باز هم طبیعت برنده شد

برخی مطالعات نشان داده که خواص فیزیکی ملکول‌های درگیر در پرواز حشرات ممکن است اندکی در تامین انرژی مورد نیاز پرواز از طریق ذخیره انرژی ظرفیت استفاده شده در تغییر شکل بال نقش داشته باشند.

نگرش به این مقوله پس از تکمیل تحقیقات انجام شده در دپارتمان انرژی ASP در آزمایشگاه ملی آرگون ایالات متحده به شکل جدی‌تری دنبال شد. در این تحقیق محققان دانشگاه واشنگتن، انستیتو تکنولوژی ایلی نویز و متخصصان دانشگاه هاروارد با ترکیب پراکنش (تفرق) اشعه ایکس و روش‌های اندازه‌گیری تبادل انرژی مکانیکی در عضلات بال‌های پروانه‌ای موسوم به ماندوکا سکستا توانستند فیلم‌هایی با سرعت بالا از حرکات عضلانی این پروانه در سطح ملکولی تهیه کنند.

نتایج این تحقیق که در مجله ساینس به چاپ رسیده نشان می‌دهد ​ تفاوت دما بین بالا و پایین بال فرصتی ایجاد می‌کند تا انرژی کرنش (اعمال نیرو بر یک جسم موجب تغییر شکل آن ‌شود. تغییر شکل به​وجود آمده در واحد طول را کرنش گویند) در نواحی خنک‌تر عضلات بال ذخیره شده و سپس در فاصله بین انقباض و شل شدن عضلات آزاد می​شود. این فرآیند به افزایش نیروهای اینرسی مرتبط با شتاب گرفتن یا کاهش شتاب بال‌ها کمک می‌کند.

نکته حائز اهمیت در این تحقیق ایجاد دستگاهی است که به محققان اجازه می‌دهد همزمان با اندازه‌گیری مکانیکی حرکت عضلات بال‌های پروانه، پراش اشعه ایکس را با سرعت بالا اندازه‌گیری کنند.

به این منظور محققان بدن و عضلات پروازی پروانه را روی یک دستگاه مخصوص ثابت کردند تا به آنها اجازه تحریک انقباضات عضلانی در یک روش کنترل شده شبیه به حالت پرواز را داده و​ نیروی ناشی از انقباض عضلات را اندازه‌گیری کنند.

سپس ابزار جدید در جهت پرتو اشعه ایکس قرار گرفت و یک شاتر مخصوص برای اندازه‌گیری با سرعت بالا روی آن نصب شد. محققان در هر سیکل ضربه بال موفق به ثبت پنج تصویر پراش (هر 8 میلی ثانیه یک تصویر) شدند. این کار برای یکصد سیکل و در بازه دمایی 25 تا 35 درجه سانتی‌گراد (محدوده دمایی مشاهده شده در عضلات بال ماندوکا سکستا) بالای صفر انجام شد.

نیروی تولید شده در طول انقباض عضلات ناشی از درگیر شدن پروتئین‌های متقاطع با سایر پروتئین‌های رشته‌ای در عضلات بال است. به محض انقیاد و حرکت پروتئین‌های متقاطع با پروتئین‌های رشته‌ای و آزاد شدن آنها نیرو تولید می‌شود. اکنون محققان نشان داده‌اند ​ اختلاف دمای بالا و پایین بال‌های پروانه در طول پرواز می‌تواند به 6.9 درجه سانتی‌گراد برسد.

با در نظر گرفتن تصاویر پراکنش در بازه 25 تا 35 درجه سانتی‌گراد محققان قادر به مشاهده تغییرات به وجود آمده درسطح ملکولی در این بازه دمایی می‌شوند. تصاویر، حاکی از تفاوت فاصله ملکول‌های درگیر در انقباض عضلانی در دماهای مختلف بود. این موضوع نشان می‌داد ​ چرخه ترکیب پروتئین‌های متقاطع در دمای بالا سریع‌تر از دمای پایین‌تر شکل می‌گیرد. این فرآیند به ذخیره انرژی کشسانی در عضلات و آزاد شدن انرژی در مرحله‌های بعدی حرکت بال کمک شایانی می‌کند.

پروفسور تام دانیل، سرپرست تیم محققان معتقد است این تحقیق می تواند دیدگاه جدیدی در مورد این‌که چگونه دما، فشار و موتور ملکولی دست به دست هم داده و طیف وسیعی از عملکرد یک عضله را تولید می‌کنند، به وجود آورد.

این تحقیق اطلاعات مهمی در مورد این‌که چگونه گونه‌های پروازی پاسخگوی نیازهای انرژی خود​ هنگام پرواز و انطباق یافتن با این نیازها هستند، فراهم می‌کند و به طور کلی ممکن است پیامدهایی در زمینه نقل و انتقال و فیزیک حرکت به ما بدهد.