في الواقع - إنه سهل!

يوضح الهيكل العظمي للطائر البنية المثالية للطيران. إنها قوية وقاسية وخفيفة.

بقلم: يائيل هالفمان كوهين

تعتبر الأنظمة الهيكلية للطيور، التي تتميز بقوتها وخفة وزنها، نقطة انطلاق جيدة لتطوير مواد قوية. بالفعل في القرن السابع عشر، وصف جاليليو عظام الطيور بأنها مجوفة وخفيفة. تتكون العظام من هيكل إسفنجي من الدعامات مع وجود مسافات بينها. وهذا أحد الهياكل المتكررة في الطبيعة، والتي تضمن القوة النسبية للوزن.

وفي نظر التطور فإن عظام الطيور خفيفة نسبيا مقارنة بعظام أسلافها. كما أنها خفيفة نسبيًا مقارنة بعظام الثدييات. عظم الطيور هو نفس طول عظم الثدييات، وعادة ما يكون أخف وزنا. تسمح الخفة النسبية للهيكل العظمي للطائر بتقليل الطاقة اللازمة للطيران. إن كتلة الحيوان، بالنسبة إلى السطح الذي ينتج قوة الرفع، هي المفتاح لتحديد التكلفة الأيضية للطيران. وبالفعل، خلال تطور الطيور، تطورت تكيفات (تعديلات) مختلفة لحفظ الوزن، مما انعكس على بنية العظم وشكله، كما أن العديد من هذه التكيفات تعمل على تقوية العظام وتصلبها، بالإضافة إلى تقليل وزنه.

وفي دراسة نشرت في الجريدة الأكاديمية The Journal of the Royal Society، تم إجراء مقارنة بين كثافة الكالسيوم في عظام العصافير والقوارض والخفافيش، من خلال قياس كتلة العظام وحجمها. وقد وجد أن كثافة العظام في المتوسط ​​أعلى في عظام الطيور وبعدها بقليل في عظام الخفافيش. مع زيادة كثافة العظام، تزداد أيضًا تصلب العظام وقوتها. تعكس الزيادة في كثافة العظام لدى الطيور والخفافيش تكيفات لزيادة قوة العظام وصلابتها، مع تقليل كتلتها وحجمها.
تظهر هذه البيانات أن شكل العظم ليس فقط له دور مهم في تطور الطيران، ولكن أيضًا خصائص الأنسجة العظمية. يشرح هذا البحث أيضًا سبب مساهمة عظام الطيور، التي تبدو رقيقة وحساسة، في كتلة الجسم بقدر ما تساهم به عظام الثدييات الأرضية (بسبب كثافتها العالية).
تعد صلابة المادة وقوتها معيارين لتحسين تصميم المكونات لعالم الطيران. وهذا أحد الأمثلة على تطبيقات المحاكاة الحيوية المحتملة. هل لديك أي أفكار أخرى؟