Bugün öğrendim ki: 1.000.000'dan fazla böcek türünün tanımlandığı, sadece 5'inin açık okyanusta kalıcı olarak yaşadığı. Bunlar, Gerridae ailesine (genellikle su yürüyenleri olarak bilinir) ait olan Halobates cinsine aittir.
Özet
Okyanuslar, Dünya yüzeyinin %70'inden fazlasını kaplar ve sayısız organizmaya ev sahipliği yapar. Deniz memelileri, kuşlar ve türlü balık türleri denizde yaygın olarak görülebilir, ancak dünyanın en yaygın hayvanı olan böcekler tamamen yok gibidir. Ancak görünüşler yanıltıcı olabilir; çünkü okyanus yüzeyinde yaşayan beş Halobates türü mevcuttur. 200 yıl önce keşfedilen, mısır gevreği büyüklüğündeki bu böcekler oldukça gizemli kalmaktadır. Okyanus yüzeyinde yaşamla nasıl başa çıkıyorlar ve neden tek böcek cinsleri okyanuslara yelken açmışlardır?
Okyanuslar, Dünya yüzeyinin %70'inden fazlasını kaplar ve mısır gevreği büyüklüğündeki ve yalnızca okyanus yüzeyinde yaşayan beş Halobates türü de dahil olmak üzere sayısız organizmaya ev sahipliği yapmaktadır. Okyanus yüzeyinde yaşamla nasıl başa çıkıyorlar ve neden tek böcek cinsleri okyanusları fethetmeyi başarmışlardır?
Giriş
Günlük yaşamımızda böceklerden kaçınamayız. Yeryüzündeki en çok sayıda hayvandırlar ve her yerde bulunurlar. Sürekli görürüz ve akla gelebilecek her yerde buluruz, ancak açık okyanusta böcek olmadığına inanıyoruz. Bu inanış yanlıştır, çünkü kara yüzlerinden yüzlerce kilometre uzakta, açık okyanus yüzeyinde yaşayan ve tamamen Halobates cinsinde (Heteroptera: Gerridae) 5 böcek türü vardır [1]. Yaygın olarak tatlı su gölleri, göletler ve akarsularda bulunan su böcekleriyle akrabalık ilişkisi taşırlar, ancak yetişkinlerinin yaklaşık 4 mm uzunluğunda (yaklaşık bir mısır gevreği büyüklüğünde) olması ve gemilerden görülemeyecek kadar küçük olmaları nedeniyle neredeyse bilinmemektedirler. Hatta Charles Darwin, HMS Beagle'da (1831-1836) yaptığı seyahatte onları görmemiştir [2].
Okyanus böcekleri, Kuzeybatı Geçidi'ni keşfetmek ve araştırmak üzere Rus çevre seyahati sırasında (1815-1818) savaş gemisi Rurik'te ilk kez toplanmıştır. Geminin doktoru ve doğabilimci Johann Friedrich Eschscholtz, 1822'de 3 yeni tür (Halobates micans, Halobates sericeus ve Halobates flaviventris) ile birlikte 82 yeni böcek türünü entomolojik bir dergide tanımlamıştır [3]. Rurik seyahati sırasında keşfedildikten sonra Halobates örnekleri, sonraki birçok oşinografik seferde toplanmıştır. 11 Halobates türünü tanımlayan ilk inceleme, Challenger Seferi (1872-1876) sırasında yapılan toplamalara dayanmakta ve 1883'te yayımlanmıştır [4]. Ancak, Halobates hakkındaki literatür, Jon Herring'in 1961'de Halobates hakkında ilk ayrıntılı ve yetkili incelemeyi, daha önce yayınlanmış tüm literatürlerin notlandırılmış bir listesini yapana kadar dağınık, hatalarla ve yanlış tanımlamalarla doludur [5]. Açıklanan tüm türlerin dağılımlarına dayanarak Herring, Halobates'i açık okyanus ve kıyı olmak üzere 2 farklı gruba ayırmış ve gelecekteki araştırmalar için temel oluşturmuştur.
Beş açık okyanus Halobates türü, bilinen tüm böcek türlerinin sadece %0.0001'ini oluşturmaktadır ve yine de üç büyük okyanusun yüzeyinin neredeyse yarısını kaplamaktadır. Neden daha fazla okyanus böceği yok ve bu okyanus yüzey böcekleri açık okyanusta kendileri için bir niş nasıl yaratmıştır? İşte meraklı Halobates'in hikayesi.
Neden çok az deniz böceği vardır?
Böcekler, denizlerin sıcak ve sığ olduğu yaklaşık 480-500 milyon yıl önce (Mya) Kambriyen patlamasından sonra ortaya çıkmıştır. Evrimsel tarihlerinin en büyük başarısı arasında uzun mesafelere dağılmalarını sağlayan kanatların ve yetişkinlerden farklı ortamlarda farklı yaşam aşamaları bulunmasına olanak sağlayan tam metamorfozların (larva ve pupa aşamalarıyla birlikte) geliştirilmesidir. Sonuç olarak böcekler, karadaki en başarılı organizmalar haline geldi. Su yaşamına geri dönmek için, su altında nefes alma ve ozmotik düzenleme gibi çeşitli fizyolojik kısıtlamalarla ve yüzerlik ve yüzey gerilimi gibi fiziksel kısıtlamalarla başa çıkmaları gerekiyordu, bunun yanında su altında çalışmayan kanatların azaltılması veya yok edilmesi gerekiyordu. Böceklerin bu yeniden uyum sağlamada sorunları yoktu ve bilinen toplam böceklerin yaklaşık %3'ü suculdur. Tüm sucul böceklerin sadece küçük bir kısmı denizci olarak kabul edilse de, 35'in üzerindeki böcek takımının temsilcilerinin yaşam öykülerinin bir aşamasını deniz ortamında geçiriyor [6]. Bunlardan, en önemlisi Coleoptera, Diptera ve Hemiptera takımlarına ait olan yaklaşık 25.000 tür çeşitli tuzlu ortamlarda bulunabilir (Şekil 1).
Deniz böceklerinin çok az sayıda olmasının nedeni uzun süredir tartışılmış ve tahmin edilmiştir, ancak bugüne kadar net bir cevap ortaya çıkmamıştır. Böceklerin denizde yaşamak için gerekli fizyolojik ve fiziksel kısıtlamaları aşamayacağı varsayılmıştır, ancak bu doğru görünmüyor, çünkü tuzlu su sinekleri aşırı tuzlu suları tolere edebiliyor ve birkaç su böceği ve su yüzey böceği şiddetli akışlarda bulunmaktadır [7-10]. En olası hipotez, böceklerin evrimleşmesiyle birlikte, yaklaşık 200 milyon yıl önce evrimleşmiş tüm önemli deniz omurgasızları sınıflarının denizlerde zaten yoğun bir şekilde yerleşmiş olmasıdır ve "ozmotik düzenleme ve su altı solunumunun, çok az böceğin her iki hedefi de başarıyla elde etmeyi başardığı kadar farklı fizyolojik adaptasyonlar gerektirmesidir" [7].
Halobates nasıl açık okyanusu fethetti?
Bilinen deniz böceklerinin hepsi, Halobates cinsindeki 5 okyanus türü dışında (yemek için, çiftleşmek için, yumurta bırakmak için veya yaşam döngülerini tamamlamak için) karaya ihtiyaç duyar [1]. Bu cins, sadece açık okyanusu fetheden tek böcek cinsinin yanı sıra okyanus yüzeyinde gelişebilen tek hayvandır [11]. Okyanus yüzeyinin üst katmanlarında yaşayan diğer hayvanlardan (örneğin, Portekizli adam savaş gemisi (Physalia), "rüzgarla gezgin" (Velella), mavi deniz salyangozu (Glaucus) ve saplı yengeç (Dosima) gibi), hareketleri tamamen okyanus akıntıları ve rüzgarlar tarafından kontrol edilen ve pasif olarak yüzenlerden farklı olarak, 5 Halobates türü okyanus yüzeyinde serbestçe hareket eder [11]. Tamamen kanatsız olmaları nedeniyle, suyun yüzey gerilimiyle desteklenen okyanus yüzeyinde tamamen yaşarlar.
Beş okyanus Halobates türü (H. micans, H. sericeus, Halobates germanus, Halobates sobrinus ve Halobates splendens), dünyanın okyanus yüzeyinin neredeyse yarısında bulunmaktadır ve bu da onları dünyanın en yaygın böceklerinden biri yapmaktadır. Her türün dağılım alanı farklı ve iyi tanımlanmıştır (Şekil 2); ancak, mevcut beş türün bugün bulunduğu yere nasıl ulaştığı ve farklı dağılım modellerinin nasıl korunduğuyla ilgili paleooşinografik faktörler henüz tam olarak anlaşılamamıştır [13-15]. Okyanusta yaşayan Halobates, genellikle yamaçlı dağılımlarla büyük topluluklar oluşturma eğilimindedir. Aralığı, okyanus sirkülasyonu, baskın rüzgarlar ve deniz yüzeyi sıcaklıkları gibi fiziksel faktörlerden etkilenmeli, ancak bu kuvvetlerle veya bunlara karşı yüzebilmelerine de olanak sağlayabilirler [16]. Yetişkinlerin küçük boyutları nedeniyle, Halobates'i bir geminin güvertesinden fark etmek genellikle oldukça zordur. Ancak sakin bir günde, bunları deniz yüzeyinde yuvarlanan küçük gümüş topçuklar olarak güvertenin üzerinden fark etmek mümkündür. Yetişkinler 1 m/s hızla yüzebilir ve 5 cm'den fazla yüksekliğe sıçrayabilirler [10]. Ayrıca çok iyi görüşleri vardır ve araştırma gemilerinin sürüklediği ağları gündüz [17] ve dolunaylı gecelerde [18] görebilirler. Bazen şiddetli tropikal fırtınalardan sonra kıyıya vuran yosunlara takılmış olarak bulunabilirler.
Beş okyanus türüne ek olarak, mangrovlar veya diğer kıyı bitkileri arasında tropikal ada kıyıları boyunca 40'tan fazla kıyı Halobates türü bulunmaktadır. Açık okyanus ve kıyı Halobates birçok ortak özellik paylaşırken [21], okyanus yüzey böcekleri için en önemli adaptasyonlar, yaşam öykülerini tamamlamak için karaya tamamen bağımsız olmaları ve denizdeki sürekli güneş ışığına ve fırtınalara dayanma yetenekleridir.
Okyanus yaşam tarzı ne zaman evrimleşti?
En olası açıklama, açık okyanusta hayatta kalmaya uyum sağlamış, denizden sürüklenmiş bir haliç veya mangrov atasından gelen okyanus Halobates'in evrimleşmesidir. İtalya, Verona'daki Pesciara di Bolca denizaltı birikiminde bulunan fosili Halobates ruffoi, kıyı ortamların o zaman işgal edildiğini göstererek yaklaşık 45 Mya'ya kadar uzanır. 2008'de yayınlanan Halobates hakkında ilk moleküler filogenetik çalışma, mitokondriyal gen COI'sine dayanarak, açık okyanus yaşam tarzının muhtemelen iki kez geliştiğini göstermiştir [22]. Buna karşılık, birden fazla gene dayanan daha son bir çalışma, deniz yaşam tarzının Halobates'in ata hattında sadece bir kez geliştiğini, ancak açık okyanus yaşamının 3 farklı zaman oluşabileceğini göstermiştir [23]. Açıkçası, ilk açık okyanus Halobates'in ne zaman ve nerede ortaya çıktığını ve mevcut beş okyanus türünün nasıl evrimleştiğini belirlemek için daha kapsamlı analizlere ihtiyaç vardır.
Yaşam döngüleri okyanus yaşamına nasıl uyum sağlıyor?
Halobates, yetişkin hale gelmeden önce 5 nimf aşamasından geçer. Denizde toplanan örneklerin analizi, belirgin bir mevsimsellik olmadığını göstermiştir. 1 mm'den kısa ve minyatür pirinç taneleri şeklinde olan yumurtalar, dişi tarafından bulunan tohumlar, ağaçlar, deniz kuş tüyleri, yumuşakça kabukları ve plastik parçaları gibi yüzen her türlü malzemeye bırakılır [24]. Bugüne kadar tek bir alt tabakaya bırakılan en büyük yumurta sayısı, H. sobrinus'un bulunduğu Kosta Rika açıklarında bulunan ve yaklaşık 70.000 yumurta içeren 15 katman kalınlığındaki plastik bir galon süt kabı üzerinde tespit edilmiştir [25]; açık okyanusta yumurtlama substratlarının bulunması açıkça zordur. Yumurtaların çatlaması 10 güne kadar sürebilir ve her bir nimf aşaması su sıcaklığına bağlı olarak 7 ila 14 gün sürebilir. Bu nedenle, yumurtadan yetişkine gelişme 2 aydan fazla sürebilir. Yetişkinlerin açık okyanusta ne kadar yaşadığı bilinmemektedir [21].
Okyanus yüzey böcekleri sıvı besleyicilerdir ve deniz yüzeyinde yakalayabilecekleri her küçük organizmayı yerler. Avları deniz canlısı olsa da ve deniz suyu içseler de, H. sobrinus 0,5× ve 1,5× tuzlulukta deniz suyunda 4 güne kadar hayatta kalabilir, bu da ozmoregülasyona sahip olabileceğini gösterir [21]. Yeni çıkan nimflerin (yaklaşık 1 mm uzunluğunda) neyle beslendiğini bilmiyoruz. Yetişkin avcı olmalarına kadar deniz suyundan besin alabilirler. Yumurtaların sıklıkla tek bir yüzen alt tabakaya bırakıldığı ve aynı anda bir yığın halinde çıkabileceği göz önüne alındığında, genç nimfler yamyamlıkla hayatta kalabilirler. Besinler, karasal böceklerin bol olduğu kıyı bölgelerine kıyasla açık okyanusta daha zor bulunmaktadır ve kıyı akrabalarının aksine, okyanus yüzey böcekleri kısa süreli açlıklara dayanmak için trigliseritleri enerji deposu olarak depolayabilirler [26]. Okyanus yüzey böcekleri arasında yamyamlık pratiğe konmuştur ve yetişkinler genç nimfler üzerinde kolayca besinlenir, ancak doğal ortamda asıl besin kaynaklarının ne olduğu hala bilinmemektedir. Sıvı besleyiciler olarak, bağırsak içeriğini incelemeyle avlarını belirlemek maalesef mümkün değildir.
Halobates'in ne tarafından avlandığını biraz daha iyi biliyoruz, çünkü bazı balık ve deniz kaplumbağalarının bağırsaklarında kalıntılar bulunmuştur, ancak bu avcılar için yakalamak zordur. En yaygın ve önemli yırtıcıları, okyanus yüzeyinde uçarak beslenen deniz kuşlarıdır [27]. Örneğin, H. sericeus kalıntıları, 111 procelsterna cerulea mavi gri noddi'den alınan 80'inin kusmasında bulunmuş, tek bir örnekte 336 böcek bulmuştur. Bu durum, bu küçük deniz kuşlarının üreme mevsiminde önemli bir besin kaynağı olabileceğini göstermektedir [28].
Genel olarak, okyanus Halobates'lerinin, geniş bir alana dağılmış olsalar bile eş bulup üremeleri için zaman sağlayacak, tatlı su akrabalarına kıyasla daha uzun yaşam döngüsü stratejileri geliştirmiş gibi görünüyor [16]. Ancak, uzun yaşam döngüsü stratejisi, böceklerin orada hayatta kalabiliyorlarsa açık okyanusa yerleşmelerine olanak tanıyabilir.
Halobates okyanus hayatına nasıl uyum sağlıyor?
Yüksek denizlerde yaşayan tek böcek olan Halobates türlerinin hayatta kalması, böcek dünyasında henüz bilinmeyen benzersiz uyarlamalara sahip olmalarına bağlıdır (Şekil 3). Küçük boyut ve oval şekil, okyanus Halobates'ının evriminde ulaşılması gereken nihai hedefler gibi görünüyor. Yaklaşık 9,5 mm uzunluğunda ve gövde uzunluğu/genişliği (l/w) oranı yaklaşık 5 olan tatlı su Gerris'i (Gerrinae altfamilyası) karşılaştırırsak, Halobates (Halobatinae altfamilyası) yaklaşık 4 mm uzunluğunda ve l/w oranı yaklaşık 2'dir [29].
Taramalı elektron mikroskobu altında incelendiğinde, Halobates gövdesi yukarıdan bakıldığında minik mantarlar gibi görünen ancak yandan bakıldığında kulüp şeklinde olan, yoğun bir şekilde paketlenmiş, yaklaşık 1 μm yüksekliğinde küçük kıllar olan mikrotrikiyalarla kaplıdır [30]. Halobates, diğer böceklerde olduğu gibi ( [31] gözlemlendiği üzere) dinlenirken, vücutlarına mumsu salgıları yaymak için sürekli olarak temizlik yapmaktadır. Balmumu kaplı kıllar, suyun onlara yapışmasını önler ve ayrıca bacak-su arayüzünde hava hapseder. Bu nanoskala ve mikroskala vücut kılları örtüsü ve su itici balmumu kaplama kombinasyonu, Halobates'a süper su iticiliği veya süperhidrofobiklik kazandırır [32].
Suda yüzerken, bu süperhidrofobik okyanus yüzey böcekleri, bacaklarının yüzey alanının yalnızca %5'i su yüzeyine değerek pratik olarak havada yüzer. Bu, sıçrama sırasında su yüzeyinden kolaylıkla ayrılmalarına olanak tanır. Süperhidrofobikliğin bir diğer sonucu da deniz sıçramalarının ve yağmur damlalarının Halobates'a yapışmamasıdır - damlalar basitçe sıçrar veya yuvarlanır. Dahası, kazara su altında kalmaları durumunda, mikrotrikiyalar uzamış sürelerde su altında nefes almaya olanak sağlayan ince bir hava filmi (plastron olarak bilinir) yakalar [21].
Okyanus H. germanus ve kıyı Halobates hayanus, süperhidrofobiktir ve tatlı su akrabalarına göre 4 kata kadar daha küçüktür ve 2 ila 3 kat daha hafiftir, ancak bacak uzunlukları benzerdir (Şekil 3) [29]. Bu adaptasyonlar, Halobates'ın deniz suyu yüzey gerilimini tam olarak kullanmasına olanak tanır; örneğin, su yüzeyine basarak yaklaşık 400 m/s²'lik etkileyici dikey ivmelere ulaşabilirler ki bu, tatlı su akrabalarının (örneğin, Aquarius paludum'un yaklaşık 70 m/s²) bildirilen ivmelerinden birkaç kat daha yüksektir [33]. Halobates'ın küçük gövde boyutu, vücut ağırlığına göre daha büyük bir plastron hacmi sağlar, böylece kazara su altında kalmaları durumunda su üstüne daha hızlı çıkış sağlar ve yüzerliği artırır [29]. Bunlar, Halobates'ın zorlu deniz koşullarında gelişmesini sağlayan önemli fizyolojik adaptasyonlardan bazılarıdır. Birkaç özel adaptasyonunu ortaya koymamıza rağmen, çözülmesi gereken birçok gizem hala var (Kutu 1).
Kutu 1. Halobates'i çevreleyen çözülememiş gizemler
Dalgalı suların manevrası
Su, Halobates'ın süperhidrofobik bacaklarına yapışmadığından, kaymadan veya dönmeden dinamik okyanus yüzeyinde nasıl manevra yaparlar? Su yüzeyine tutunmayı başarsalar bile, zıplamadan önce nasıl ayrılırlar? Benzer bir tatlı su yüzey böceği olan Gerris remigis'in, nemli koşullar altında vücut yüzeyinden yoğunlaşmış su damlalarını dışarı atan, uzun ince ve sivri uçlu kılları vardır [34]. Halobates'ın tatlı su atalarından evrimleşmesi sırasında bu özelliğin korunup korunmadığı incelenmeye ihtiyaç duyar.
Balmumu salgıları
Halobates tarafından yapılan temizlik, meta-torasik bezinden üretilen balmumu salgılarının yayılmasını kolaylaştırır. Bu salgıların kimyasal bileşenlerinin ve Halobates'ı kaplayan mikro kıllara ve nanokılların kaplanmasına, su iticiliğin yanı sıra UV ve IR radyasyonundan korunmasına yönelik özel katkılarının belirlenmesi gereklidir.
UV ve IR koruması
Küçük yetişkin gövdesi, uzun ince bacakları ve kanatları olmadığı için Halobates ne uçabilir ne de dalabilir. Okyanus yüzeyine sıkışmış olmaları nedeniyle, her zaman dalgalanan dalgalar, şiddetli yağmur fırtınaları ve fırtına rüzgarlarına maruz kalırlar. Öğle güneşinden kaçınmak için kumun altına dalabilen çöl böceklerinin aksine, gölge veya saklanacak yer bulamadıkları için Halobates UV radyasyon hasarından veya aşırı ısınmadan nasıl kaçınır? Bilinen okyanus H. sericeus'un, kütikülünden %0,0002'den azın 280 nm'de geçen UV'yi engelleyen güçlü bir UV emici tabakası vardır, buna karşılık kıyıdaki akrabaları olan Gerris'in kütikülünden yaklaşık %50 UV geçmektedir. Bunun dokusu henüz belirlenememiştir.
Birbirlerini nasıl buluyorlar?
Vücutları ve gözleri okyanus yüzeyinin sadece 1 mm üzerinde olan dar bir 2D ortamda yaşayan Halobates, sakin bir günde gözle alabileceği şey, görünürde sınırsız bir ufuk boyunca uzanan tamamen düz bir yüzey olacaktır. Yemek, eş bulma veya su altındaki balık ve diğer yırtıcı hayvanlardan veya gökyüzündeki deniz kuşlarından nasıl kaçınacaklarını nasıl anlayacaklardır? Deniz yüzeyindeki titreşimlerden veya deniz kuşları tarafından atılan gölgelerden av ve yırtıcıları nasıl algılayabilirler? Eşleri çekmek için, ilgili bir deniz veliidinde görüldüğü gibi yüzey dağılabilir feromonlara sahipler mi? Rüzgar ve akıntılar, yüzey suyu sıcaklıklarının 20°C'nin üzerinde veya 30°C'nin altında olduğu rahat alanlarının ötesinde onları çok uzağa götürdüğünde, nasıl yön bulabilir ve "eve" dönebilirler? Bu gizemlerin hepsi çözülmeyi bekliyor.
Çevresel endişeler - Halobates yardımcı olabilir mi?
Halobates, bilinen tek okyanus yüzeyinde yaşayan hayvandır. Dünya yüzeyinin %70'ini kaplayan okyanusların yarısında dağılımı olan Halobates, dünyadaki en yaygın organizmalardan biri olmalıdır. Kolayca bir neuston ağıyla yakalanabilir ve siyah gövdesi ve uzun ince bacaklarıyla diğer tüm deniz hayvanlarından kolayca ayırt edilebilir. Küresel endişelerin çevresel çalışmaları için gösterge olarak kullanılabileceği düşünülmektedir.
Okyanustaki plastikler ve ağır metaller
Okyanus yüzey böcekleri 2D deniz yüzeyine sıkıştığı için hava-su arayüzünde biriken yüzen plastik döküntüler ve kirleticilerle karşılaşırlar. San Diego ve Hawaii arasında yapılan bir kesit, 40 yıllık süreçte plastik döküntü miktarında 10 kat artış gösterdiğini ortaya koymuştur [37]. Bu artan miktarda plastik döküntünün yumurtlama alt tabakası olarak kullanımı Halobates'in üreme oranlarını ve nüfus artışını artırır mı? Ayrıca, ağır metallerin ve diğer zehirli kimyasalların okyanus yüzeyinde birikmesi ve Halobates tarafından emildiği de bilinmektedir [38, 39]. Halobates, büyük okyanus yüzeylerinde yaygın, yakalanması ve tanımlanması kolay olduğu için plastik ve ağır metal kirliliğinin kullanışlı bir göstergesi olabilir mi?
İklim değişikliği ve okyanus ısınması
Kızıl Deniz, Dünya'nın en sıcak denizlerinden biridir ve iklim değişikliği ve okyanus ısınması simülasyon çalışmalarında kullanılabilir. Örneğin, kuzey Kızıl Deniz'de, ısıya dayanabilen ve beyazlamayı önleyebilen özel bir holobiyom ile süper mercan bulunmuştur [40]. 30°C'nin üzerinde yaz deniz suyu sıcaklıklarına dayanabilen Kızıl Deniz Halobates'ının yaşam alanı mikroplarına nasıl etkileşime girdiği ve nasıl katılım gösterdiği, deniz yaşamının artan küresel sıcaklıklarla nasıl başa çıkabileceğini anlamamıza yardımcı olabilir.
Biyo-ilham
Halobates, su üzerinde çaba harcamadan yüzebilmek, su yüzeyinden son derece hızlı sıçrayabilmek ve su altında nefes alabilmek için sıvı-katı arayüzde havayı güçlü bir şekilde hapsetmektedir. Yüzey dokusu ve kimyasal yapıyı birleştiren bu stratejiler, düşük sürtünmeli borular ve güçlü sıvı-buhar ayrımı gibi malzeme ve teknolojilerin rasyonel tasarımlarına yol açabilir. Mantar şekilli sütunlar [32, 41] ve boşluklar [42, 43] ile biyo-taklitçi mikro doku çalışmalarının ön incelemeleri, kimyasal kaplamalar olmadan su altında hava hapsetmenin mümkün olduğunu göstermiştir. Bu gaz tutan mikro dokulu yüzeyler, sıvı makinelerdeki boşaltma aşınmasını azaltmak için umut verici görünmektedir [44]. Bu doğrultuda, sıcak tuzlu besinlerden su arıtımı için kaplama içermeyen gaz hapseden membranların ilk uygulama gösterileri de rapor edilmiştir [45, 46]. Sürükleyici azaltmanın etkilerini ve tutulan havanın yenilenmesini içeren bu yeni biyo-ilham alma yaklaşımlarının artılarını ve eksilerini değerlendirmek için çok disiplinli araştırmalar gereklidir [47]. UV radyasyondan korunma ile ilgili derinlemesine çalışmalar, yeni UV itici yüzey ve kaplamalar için ilham kaynağı olabilir.
Sonuçlar
Böcekler çok uyumludurlar ve karadaki en başarılı hayvanlardır. Peki neden sadece bir böcek cins olan Halobates yüksek denizlere yelken açtı? Belki de Halobates yaklaşık 45 Mya evrimleştiğinde, fethedilmesi gereken tek deniz ortamı, diğer organizmaların aşamayacağı kadar zorlu fiziksel koşullara sahip olan açık okyanustu. Bir veya daha fazla hamile ancestral kıyı Halobates dişisinin, deniz yüzeyinde yaşamaya eğilimli olan, rüzgarla açık denize taşındığını hayal edebiliriz. Kıyı sularına geri dönüp beslenemeyen ilk başta, kıyıdan çok uzaklara taşınan ve denizde besin olarak bulunabilen karasal böcekleri bulabilirlerdi, belki daha sonra deniz yüzeyinde yakalanan zooplanktonla beslenmeye adapte olabilirlerdi. Yumurtaları bırakmak için bağlı alt tabakaların olmaması nedeniyle, yumurtalarını bırakmak için yüzen malzemeler bulmuş olmalılar. Denizde çıkan genç nimfler, bir şekilde hayatta kalmayı, değişmeyi, yetişkin olmayı, eş bulmayı, çoğalmayı ve sonunda açık okyanusları ele geçirmeyi başardı.
Atalar Halobates'ın yüksek denizlerde hayatta kalmak için izlediği evrimsel adımlar bilinmemektedir. Okyanus yaşamının ön koşullarının, kanatların tamamen kaybedilmesi, enerjinin güçlü bacak kaslarının gelişimine yönlendirilmesine olanak sağlaması ve yeni çıkan nimflerin tamamen bağımsız ve hareket edebilir ve beslenebilecek olmasıdır. Halobates'ın şimdiye kadar öğrendiğimiz bilgilere dayanarak, açık okyanus hayatının önemli uyarlamaları, fırtınalara ve dalgalara karşı daha iyi hayatta kalmak için vücut boyutunda ve şeklindeki azalmayı; ıslanmayı ve boğulmayı önlemek için süperhidrofobiliği; kazara su altında kalma durumlarında nefes almaya olanak sağlayan güçlü bir plastron geliştirmeyi; yırtıcı hayvanlardan, yağmur damlalarından ve dalgalardan kaçınmak için etkileyici ivme ve çeviklik elde etmek üzere süperhidrofobilikle eşleştirilmiş güçlü bacak kaslarını; ve UV ve IR radyasyonunun zararlı etkilerinden kaçınmak için güçlü yansıtıcı ve koruyucu bir vücut yüzeyini içerir.
Bu adaptasyonların daha derinlemesine anlaşılması açıkça gereklidir. Kıyı türleri ile açık okyanus türleri arasındaki karşılaştırmalar hakkındaki devam eden araştırmalar, Halobates'i çevreleyen çözülememiş gizemler hakkında bilgi edinmenin yanı sıra, biyo-ilham teknolojilerinin geliştirilmesi için fikirler sağlamayı umuyor. Modern gen dizileme tekniklerindeki ilerlemelerle, UV ve IR radyasyona karşı koruyucu malzemeler geliştirmemize olanak sağlayabilecek adaptatif genlerinin sırlarını da sonunda çözeceğimizi umuyoruz. Belki sadece hayal ürünüdürler, ama kim bilir gelecek neler getirecektir?
Teşekkürler
LC, Halobates hakkındaki bilgilerimizi ilerletmedeki katkıları için çok sayıda geçmiş ve mevcut ortak yazarlara, ayrıca koleksiyonlarını gönderen kuruluşlara ve kişilere teşekkür eder. Bu makaleyi, neredeyse dört on yıldır manevi ve maddi desteği olmadan Halobates'ın hala sadece bir böcek tuhaflığı olarak kalabileceği geç devir eşi Prof. Ralph A. Lewin'in anısına ithaf etmektedir [50].
Finansal Destek
HM'nin araştırılması, King Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden BAS/1/1070-01-01 projesi tarafından finanse edilmektedir. Kaynaklar, çalışma tasarımı, veri toplama ve analizi, yayınlama kararı veya makale hazırlığı aşamalarında herhangi bir rol üstlenmemiştir.