من بين عجائب العالم الطبيعي التي لم يلاحظها سوى القليل: ذيل سبرينغيتيل شبه مائي متحرك.
هناك حوالي 9000 نوع معروف من الذيل الربيعي – اللافقاريات الصغيرة الشبيهة بالبراغيث – في العالم. يعيش الكثيرون في موائل مظلمة ورطبة ، لكنهم يتواجدون في جميع القارات السبع ؛ حتى أن البعض يهاجر على الثلج. تتجول المفصليات على الأرض وتلقي بأجسادها في الهواء ، وتدور أحيانًا 500 مرة في الثانية ، مثل فناني السيرك الذين يطلقون النار من مدافع 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 والمكبرة لتلك القفزات عالية الأوكتان ، نشرها الدكتور أورتيجا خيمينيز وزملاؤه في مقال نُشر يوم الإثنين في مجلة Proceedings of the National Academy of Sciences ، يكشف عن عنصر دقيق للتحكم الجسدي يكاد يكون رشيقًا. تساعد الصور المرئية في شرح مفصل كيف يقفز ذيل الربيع في الهواء ويقف على أقدامه في كل مرة يهبط فيها تقريبًا.
قال الدكتور أورتيجا خيمينيز إن الكثير من سيطرة الذيل النابض تنبع من أكثر سماتها تميزًا وغموضًا ، الكولوفور ، وهو أنبوب يمتد من البطن. يتفاعل هذا الأنبوب بطرق مختلفة مع القوى التي تحيط بالحيوانات: السحب ، التوتر السطحي ، الجاذبية. قال الدكتور أورتيغا خيمينيز: “إنهم يستفيدون من الماء والهواء”.
الذيل النابض ليس حشرات ، على الرغم من أنه تم تصنيفها منذ فترة طويلة على هذا النحو بسبب أرجلها الستة ، وجسمها المجزأ ، وقرون الاستشعار. نظرًا لأفواههم ، التي يتم سحبها داخل رؤوسهم ، فإنهم يشكلون الآن غالبية فئة تصنيفية مختلفة: entognatha.
من الناحية التصنيفية ، يُطلق على Springtails اسم Springtails ، وهي تسمية مُنحت لهم من قبل John Lubbock ، وهو عالم موسيقي إنجليزي في القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين. تأتي الكلمة من الكلمات اليونانية التي تعني “الغراء” و “الوتد”. اختار لوبوك اسم السلوك الذي لاحظه بعد قلب زنبرك على ظهورهم ووضع قطعة من الزجاج فوق بطونهم. كانت الحيوانات تصل إلى القشرة بأقدامها بينما تنبعث منها سوائل في نفس الوقت من أطراف حواملها وتدفعها إلى السطح. هذا السائل ، لوبوك كتب“بالتأكيد ، يعطي قوة بقاء أفضل.”
طعن علماء آخرون في وقت لاحق في هذا التفسير لوظيفة كولوفور. في القرن العشرين ، كان التفسير الوظيفي الأكثر قبولًا للكولوفور – الجزء الوحيد من جسم ذيل الربيع الذي يجذب الماء – بمثابة وسائل امتصاص المغذيات. تم اقتراح استخدامات أخرى في القرن الحادي والعشرين: يمكن أن يكون أداة التنظيف الذاتي أو وسيلة ل يؤدي القفز سبرينغتيل.
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 التحرك في اتجاه واحد فقط ، إذن تدور بعنف في الهواء، عندما قفزت مفصليات الأرجل من الشاطئ إلى الماء وعادت مرة أخرى ، لاحظ الدكتور أورتيجا خيمينيز أنها بدت وكأنها هبطت حيث بدأت بالضبط. سيتطلب هذا نوعًا من التحكم في جميع أنحاء القفزة.
بالعودة إلى المختبر ، بدأ الدكتور أورتيجا خيمينيز في تصوير فيلم Springtails أثناء الطيران ، وصمم نفقًا صغيرًا للرياح ليرى كيف تتعامل الحيوانات مع الظروف الجوية المختلفة. اكتشف أن كولوفور ذيل الربيع كان متورطًا في جميع أجزاء القفزة.
أثناء الإقلاع ، عندما صفع ذيل الزنبرك شبيه الذيل على 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 مثل الأبطال الخارقين الصغار.
عند التدحرج في نفق الرياح ، كانت ذيل الينابيع التي تحتوي على قطرات الماء على غلافها قادرة على التدحرج في أقل من 20 مللي ثانية ، أسرع من أي حيوان تم تسجيله سابقًا. الصدور للخارج ، وهبطت الذيل الزنبركية وأعطتها الكولوفور المائي قاعدة أكثر ثباتًا وقبضة لزجة على السطح.
قال الدكتور أورتيغا خيمينيز: “كانوا يقفزون بالمظلات وهبطوا على أقدامهم”.
باستخدام النماذج الرياضية ، وجد الباحثون أن ذيل الينابيع التي تحتوي على قطرات الماء على غلافها المغمور قد انهارت بشكل أقل بكثير عندما هبطت من ذيل الينابيع الجافة. يمكن أن يقفوا 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 محتملة 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 الذيل الربيعي يمكنه تصحيح نفسه في الهواء والهبوط على قدميه 75٪ 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: “لأنه إذا تمكنوا من التحكم في القفزة ، فيمكنهم الاستمرار في فعل ذلك مرارًا وتكرارًا”. “وهذا أكثر إثارة للاهتمام بكثير.”
قال الدكتور أورتيجا خيمينيز إن هذا يمكن أن يقدم أيضًا تفسيرًا تطوريًا لقفز ذيل الربيع. على الرغم من وجود الكثير من التكهنات في هذه المرحلة وأن “تطور هذه الحيوانات القافزة يعد لغزًا” ، فإن التعافي السريع بعد القفزة يسمح لذيل الربيع بتجنب الحيوانات المفترسة بشكل أفضل. قال الدكتور أورتيجا خيمينيز: “الاستعداد هو مفتاح البقاء على قيد الحياة”.
لقد فاجأ الباحثون بالعثور على الكثير من التحكم في مثل هذه الحيوانات الصغيرة. لكن الديناميكيات صغيرة النطاق غالبًا ما تكون غير بديهية ، وحتى السمات الأساسية يمكن التغاضي عنها بسهولة. القليل من الماء على معدتك يمكن أن يغير كل شيء.
قال الدكتور بهاملا: “التصميم الحكيم بسيط للغاية”. “إنه ، مثل ،” لماذا لم أفكر في ذلك؟ “
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”