خاص بيوم الدب القطبي: اكتشف باحثون أمريكيون السبب الذي يجعل الدببة القطبية تمشي دون صعوبة على الأسطح الجليدية والثلجية التي قد تتسبب في انزلاق كل واحد منا - وهي نتوءات مجهرية تبطن أقدامها المكسوة بالفراء
يوناتان شير، أنجل - وكالة أنباء العلوم والبيئة
إذا سبق لك أن حاولت المشي على الجليد الزلق أو الأسطح الثلجية، فمن المحتمل أنك تعلم أن هذه مهمة تنتهي عادةً بالضحك المدوي من أولئك الذين يرونك تسقط - وتهبط على مؤخرتك بالطبع. لا داعي للقلق، فهذه السقوطات ليست شيئًا تخجل منه: فالطبيعة لم تهبنا مهارة التوازن على الجليد، نظرًا لحقيقة أن الإنسان الحديث تطور من خلال عملية تطورية في أفريقيا غير المتجمدة بشكل خاص.
בدراسة أمريكية جديدة سنفحص حيوانًا ثدييًا مختلفًا قليلاً عنا - الدب القطبي (أورسوس ماريتيموس) ، والتي تتطلب منه الطبيعة بالتأكيد التعامل معها المشي على الأسطح الملساء والجليدية ومن أجل بقائه على قيد الحياة، تم العثور على هياكل صغيرة فريدة من نوعها في قدميه تطورت لتسمح له بالمشي عليها بأمان. ويبدو أن عبارة "إذا أرادنا الله أن نطير، لأعطانا أجنحة" يمكن أن يكون لها إضافة - إذا أرادنا أن نسير على الجليد، لأعطانا أقدام الدب القطبي.
تكريما ل اليوم العالمي للدب القطبي، الذي يتم الاحتفال به كل عام في 27 فبراير (التاريخ الذي تغفو فيه أمهات الدببة القطبية وأشبالها معًا في أوكارها): كيف تختلف أقدام الدببة القطبية غير القابلة للانزلاق عن أقدام الدببة الأخرى؟ ولماذا حصل البحث الذي تناول هذا السؤال على تمويل من شركة تصنع إطارات السيارات؟
لو أراد الله لنا أن نسير على الجليد، لأعطانا أقدام الدب القطبي. جميع الحقوق محفوظة لأمير لبن
وكما يوحي اسمها، تعيش الدببة القطبية في منطقة القطب الشمالي، وتتجول بين حدود خمس دول: الولايات المتحدة وكندا وروسيا وغرينلاند في مملكة الدنمارك والنرويج. إنها أكبر الحيوانات آكلة اللحوم الأرضية على وجه الأرض، حيث يصل طول أكبر الذكور إلى حوالي 3.3 متر عند الوقوف على أرجلها الخلفية ويصل وزنها إلى XNUMX متر. 770 كيلوغراما. الدببة البحرية لها بشرة سوداء (ما سمعتموه) ولسان أزرق وفراء شفاف يعكس أشعة الشمس البيضاء ويعطيها لونها الأزرق المألوف. أقدام الدببة القطبية صغيرة مقارنة بأقدام الدببة الأخرى، ويقدر الباحثون أن هذا تكيف مصمم لتقليل فقدان حرارة الجسم.
وتجدر الإشارة إلى أن هذه لا تزال قدماً مثيرة للإعجاب. "المرة الأولى التي تعرضت فيها لدب قطبي كانت من خلال العقبة، التي رأيتها على شاطئ متجمد في سفالبارد (الأرخبيل الذي يشكل الجزء الشمالي من النرويج، Y.S.)"، يقول أمير لابان من قسم الحفاظ على الطبيعة في منظمة Nature. جمعية الحماية، خبير في الطبيعة الحضرية ومرشد سياحي قطبي. وأضاف: "مساحة سطحه لم تكن كبيرة مقارنة بجسم الدب، ومع ذلك، يمكننا وضع قدمينا داخل إحدى آثار أقدامه".
المطبات الصغيرة، قبضة كبيرة
وفي الدراسة الجديدة، التي نشرت في مجلة The Royal Society Interface، شرع الباحثون في التحقق من العامل الذي يسمح للدببة القطبية بالمشي بحرية وسهولة على الأسطح الملساء، من خلال فحص أقدامها. الأبحاث السابقة، من الثمانينات، وجدت أن أقدام الدببة القطبية مرصوفة في الحليمات - نتوءات صغيرة مستديرة تخرج من الجسم. يحتوي جسم الإنسان أيضًا على حليمات: في اللسان، على سبيل المثال، هي المسؤولة عن تكوين السطح الخشن (للأسف، لم يتم فحص العلاقة بين خشونة اللسان والقدرة على لعق الآيس كريم المجمد في الدراسة الحالية).
هل الحليمات الموجودة في أقدام الدببة القطبية هي المسؤولة عن إحداث الاحتكاك الكافي بينها وبين سطح الجليد الأملس؟ للإجابة على هذا السؤال، قارن الباحثون أقدام الدببة القطبية بمخالب الدببة من ثلاثة أنواع أخرى، والتي لا تقضي الكثير من الوقت في المشي على الجليد أو الأسطح الثلجية الملساء. وقاموا بفحص 13 عينة قدم من 5 دببة قطبية، و4 دببة بنية، و3 دببة سوداء أمريكية، ودب ماليزي.دب الشمس) واحد. ومن المهم أن نلاحظ أنه لم يتعرض أي دب للأذى لغرض إجراء البحث، وجميع العينات جاءت من مجموعات المتحف أو المحنطين الخاصين. في الخطوة الأولى، قام الباحثون بمسح سطح القدمين باستخدام المجهر الإلكتروني لمحاكاة وقياس ارتفاع وعرض الحليمات الخارجة منهما.
ووجد الباحثون أن هناك حليمات على أقدام أنواع الدببة الثلاثة من أمريكا الشمالية - الدب القطبي والدب البني والدب الأسود (ولكن ليس على أقدام الدب الماليزي الآسيوي). ومع ذلك، فإن ارتفاع الحليمات بالنسبة لعرضها كان أكبر بمقدار 1.5 مرة في الدببة القطبية مقارنة بالدب البني والأسود. ووفقا للباحثين، فإن هذه الحقيقة تسبب زيادة في سطح أقدام الدببة القطبية، فكلما ارتفعت الحليمة، زادت مساحة السطح التي "تخلقها". يمكنك أن تفكر في أي انتفاخ مثل ناطحة سحاب: كلما زاد ارتفاعها، زادت الحاجة إلى عدد أكبر من النوافذ لتغطية سطحها. والنتيجة هي أنه مقابل كل سنتيمتر مربع من القدم، تكون المساحة السطحية لأقدام الدببة القطبية أكبر بنسبة 30 بالمائة من مساحة أقدام النوعين الآخرين من الدببة في أمريكا الشمالية.
وفي المرحلة الثانية من الدراسة، طبع الباحثون نماذج ثلاثية الأبعاد لأقدام الدببة التي تم مسحها واختبار الاحتكاك الناتج بين النماذج وسطح الثلج الذي قاموا بإنشائه في المختبر. وأظهرت النتائج أن نماذج أقدام الدب القطبي خلقت احتكاكًا أكبر بنسبة 50-30 بالمائة مع سطح الثلج مقارنة بنماذج أقدام الدببة الأخرى ذات الحليمات. وفقًا للباحثين، فإن الخشونة الإضافية الناتجة عن الارتفاع الكبير لحليمات أقدام الدببة القطبية تسمح لها بإنتاج قبضة أفضل على الأسطح الملساء التي تمشي عليها.
الدب يختفي
وفقا للتقديرات يوجد اليوم حوالي 26 ألف دب قطبي في البرية - وما زال العدد في ازدياد تتضاءل بسرعة. ويرجع ذلك إلى أزمة المناخ التي تؤدي إلى فقدان طبقة الجليد البحري التي تحتاجها الدببة صيد الفقمة - مصدر غذائهم الرئيسي. يسافر لابان في منطقة القطب الشمالي ويلتقي بالدببة منذ ما يقرب من 15 عامًا، ويتحدث عن الاختلافات الملحوظة طوال هذه الفترة. يقول: "لقد رأيت عدة مرات دببة جائعة ودببة ميتة". "إننا نرى تغيرات في الموائل، خاصة في كمية ونوعية الجليد البحري وقصر موسم البرد، وهو أمر بالغ الأهمية لشبكة الغذاء في القطب الشمالي بأكملها."
إذا كنت مهتمًا بمشاهدة هذه الحيوانات المثيرة للإعجاب، يؤكد لابان على ضرورة منحها المساحة والاحترام. ويقول: "إن الطريقة الأكثر أمانًا لرؤية الدببة هي بالقارب". "من المهم جدًا أثناء المراقبة عدم مطاردة الدببة، لأن الطاقة مورد بالغ الأهمية لوجود الحيوانات البرية في الدائرة القطبية الشمالية، والتسبب في هدر الطاقة أمر فظيع". يقول وايت أن هناك احتمالًا أيضًا تعرف على الدببة القطبية سيرًا على الأقدام، في أماكن مثل خليج هدسون في كندا – طالما حافظت على مسافة منهم. "يمكنك التجول هناك ومتابعة الإناث مع الجراء أو الشباب الذكور وهم يلعبون. عندما ترى الدب القطبي يقف على رجليه الخلفيتين، فهذا مشهد مذهل للغاية".
الإطارات مستوحاة من الدببة
ومن بين الباحثين الذين قادوا الدراسة الجديدة واحد موظف بواسطة شركة Bridgestone Americas - التي تعمل، من بين أمور أخرى، في إنتاج الإطارات، كما تم تمويل البحث جزئيًا بمساعدة شركة Goodyear للإطارات والمطاط. ويرتبط هذا بهدف الدراسة: بحسب الباحثين، فإن الهدف منها هو المساعدة في تطوير إطارات أفضل للثلج، بالإضافة إلى معدات أخرى مضادة للانزلاق، مثل القفازات أو نعال الأحذية.
إن تحول العلماء والمهندسين إلى مملكة الطبيعة لأخذ الإلهام وتطوير المنتجات هو قلب المجالتقليد الطبيعة (تقليد الطبيعة). يوضح الدكتور يائيل هالفمان، المؤسس والرئيس التنفيذي: ""السيرة الذاتية" هي الحياة و"التقليد" هو التقليد". منظمة التقليد الحيوي الإسرائيلية وشركة التقليد الحيوي كود الطبيعة. "يتعلق الأمر بالنظر إلى الطبيعة باعتبارها مستودعًا ضخمًا للحلول، مع الفرضية الأساسية وهي أن العديد من التحديات التي تواجه البشرية قد تم حلها بالفعل في الطبيعة." ووفقا لها، فإن الإنسان جزء من الطبيعة - وبالتالي، فإن القيود التي تؤثر على الطبيعة، وعلى الحيوانات المختلفة التي طورت طرقا للبقاء على قيد الحياة في ظروف صعبة، هي أيضا ذات صلة بنا، في مجالات مثل الطاقة والمياه والأمن، الاتصالات وأكثر من ذلك. "الطبيعة هي أعظم المصممين، التي لم تنتهي ولن تنتهي أبدًا. كل شيء موجود في الطبيعة، وله ميزة هائلة من حيث الوقت - الطبيعة لديها 3.8 مليار سنة من البحث والتطوير كجزء من التطور.
ووفقا لهلفمان، فإن أمثلة المنتجات التي تم تطويرها باستخدام طريقة المحاكاة الحيوية تشمل دهانات الجدران التي تطرد الماء والأوساخ بطريقة مشابهة للطريقة التي تحافظ بها زهرة اللوتس على نظافتها المتقزحة، وسرب من الطائرات بدون طيار التي طورها رافائيل والتي تحاكي نشاط قطيع من الطيور في البرية لأغراض النشاط في ساحة المعركة في المستقبل.
يقول هافمان: "في حالة الدراسة الجديدة، وبما أن الدب القطبي يعيش على الجليد الذي يصعب التشبث به، فإن هناك هياكل في جسمه تتكيف مع بيئته المعيشية". "في الواقع، فإن الباحثين الذين يحاولون تطوير حلول مختلفة يحصلون على شكل وحجم وملمس مُعد مسبقًا، مع دليل على أنهم يستوفون ظروفًا معينة للوزن ودرجة الحرارة."
إذا أدى البحث الجديد إلى تعزيز إمكانية إنشاء إطارات ثلجية أكثر استقرارًا، فمن المأمول أن تكون مصنوعة أيضًا من مواد تسبب أضرارًا بيئية أقل من تلك التي تسببها الثلوج. تلك الموجودة في معظم الإطارات اليوم. وفقا لهلفمان، حتى في هذا السياق من المفيد أن نستلهم من البيئة. وتقول: "في الطبيعة، كل مخلوق يغذي بيئته من خلال وجوده ذاته - على سبيل المثال، شجرة تنتج الأكسجين وتوفر موطنا للطيور". "فقط تخيل أننا سنقوم بتصميم منتجات تتصرف بهذه الطريقة، وأن مجرد وجودها من شأنه أن يؤدي إلى تأثير إيجابي على البيئة. لدينا فرصة كمهندسين ومخططين للتخطيط لمستقبل مختلف".
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
