Seray Yetkin Giriş
Favori bir tatlının aroması, muhtemelen herkesi kokuyu takip etmeye yönlendirecektir. Biliyorsunuz ki artan kokuyu takip ederek istediğiniz şekerlemeye ulaşabilirsiniz. Demek ki bu olay basit organizmalar için bile geçerli!
Tek hücreli E. Coli bakterisi, buna benzer bir taktikle yemeğe doğru yönelmeyi başarmakta. Araştırmacılar, kokunun kaynağını ararken mümkün olan en iyi arama stratejisi için teorik bir model geliştirdiler. Bu model sayesinde, kimyasal bir hedef doğrultusunda dronlar ve nanobotlar kendi yollarını bulabileceği söyleniyor.
Endüstri Bilimleri Enstitüsü, Tokyo Üniversitesi’ndeki bir grup bilim insanı koku arama stratejisini kullanan bakterilerden çok hücreli ökaryotlara çeşitli organizmaların kullandığı kemotaksi üzerinde gerçekleştirdiler. Kemotaksi, kimyasal gradyan yönünde gerçekleşen bir çekim süreci olarak tanımlanmaktadır ve çeşitli biçimleri vardır.
E.coli bakterisi, yaygın bir yaklaşım olan ileri yönde yüzme periyotlarının hareket yönünü rastgele değiştiren dönüşümlerle sekteye uğradığı “Koş ve Takla Taktiği”ni uygulamaktadır. Doğrusal Kontrol Teorisi, yerleşik mühendislik uygulamasının bir parçası olmasına rağmen, biyolojik sistemlerdeki doğrusal olmama ve büyük gürültü ile başa çıkmak için yeterli olmamaktadır. Daha fazla uyarlanmış bir hikaye ile bu nesnelliği anlamak daha mümkün olacaktır.
Araştırma ekibi, gürültülü kimyasal gradyanların olduğu ortamlarda koş ve takla hareketin kullanmanın mümkün olan en iyi tamamen doğrusal olmayan algılama ve kontrol stratejisini bulma yolunda Stokastik Optimal Kontrol Teorisi’ni kullanarak incelemeler yaptı. Kısmen gözlemlenebilir bir Markov karar süreci sayesinde, iç kontrolü modellemeyi başardılar. Bu çerçevede ajanların doğru çözümü doğrudan gözlemleyemedikleri ancak çevrelerini hissederek inançlarını güncelleyebilmesine odaklanıldı.
Modeli olabildiğince gerçekçi yapmak için, yuvarlanma olduğunda düzenlemenin fiziksel sınırlamalarını temsilen bir kontrol eklemesi yaptılar. İlk yazar olan Kento Nakamura, “Optimal çözümümüz ve biyokimyasal bakteri modelleri arasındaki haberleşme, teorik çerçevemizin biyolojik arama sistemlerinin anlaşılmasına uygulanabilirliğini vurguluyor.” diyor. Organizmaların hareketlerini kontrol etmelerinin ve kademeli olarak bir hedefe doğru hareket etmelerinin ilk yolu, kimyasal konsantrasyonun mevcut yönlerde arttığını algıladıkları zaman yuvarlanmayı engellemektir.
Bu çalışma, yeni otonom yol bulma algoritmaları açısından tam yerleri belli olmasa dahi daha özel hedefler bulma konusunda yardımcı olmaktadır. “Biyolojik organizmaların dış kontrol mekanizmalarını anlamak, bu sistemlere avantaj sağlayacak biyotaklit robotların dizaynı konusunda yardımcı olabilir.” dedi ilk yazar Tetsuya J. Kobayashi.
Bu çalışma, Physical Review Research isimli dergide yayımlanmıştır.
Kaynak: https://phys.org/news/2022-02-bacteria-food.html
Görsel Kaynak: https://phys.org/news/2022-02-bacteria-food.html
Editör: Elif Berfin KORGAN
