زبان آفتاب‌پرست، جرقه‌ای برای فناوری فضایی و پزشکی آینده
به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، دانشمندان دانشگاه فلوریدای جنوبی یک مکانیسم مشترک و پرسرعت پرتاب زبان را در سمندر‌ها و آفتاب‌پرست‌ها شناسایی کرده‌اند که می‌تواند ابزار‌های پزشکی و صنعتی آینده را متحول کند.
این کار که توسط یو زنگ، محقق فوق دکترا در دانشگاه فلوریدای جنوبی و استفن دبان، استاد زیست‌شناسی تلفیقی، رهبری می‌شود، یک مدل واحد برای چگونگی دستیابی این حیوانات دوردست به حملات برق‌آسا ارائه می‌دهد.
تحلیل‌های ویدئویی این تیم که طی بیش از یک دهه در آزمایشگاه دِبان گردآوری شده‌اند، نشان می‌دهند که هر دو گروه می‌توانند زبان خود را با سرعت تا ۴ متر در ثانیه بیرون بیاورند.
زنگ و دبان می‌گویند همان معماری «بالستیک» که از بافت‌ها، تاندون‌ها و استخوان‌های معمولی ساخته شده است، هر دو سیستم را تعریف می‌کند و می‌توان آن را به راحتی به دستگاه‌های مهندسی‌شده تبدیل کرد.
معماری «بالستیک» مشترک در گونه‌های دور از هم
آفتاب‌پرست‌ها و سمندر‌ها گوشه‌های بسیار متفاوتی از دنیای حیوانات را اشغال می‌کنند. آفتاب‌پرست‌ها در محیط‌های گرم‌تر روی درختان یا بوته‌ها زندگی می‌کنند، در حالی که سمندر‌ها در زیستگاه‌های مرطوب، از جمله برگ‌های ریخته شده و غارها، رشد می‌کنند. زنگ گفت: «آنها در واقع هرگز در طبیعت با یکدیگر ملاقات نکرده‌اند.» با این حال، تیم USF دریافت که هر دو سیستم بسیار مشابهی را برای شلیک زبان‌های خود تکامل داده‌اند.
زنگ توضیح داد: «آنها همان معماری را در بدن خود تکامل داده‌اند تا زبان‌هایشان را با سرعت بالا شلیک کنند. نکته تعجب‌آور این است که آنها با استفاده از همان بافت‌ها، تاندون‌ها و استخوان‌های معمولی که سایر مهره‌داران دارند، به این هدف دست می‌یابند.
با قرار دادن این گونه‌ها در کنار هم، این مطالعه اولین مقایسه جامع را ارائه می‌دهد که نحوه پرتاب زبان آنها را در یک مدل مکانیکی واحد خلاصه می‌کند. این مکانیسم بسیار شبیه به یک تیرکمان عمل می‌کند، انرژی را قبل از آزاد کردن آن در یک انفجار سریع برای سوق دادن زبان به سمت طعمه ذخیره می‌کند.
برای دبان، که بیش از سه دهه حرکات و فیزیولوژی حیوانات را مطالعه کرده است، این پروژه تمرکز آزمایشگاه او را گسترش داده و ارتباط آن را با مهندسی عمیق‌تر کرد. آوردن زنگ، که قبلاً پرواز حشرات را مطالعه می‌کرد، به آزمایشگاه، دیدگاه آنها را در مورد نحوه حرکت حیوانات در هوا و اینکه چگونه این دینامیک‌ها می‌توانند به فناوری کمک کنند، گسترش داد.
از زیست‌شناسی تیرکمان بچه‌گانه تا ابزار‌های کاربردی
این تیم تأکید می‌کند که این مکانیزم شبیه به تیرکمان را می‌توان با مواد نرم یا انعطاف‌پذیر، بزرگ یا کوچک کرد و دوباره ساخت. زنگ گفت: «این مکانیزم را می‌توان با استفاده از مواد نرم یا انعطاف‌پذیر، بزرگ یا کوچک کرد. ما در حال حاضر با مهندسان در مورد کاربرد‌های زیست‌پزشکی احتمالی، مانند دستگاه‌هایی که می‌توانند لخته‌های خون را پاک کنند، صحبت می‌کنیم. در مقیاس بزرگتر، این می‌تواند الهام‌بخش ابزار‌هایی برای بازیابی اشیاء در مکان‌های صعب‌العبور مانند یک ساختمان فروریخته یا حتی جمع‌آوری آوار در فضای بیرونی باشد.»
ایده این است که از اجزای ساده و مقاوم برجسته‌شده در این مطالعه برای ساخت سیستم‌هایی استفاده شود که بتوانند به سرعت باز شوند، با دقت قفل شوند یا بگیرند و به طور قابل اعتمادی جمع شوند. عملکرد‌هایی که با نیاز‌های بیمارستان‌ها، واکنش به بلایا و محیط‌های کم‌گرانش همسو باشند.
محققان با پایه‌گذاری مدل خود بر اساس داده‌های حرکتی دهه‌ها، قصد دارند پارامتر‌های روشنی برای تکرار به مهندسان ارائه دهند. شباهت‌های بین سمندر‌ها و آفتاب‌پرست‌ها نشان می‌دهد که فیزیک پایه به بافت‌های نادر یا عجیب و غریب بستگی ندارد.
در عوض، همان مواد بیولوژیکی روزمره طوری تنظیم شده‌اند که انرژی را جمع‌آوری کرده و آن را در یک پالس کنترل‌شده و پرقدرت آزاد کنند. نویسندگان پیشنهاد می‌کنند که این سادگی می‌تواند به دستگاه‌هایی تبدیل شود که ساخت و نگهداری آنها آسان‌تر است و در عین حال سرعت و دقت بالایی را ارائه می‌دهند.
چه چیزی در ادامه می‌آید؟
زنگ و دبان قصد دارند کار خود را به نیمه دوم حرکت، یعنی جمع شدن سریع و دقیقی که پس از بیرون کشیدن زبان رخ می‌دهد، گسترش دهند. درک چگونگی کاهش سرعت حیوانات و پیچ خوردن زبان‌هایشان می‌تواند طرح‌هایی را برای ابزار‌های قابل استقرار که باید بدون آسیب یا از دست دادن کنترل به موقعیت اولیه خود بازگردند، شکل دهد.
رویکرد آنها نشان‌دهنده‌ی تغییر گسترده‌تری به سمت «الهام زیستی» است که محققان آن را به عنوان توسعه‌ی مواد، دستگاه‌ها یا ساختار‌های جدید از محلول‌های موجود در موجودات زنده توصیف می‌کنند.
دبان گفت: «داشتن یک داستان واحد در مورد این زبان‌های شگفت‌انگیز و همچنین کاربرد‌های مهندسی بالقوه پس از سال‌ها تمرکز بر زیست‌شناسی این حیوانات، لذت‌بخش است. طبیعت قبلاً این مشکلات را حل کرده است، اکنون ما در حال یادگیری چگونگی تطبیق آن راه‌حل‌ها برای خود هستیم.
این مطالعه در شماره ۸ سپتامبر مجله Current Biology منتشر شده است.