Ana Sayfa » Kompleks Karmaşık Değildir

Kompleks Karmaşık Değildir

Bilkent Üniversitesi’nden bir grup araştırmacı şimdiye kadar yapılan en basit deneysel sistemi tasarlayarak kompleksitenin ortaya çıkması için gerekli minimum koşulları belirlediler. Grubun bu çalışması Nature Communications dergisinde yayınlandı.

Kompleks bir sistem olan insanoğlunun kompleks bir çevrede kompleks bir hayat yaşıyor olduğu evrensel olarak kabul görmesine rağmen, kompleksitenin nasıl ortaya çıktığı ve nasıl kontrol edilebileceğine dair bilgimiz oldukça sınırlıdır. Konu ile ilgili şu ana kadar edinilen bilgilerin önemli bir kısmı gerçek fiziksel sistemler ile çok az alakası bulunan hücresel otomat (cellular automata) gibi yapay model sistemlere dayalıdır. Diğer yandan, biyolojik sistemler o kadar karmaşıktır ki kompleks dinamiklerin ortaya çıkması için elzem koşulları belirlemek oldukça zordur.

Bilkent araştırmacıları tarafından yapılan çalışma gösterdi ki kolloidal çözelti üzerine basit bir şekilde lazer tutmak, oluşan otokatalitik kolloid topaklarında (autocatalytic aggregates) kendi kendini yenileyebilme (self-heal), kendi kopyalarını oluşturabilme (self-replication), kendi kendini düzenleyebilme (self-regulation), bir yerden başka bir yere göç etme (migration) gibi oldukça zengin bir kompleks davranış serisi gözlenmesi için yeterli olmaktadır. Dahası, bu topaklar biyolojik sistemlere oldukça benzer şekilde bir çok desene sahip olabilirler: farklı desenler sınırlı kaynaklar için rekabet ederler, rekabet genelde güçlü olanın hayatta kalması ve kendi kopyalarını oluşturması, rakibinin ise ölmesi ile sonuçlanır.

Makalenin başyazarı ve Fizik Bölümü’nde görevli Dr. Serim İlday, çalışmanın arka planını şu şekilde açıklıyor: “Doğa kompleksitenin nihayi kaynağıdır ve bildiğimiz üzere Doğa kompleksiteyi her bir detayı ile kontrol etmeye çalışmaz. Genel kuralları belirler ve geri kalan tüm detayları sistemin kendi iç dinamikleri ile halletmesini bekler. Biz de bu perspektifi benimseyerek sistemin uyum sağlaması gereken iki genel kural belirledik: lazer tarafından oluşturulan akışkan kuvveti (convective force) kolloidal topakların oluşmasını ve büyümesini destekleyecek diğer taraftan kolloidal parçacıklarda halihazırda var olan güçlü Brownian hareketi (parçacıkların sıvı içerisindeki rastgele hareketleri) bu büyümeyi sınırlayacak. Geri kalan her şey bu güçlendirici ve sınırlayıcı geri besleme mekanizmalarının sadece iki deneysel parametre, lazerin gücü ve ışın demeti pozisyonu, ile ayarlanması sonucunda kontrol edilecektir. ”

Kompleksitenin ortaya çıkış mekanizmalarını araştıran önceki çalışmalar tam anlamı ile başarılı olamamıştır çünkü bu çalışmalar büyük oranda karmaşık mekanizmalar barındırmaktadır ve bu durum kompleks bir sistem üzerinde neredeyse imkansız bir kontrol sağlanmasını gerektirmektedir. Makalenin yazarlarından ve Elektrik Elektronik ve Fizik Bölümleri öğretim görevlisi Prof. F. Ömer İlday “Özellikle bu sebepten dolayı, biz fonksiyonel parçacık kullanmayı veya spesifik kimyasal, manyetik, optik, elektriksel etkileşimleri kendi sistemimizde barındırmadık,” diye not ediyor.

Sistem buhar motoruna benzer şekilde çalışıyor. Lazer, lokalize sıcak bir nokta oluştururken sistemin geri kalanı soğuk kalıyor. Bu sayede sıcaktan soğuğa bir sıvı akışı oluşuyor ve parçacıkları kendisi ile birlikte süpürüyor. Lazer kapatıldığında ise, sıvı akışı duruyor ve parçacıklar termal gürültü veya Brownian hareketine bağlı olarak saçılıyorlar. Dr. İlday “Gürültüyü kompleks davranışı kontrol edebilmek için bir araç olarak kullanmak alışılmadık bir yaklaşımdı,” diye ekiyor. “Gürültü insan yapımı sistemler için kontrolün antitezidir; mühendisler gürültüyü bastırmak için çok çalışırlar. Biyolojik sistemlerde ise tam tersi geçerlidir; yaşam bu rastlantısal gürültüler sayesinde, hatta bizzat onlardan doğar. Her halükarda, rastlantısal gürültüleri önlemek, çok küçük ölçeklerde mümkün değildir.”

Bir başka yazar, Fizik Bölüm başkanı Prof. Oğuz Gülseren, ekliyor, “Rastlantısal gürültü sayesinde şimdiye kadar elde edilmiş en hızlı kinetikleri biz gösterdik; her şey saniyeler içerisinde oluyor. Bu da bize faz uzayında onlarca kat daha geniş bir alanı tarama imkanını sağlıyor, bu zengin kompleks dinamikleri gösterebilmemiz için çok önemli.”

Basit oluşu ve büyük oranda malzeme tipinden, şeklinden ve boyutundan bağımsız oluşu ile bu çalışma aktif malzemelerden termal dengede olmayan istatistik fiziğe ve bunun da ötesinde supramoleküler ve sistem kimyası gibi çok çeşitli araştırma alanlarını etkileyebilecek, oldukça büyük bir potansiyele sahiptir. Prof. İlday’ın gözlemlediği üzere, “Su içinde ne taşıdığı ile ilgilenmediği için bu metodoloji prensipte bir çok farklı canlı veya cansız malzemeye uygulanabilir. Halihazırda üzerinde çalıştıkları devam çalışmasına atıfta bulunarak “Esasında diye ekliyor Dr. Ilday, “şimdiden evrimi göstermeye başladık!”

Çalışmanın diğer yazarları Ghaith Makey, Gürsoy B. Akgüç, Özgün Yavuz, Onur Tokel ve Ihor Pavlov olup hepsi Bilkent Üniversitesi’nde çalışmaktadır. Çalışma kısmen Avrupa Araştırma Konseyi (European Research Council (Consolidator Grant ERC-617521 NLL)) ve TÜBİTAK (Proje no: 115F110) tarafından desteklenmektedir.

Makale: https://www.nature.com/articles/ncomms14942