چگونه یک مارمولک دم جداشدنی خود را بسته نگه می دارد؟ – زومیت

هنگام انتخاب بین زندگی و اندام، بسیاری از حیوانات با کمال میل اعضای خود را قربانی می کنند. توانایی گچ گرفتن اکستنشن “خودکارآمدی” یا “قطع عضو داوطلبانه” نامیده می شود. عنکبوت ها پاهای خود را در هنگام پریشانی رها می کنند. خرچنگ ها پنجه های خود را می اندازند و جوندگان کوچک بیشتر پوست خود را می ریزند. برخی از جوجه های دریایی حتی سر خود را از بدن خود خارج می کنند تا از شر بدن آلوده به انگل خلاص شوند.

اما مارمولک ها ممکن است بیشتر به دلیل قطع عضو داوطلبانه شناخته شوند. آن ها دم های تکان دهنده خود را برای جلوگیری از شکارچیان جدا می کنند. این رفتار شکارچی را گیج می کند و به مارمولک فرصت می دهد تا فرار کند.

در حالی که از دست دادن دم جنبه های منفی خود را دارد (دم برای حرکت مفید است، جفت را تحت تاثیر قرار می دهد و چربی را ذخیره می کند)، بهتر از خوردن حیوان است. بسیاری از مارمولک ها حتی می توانند دم از دست رفته خود را ترمیم کنند.

دانشمندان این رفتار ضد شکارچی را به دقت بررسی کرده اند، اما ساختارهایی که باعث آن می شوند هنوز به طور کامل شناخته نشده اند. اگر یک مارمولک بتواند دم خود را در موقعیت‌هایی که تهدیدی برای زندگی نیست بشکند، چه چیزی آن را به بدن خود متصل نگه می‌دارد؟

آک سونگ جوانیک مهندس بیومکانیک در پردیس ابوظبی دانشگاه نیویورک، این پدیده را “پارادوکس دم” می نامد: دم باید همزمان وصل و جدا شود. دکتر. سونگ گفت: “مارمولک برای زنده ماندن باید به سرعت دم خود را جدا کند.” اما او همچنین نمی تواند دم خود را به این راحتی از دست بدهد.

اخیراً دکتر سانگ و همکارانش با بررسی چند دنباله تازه جدا شده به دنبال حل این پارادوکس بودند. دکتر. به گزارش سانگ، پردیس ابوظبی دانشگاه نیویورک پر از مارمولک است. آنها با استفاده از حلقه های کوچک متصل به میله های ماهیگیری، چندین مارمولک از سه گونه را جمع آوری کردند: دو گونه مارمولک و یک نوع مارمولک بیابانی به نام مارمولک ریشدار اشمیت.

دم مارمولک از یک سری قسمت تشکیل شده است که در یک ردیف مانند دوشاخه به پریز متصل می شوند. بسته به اینکه مارمولک چقدر باید دم خود را قربانی کند، دم ممکن است در امتداد هر یک از این نقاط که «صفحات شکستگی» نامیده می‌شوند بشکند.

بین هر قسمت، برآمدگی ها (هشت گروه ماهیچه ای مخروطی شکل که به صورت دایره ای مرتب شده اند) به طور منظم در سوکت های مربوطه خود قرار می گیرند که از دیواره های نسبتاً صاف تشکیل شده اند. هر یک از این برجستگی ها نیز با انبوهی از برجستگی ها یا سنگ های کوچک شبیه قارچ های کوچک پوشیده شده است.

مارمولک ها از پردیس ابوظبی دانشگاه نیویورک گرفته شده و در یک آزمایشگاه مورد مطالعه قرار گرفتند.

محققان در آزمایشگاه دم مارمولک ها را با انگشتان خود کشیده و آنها را مجبور به قطع عضو کردند. آنها از این روند با استفاده از دوربینی با سرعت بالا فیلمبرداری کردند (مارمولک ها به زودی به جایی که بودند بازگشتند). سپس دانشمندان دم پیچ خورده مارمولک ها را زیر میکروسکوپ الکترونی قرار دادند.

در مقیاس میکروسکوپی، محققان توانستند ببینند که در هر شکستگی که دم بدن را ترک می‌کند، ستون‌های قارچ‌مانند زیادی وجود دارد و هر سر قارچ پر از منافذ ریز است.

محققان از این که متوجه شدند دسته های متراکم ریزوم ها در هر قسمت در تماس سطحی ظاهر می شوند، به جای اینکه قسمت هایی از دم در امتداد صفحات شکست به هم بچسبند، شگفت زده شدند. این باعث شد دم مارمولک مانند یک سری قطعات شکننده به نظر برسد که ضعیف به یکدیگر متصل شده اند.

با این حال، مدل‌سازی رایانه‌ای صفحات دم شکسته نشان داد که ریزساختارهای قارچ مانند برای آزاد کردن انرژی انباشته شده سازگار هستند. آنها با شکاف های ریز پر شده اند، مانند منافذ ریز و فضاهای بین هر کلاهک قارچ، و این شکاف ها انرژی کشش را جذب کرده و دم را سالم نگه می دارند.

در حالی که این ریزساختارها می توانند کشش را تحمل کنند، در برابر شکستگی های پیچشی نسبتا آسیب پذیر هستند. به گفته محققان، احتمال شکستن دم به دلیل خم شدن 17 برابر بیشتر از کشیدن آن بود. در فیلم‌های اسلوموشن، مارمولک‌ها دیده می‌شدند که دم‌هایشان را خم می‌کردند تا در امتداد صفحه شکست به دو نیم شوند.

دوشاخه ها و پریزها، یا صفحات شکسته، بین هر قسمت از دم مارمولک (یکی در یک دایره نشان داده شده است) نقاط ضعیفی هستند که در برابر ضربه های ناگهانی آسیب پذیر هستند. مارمولک‌ها با داشتن توانایی ریختن دم، ساختار پیچیده‌ای از ویژگی‌های میکروسکوپی ایجاد کرده‌اند که به دم‌هایشان کمک می‌کند در هنگام تکان‌ها و حرکات جزئی در جای خود باقی بمانند.

هر قسمت از دم مارمولک شامل هشت گروه عضلانی مخروطی شکل (سمت چپ) است که به عنوان شاخه هایی برای اسپیگوت ها عمل می کنند. بزرگ شدن زبان تصویری از ریزوم های قارچ مانند را نشان می دهد که با فضاهای کوچک پر شده است (سمت راست).

محققان همچنین متوجه فرورفتگی‌های بسیار سطحی در دیواره‌های داخلی لانه شدند که توسط رزین‌های زبان به جا مانده بود، مانند انگشتانی که به آرامی خاک رس را فشار می‌دهند. این آنها را شگفت زده کرد: محققان انتظار داشتند که ریزوم ها به طور کامل در لانه قفل شوند. با این حال، ریزوم ها هیچ گونه پیوست اضافی که دم را محکم به بدن مارمولک بچسباند، ارائه نکردند.

محققان با مشکوک شدن به اینکه رزونانس ها باید نقش متفاوتی ایفا کنند، از پلی دی متیل سیلوکسان (ماده ای لاستیک مانند) برای شبیه سازی دم مارمولک برای شبیه سازی جدا شدن آن از بدن استفاده کردند. این به محققان اجازه داد تا نیروهای درگیر در طول قطع عضو را مطالعه کنند. آنها دریافتند که فضاهای عمیق بین ریزوم ها، همراه با حفره های کوچکتر روی سطوح ریزوم، سرعت انتشار شکست اولیه را کاهش می دهد.

برای اتصال قطعات دم به یکدیگر، زبانه ها در شکاف های مربوطه قرار می گیرند (مانند فرورفتگی سایه در گوشه سمت چپ بالای تصویر). دیواره های داخلی سوکت ها (نمای نزدیک در سمت راست نشان داده شده است) نسبتا صاف هستند و دارای فرورفتگی های سطحی هستند که در آن مقاومت های قارچی شکل به دیوارها فشار می آورند. این ساختارها نشان می دهد که مقاومت ها با دیواره های سوکت درگیر نمی شوند، بنابراین نقشی در گرفتن زبانه ندارند.

سونگ می‌گوید: «اگر شکافی ایجاد شود و به سوراخی برسد که فضای خالی است، آن شکاف متوقف می‌شود و انرژی خود را برای انتشار از دست می‌دهد. “به عبارت دیگر، شروع یک شکست را می توان در مسیر خود متوقف کرد.”

هر فرورفتگی و شیار کمک می کند: میزان چسبندگی منافذ کوچک با منافذ کوچک 15 برابر بیشتر از میخ های صاف غیر متخلخل و کمی بیشتر از رزین های غیر متخلخل ریز بود.

به گفتی انینگسو گاتاکمکانیک شیمیایی دم مارمولک ها شبیه ریزساختارهای چسبنده ای است که در انگشتان چسبنده مارمولک ها و قورباغه های درختی یافت می شوند. شرکت نکردن در مطالعه، دکتر. گاتک گفت: “این باید تعادل مناسبی بین چسبندگی و جدا شدن باشد، زیرا به حیوانات اجازه می دهد از شیب های تند بالا بروند.” وی افزود: پاهای این حیوانات با میلیاردها موی ریز پوشیده شده بود که خود سرهای قارچ مانند هستند.

محققان بر این باورند که درک فرآیندی که به مارمولک‌ها اجازه می‌دهد دم خود را بریزند، می‌تواند در زمینه مهاربندی اندام مصنوعی، پیوند پوست یا بانداژ کاربرد داشته باشد و حتی می‌تواند به ربات‌ها در برداشتن قطعات شکسته کمک کند.

با این حال، دکتر سونگ هیجان‌زده‌تر می‌شود زیرا سرانجام می‌فهمد که چگونه این موجودات از شکارچیان در محوطه دانشگاه فرار کردند. او گفت: «این پروژه از روی کنجکاوی انجام شد. ما فقط می‌خواستیم بدانیم که چگونه مارمولک‌های اطراف ما به این سرعت دم‌هایشان را می‌وزانند.»

یافته های این مطالعه در مجله Science منتشر شد.