الهياكل الحلزونية، مثل قرون البذور، شائعة في الطبيعة وتوجد أيضًا في خدمة الإنسان. ربما يكون جزيء الحمض النووي هو الأكثر شهرة، ولكن هناك جزيئات أخرى، مثل الكوليسترول، يتم تنظيمها في هياكل حلزونية مختلفة تؤثر على وظيفتها في الجسم
ما هي الآلية المسؤولة عن تجعيد جانبي جراب البذور عند فتحه؟ هذا هو السؤال الذي طرحه طالبا الدكتوراه شاف عمرون وإيفي إفراتي على نفسيهما. وتفاجأ الاثنان، بتوجيه من البروفيسور راز كوبرمان من قسم الرياضيات والبروفيسور عيران شارون من قسم الفيزياء في الجامعة العبرية، عندما اكتشفا أن انخفاض نسبة الرطوبة في الهواء ينشط طبقتين ليفيتين منهما تُصنع حقائب الظهر وتتسبب في التفاف جوانبها في اتجاهين متعاكسين.
وبحسب البروفيسور شارون، "إنها طريقة بارعة في بساطتها لبناء القرنة بحيث تفتح في الوقت المناسب وتنثر البذور". بهذه الطريقة يتم ضمان بقاء النبات. تم نشر البحث الرائد في نهاية هذا الأسبوع في المجلة العلمية المرموقة "Science".
الهياكل الحلزونية، مثل قرون البذور، شائعة في الطبيعة وتوجد أيضًا في خدمة الإنسان. ربما يكون جزيء الحمض النووي هو الأكثر شهرة، ولكن هناك جزيئات أخرى، مثل الكوليسترول، والتي يتم تنظيمها في هياكل حلزونية مختلفة تؤثر على وظيفتها في الجسم. على المقاييس الأكبر نجد العديد من الهياكل الحلزونية في عالم الحيوان والنبات، مثل المحلاق والنباتات المتسلقة وحتى الشعر الموجود على أجسامنا. تعد النوابض والمثاقب من الأمثلة المألوفة على الهياكل الهندسية الحلزونية، لكن الهياكل الحلزونية المجهرية للبلورات السائلة تؤثر أيضًا على حياتنا اليومية، فهي مسؤولة عن التحسن الكبير في جودة شاشات LCD في السنوات الأخيرة.
حاول الباحثون فهم المبادئ التي تسبب التجعد التلقائي عند فتح جراب البذور، وتفاجأوا باكتشاف آلية هندسية ميكانيكية لم تكن معروفة سابقًا بين المجتمع الهندسي. ومن الممكن أن يكون لهذا الاكتشاف آثار مهمة على العلوم والتكنولوجيا. أولاً، يفتح الطريق أمام فهم كمي لتغيرات الشكل التي تظهر أثناء التطور الجنيني. ثانيًا، من الممكن تعلم مبادئ من الطبيعة تجعل من الممكن بناء شرائح وهياكل ناعمة من "مواد ذكية"، والتي سوف تتجعد وتغير شكلها من تلقاء نفسها بعد التنشيط الخارجي. بهذه الطريقة يمكننا إنتاج "آلات ناعمة"، مثل الأخطبوط، والذي، على الرغم من كونه مصنوعًا من قطعة واحدة، يمكنه تغيير شكله بمرونة.
في الواقع، بعد اكتشاف الآلية، قام Chestnut ببناء تقليد لجراب البذور باستخدام هلام حساس للحرارة. وكانت النتيجة شريطًا من "المواد الذكية" التي يمكن تشغيلها بمساعدة التغيرات في درجات الحرارة. عند تسخينه، يغير الشريط شكله من الحالة المسطحة إلى الأشكال الملتفة المختلفة مثل البراغي والملفات والأنابيب. بعد ذلك، طور إفراتي نموذجًا نظريًا يعتمد على صياغة مبتكرة للتوراة المرنة. تعمل الصيغة على تبسيط المشكلة، ذات الأصل المادي، إلى مصطلحات هندسية. وقد مكّن هذا التجريد من اكتشاف العلاقة بين قرون البذور والجزيئات الكيميائية.
بعد التبسيط، أصبح من الواضح للباحثين أن نفس الآلية التي تتسبب في فتح قرون البذور هي المسؤولة عن تجعد الجزيئات الفائقة التي يتم بناؤها تلقائيًا في مختلف الأنظمة الكيميائية والبيولوجية. ويوضح البروفيسور شارون أن "القياسات التي تم إجراؤها في البحث تقدم لأول مرة تفسيرا للتغيرات الشكلية التي لوحظت في الماضي في جزيئات من هذا النوع".
تعليقات 5
أعط رابطًا للمقال على الأقل ربما نفهم شيئًا ما
لم أتمكن من معرفة ما هو الجديد. إن مبدأ ربط مادتين مختلفتين من شأنه أن يسبب تغيرًا هندسيًا وفقًا لتغير الظروف البيئية معروف وهو قيد الاستخدام منذ سنوات عديدة. يبدو لي أن الأوتاد الخشبية لتفتيت الصخور كانت من بين أولى الأوتاد و"B-Metal" وما شابهها وكانت المعيار الصناعي لسنوات عديدة.
أنت لم تقل أي شيء
مثيرة للاهتمام.
على الرغم من أن سبب التفاف الحمض النووي هو البيئة التي يتواجد فيها، أليس كذلك؟ تؤثر البيئة الكارهة للماء/المحبة للماء على هذا، وليس درجة الحرارة.
لطيف - جيد!