Kulak Kiri Hem Kaygan Hem Yapışkan: Bu Tuhaf Birleşim Güvenli Böcek Kovucularına Yol Açabilir

Bu makale orijinalinde The Conversation’da yayımlandı.

Sizin için biraz bulmaca niteliğinde bir soru: Hem diş macunu hem de hamur kıvamatına sahip olan, ağırlığının iki katı suyu emebilen ve yine de yapışkanlığını koruyan, Orta Çağ sanatçıları tarafından boyada bağlayıcı olarak kullanılan ve hekimlerce böcekleri uzaklaştırdığından şüphe edilen şey nedir?

Bu, kulak kiri.

Kulak kiri tıbbi adıyla cerumen, Yunanca “arı mumu” anlamına gelen keros sözcüğünden türetilmiştir. İnsanlar antik çağlardan beri kulak kiri üzerinde düşünüyor. Antik dönem hijyen setlerinde kulak kiri temizlemek için kullanılan kazıma ve kaşık araçları dünya çapında arkeolojik alanlarda bulundu.

Günümüzde hâlâ kalıcı bir soru sürüyor: Kulak kiri temizlensin mi, temizlenmesin mi? Cevap: Temizlemeyin. Genel tıp inancı, kulakların kendini temizleyebildiği ve kulak kiriğin kulak yolunu kayganlaştırma, enfeksiyonla mücadele ve zarif kulak yolunu çizme ya da kiri daha derine itme riski taşıyan bir hareketle durumun kötüleşebileceği yönünde. Kulak yolunu bir şeyle karıştırarak zarif dokuyu tahriş edebilir veya kiri daha derine itebilirsiniz.

Cerumen tıkanıklığı ya da bilinen adıyla tıkalı kulak kiriği, Amerikalı nüfusun yaklaşık beşte birini etkiliyor ve yılda 12 milyon hastaya yönelen muayene ziyaretlerine yol açıyor. Kulak içi kulaklıklar ya da işitme aletleri gibi günlük aktiviteler bu tıkanıklıkları kötüleştiriyor.

Kulaklarda görülen başka bir yaygın sorun da sıkışmış yabancı cisim. Çocuklarda bunun büyük kısmı, Lego parçaları veya silgiler gibi nesnelerle kendiliğinden yapılıyor. Ancak kulağında bir şey sıkışmış olan yetişkinlerin çoğu için bu cisimler, karıncalar, böcekler, sinekler ya da hamam böcekleri gibi böcekler oluyor.

Ortalama bir insan için nadir olsa da, yıllar içinde kulağa giren böcekler o kadar sık karşılaşıldı ki, hekimler kulak kiriğinin böceklere karşı doğal bir bariyer olarak evrimleşmiş olabileceğini düşünmeye başladı. Peki böyle bir bariyer nasıl çalışırdı?

Bu soruyu yanıtlamak için doktora öğrencim David Ancalle, kulak kiriği ve böceklerle deneyler yürüttü. Hidrojel gibi yumuşak katıların davranışı konusunda uzman olan Yuhang Hu ve öğrencisi Donjing He ile işbirliği yaptık. Mekanik mühendisleri olarak kulak kiriğinin kimyasından çok fizğine odaklanmak istedik.

Araştırmamız, Soft Matter dergisinde yayımlanmış olup, kulak kiriinin aslında tehlikeli kimyasallar kullanılmadan böcekleri durdurabileceğini gösteriyor.

Deneyler yapmak için büyük miktarlarda kulak kiriine ihtiyacımız vardı.

İlk başlarda kulak kiriini domuz, koyun ve tavşan gibi ölü memelilerden elde ettik. Sonunda arkadaşlarımıza ve ailemize döndük. Bir insanın her kulağında ancak bir pirinç tanesi kadar kulak kirii bulunur. Tek bir gendeki bir mutasyon nedeniyle Doğu Asyalılar kuru, pul pul dökülen kulak kiriine sahipken, Afrika veya Avrupa kökenli insanlar ıslak, yumuşak kulak kiriine sahiptir.

Mide tırmanan bir karıncayı simüle etmek için, ağzı kulak kiriıyla kaplanmış bir cam balon kullandık. Karıncalar, böceklerin çoğu gibi, tırmanma uzmanlarıdır ve çeşitli yüzeylerin üzerinden hareket edebilirler. Pürüzlü yüzeylere tırmanmak için karıncaların, dağ tırmanıcılarının yaptığı gibi, sırtlanları ve çatlakları tutmalarına yardımcı olan ayaklarında dikenleri vardır. Düz yüzeylerde ise, düz cam üzerinde beden ağırlıklarının 60 katını taşıyabilen ıslak vakum vantuzları açarlar.

Karıncaların kulak kiriına tırmanmaya çalışmasını izlemek, onun gerçekten ne kadar tuhaf bir madde olduğunu gösterdi. Pürüzlü kulak kiriı onları yavaşlattı, ancak pençeleriyle ilerlediler.

Pürüzlü kulak kiriı tırmanması zor bir meydi, ancak karıncalar için mümkündü.

Ancak karıncalar düz kulak kiriına tırmanmaya çalışır çalışmaz, anında düştüler.

Düz kulak kiriı kaplaması, karıncaların bu mikroskop lamına çıkmasını imkânsız kıldı.

Bu deneylerden, kulak kiriinin böceklerin ayaklarıyla temastan yapışmaz (anti-yapışkan) özellikler gösterdiğini sonuçlandırdık.

Ardından, boyut olarak bir insan kulağı kanalına daha benzer bir kulak kiriıyla kaplanmış tünelden geçen karıncalarla deneyler yaptık. Karıncalar tünelden geçmeye çalışırken, kulak kiriı onlara yapıştı. Kaplandıktan sonra, olabildiğince çoğunu temizleyene kadar yürümeyi reddederek çılgınca temizlendiler. Birkaç dakikalık çabaya rağmen karıncalar, hâlâ ulaşılması zor yerlere yapışmış kulak kiriine sahipti.

Bu nedenle kulak kiri paradoksal bir malzemedir: İçerdiği lipitler sayesinde aynı anda kaygandır, ancak aynı zamanda yapışkandır. Ketçap, boya ve şampuan gibi birçok malzemede olduğu gibi, fiziksel olarak deformasyona uğradığında incelir; fizikçilerin bu duruma “kayma incelmesi” (shear-thinning) dediği bir davranış sergiler.

Kulak kirinin çift nitelikleri benzersiz bileşiminden kaynaklanır. Kulak kiri, bir bağlayıcı ile bir araya getirilmiş deri hücre pullarından oluşur. Bu karışım, mikroskobuk deliklere sahip bir sünger türü oluşturur. Bir beden aşırı kulak kiri ürettiğinde, bu kulak kiri karıncaların kolayca tırmanabileceği kayalık yığınlar halinde birikir.

Madde pürüzsüz olduğunda ise karıncalar nemli vakum kupalarına güvenirler. Kulak kiri delikleri karıncaların ürettiği damlaları emer ve onların tutunmalarını engeller. Emicilik, kulak kiriyi yaygın olarak kullanılan zararlı kontrol biçimlerinden temelden farklı kılar.

Kulak kirin 1.0 µL’lik bir su damlasını emdiği zamanlı video (gerçek hızın onda biri).

Yerel mağazanızda, sinek kağıdı gibi yapışkan yüzeyler veya böcekleri öldüren kimyasallar bulabilirsiniz. Bazı araştırmacılar kimyasal kullanımına biyo-dostu alternatifler bulmak için doğaya yöneliyor; örneğin bitkiler böceklerin tırmanmasını engelleyen özelliklere sahiptir.

Bu çalışmadan, kulağın da bir böcek kovucu model olabileceğini öğrendik. Kulak kiri doğal malzemelerden oluşur ancak karıncaların ona tutunmasını engelleyen bir yapıya sahiptir.

Kulak kirin gözeneklği ona aynı zamanda benzersiz özellikler kazandırır. İki ağırlığında su emebildiğini ancak yine de kulak duvarına yapışık kalmayı başardığını gösterdik. Bu su emme yeteneği, suyun hassas kulak zarında birikmesini önlemeye ve yüzücü kulağı gibi enfeksiyonları uzaklaştırmaya yardımcı olabilir.

Bilim insanları hen kul kiri, su ve bakteriler arasındaki karmaşık ilişkiyi tam olarak anlamış değiller. Bazı çalışmalar kulak kirin bakterileri öldürdüğünü gösterirken, diğer çalışmalar kulak kirin bakterilere ev sahipliği yaptığını ortaya koyuyor.

Deneylerimiz, kulak kiriinin böcekler için en zorlayıcı olduğu durumun, sağlıklı bir insan vücudunun sürdürdüğü ince kulak kiriı tabakasına benzediği ortaya çıktı. İki öztemizleme mekanizması olmasaydı, kulaklarda daha fazla kulak kiriı birikecekti. Kulak kanalındaki deri, bir konveyer kemeri gibi dışarıya doğru büyür. 8-10 hafta içinde, epitelial göç adı verilen bu süreç, kulaktaki en eski kulak kiriını dışarı iter.

Bu sırada kulak kiriı zamanla kurur, yapışkan durumdan kolayca çatlayan kırılgan bir duruma dönüşür. Konuştuğunuz veya çiğnediğiniz her an kulak kanalınız şekil değiştirir ve hekimler, bu hareketin daha kuru ve eski kulak kiriını sözdürmeye yardımcı olduğunu buldu.

Gerçeği taklit eden fiziksel özelliklere sahip yapay kulak kiriı, karıncalar için geçilmezdi.

Kavramımızı test etmek amacıyla ekibimizden kimya mühendisi Rafeen Rahaman, kulak kiriının kimyası yerine fiziksel yapısına dayalı bir yapay kulak kiriı tasarladı. Karıncalar ona değdiğinde, doğal kulak kiriıyla etkileşime girdiklerinde olduğu gibi zorlandı.

Doğal kulak kiriının toplanması ve yapay kulak kiriı tarifimiz ucuz değil. Yöntemlerimizin büyük ölçekte üretilen böcek kovucuları yerine geçmesini öngörmüyoruz. Ancak bu kavram, kulak kiriının kulak içi kulaklıklarımızı kaplamasını önlemenin yeni yollarını ilham verebilir ya da güvenli formülasyonlar kullanan böcek kontrol yöntemlerinin üretimine yol açabilir.