من بين عجائب العالم الطبيعي ، لم يلاحظه أحد على الإطلاق: ذيل نابض شبه مائي متحرك.
هناك أكثر من 9000 نوع معروف من الذيل الربيعي في جميع أنحاء العالم – اللافقاريات الصغيرة الشبيهة بالبراغيث. يعيش الكثيرون في موائل مظلمة ورطبة ، لكنهم يتواجدون في جميع القارات السبع ؛ حتى أن البعض يهاجر فوق الجليد. تتحرك المفصليات على الأرض عن طريق رمي أجسادها في الهواء ، وتدور أحيانًا 500 مرة في الثانية ، مثل فناني السيرك الذين يطلقون النار من شرائع قائمة بذاتها. قال فيكتور أورتيجا جيمينيز ، باحث الميكانيكا الحيوية في جامعة مين الذي درس الأنواع ، إن حظًا سعيدًا في مشاهدة عرض الأرجوحة – فمعظم ذيل الربيع “صغيرة مثل حبة الرمل”.
الآن ، تم إطلاق مقاطع فيديو مكبرة ومبطئة لهذه القفزات عالية الأوكتان من قبل الدكتور أورتيجا خيمينيز وزملاؤه. مقالة نُشر يوم الإثنين في مجلة Proceedings of the National Academy of Sciences ، وهو يكشف عن عنصر من عناصر التحكم في الجسم بشكل رشيق تقريبًا. تقدم الصور المرئية شرحًا مفصلاً لكيفية قفز ذيل الربيع في الهواء وهبط على أقدامهم في كل مرة يهبطون فيها.
دكتور. قال Ortega Jiménez إن التحكم في ذيل الربيع غالبًا ما يأتي من أكثر ميزاته تفرداً وغموضاً ، Colophore ، وهو أنبوب يبرز من بطنهم. يتفاعل هذا الأنبوب مع القوى المحيطة بالحيوان بطرق خفية: السحب ، التوتر السطحي ، الجاذبية. قال الدكتور أورتيجا خيمينيز: “إنهم يستفيدون من الماء والهواء”.
الذيل النابض ليس حشرات ، على الرغم من أنه تم تصنيفها منذ فترة طويلة بسبب أرجلها الستة وأجسامها المجزأة وقرون الاستشعار. نظرًا لأن أفواههم تتراجع إلى رؤوسهم ، فإنهم يشكلون الآن الجزء الأكبر من فئة تصنيفية منفصلة: Entognatha.
من الناحية التصنيفية ، يُطلق على ذيل الربيع اسم Collembola ، وهو مصطلح صاغه عالم اللغة الإنجليزية الموسوعي جون لوبوك في القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين. تأتي الكلمة من الكلمات اليونانية التي تعني “غراء” و “إسفين”. اختار لوبوك الاسم من السلوك الذي لاحظه بعد قلب زنبرك على ظهورهم ووضع قطعة من الزجاج على بطونهم. تمد الحيوانات هذه القطعة بأرجلها ، بينما تطرد أطراف كولوفوراها سائلًا يدفعها نحو السطح. هذا السائل ، لوبوك كتب“مما لا شك فيه ، يعطي قبضة أفضل.”
عارض علماء آخرون هذا التفسير لعمل الكولوفرين. في القرن العشرين ، كان التفسير الوظيفي الأكثر قبولًا على نطاق واسع لـ Colophorus – الجزء الوحيد من جسم ذيل الربيع الذي يجذب الماء – هو طريقة لامتصاص العناصر الغذائية. تم اقتراح تطبيقات أخرى في القرن الحادي والعشرين: هذا هو أداة التنظيف الذاتي أو بطريقة قم بعمل قفزة ذيل الربيع.
بالتركيز على كيفية تحرك الحيوانات ، د. أصبح Ortega Jimenez مهتمًا بالسبرينغيتيل عندما رآهم يقفزون بالقرب من مجرى مائي. كان يُعتقد أن الحيوانات قادرة على توجيه نفسها في اتجاه واحد فقط اقلب بكثافة في الهواء، لاحظ الدكتور أورتيجا خيمينيز أنه عندما قفزت المفصليات من الشاطئ إلى الماء ، هبطت بالضبط حيث بدأت. يتطلب القيام بذلك شكلاً من أشكال التحكم طوال القفزة بأكملها.
عاد الدكتور إلى المختبر. بدأ Ortega Jimenez تصوير الذيل النابض أثناء الطيران وصمم نفقًا صغيرًا للرياح لمعرفة كيفية تعامل الحيوانات مع الظروف الجوية المختلفة. وجد أن لون الذيل الربيعي متورط في جميع أجزاء علامة التبويب.
أثناء الإقلاع ، التقطت Colophorae قطرة ماء عندما حطمت ذيل الينابيع ذيلها الشبيه بالذيل في الماء. عندما كانت الحيوانات تدور في الهواء ، ثنت أجسامها على شكل U ، مما أدى إلى إبطاء دورانها وسمح لها في النهاية بالتحليق مباشرة في الهواء مثل الأبطال الخارقين الصغار.
عندما ينقلب رأسًا على عقب أثناء وجوده في نفق للرياح ، كانت ذيل الربيع مع قطرات الماء على كولوفوراي قادرة على تدوير نفسها في غضون 20 مللي ثانية ، أسرع من أي حيوان تم تسجيله سابقًا. من الصناديق ، هبطت الذيل النابض ، وأعطاها اللون المائي قاعدة أكثر ثباتًا واتساقًا لزجًا على السطح.
قال الدكتور أورتيجا خيمينيز: “كانوا يقفزون بالمظلات وسقطوا على أقدامهم”.
باستخدام النماذج الرياضية ، وجد الباحثون أن ذيول الربيع مع قطرات الماء في كولوبوريس فشلت بشكل ملحوظ في الهبوط أقل من ذيول الربيع الجافة. سيكونون على أقدامهم في الشوط الأول. قال سعد باملا ، باحث الميكانيكا الحيوية في معهد جورجيا للتكنولوجيا ، إنه على الرغم من أن الكولوفرين قد يكون له وظائف أخرى ، إلا أن دوره في القفز – أثناء الإقلاع والطيران والهبوط – يبدو مهمًا. “هذا ، بالنسبة لي ، هو الجانب الرائع هنا ،” قال.
ساعد الدكتور بوملا في جلب علماء الروبوتات الذين صمموا روبوتًا يعتمد على ذيل نابض يضبط نفسه في الهواء ويهبط على قدميه 75 في المائة من الوقت. هذا النوع من التحكم لم يتم دراسته جيدًا في مجال الروبوتات ، والذي ركز في الغالب على الإقلاع. إن بناء آلة يمكن أن تهبط باستمرار على قدميها يعني بناء آلة جاهزة للقفز بسرعة. قال الدكتور باملا: “لأنه إذا تمكنوا من التحكم في القفزة ، فيمكنهم الاستمرار في فعلها مرارًا وتكرارًا”. “هذا مثير جدا للاهتمام.”
وقال الدكتور أورتيجا جيمينيز إن هذا يمكن أن يوفر أيضًا تفسيرًا تطوريًا لقفزات ذيل الربيع. على الرغم من وجود الكثير من التكهنات في هذه المرحلة و “تطور هذه الحيوانات القافزة هو لغز” ، فإن التعافي السريع من القفزة يسمح لذيل الينابيع بتجنب الحيوانات المفترسة بشكل أفضل. قال الدكتور أورتيجا خيمينيز: “الاستعداد ضروري للبقاء على قيد الحياة”.
لقد فاجأ الباحثون الكثير من التحكم في مثل هذا الحيوان الصغير. لكن الديناميكيات على المقاييس الصغيرة غالبًا ما تكون سلبية ، وحتى السمات الأساسية يمكن التغاضي عنها بسهولة. القليل من الماء في البطن يمكن أن يغير كل شيء.
قال الدكتور باملا: “بناءً على التصميم ، هذا سخيف للغاية”. “إنه مثل ،” لماذا لم أفكر في هذا؟ “
