Sümsük kuşu saatte 113 kilometreyle suya çakıyor: boynunu kare omurlar koruyor

Bulgunun ilginç yanı, biyomekanik sezgiye ters düşen bir sorunu çözmesi. Uzun bir boyun, çarpma anında eğilme momentini ve ataleti artırır; yani ani yavaşlamada burkulma riskini büyütür. Sümsük kuşu ise 15 omurdan oluşan uzunca bir boyunla suya giriyor. Soru, bu kadar uzun bir kolonun nasıl ayakta kaldığı.

Boyun, esnek bir kol değil, bir yay gibi davranıyor

Makalenin özeti, sorunun çerçevesini net koyuyor: baş aşağı suya girişte boyun "esnek bir yönlendirme sistemi yerine darbeyi emen bir yay gibi" çalışmak zorunda. Çoğu kuşta boyun, gagayı istenen yere götüren hareketli bir manipülatördür — tüy temizler, yuva örer, yiyecek seçer. Dalıcı kuşlarda ise aynı yapıdan, saniyenin binde birkaçı içinde yüzlerce newtonluk yükü dağıtması bekleniyor.

Ekibin ölçtüğü uyarlanmalar bu işlev değişimiyle uyumlu: omurlar kısalmış, genişlemiş, eklem yüzeyleri büyümüş ve omurun kemik kemeri kalınlaşmış. Vandenberg'in üniversite bülteninde aktarılan sözleriyle, "Baş aşağı dalan kuşların omurları daha sağlam. Daha kalın, daha geniş ve aynı zamanda daha kısa; biçimi kareye yakın."

Geniş omurun mekanik bir avantajı da var: omur gövdesi (centrum) çevresinde daha büyük bir moment kolu oluşuyor. Pratikte bu, kuşun aynı çarpma kuvvetine karşı koymak için daha az kas gücü harcaması anlamına geliyor — kolun ucundan ittiğinizde kapının menteşesini zorlamanın, menteşeye yakın noktadan itmekten kolay olması gibi.

İkinciden altıncı omura kadar fazladan bir eklem yüzü

Çalışmanın en belirgin bulgusu, yalnızca en uç dalıcılarda görülen ek bir yapı. Sümsükler ve mavi ayaklı akrabaları sumsuklar (booby), boynun ön kısmındaki omurlarının sırt kemerinde, diğer kuşlarda bulunmayan fazladan bir eklem yüzüne sahip. Makalenin özetine göre bu yüzey, "boynun başlangıcındaki bükülmeyi sınırlayarak yüksek yüklere karşı kolonu daha da takviye ediyor".

İşlev, iki kademeli. Birincisi, kuş suya tam dik girmediğinde — ki sahada çoğu dalış hafif eğik — boynun geriye doğru kırılmasını engelliyor. İkincisi, yük yolunu değiştiriyor: temas alanı büyüdüğü için kuvvet, omur gövdesi ve içinden geçen omurilik yerine kalınlaşmış kemik kemere aktarılıyor. Yani omurga, hassas dokuyu yükten uzak tutacak biçimde kuvveti etrafından dolaştırıyor.

Karşılaştırma bu noktada aydınlatıcı. Yalıçapkınları da baş aşağı dalar ve onların da omurları sağlam yapılı; ama bu fazladan eklem yüzü onlarda yok. Yalıçapkınının dalış hızı sümsüğün çok altında kaldığı için, anlaşılan o ki bu ek takviye ancak belirli bir hız eşiğinin üstünde gerekli hâle geliyor.

Beş milisaniyelik bir darbe, iskelette donmuş hâlde

Ekip bu sonuçlara canlı kuşları izleyerek değil, müze raflarından ulaştı. Burke Doğa Tarihi ve Kültür Müzesi'nin koleksiyonundaki kurumuş erişkin iskeletleri, Karel F. Liem Biyogörüntüleme Merkezi'nde mikro-BT ile tarandı; röntgen dilimlerinden boyun omurlarının üç boyutlu modelleri kuruldu. Omurlar bir ipe dizilip 3B yazıcıyla üretilmiş polilaktik asit tüplerin içine yerleştirilmiş — küçük kemikleri doğru sırayla ve sabit konumda tutmak için pratik bir çözüm. Ardından her omurda on uzunluk ve iki açı ölçümü yapıldı, geometrik morfometri için on altı referans noktası işaretlendi.

Çalışmanın sayıları, yayımlanan özet ve kurum bülteni ile earth.com'un haberinde aktarıldığı hâliyle şöyle:

Dalmayan karşılaştırma grubunu karabatak ve yılanboyun oluşturuyor; her ikisi de suya baş aşağı çakmak yerine yüzeyden dalıp avını su altında kovalayan kuşlar. Özette dikkat çeken bir başka ölçüm de şu: tüm baş aşağı dalan sulidler benzer çarpma süreleri yaşıyor ve başın yarıçapı ile boynun yarıçapı arasındaki oran, çarpma hızıyla birlikte ölçekleniyor. Yani kuşun ne kadar hızlı daldığı, kafasının boynuna göre ne kadar kalın olduğuna bakılarak tahmin edilebiliyor gibi görünüyor.

Bulgunun söylemediği şeyler

Burada çalışmanın sınırını açıkça koymak gerekiyor: bu bir ölçüm ve biçim karşılaştırması çalışması, canlı kuşta kuvvet ölçümü değil. Kemiklerin şekli ile dayanım arasındaki bağ, kurumuş iskeletlerin geometrisinden ve mühendislik akıl yürütmesinden çıkarılıyor; ekip omurganın çarpma anındaki gerçek gerilme dağılımını bir kuşun boynunda ölçmedi. Örneklem de küçük: tür başına bir ya da iki iskelet düşen bir karşılaştırmada, bireye özgü farklılıkla türe özgü uyarlanmayı birbirinden ayırmak kolay değil.

Ayrıca kemik, denklemin tamamı değil. Türkçe kaynaklarda sümsük kuşu anlatılırken genellikle boyun ve göğüs bölgesindeki hava keselerinin yastık işlevinden ve gaga-baş-boyun hattının oluşturduğu koni biçiminden söz edilir. Yeni çalışma bu anlatıya karşı çıkmıyor, onun altına bir kat daha ekliyor: yumuşak dokunun yanında iskeletin kendisi de darbeye göre yeniden tasarlanmış.

Sırada ne var: fosil kemiğinden davranış okumak

Ekibin işaret ettiği en somut kullanım alanı paleontoloji. Eğer kısa-geniş omur ve ön boyundaki fazladan eklem yüzü gerçekten baş aşağı dalmanın imzasıysa, elinde yalnızca birkaç omur parçası olan bir araştırmacı, milyonlarca yıl önce yaşamış bir deniz kuşunun avını nasıl yakaladığını kemikten okuyabilir. Davranış fosilleşmez; ama davranışın kemiğe kazıdığı iz fosilleşir.

Açık kalan soru ise kuvvetin boyundan sonra nereye gittiği. Omurga yükü omuriliğin etrafından dolaştırıp kemere aktarıyorsa, o yük göğüs kafesinde ve omuz kuşağında ne yapıyor? Makalenin yazar listesinde biyologların yanında havacılık ve uzay mühendisliğinden Ed Habtour ile John Michael Racy'nin bulunması, işin bu yönünün — kuvvet aktarım mekaniğinin — sırada olduğunu düşündürüyor.

Türkiye'den bakanlar için küçük bir not: sümsükkuşu (Morus bassanus) Türkiye'nin düzenli kuşu değil. Ornito.org'un tür kaydına göre kış döneminde ülkemizde az sayıda görülen bir konuk; kıyılarda, asıl yayılış alanından güneye ve doğuya sapmış bireyler hâlinde rastlanıyor. Yani bu dalışı burada görmek için şansınızın yanı sıra kışın denize bakan sabırlı bir gözünüz de olması gerekiyor.

Fotoğraf: Iain Lees, CC BY-SA 2.0, Wikimedia Commons