چرخ دنده های طبیعت
حشره ای معمولی که می توان خیلی از وقت ها آن را در حال جهش روی گیاهان دید و در تمام باغ های دنیا هم یافت می شود و ژوینل [The juvenile Issus] نامیده می شود، دانشمندان را شگفت زده کرده است.
این حشره دارای مفصل های مجهز به نوارهای دندانه داری در پاهای عقبی خود است که مانند چرخ دنده های مکانیکی با یکدیگر درگیر شده و با چرخیدن دندانه ها، باعث همزمانی حرکت پاهای جانور هنگام آغاز پرش می شود.
این یافته ها نشان می دهد مکانیسم چرخ دنده که قبلا تصور می شد منحصرا ساخته دست انسان است یک سابقه تکاملی در جانوران دارد. این اولین بار است که چرخ دنده های مکانیکی در یک ساختار بیولوژیکی مشاهده می شود.
دانشمندان دانشگاه کمبریج به کمک ضبط تصاویر ویدئویی سرعت بالا و تجزیه تحلیل آناتومی بدن این حشره توانستند برای اولین بار عملکرد این چرخ دنده های طبیعی را آشکار کنند.
چرخ دنده های موجود در پای عقب این حشره به لحاظ مهندسی شباهت قابل توجهی به چرخ دنده های موجود در دوچرخه یا جعبه دنده اتومبیل دارد.
هر یک از دندانه ها در نقطه اتصال دارای گوشه های گردی است که مشابه چرخ دنده های ساخت بشر برای جلوگیری از بریدن چرخ دنده به این شکل طراحی شده و مانند جعبه دنده ماشین، دندانه ها در چرخ مقابل با دندانه های مخالف خود کاملا درگیر شده و همزمانی حرکت پاها هنگام پرش را تقریبا به طور کامل تضمین می کنند.
پاها معمولا در فاصله کمتر از ۳۰ میکرو ثانیه از هم حرکت می کنند (هر میکروثانیه معادل یک میلیونیم ثانیه است). این موضوع برای انجام پرشی قدرتمند و نقطه شروع اولیه حرکت این حشره بسیار حیاتی است.
چرا که اختلاف حتی جزئی در هماهنگی بین حرکت و سرعت پاها می تواند به انحراف چرخشی منجر شده و در نتیجه حشره دچار چرخش کنترل نشده شود. چرخشی که می تواند او را در رسیدن به غذا یا فرار از دست یک پرنده شکارچی با مشکل مواجه کند.
پروفسور مالکوم باروفس از بخش جانورشناسی دانشگاه کمبریج می گوید: رسیدن به چنین هماهنگی دقیقی از طریق سیستم عصبی، تقریبا غیر ممکن است و تکانه های عصبی برای ایجاد چنین هماهنگی دقیقی بیش از حد طولانی می شود. با وجود چرخ دنده های مکانیکی، حشره فقط با ارسال یک سیگنال عصبی به عضلات برای تولید مقدار تقریبی نیروی لازم جهت پرش به مقصود می رسد. سپس اگر یک پا شروع به پرش کند چرخ دنده های پای مقابل درگیر شده و باعث ایجاد همزمانی مطلق در هنگام پرش می شود.
اسکلت این حشره برای حل مشکل پیچیده ای که مغز و سیستم عصبی از انجام آن ناتوان هستند نقش مهمی ایفا می کند. این موضوع بر اهمیت نگرش به خواص اسکلت حشره در چگونگی ایجاد حرکت تاکید می کند.
گریگوری ساتون از دانشگاه بریستول می گوید: تفکر ما در مورد چرخ دنده ها معمولا آن چیزی است که در ماشین آلات طراحی شده توسط انسان شاهد هستیم، اما اکنون دریافته ایم این نگرش ناشی از عدم بینش دقیق ما نسبت به طبیعت اطرافمان است. این چرخ دنده ها طراحی نشده اند، بلکه تکامل یافته اند و نشانگر ماشین آلات دقیق و سریعی هستند که برای ایجاد هماهنگی در دنیای جانوران وجود دارد.
مشکلی که هر سیستم چرخ دنده ای با آن روبه روست این است که در صورت شکسته شدن یکی از دندانه ها اثربخشی کل مکانیسم آسیب می بیند. در مورد این حشره هرگونه آسیبی قبل از بلوغ قابل ترمیم است، اما پس از رسیدن به بلوغ، آسیب های احتمالی در بزرگسالی حشره به صورت دائمی باقی می مانند.
به همین دلیل چرخ دنده های این حشره در زمان بلوغ ناپدید می شود . طول هر نوار چرخ دنده در حشره نوجوان حدود ۴۰۰میکرومتر است و هر نوار بین ۱۰ تا ۱۲ دندانه دارد. برخلاف چرخ دندانه های ساخت بشر که برای کار کردن در دو جهت دارای شکل متقارنی هستند، چرخ دنده های پای این حشره دارای شکل نامتقارنی هستند چون تنها در یک جهت و هنگام پرش حشره به جلو به کار می افتند.
nanodaily
jamejamonline.ir
