واحدة من أكثر لاعبي الطبيعة إثارة للإعجاب: ذيل الربيع

من بين عجائب العالم الطبيعي التي لم يلاحظها سوى قلة من الناس: ذيل الربيع شبه المائي المتحرك.

هناك حوالي 9000 نوع معروف من الذيل الربيعي – اللافقاريات الصغيرة الشبيهة بالبراغيث – حول العالم. يعيش الكثير في موائل مظلمة ورطبة ، ولكن يمكن العثور عليها في جميع القارات السبع ؛ حتى أن البعض يهاجر على الثلج. جابت المفصليات الأرض عن طريق قذف أجسادها في الهواء ، وأحيانًا تدور 500 مرة في الثانية ، مثل فناني السيرك الذين يطلقون النار من شرائع قائمة بذاتها. قال فيكتور أورتيجا خيمينيز ، الباحث في الميكانيكا الحيوية بجامعة مين الذي درس المخلوقات ، إن حظًا سعيدًا في إلقاء نظرة على عرض الأرجوحة – فمعظم ذيل الربيع “صغيرة مثل حبة الرمل”.

الآن ، سلسلة من مقاطع الفيديو البطيئة المكبرة لهذه القفزات العالية الأوكتان ، أصدرها الدكتور أورتيجا خيمينيز وزملاؤه في مقالة نُشر يوم الاثنين في مجلة Proceedings of the National Academy of Sciences ، يكشف عن عنصر من التحكم الجسدي الصغير الذي يكاد يكون رشيقًا. تساعد المرئيات في شرح مفصل لكيفية قفز ذيل الربيع في الهواء وينتهي به الأمر على أقدامهم في كل مرة يهبطون فيها تقريبًا.

قال الدكتور أورتيجا خيمينيز إن سيطرة الذيل النابض جاءت إلى حد كبير من أكثر سماتها تميزًا وغموضًا ، الكولوفور ، وهو أنبوب يخرج من بطونهم. يتفاعل هذا الأنبوب بطرق مختلفة مع القوى المحيطة بالحيوانات: السحب ، التوتر السطحي ، الجاذبية. قال الدكتور أورتيغا خيمينيز: “إنهم يستغلون الماء والهواء”.

الذيل النابض ليس حشرات ، على الرغم من أنه تم تصنيفها على هذا النحو لفترة طويلة بسبب أرجلها الستة وأجسامها المجزأة وقرون الاستشعار. بسبب أفواههم ، التي تراجعت داخل رؤوسهم ، فإنهم يشكلون الآن غالبية فئة تصنيفية مختلفة: entognatha.

من الناحية التصنيفية ، يُطلق على ذيل الربيع اسم Collembola ، وهي تسمية منحها لها جون لوبوك ، وهو عالم إنجليزي متعدد اللغات في القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين. تأتي الكلمة من الكلمات اليونانية التي تعني “الغراء” و “الوتد”. اختار لوبوك الاسم من السلوك الذي لاحظه بعد أن قلب زنبرك على ظهورهم وحلق قطعة من الزجاج فوق بطونهم. كانت الحيوانات تصل إلى القشرة بأرجلها بينما تنبعث في نفس الوقت سائلًا من أطراف حوافها وتدفعها نحو السطح. هذا السائل ، لوبوك كتب، “بلا شك ، يعطي فرصة أفضل.”

عارض علماء آخرون في وقت لاحق هذا التفسير لوظيفة كولوفور. في القرن العشرين ، كان التفسير الوظيفي الأكثر قبولًا للكولوفور – الجزء الوحيد من جسم ذيل الربيع الذي يجذب الماء – بمثابة طريقة لامتصاص العناصر الغذائية. تم اقتراح استخدامات أخرى في القرن الحادي والعشرين: يمكن أن يكون أداة التنظيف الذاتي أو وسيلة ل يوجه قفزة ذيل الربيع.

أصبح الدكتور أورتيجا خيمينيز ، الذي يركز بحثه على كيفية تحرك الحيوانات ، مهتمًا بذيل الزنبرك عندما رآهم يقفزون بالقرب من مجرى مائي. بينما كان يُعتقد أن الحيوانات يمكنها فقط توجيه نفسها في اتجاه ثم تقلب بعنف في الهواء، عندما قفزت المفصليات من الضفة إلى الماء والعودة ، لاحظ الدكتور أورتيجا خيمينيز أنها بدت وكأنها هبطت حيث بدأت بالضبط. القيام بذلك يتطلب نوعًا من التحكم طوال القفزة بأكملها.

بالعودة إلى المختبر ، بدأ الدكتور أورتيجا خيمينيز في تصوير فيلم Springtails أثناء الطيران ، وصمم نفقًا صغيرًا للرياح لمعرفة كيفية تعامل الحيوانات مع الظروف الجوية المختلفة. وجد أن كولوفور ذيل الربيع كان متورطًا في جميع أجزاء القفزة.

أثناء الإقلاع ، عندما اصطدمت ذيل الينابيع بفركولا تشبه الذيل من الماء ، التقطت الكولوفور قطرة ماء. عندما كانت الحيوانات تدور في الهواء ، فإنها تنحني أجسامها على شكل حرف U ، مما أدى إلى إبطاء دورانها وسمح لها في النهاية بالتحليق في الهواء مباشرة ، مثل الأبطال الخارقين الصغار.

عندما ينقلب رأسًا على عقب أثناء تواجده في نفق الرياح ، كانت ذيل الينابيع ذات قطرات الماء على غلافها قادرة على قلب نفسها في أقل من 20 مللي ثانية ، أسرع من أي حيوان تم تسجيله سابقًا. خرجت الصناديق ، وهبطت الذيل النابض ، وأعطاها الكولوفور المائي قاعدة أكثر ثباتًا والتصاقًا لزجًا بالسطح.

قال الدكتور أورتيغا خيمينيز: “كانوا يقفزون بالمظلات ، وكانوا يهبطون على أقدامهم”.

باستخدام النماذج الرياضية ، وجد الباحثون أن ذيل الينابيع التي تحتوي على قطرات الماء على غلافاتها كانت تتقلب بشكل أقل بكثير عندما تهبط من ذيل الينابيع الجافة. يمكن أن ينتهي بهم الأمر على أقدامهم في نصف الوقت. قال سعد بحملة ، الباحث في الميكانيكا الحيوية في معهد جورجيا للتكنولوجيا والذي عمل أيضًا في البحث ، إنه على الرغم من وجود وظائف أخرى على الأرجح للكولوفور ، إلا أن دوره في القفز – أثناء الإقلاع والطيران والهبوط – يبدو حاسمًا. قال “هذه ، بالنسبة لي ، هي الميزة الرائعة هنا”.

ساعد الدكتور بهاملا في جلب علماء الروبوتات ، الذين صمموا روبوتًا قائمًا على ذيل الربيع الذي يمكنه تصحيح نفسه في الهواء والهبوط على قدميه 75 في المائة من الوقت. وقال إن هذا النوع من التحكم لم يُدرس جيدًا في الروبوتات ، والتي غالبًا ما تركز على الإقلاع. إن بناء آلة يمكن أن تهبط باستمرار على قدميها يعني بناء آلة يمكن أن تكون جاهزة للقفز عاجلاً. قال الدكتور بهاملا: “لأنهم إذا تمكنوا من التحكم في القفزة ، فيمكنهم الاستمرار في فعلها مرارًا وتكرارًا”. “وهذا أكثر إثارة للاهتمام.”

قال الدكتور أورتيجا خيمينيز إن هذا يمكن أن يقدم أيضًا تفسيرًا تطوريًا لقفزات ذيل الربيع. في حين أن هناك الكثير من التكهنات في هذه المرحلة و “تطور هذه الحيوانات القافزة هو لغز” ، فإن التعافي السريع من القفزة يسمح للنابض بالهروب بشكل أفضل من الحيوانات المفترسة. قال الدكتور أورتيغا خيمينيز: “الاستعداد ضروري للبقاء على قيد الحياة”.

لقد فاجأ الباحثون بالعثور على الكثير من التحكم في مثل هذه الحيوانات الصغيرة. لكن الديناميكيات على المقاييس الصغيرة غالبًا ما تكون غير بديهية ، وحتى السمات الأساسية يمكن التغاضي عنها بسهولة. القليل من الماء على البطن يمكن أن يغير كل شيء.

قال الدكتور بهاملا: “تصميم الحكمة ، إنه بسيط للغاية”. “إنه مثل ،” لماذا لم أفكر في هذا؟ “