עקרון ה'טוב דיו' בטבע: איך האבולוציה חסכה במשאבים בכפות החפירה של נקבת הארבה

חוקרים באוניברסיטת תל אביב בחנו את רמת השחיקה המכנית של איברים דמויי כפות חפירה בקצה בטנה של נקבת הארבה, שמשמשים אותה לחפירת בורות להטלת ביצים 3 עד 4 פעמים במהלך חייה. הם מצאו כי בניגוד לאיברים בעלי עמידות גבוהה לשחיקה, כמו גפי הפה הלועסות, הכפות נשחקות במידה משמעותית בעקבות פעולת החפירה. החוקרים: "מדובר בדוגמה מובהקת של עיקרון ה'טוב דיו' (good enough) בטבע. האבולוציה לא ראתה לנכון להשקיע משאבים מיותרים באיבר בעל ייעוד ספציפי הממלא את תפקידו באופן מספק. אין ספק שלאדם, המשקיע משאבים רבים בדברים שאין בהם צורך ממשי, יש הרבה מה ללמוד מהטבע".

האבולוציה משקיעה רק במה שנחוץ באמת

המחקר הובל על ידי ד"ר בת-אל פנחסיק מבית הספר להנדסה מכנית בפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן, ופרופ' אמיר אילי מבית הספר לזואולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, בית הספר סגול למדעי המוח ומוזיאון הטבע ע"ש שטיינהרדט באוניברסיטת תל אביב, המסטרנטים שי זוננרייך ושמואל גרשון מבית הספר להנדסה מכנית' וכן חוקרים מהאוניברסיטה הטכנית של דרזדן בגרמניה. המאמר פורסם בכתב העת היוקרתי Advanced Functional Materials.

"במעבדה שלי אנחנו חוקרים מנגנונים מכניים בטבע, בין היתר במטרה לשאוב מהם השראה לפתרון בעיות טכנולוגיות שונות. לאחרונה אנו מבצעים סדרת מחקרים בשיתוף עם המומחה לחקר הארבה פרופ' אמיר אילי, כדי להבין את המנגנון באמצעותו חופרת נקבת הארבה בור שבו היא מטילה את ביציה. מדובר במנגנון ייחודי שמורכב משני זוגות של איברים דמויי כפות שנפתחים ונסגרים באופן מחזורי, חופרים באדמה ומהדקים את החול לדפנות", מסבירה ד"ר פנחסיק.

"ידוע שלהרבה מנגנונים בגופם של חרקים בכלל, וארבה בפרט, יש עמידות גבוהה לשחיקה מכנית. כך לדוגמה גפי הפה הלועסות, שהן חיוניות לאכילה ונמצאות בשימוש יומיומי, עשויות מחומר עמיד ביותר. גם כפות החפירה משמשות את נקבת הארבה לפעולה מכנית עצימה, אך הן מופעלות רק 3 או 4 פעמים במהלך חייה, כשהיא מטילה ביצים. אנחנו ביקשנו לבחון אם גם כפות החפירה, העשויות מחומר קוטיקולרי קשיח, צוידו על ידי האבולוציה בעמידות גבוהה לשחיקה מכנית", ממשיך את דבריה פרופ' אילי.

^{צוות המחקר. מימין: המאסטרנט שי זוננרייך, ד"ר בת-אל פנחסיק ופרופ' אמיר אילי}

החוקרים בחנו את כפות החפירה בשלוש קבוצות שונות של נקבות ארבה: צעירות שטרם הטילו, בוגרות שהוחזקו בתנאים שלא אפשרו להן להטיל ביצים, זאת כדי לבחון אם הגיל בפני עצמו גורם לשחיקה, ומבוגרות שכבר הטילו שלוש או ארבע פעמים. כדי לאפיין את המבנה הפנימי והחוזק של כפות החפירה נעזרו החוקרים בטכנולוגיות מתקדמות של מיקרוסקופיה קונפוקלית, דימות תלת-ממדי פלורסנטי, ומאיץ חלקיקים (סינכרוטרון), על ידי הקבוצה הגרמנית. הממצאים העלו שכפות החפירה נשחקו במידה משמעותית וכי אין להן מאפיינים של עמידות גבוהה לשחיקה מכנית. בין היתר לא נמצאו בהן יונים של מתכות שתורמים לחיזוק החומר, המאפיינים חומרים ביולוגיים עמידים במיוחד.

ד"ר פנחסיק מסכמת: "כמו רוב בעלי החיים, גם נקבות הארבה מסיימות את חייהן לאחר שמילאו את תפקידן הביולוגי, כלומר סיימו להתרבות - שלושה עד ארבעה מחזורי הטלה. במחקר זה מצאנו שהאבולוציה תכננה את כפות החפירה שלהן כך שיעמדו במשימתן באופן מדויק, לא יותר ולא פחות. זוהי דוגמה נהדרת לעיקרון של 'טוב דיו' (good enough) בטבע: באיבר לא הושקעו משאבים מיותרים כשאין בכך צורך. כבני אדם אנחנו יכולים ללמוד מכך לא מעט על חיסכון בחומרים, באנרגיה ובמשאבים. כמהנדסים שמפתחים מוצרים עלינו להבין היטב את הצורך ולתכנן עבורו מענה מדויק, ולהימנע מהנדוס-יתר של מוצרים כשאין בכך צורך אמיתי. כך נוכל אף למנוע נזק סביבתי עצום שנגרם על ידי ייצור-יתר של מוצרים מיותרים".