قابلیت فوق العاده سمندرها در کنترل جریان خون

به گزارش مجله خبری نگار، با وجود اندازه کوچکشان، این دوزیستان با دقت بالایی روی شاخه‌های مرتفع حرکت می‌کنند، فرود‌های خود را به‌خوبی تنظیم کرده و به راحتی از زمین بلند می‌شوند.

تا همین اواخر، مکانیزم پشت این حرکات آکروباتیک شگفت‌انگیز ناشناخته بود. اکنون، یک مطالعه جدید پاسخ غیرمنتظره‌ای را فاش کرده است: انگشتانشان با نیروی خون کار می‌کنند.

سمندر‌هایی که جریان خون را کنترل می‌کنند

محققان دانشگاه ایالتی واشنگتن کشف کرده‌اند که سمندر‌های سرگردان (Aneides vagrans) می‌توانند جریان خون را در نوک انگشتان خود به‌سرعت کنترل کنند.

این توانایی به آنها امکان می‌دهد تا به‌طور مؤثر روی سطوح مختلف بچسبند، از آنها جدا شوند و در محیط درختی خود با بهره‌وری بالایی حرکت کنند.

این مطالعه نه تنها جنبه‌ای ناشناخته از فیزیولوژی سمندر‌ها را روشن می‌کند، بلکه می‌تواند پیامد‌هایی برای پیشرفت فناوری در زمینه چسب‌ها، اندام‌های مصنوعی و اندام‌های رباتیک داشته باشد.

تیم تحقیقاتی دریافت که سمندر‌ها می‌توانند خون را به داخل نوک انگشتان خود پمپاژ، آن را به دام انداخته و سپس تخلیه کنند.

این فرآیند به آنها کمک می‌کند تا چسبندگی و رهاسازی از سطوح را با دقت تنظیم کنند، به طوری که برای بالا رفتن به چسبندگی و برای حرکت کارآمد به رهاسازی نیاز دارند.

این کشف فرضیات پیشین درباره عملکرد «دریاچه‌های قرمز» خون در انگشتان شفاف این جانوران را به چالش می‌کشد. پیش‌تر تصور می‌شد که این ساختار‌ها در اکسیژن‌رسانی نقش دارند، اما هیچ مدرک علمی از این ادعا پشتیبانی نمی‌کرد.

مزایای کنترل جریان خون

مطالعه نشان می‌دهد که کنترل جریان خون در انگشتان به سمندر‌ها این امکان را می‌دهد که فشار را به‌طور نامتقارن تنظیم کنند.

این کنترل دقیق به آنها کمک می‌کند تا سطوح ناهموار پوست درختان را بهتر مدیریت کنند. جالب اینجاست که ورود خون به نوک انگشتان قبل از «برداشتن پا» نه تنها به چسبندگی کمک نمی‌کند، بلکه باعث جدا شدن راحت‌تر آنها از سطح می‌شود.

با اندکی باد کردن نوک انگشتان، سمندر‌ها سطح تماس با پوست درخت را کاهش داده و انرژی لازم برای جدا شدن را به حداقل می‌رسانند. این کارایی هنگام سر خوردن بین شاخه‌ها و اطمینان از فرود‌های ایمن حیاتی است.

کریستین براون، نویسنده اصلی این مطالعه و پژوهشگر فوق دکتری در دانشگاه ایالتی واشنگتن، گفت:

«چسب‌های الهام‌گرفته از مارمولک‌ها در حال حاضر امکان استفاده مجدد بدون از دست دادن خاصیت چسبندگی را فراهم می‌کنند. درک نحوه عملکرد انگشتان سمندر‌ها می‌تواند منجر به پیشرفت‌های مشابهی در فناوری‌های چسبندگی شود.»

یک کشف در حین فیلم‌برداری یک مستند

ریشه‌های این مطالعه به یک لحظه غیرمنتظره در حین فیلم‌برداری مستند The Americas بازمی‌گردد که قرار است در تاریخ ۲۳ فوریه ۲۰۲۵ از شبکه NBC و سرویس Peacock پخش شود.

براون که به عنوان کارشناس سمندر‌ها در این پروژه همکاری می‌کرد، متوجه پدیده‌ای عجیب از طریق لنز‌های پیشرفته دوربین تیم تولید شد.

ویلیام گلدنبرگ، دستیار فیلم‌برداری، همراه با براون مشاهده کرد که دقیقاً قبل از برداشتن یک قدم، خون به نوک انگشتان سمندر سرگردان هجوم می‌آورد.

این پدیده چندین بار تکرار شد و توجه آنها را جلب کرد. براون گفت: «به هم نگاه کردیم و گفتیم، “تو هم اینو دیدی؟ ”»

اگرچه تیم مستندساز به سوژه‌های دیگر پرداخت، اما کنجکاوی براون باقی ماند. پس از پایان فیلم‌برداری، او با گلدنبرگ تماس گرفت و یک آزمایش را پیشنهاد کرد.

آنها تصمیم گرفتند با استفاده از تجهیزات فیلم‌برداری با وضوح بالا بررسی کنند که آیا سمندر‌ها به‌طور مداوم این مکانیزم انگشتان مبتنی بر جریان خون را در شرایط کنترل‌شده نشان می‌دهند یا نه.

سمندر‌ها چگونه جریان خون خود را تنظیم می‌کنند؟

تیم تحقیقاتی آزمایش‌های ویدیویی دقیق و تحلیل‌های میکروسکوپی را در مرکز تصویربرداری و میکروسکوپی فرانچسکی در دانشگاه ایالتی واشنگتن انجام داد.

یافته‌های آنها تأیید کرد که سمندر‌های سرگردان قادرند جریان خون را در هر انگشت خود به‌طور مستقل تنظیم کنند، که این امر به آنها اجازه می‌دهد تا قدرت چسبندگی خود را بر اساس نیاز تغییر دهند.

این کشف دیدگاهی تازه درباره نحوه حرکت سمندر‌ها در محیط پیچیده جنگل‌های سکویا ارائه می‌دهد. توانایی آنها در جدا شدن کارآمد از سطح، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

براون گفت:

«اگر در حال بالا رفتن از یک درخت سکویا باشید و ۱۸ انگشتتان به پوست درخت چسبیده باشد، امکان جدا شدن کارآمد بدون آسیب رساندن به نوک انگشتان، تفاوت بزرگی ایجاد می‌کند.»

این پژوهش نشان می‌دهد که این مکانیزم نقشی حیاتی در توانایی سمندر‌ها برای زندگی در ارتفاعات بلند زیستگاه طبیعی‌شان دارد.

پیامد‌هایی فراتر از یک گونه

در حالی که این مطالعه بر گونه Aneides vagrans متمرکز بود، یافته‌های آن می‌تواند پیامد‌های گسترده‌تری داشته باشد. گونه‌های دیگر سمندرها، از جمله انواع آبزی، نیز دارای ساختار‌های عروقی در انگشتان خود هستند.

این ساختار‌ها بسته به محیط ممکن است اهداف متفاوتی را دنبال کنند، از تنظیم چسبندگی روی سطوح خیس گرفته تا بهبود حرکت در چشم‌انداز‌های متنوع.

این کشف همچنین می‌تواند الهام‌بخش نوآوری‌هایی فراتر از زیست‌شناسی باشد. دانشمندانی که طراحی‌های زیست‌الهام‌گرفته را مطالعه می‌کنند، به‌ویژه به راه‌حل‌های طبیعت برای مشکلات حرکتی و چسبندگی علاقه‌مند هستند.

با درک نحوه کنترل چسبندگی توسط نوک انگشتان خون‌محور سمندرها، پژوهشگران ممکن است بتوانند چسب‌ها و اندام‌های مصنوعی جدیدی را توسعه دهند که این قابلیت را تقلید می‌کنند.

براون و همکارانش قصد دارند تحقیقات خود را گسترش دهند تا بررسی کنند که مکانیزم‌های مشابه در سایر گونه‌های سمندر چگونه کار می‌کنند.

او گفت:

«این پژوهش می‌تواند درک ما را از نحوه حرکت سمندر‌ها در زیستگاه‌های متنوع متحول کند.»

دیدگاهی تازه درباره حرکت سمندر‌ها

کشف انگشتان خون‌محور در سمندر‌های سرگردان، فرضیات پیشین درباره حرکت و قدرت چسبندگی آنها را به چالش می‌کشد.

همان‌طور که دانشمندان به مطالعه این دوزیستان شگفت‌انگیز ادامه می‌دهند، ممکن است راز‌های بیشتری را در فیزیولوژی آنها کشف کنند.

فعلاً، توانایی سمندر‌های سرگردان در کنترل دقیق چسبندگی خود، به عنوان کشفی جذاب در زیست‌مکانیک جانوری باقی می‌ماند. 

منبع:فوت و فن