Οι επιστήμονες έχουν καταλάβει πώς οι αράχνες ανακαλύπτουν ποιο μέρος του ιστού πήρε το θύμα τους

Πίνακας περιεχομένων:

Οι επιστήμονες έχουν καταλάβει πώς οι αράχνες ανακαλύπτουν ποιο μέρος του ιστού πήρε το θύμα τους
Οι επιστήμονες έχουν καταλάβει πώς οι αράχνες ανακαλύπτουν ποιο μέρος του ιστού πήρε το θύμα τους
Anonim

Οι μαθηματικοί ανακάλυψαν μια απλή αρχή που επιτρέπει στις αράχνες να μάθουν σε ποιο μέρος του παγιδιού τους έχει πέσει το επόμενο θύμα και επίσης να χρησιμοποιήσουν τον ιστό για να συλλέγουν συνεχώς πληροφορίες σχετικά με το περιβάλλον. Τα ευρήματά τους δημοσιεύθηκαν στο SIAM Journal on Applied Mathematics.

Ο ιστός της αράχνης είναι μια φυσική, πολύ ελαφριά και κομψή δομή που έχει τεράστια δύναμη σε σχέση με τη μάζα του. Μέχρι τώρα, δεν είχαμε καν ένα απλοποιημένο μηχανικό μοντέλο που να περιγράφει τη λειτουργία και τη φύση αυτού του δισδιάστατου δονούμενου συστήματος, «Ένας από τους συγγραφείς του, καθηγητής μαθηματικών από το Πανεπιστήμιο του Ουντίν (Ιταλία) Antonio Morassi.

Ο ιστός αράχνης έχει προσελκύσει την προσοχή πολλών επιστημόνων εδώ και πολλές δεκαετίες. Για παράδειγμα, μηχανικοί και μαθηματικοί ενδιαφέρονται για τις αρχές της δομής του ιστού, τους βιοχημικούς και τους χημικούς - τη σύνθεσή του και τις δυνατότητες χρήσης των συστατικών του στην πράξη και τους εξελικτικούς - για το πώς οι αράχνες έμαθαν να υφαίνουν τέτοιους ιστούς παγίδευσης.

Οι επιστήμονες ελπίζουν ότι αυτά τα πειράματα θα βοηθήσουν την ανθρωπότητα να «αντιγράψει» μερικές από τις εφευρέσεις της φύσης και να μας διδάξει να τις χρησιμοποιούμε για τους δικούς μας σκοπούς. Για παράδειγμα, τον Ιούλιο του τρέχοντος έτους, οι γενετιστές αποκωδικοποίησαν το γονιδίωμα των αραχνών της Μαδαγασκάρης, που υφαίνουν τους ισχυρότερους ιστούς παγίδευσης στη Γη και ανακάλυψαν μια μοναδική πρωτεΐνη που κάνει τα δίχτυα παγίδευσης τους δέκα φορές ισχυρότερα από το Kevlar.

Ο Morassi και ο συνάδελφός του Alexandre Cavano από το Πανεπιστήμιο του Σάο Πάολο (Βραζιλία) βρήκαν μια μαθηματική απάντηση σε ένα από τα κύρια βιολογικά μυστήρια - πώς οι αράχνες σχεδόν αμέσως καθορίζουν σε ποιο μέρος του ιστού τους έχει πέσει το επόμενο θύμα και επίσης το ξεχωρίζουν από τυχαίο χτυπήματα ανέμου ή χτυπήματα κλαδιών …

Κυνήγι μαθηματικών

Ο ιστός είναι υφαμένος από ακτινικές και σπειροειδείς ίνες, των οποίων η σύνθεση και η λειτουργία διαφέρουν. Το τελευταίο αποτελείται από μια «μαλακή» ποικιλία μεταξιού, που κολλάει στο θύμα και το εμποδίζει να φύγει από το δίχτυ του κυνηγού. Τα ακτινικά νήματα αποτελούνται από μια εξαιρετικά ισχυρή παραλλαγή αυτών των πρωτεϊνικών ινών που συγκρατούν τον ιστό στη θέση του και τον εμποδίζουν να στρεβλωθεί.

Στο παρελθόν, μαθηματικοί είχαν προσπαθήσει να τις αναπαραστήσουν ως μονοδιάστατες δομές κατά μήκος των οποίων διαδίδονται δονήσεις που δημιουργούνται από το «δείπνο» της αράχνης ή από τυχαίες διαδικασίες. Αυτά τα μοντέλα έκαναν καλή δουλειά για να περιγράψουν πώς προκύπτουν διαφορετικοί τύποι ταλαντώσεων, αλλά δεν μπόρεσαν να εξηγήσουν πώς ακριβώς το οκτάποδο αρπακτικό καθορίζει τον τύπο τους και εντοπίζει τις πηγές τους.

Οι Cavanaugh και Morassi έλυσαν αυτό το πρόβλημα φαντάζοντας τον ιστό της αράχνης ως ένα είδος δισδιάστατης μεμβράνης, η οποία αποτελείται από πολλές συνυφασμένες ίνες δύο τύπων. Διαφορετικοί τύποι κραδασμών διαδίδονται κατά μήκος της επιφάνειας αυτής της μεμβράνης. Αυτή η προσέγγιση τους επέτρεψε να μπουν στη θέση μιας αράχνης που κρύβεται στο κέντρο του ιστού και να καταλάβουν πώς "ακούει" τα θύματά της, τον άνεμο και άλλες πηγές θορύβου.

Οι υπολογισμοί έχουν δείξει ότι ένα αρπακτικό καθορίζει τη θέση του θηράματός του συγκρίνοντας πόσο αλλάζει η δύναμη τάσης των διαφορετικών ακτινικών ινών που αγγίζουν τα πόδια του. Τα οκτώ πόδια της αράχνης, σύμφωνα με τους ερευνητές, είναι αρκετά αρκετά για να καθορίσουν με σαφήνεια την πηγή των κραδασμών και να κατανοήσουν τι τις προκαλεί.

Παρόμοιες μαθηματικές αρχές, σύμφωνα με τον Morassi, μπορούν να εφαρμοστούν για τη δημιουργία υπερευαίσθητων αισθητήρων πίεσης και άλλων αισθητήρων, παρόμοιων με τις αρχές της συσκευής στον ιστό, καθώς και για την επίλυση άλλων πρακτικών προβλημάτων.

Συνιστάται: