Die werke van Sy hande: Die vindingrykheid van insekte | Artikel | Wêreld Van Môre
Die werke van Sy hande: Die vindingrykheid van insekte
01 November 2020Wallace G. Smith
Die doodgewone blaarspringer mag dalk nie lyk asof dit 'n ingenieurswonder is nie, maar wanneer ons dit van naderby beskou, word baie verrassings geopenbaar!
Blaarspringers. U het hulle waarskynlik al gesien terwyl u in die tuin werk of miskien tydens 'n wandeling in 'n park toe u stilgestaan het en mooi gekyk het. Baie insekte val onder hierdie breë kategorie en word so genoem as gevolg van hulle vermoë om van blaar tot blaar te spring terwyl hulle na kos soek en hulle afstand van vyande hou.
Hulle voorkoms kan hulle taamlik alledaags laat lyk – maar net gewone insekte. Baie blaarspringers het egter die belangstelling van wetenskaplikes oor die hele wêreld heen gewek en bewys dat hulle [die insekte] merkwaardige voorbeelde van meganiese ingenieurswese is! Robotika-kundiges, meganiese ingenieurs en selfs militêre navorsers het verstommende kenmerke van presisie-ingenieurswese en tegnologiese begrip in blaarspringers raakgesien, asook strukture wat voorheen slegs in menslike ontwerp opgemerk is.
Laat ons 'n oomblik stilstaan om net drie sulke eienskappe van naderby te beskou wat in hierdie insekte se vindingrykheid te siene is.
Dit is 'n opwindende ervaring wanneer ons sien hoe 'n bemande vuurpyl die lug ingeskiet word, maar dit is beslis nie so opwindend soos om in een te wees nie. Ruimtevaarders word aan verskeie uiterste kragte blootgestel wanneer hulle met hulle reis begin. Die kragtige versnelling van die V.S Space Shuttle het 'n krag van 3 Gs veroorsaak – dit wil sê drie keer die krag van die aarde se swaartekrag – wat op die liggame van die ruimtevaarders daarbinne uitgeoefen is. Dit beteken dat 'n ruimtevaarder van 77 kilogram in sy stoel sou wegsink asof hy 232 kilogram weeg!
Vlieëniers van die gevorderde F-22 vegvliegtuig kan swaartekrag van tot 9 Gs ondervind – genoeg om dieselfde individu te laat voel asof hy 695 kilogram weeg! Sulke kragte vereis dat die vlieëniers gespesialiseerde drukpakke dra wat voorkom dat die bloed uit hulle breine dreineer.
Alhoewel, volgens die Journal of Experimental Biology is die krag wat op die liggaam uitgeoefen word tydens die sprong van die groen blaarspringer Cicadella viridis meer as 15 Gs – bykans 16 keer die krag van swaartekrag ("Bent Legs Beat Breakages During Take-Off," April 2013). Hierdie prestasie het die aandag getrek van dr. Cesare Stefanini en sy kollegas by die BioRobotics Institute. Hulle het gewonder waarom so 'n moordende wegspring nie die insek se bene verbrysel of 'n gat in sy beblaarde lanseerblad skop nie.
Hulle het deur middel van hoëspoed-kameras die insekte se lanserings afgeneem en ontdek dat sy liggaamspiere en beensegmente saamwerk in 'n merkwaardig gekoördineerde aksie. Die toraksspiere (die insek se liggaam) genereer die krag wat nodig is vir die lansering en daardie krag word deur die femur en tibia (die twee beensegmente) oorgedra om teen die blaar te druk om so die opstyging te bewerkstellig.
Terwyl die hoogs veranderlike krag wat deur die insek se spiere opgewek word, deur die femur oorgedra word, swaai en draai die femur op so 'n manier dat die krag omskep word in een wat egalig en meer bestendig is, sodat die tibia egalig teen die blaar gedruk word en die insek veilig kan opspring vanaf die onbeskadigde blaar. Sonder hierdie subtiele meganiese oordrag en omskakeling – van veranderlike krag tot egalige en konstante krag – sou die skielike verhoging van spierkrag die insek se bene vernietig of die bene dwarsdeur die blaar onder hulle laat skiet. Nogtans, as gevolg van hierdie "innovasie" wat in plek is, word 'n andersins oorweldigende krag gekanaliseer in 'n grasieuse en merkwaardige opwaartse lansering.
Nie tevrede om sy mede-blaarspringer die kollig te laat steel nie, het die spesie Issus coleoptratus die aandag getrek met sy eie verrassende ontwerp.
Hierdie insek beweeg ook van plek tot plek met kragtige spronge. Trouens hy spring in sy jong nimfstadium tot 100 keer so hoog soos sy eie lengte. (Stel u voor dat 'n kind van 61 cm na die bokant van 'n 20-verdieping gebou kan spring!) Dié prestasie verg merkwaardige koördinasie: Albei bene moet binne 30 mikrosekondes na mekaar opskiet – dit wil sê, binne 'n 30 miljoenste van 'n sekonde. Andersins sou die krag van die sprong hulle links of regs in plaas van vorentoe gelanseer het, wat die verskil kan maak tussen wegspring van 'n vyand af of reguit ná die vyand toe!
Die insek se senuweeselle is nie vinnig genoeg om te verseker dat die bene so presies gesinchroniseerd wegspring nie. Hoe kry die jong Issus coleoptratus dit dan reg?
Die dierkundige Malcolm Burrows het ontdek dat die insek iets besit wat algemeen in die wêreld van menslike ingenieurswese en ontwerp is, maar wat nog nooit voorheen in biologie opgemerk is nie – 'n stel ratte met inmekaarpassende tande! Die tande van die ratte forseer elke been om gelyktydig met die teenoorgestelde been te beweeg, wat die gesinchroniseerde werking deur meganiese koördinering waarborg.
Fotos van naby opnames en skandering van elektron mikrograafbeelde lê die ontwerp bloot, wat net soos die soort ratte lyk wat 'n mens sou verwag om in 'n horlosie of 'n ander mensgemaakte meganisme te sien. Vir hierdie ratte kry 'n ander Ontwerper egter al die krediet. Terwyl die uitvinding van die tandratte 'n belangrike stap vorentoe vir die menslike ingenieurswese was, blyk dit dat blaarspringers ons voorgespring het en lank voor ons oor sulke ratte beskik het!
Hoë-tegnologie kamoeflering van toerusting
Die metode van voortbeweging is nie die enigste gebied waarin ons buitengewone ontwerp in gewone blaarspringers sien nie. Sommige van die klein kreatuurtjies is ook meesters van hoë-tegnologie kamoeflering wat enige weermag in die wêreld hulle sou beny.
Dit is bekend dat baie blaarspringers mikrodeeltjies produseer wat brochosome genoem word en wat hulle oor hulle vlerke en eiers versprei. Hierdie deeltjies het 'n ingewikkelde, mikroskopiese struktuur wat hulle superhidrofobies maak, wat beteken dat hulle waterbestand is en sodoende die vlerke en eiers van die blaarspringers droog hou. Ingenieurs van die Penn State Universiteit het egter vermoed dat daar 'n addisionele, voorheen onbekende voordeel aan hierdie mikrodeeltjies verbonde is.
Hulle het die ooreenkoms tussen die brochosome van die insekte en die sintetiese mikrosfere opgemerk wat hulle self in hulle laboratorium ontwerp het. Die mikrosfere van die ingenieurs is oortrek met klein gaatjies wat dieselfde grootte as die golflengte van lig is. Gevolglik kan die materiaal tot 99 persent van die lig "vasvang" en verhoed dat dit van sy oppervlakte af weerkaats.
Die ooreenkoms in die struktuur het die ingenieurs aangespoor om hierdie mikrostrukture onder nagebootste insekvisie te ondersoek. Nadat hulle dit gedoen het, het dit duidelik geword dat die waterbestande brochosoom-bedekking ook as 'n hoë-tegnologie "kamoeflering" dien, wat die blaarspringers en hulle eiers feitlik onsigbaar vir vyande maak.
Soos dit in Penn State News berig word, vereis hulle sintetiese materiaal "'n taamlik ingewikkelde vyf-stap-proses met behulp van elektrochemiese afsetting" ("Synthetic material acts like an insect cloaking device," November 2017). Sonder 'n laboratorium, toerusting of 'n span ingenieurs, verrig blaarspringers nogtans hierdie tegnologiese wonder as roetine om hulleself van 'n verdedigings-tegnologie te voorsien wat die mensdom nou eers leer om te vervaardig.
Vindingrykheid word ten toon gestel
Die mensdom is waarlik intelligent en ons ingenieursprestasies is verbasend! Ons vermoë om te ontwerp en nuwighede in te voer, is slegs 'n weerspieëling van die intelligensie van ons eie Ontwerper, wie se ingenieurswonders oral rondom ons gesien kan word, indien ons bereid is om daarna te soek.
Volgende keer as u 'n klein insek sien wat van blaar tot blaar spring, neem tyd om dit te waardeer waarna u regtig kyk: 'n Merkwaardige voorbeeld van presisie-ontwerp en ingenieurswese en 'n herinnering daaraan dat die Groot Ingenieur van die lewe nog baie dinge het om aan ons te leer.