette ki hayali bir senaryodur. Görüldüğü gibi örümceklerdeki mükemmel vücut tasarımını ve bilinçli davranışları herhangi bir etki, doğa olayı ya da başka herhangi bir gücün etkisi ile açıklamak mümkün değildir. Örümceğin tüm bunları kendi kendine yapamayacağı da akıl sahibi her insan tarafından görülebilecek bir gerçektir. Zaman içinde değişimlerle ya da başka herhangi bir evrimsel süreçle örümceklerin bilinçli davranışlarını ve vücut yapılarını açıklamak elbette ki mümkün değildir.

Doğadaki tüm canlıların örümcektekilere benzer hatta çok daha detaylı özellikleri vardır. Herhangi birini incelemek dahi bu canlılardaki apaçık tasarımı görmek için yeterli olacaktır.

Örümceğin İpeği ve Savunma Sanayi

Bir malzemenin sağlamlığı ve esnekliği, endüstriyel alanda büyük önem teşkil eder. Sağlamlık kullanım alanının genişliğini, esneklikse kullanım kolaylığını artırır. Sağlamlık ve esneklik açısından yeryüzünde bulunan, en ideal malzeme örümcek ipliğidir. Bu yüzden araştırmacılar yirminci yüzyılın son çeyreğinde çalışmalarını örümcek ipliği üzerinde yoğunlaştırmışlardır. Buna karşın örümcek ipliğinin ancak daha az kalitede bir benzeri, kimyasal yollardan üretilebilmiştir. Kısaca günümüz teknolojisi, bütün imkan ve araştırmalara rağmen, örümceğin ürettiği iplikle eşdeğer özellikte bir iplik üretememektedir.

Örümcek ipeği, genelde "glisin, alanin, serine ve trosin" amino asitlerinden oluşmuş bir proteindir. Du Pont firması, örümcek ipeğinin kimyasal formülünden yola çıkarak, ipeği oluşturan moleküllerin diziliş sıralarını belirleyerek, yapay yoldan çeşitli lifler üretmiştir. Bu sentetik polimerin her makro molekülü, binlerce molekül zincirlerini oluşturan, karbon, oksijen, nitrojen ve hidrojen atomlarından oluşmaktadır. "Kevlar" adı verilen bu ürün, bugüne kadar yapay olarak üretilmiş organik elyafların en gelişmişidir. Sağlamlık ve esnekliğiyle de, örümcek ipliğinin üstün fiziksel özelliklerine en yaklaşan yapay elyaf Kevlar elyafı olmuştur.

Kevlar, oto emniyet kemerleri ve çeşitli koruyucu giysilerle insanların sağlığını korumak ve güvenliğini sağlamak için kullanılmaktadır. Ayrıca uçak ve gemi sanayinin dış yapı malzemelerinde, lif optik ve elektro-mekanik kabloların üretiminde, ip ve halat sanayinde, çeşitli spor aletlerinde oldukça fazla derecede kullanılan önemli bir malzemedir.

Kevlar elyafı "poli-parafenilen tereftalamid" maddesinden oluşur. Uzun molekül zincirleri içeren bu elyaf türü yapısı nedeniyle eğirilerek iplik haline getirilmeye uygundur. Dayanıklılık ve hafiflik özellikleri, bu malzemenin sanayinin birçok sektöründe kullanılmasını sağlamıştır.

Kevlar'ın, yüzyılımızdaki en önemli kullanım alanlarından birisi de savunma sanayi olmuştur. Daha önceleri çelikten üretilen kurşun geçirmez yelekler, günümüzde görünüm bakımından, normal kumaşlardan farklı olmayan, Kevlar iplikten dokunmuş kumaştan üretilmektedir. Çünkü Kevlar, darbeleri emme özelliği sayesinde kurşunun vuruş şiddetini azaltır. Bu teknoloji açısından son derece önemli bir gelişmedir aynı zamanda çok faydalı bir buluştur. Ancak bütün bu üstün özelliklerine rağmen Kevlar elyafı örümcek ipeğinin ancak üçte biri kadarlık bir oranda darbeleri emme özelliğine sahiptir.

Bir örümceğin ürettiği ipliğin daha az gelişmiş bir benzerinin günümüz teknolojisine sahip tesislerde uzun süren çalışmalar sonucunda üretilebiliyor olmasında düşünebilen kişiler için elbette ki önemli sonuçlar ve ibretler vardır.

İpek İpliklerinin İnsan Yaşamındaki Yeri

Örümcek ipliklerinin kimyasının anlaşılması için yapılan araştırmalar sırasında iplikler, örümceklerden özel makineler sayesinde sağılır. Böylece örümceklere zarar vermeden hayvan başına günde 320 metre ipek (yaklaşık 3 miligram) elde edilebilmektedir.

Bu yolla elde edilen ipliklerin kullanıldığı yani örümceklerin insanlığa hizmet ettiği bir başka alan da tıptır. ABD'deki Wyoming Üniversitesi farmakologları, "Nephile" türü örümceğin ağ ipliklerini, çok hassas bazı cerrahi operasyonlarda, özellikle tendon ve eklem müdahalelerinde ameliyat ipliği olarak kullanmaktadırlar.

ÖRÜMCEKLERİN HAYATI-DEVAMI SONRAKİ SAYFADA