اكتشاف سر الحركة الجانبية للثعابين وتسخيرها في خدمة تطور الروبوتات مستقبلا | صور

ولكن ظلت هناك أسئلة حول كيفية إنتاج الثعابين لحركتها الفريدة تلك، وكيف يمكنها السير بشكل جانبي منتظم، والاكتشاف كان عظيما وربما يفيد في تطوير الروبوتات مستقبلا.

الأفاعي الجانبية هي أفاعي سامة وتحديدًا الأفاعي الجرسية، موطنها الصحاري في جنوب غرب الولايات المتحدة والمكسيك المجاورة.

سبق للعلماء أن درسوا ووصفوا البنية المجهرية لجلد الثعابين أو بطنيها، كما أن العديد من الثعابين التي خضعت للدراسة، بما في ذلك جميع أنواع الأفاعي، كان لها واجهة خلفية مميزة "microspicules" (نتوءات بحجم ميكرون على المقاييس).

تقوم بتقليل الاحتكاك في الاتجاه الأمامي - اتجاه الثعبان الزاحف - وزيادة الاحتكاك في الاتجاه الخلفي لتقليل الانزلاق. 

من خلال العمل مع جلود طبيعية تم جمعها من الثعابين في حدائق الحيوان، استخدم الباحثون مجهر القوة الذرية لتصور وقياس الهياكل الدقيقة لهذه النتوءات في ثلاثة أنواع من الأفاعي الجانبية بالإضافة إلى العديد من أنواع الأفاعى الأخرى للمقارنة. 

ووجدت نتائج البحث المنشور هذا الأسبوع في مجلة Proceedings of the National Academy of Sciences، أن الأفاعي الجانبية لها بالفعل بنية فريدة تختلف عن الثعابين الأخرى. 

كانت الجزيئات الدقيقة غائبة في الأنواع الجانبية الأفريقية ومختزلة في nubbins صغيرة في الأنواع الجانبية بأمريكا الشمالية. 

كان لدى الثعابين الثلاثة أيضًا انخفاضات دقيقة تشبه فوهة البركان تنتج نسيجًا مميزًا لم يظهر في الثعابين الأخرى. 

قام «دانيال جولدمان» أستاذ الفيزياء في عائلة دن في معهد جورجيا للتكنولوجيا و«جينيفر ريزر» باحثة ما بعد الدكتوراه في مجموعة جولدمان وأستاذ مساعد في قسم الفيزياء بجامعة إيموري، بتطوير نماذج رياضية لاختبار النموذجين. 

معجزة في هياكل الثعابين الجانبية

كشفت النماذج أن الجزيئات الدقيقة ستعيق بالفعل الانحراف، كما كشفت أيضًا عن نتيجة غير متوقعة وهي أن الميكروبيكول تعمل على تحسين أداء الثعابين التي تستخدم التموج الجانبي للتحرك. 

التموج الجانبي هو الحركة النموذجية من جانب إلى جانب التي تستخدمها غالبية أنواع الثعابين في حركتها عبر الرمال. 

يؤكد جوزيف مينديلسون مدير الأبحاث في Zoo Atlanta والأستاذ المساعد في مدرسة Georgia Tech للعلوم البيولوجية: "يضيف هذا الاكتشاف بُعدًا جديدًا لمعرفتنا بوظائف هذه الهياكل، وهو أكثر تعقيدًا من الأفكار السابقة".

تشير النماذج إلى أن الميكروبيكول تعمل إلى حد ما مثل نسيج السروال القصير، يوضح جولدمان: "يكون الاحتكاك منخفضًا عند تمرير إصبعك على طول النسيج المجعد - بما يتوافق مع العمل السابق - ولكن الأخاديد تنتج احتكاكًا كبيرًا عندما تحرك إصبعك بشكل جانبي عبر نسيج القماش وهي نفس طريقة عمل أجساد الثعابين"، لكن لا تزال وظيفة الحفر المميزة لغزا.

تطوير الروبوتات وفقا لحركة الثعابين الجانبية

يمكن أن تكون النتائج مهمة لتطوير الأجيال القادمة من الروبوتات القادرة على التحرك عبر الأسطح الصعبة مثل الرمال السائبة. 

قال ريزر: "إن فهم كيف ولماذا هذا المثال من أعمال التطور المتقارب قد يسمح لنا بتكييفه مع احتياجاتنا الخاصة، مثل بناء الروبوتات التي يمكنها التحرك في البيئات الصعبة".

لاحظ مندلسون أنه فيما يتعلق بالتشريح، كان هذا مثالًا كلاسيكيًا على التطور المتقارب بين زوج من أنواع الثعابين في إفريقيا وثعبان قريب جدًا في الصفات من أمريكا الشمالية. 

أشارت عمليات إعادة البناء البيوجغرافية التي أجرتها «جيسيكا تينجل» طالبة الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا ريفرسايد، إلى أن الثعابين الأفريقية أقدم من الناحية التطورية من الموجودة في أمريكا الشمالية، مما يشير إلى أن الانحناءات الجانبية تمثل مرحلة مبكرة من التكيف مع الانحراف.

أجرى تاي-دي لي الذي كان يعمل وقتها في معهد جورجيا للتكنولوجيا في مختبر البروفيسور إليسا ريدو والآن في جامعة مدينة نيويورك، قياسات AFM. 

بالاعتماد على مجالات علم الأحياء التطوري وفيزياء الأنظمة الحية، والنمذجة الرياضية، أنتج الفريق دراسة تشرح بعض جوانب ما تفعله هذه الهياكل الدقيقة على بطون الثعابين وكيف تطورت في الثعابين. 

كتب المؤلفون: "تسلط نتائجنا الضوء على كيف يمكن لنهج متكامل أن يوفر تنبؤات كمية للعلاقات الهيكلية والوظيفة ورؤى في التكيفات السلوكية والتطورية في الأنظمة البيولوجية".