'גלגלי שיניים' מתפקדים נצפו לראשונה בטבע

מקור: University of Cambridge


בעבר האמינו כי זהו מנגנון מעשה ידי אדם בלבד, אך זה השתנה כאשר התגלה דוגמה טבעית למנגנון גלגלי שיניים מתפקד בחרק נפוץ - מה שמראה שהאבולוציה פיתחה גלגלי שיניים שלובים הרבה לפני שאנחנו עשינו זאת.


ל"איסוס" (Issus) הצעיר - חרק צמחים מקפץ שיכול לקפוץ למרחק הגדול פי כמה מאורך גופו, וניתן למצוא אותו בגנים ברחבי אירופה - יש מפרקי רגליים אחוריות עם רצועות מעוקלות של 'שיניים' מנוגדות המשתלבות, ומסתובבות כמו גלגלי שיניים מכניים כדי לסנכרן את רגלי החרק כשהוא משגר עצמו לקפיצה. הגילוי מראה כי למנגנוני גלגלי שיניים שנחשבו בעבר כמעשה ידי אדם בלבד יש תקדים אבולוציוני. החוקרים אומרים כי זו "התצפית הראשונה על מנגנון גלגלי שיניים במבנה ביולוגי".

גלגלי השיניים של האיסוס דרך מיקרוסקופ / Malcolm Burrows

באמצעות שילוב של ניתוח אנטומי וצילום וידאו במהירות גבוהה של תנועות האיסוס, מדענים מאוניברסיטת קיימברידג' הצליחו לחשוף לראשונה את גלגלי השיניים הטבעיים הללו. הממצאים דווחו בשנת 2013 בכתב העת Science.


גלגלי השיניים ברגלים האחורית של האיסוס דומים להפליא להנדסה שנמצאת בכל אופניים ובתוך כל תיבת הילוכים לרכב. לכל שן יש פינה מעוגלת בנקודה בה היא מתחברת לרצועה; מאפיין זהה לגלגל שיניים מעשה ידי אדם כמו בהילוכים לאופניים - למעשה מנגנון בולם זעזועים המונע את שחיקת השיניים.


השיניים ברגליים האחוריות המנוגדות ננעלות יחד כמו אלה בתיבת ההילוכים ברכב, ומבטיחות סינכרוניות כמעט מוחלטת בתנועת הרגליים - הרגליים נעות תמיד בתוך 30 'מיקרו-שניות' זו מזו, כאשר מיקרו-שניה אחת שווה למיליונית השניה.

איסוס / Malcolm Burrows

זה קריטי עבור הקפיצות החזקות המהוות את אמצעי התנועה העיקרי של החרק הזה, שכן אפילו פערים זעירים בסינכרון בין מהירויות רגליו בנקודת הדחיפה יביאו ל"סיבסוב"- מה שיגרום לאיסוס להסתחרר ללא שליטה. .


"סינכרון מדויק כזה בלתי אפשרי להשגה באמצעות מערכת עצבים, מכיוון שדחפים עצביים לוקחים זמן רב מדי עבור התיאום ההדוק במיוחד שנדרש", אמר המחבר הראשי פרופ' מלקולם בורווס (Prof. Malcolm Burrows), מהמחלקה לזואולוגיה בקיימברידג'. "על ידי פיתוח מנגנון גלגלי שיניים, האיסוס יכול פשוט לשלוח אותות עצביים לשריריו כדי לייצר בערך אותה כמות של כוח - ואז אם רגל אחת מתחילה להניע את הקפיצה גלגלי השיניים משתלבים ויוצרים סינכרון אבסולוטי.

פעולת מנגנון גלגלי השיניים של האיסוס

"אצל האיסוס השלד משמש לפתרון בעיה מורכבת שהמוח ומערכת העצבים אינם יכולים לפתור", אמר בורווס. "זה מדגיש את החשיבות של תכונות השלד באופן ייצור התנועה."


"בדרך כלל אנו חושבים על גלגלי שיניים כמשהו שאנו רואים במכונות שתוכננו על ידי בני אדם, אך גילינו שזה רק בגלל שלא חיפשנו אותם", הוסיף המחבר המשותף גרגורי סאטון (Gregory Sutton), כיום מאוניברסיטת לינקולן. “גלגלי שיניים אלה אינם מתוכננים; הם התפתחו - מייצגים מנגון במהירות ובדיוק גבוהים שהתפתחו עבור סינכרון בעולם החי."


מעניין שמנגון גלגלי השיניים נמצא רק בשלבים הראשונים להתפתחות - או ב'נימפה' - של החרק, והוא הולך לאיבוד במעבר הסופי לבגרות. מעברים אלה, הנקראים 'הַשָּׁרָה' (‘molts’), מתרחשים כאשר בעלי חיים משירים עור קשיח בנקודות מפתח בהתפתחותם על מנת לגדול. עדיין לא ידוע מדוע האיסוס מאבד את גלגלי השיניים בהגיעו לבגרות. המדענים מציינים כי בעיה בכל מנגנון גלגלי שיניים היא שאם שן אחת בגלגל נשברת, האפקטיביות של כל המנגנון נפגעת. בעוד שניתן לתקן שיניים שבורות של נימפה בהשרה הבאה, כל נזק בבגרות נותר קבוע.

גלגלי השיניים של האיסוס דרך מיקרוסקופ / Malcolm Burrows

זה יכול להיות גם קשור בגודל של הבוגרים וכתוצאה מכך גודל ה"טרוכנטרה" שלהם - המקבילה בחרקים של עצם הירך. הטרוכנטרה הגדולה יותר של החרק הבוגר עשויה לאפשר להם ליצור מספיק חיכוך בכדי להניע את הקפיצות העצומות ללא צורך בשזירת שיני הגלגלים בכדי להניע אותן, אומרים המדענים.


כל רצועת שיניים באיסוס הצעיר היא באורך של כ-400 מיקרומטר ויש בה בין 10 ל-12 שיניים, כששני צידי הרצועה בכל רגל מכילים את אותו מספר שיניים - מה שמקנה יחס העברה של 1:1. שלא כמו גלגלי שיניים מעשה ידי אדם, כל שן היא א-סימטרית ומעוקלת לכיוון הנקודה בה גלגלי השיניים משתלבים - שכן גלגלי שיניים מעשה ידי אדם זקוקים לצורה סימטרית כדי לעבוד בשני הכיוונים הסיבוביים, ואילו גלגלי השיניים של האיסוס מפעילים רק כיוון אחד כדי לשגר את החרק קדימה.


אמנם יש דוגמאות של גלגלי שיניים לנוי בממלכת החי - כמו בשריון צב גלגל השיניים (Cog wheel turtle) או על גב חרק הגלגלים (Wheel bug) - גלגלי שיניים בעלי תפקיד פונקציונלי נותרו חמקמקים או שהוכחדו על ידי האבולוציה. האיסוס הוא הדוגמה הראשונה למנגנון גלגל שיניים טבעי עם פונקציה נצפית, אומרים המדענים.


397 צפיות0 תגובות

צור קשר

ישראל-Q

info@q-israel.com

  • YouTube
  • Facebook