شنا درآب، همچون پرواز در هوا

درس هايي كه مهندسان پليمر از صدف ها مي گيرند.
شايد كمتركسي حركت دو كفه اي ها را ديده باشد. اين موجودات مي توانند مثل جت خود را به جلو پرتاب كنند.
«حلزون هاي دو كفه اي» (scallop) كه به اختصار «دو كفه اي» ناميده مي شوند؛ از معدود بي مهرگان دو كفه اي هستند كه واقعاً مي توانند شنا كنند. وقتي كه اين نرم تن احساس خطر مي كند، به سرعت پوسته هاي صدفي خود را به هم چسبانده و خود را به سمتي كه ايمن است پرتاب مي كند. اگر چنانچه دراين حالت به صدف حيوان ضربه هاي متوالي زده شود حيوان درآب رها شده و با حركات مواجي شنا مي كند. اين شيوه حركت كه به ظاهر طبيعي است، مي تواند راهنمايي هاي مفيدي براي محققان فراهم كند كه مي خواهند انواع پليمرها را در درجه حرارت هاي متفاوت دستكاري كنند.
حلزون هاي دو كفه اي، دو كفه آهكي دارند كه با يك لولا به هم چسبيده اند. در مركز هر لولا يك ماهيچه بزرگ هست كه موقع منقبض شده و مي تواند دو كفه را به هم بچسباند و بخش هاي نرم بدن حيوان را حفظ كند. تا وقتي ماهيچه بزرگ منقبض است، كفه ها چسبيده اند. بازشدن كفه ها كار ماهيچه كوچك ديگري است كه درون لولاي ماهيچه اي قراردارد. اين ماهيچه كوچك در صورتي مي تواند كفه ها را بازكند كه ماهيچه بزرگ منبسط شده باشد. براي همين، آنهايي كه براي خريد صدف تازه به بازار مي روند، صدف هاي بسته را انتخاب مي كنند چرا كه ماهيچه بزرگ هنوز منقبض بوده و نشان مي دهد كه صدف زنده است. مكانيسم پرتاب در اختاپوس ها و ماهي هاي مركب تا حدودي شبيه به موتورهاي دو زمانه است. زماني كه عضله كشنده كفه هاي صدف را مي بندد. آب موجود در درون محوطه داخلي بدن صدف با فشار، بيرون زده مي شود و وقتي لولاي عضلاني اجازه بازشدن را به كفه هاي صدف مي دهد بارديگرآب به درون بدن موجود زنده وارد مي شود. اين باز و بسته شدن ها باعث حركت صدف در آب مي شود و تا زمان احساس خطر، مي تواند ادامه داشته باشد. مشكل اين شيوه حركت اين است كه نمي توان آن را زياد ادامه داد ولي اين حركت هاي جهش وار مي تواند موجود زنده را از خطر دور نگه دارد.
اين شيوه خاص حركت، سازگاري هاي تكاملي خاص خود را داشته است، مثل سبك شدن وزن كفه هاي آهكي و بزرگ شدن عضله هاي منقبض شونده. سازگاري مفيد ديگر اين موجودات، اين است كه عضله «لولايي» ازيك نوع بافت خاص الاستيك با عملكرد سريع تشكيل شده است. اما حركت و جا به جايي دو كفه اي ها تحت تاثير شرايط محيطي ممكن است بسيارناكارآمد شود. مثلاً جا به جايي اين موجودات در آب هاي سرد بسيار سخت است؛ چون برون ده انرژي حاصله از عضلات درآب هاي سرد بسيار كمتر از آب هاي با درجه حرارت معمولي است. اين ناكارآمدي درآب هاي سرد قطبي كه ممكن است درجه حرارت آن به صفر نزديك شود بسيار مشكل مي شود. تنها كاهش درجه حرارت و كم شدن فعاليت عضلاني نيستند كه حركت آن ها را مشكل مي سازند. در محيط هاي سرد ويسكوزيته آب ها نيز زياد است و خود مشكل مضاعفي براي حركت در آب است. اكنون با در نظر گرفتن اين واقعيت ها بهتر مي توان نحوه حركت ژله ماهي قطبي Adamussium colbecki را درك كرد. اين ژله ماهي در آب هاي سرد و رقيق قطبي تنها مي تواند خود را به آرامي تا سطح آب بكشاند.
مارك دني و لوك ميلر- دو بيومكانيست ايستگاه تحقيقات دريايي هاپكينز وابسته به دانشگاه استنفورد- به قطب جنوب رفتند تا راز حركت ژله ماهي را درك كنند. كشفيات اوليه اين دو زيست شناس غافلگيركننده نبود. آنها دريافتند كه در ژله ماهي قطبي در مقايسه با نمونه استوايي، نسبت پوسته آهكي به كل بدن كم تر است. اين باعث مي شود كه موجودات كفه دار قطبي، انرژي عضلاني كمتري نياز داشته باشند. آنها همچنين دريافتند كه در نرم تنان قطبي عضلات باز كننده از حد انتظار كوچك تر هستند. كوچك بودن عضلات بازكننده باعث كاهش وزن و در نتيجه آسان شدن حركت مي شود ولي در عين حال نشان مي دهد كه اين كوچك شدن عضله نيروي كافي را براي باز كردن سريع دو كفه ها فراهم نمي كند يا اينكه زمان لازم براي اين كاررا زياد مي كند. تركيب كوچك شدن وزن و ماهيچه منقبض كننده باعث شده كه دو كفه اي هاي قطبي، 20 درصد انواع استوايي براي حركت و جا به جايي انرژي توليد كنند. اين دو دانشمند در جست و جوي تبيين تكاملي اين تفاوت ها در اندازه ماهيچه و پوسته آهكي بوده اند؛ ولي آنچه آنها به دست آوردند ادراكي نوين از ويژگي هاي پليمرهاست.
ماهيچه لولايي دو كفه اي بايد در سرماي زياد قابليت كمتري براي ذخيره انرژي داشته باشد. در نظر داشته باشيم كه انفجار فاجعه بار شاتل «چلنجر» در سال 1986 در هواي سرد صورت گرفت. سرماي شديد باعث شد كه حلقه دايره شكل، خرد شده و خروج گاز مايع را ممكن كند. وقتي كه ميلر و دني تاثير كاهش درجه حرارت را برعضلات دو كفه اي بررسي كردند، متوجه شدند كه اين ماهيچه ها با كم شدن ميزان درجه حرارت، قابليت اتساع بيشتري مي يابند.
نيروي آب
نيروي آزاد شده عضلاني
حركت در دو كفه اي هاي قطبي
دو كفه اي هاي قطب جنوب با كمك حركت جهشي از دست شكارچيان خود مي گريزند. وقتي كه اين نرم تن احساس خطر مي كند به سرعت پوسته هاي صدفي خود را به يكديگر چسبانده و با اين روش خود را به سمتي كه ايمن است، پرتاب مي كند. زماني كه عضله كشنده كفه هاي صدف را مي بندد. آب موجود در درون محوطه داخلي بدن صدف با فشار به بيرون رانده مي شود و هنگامي كه لولاي عضلاني اجازه باز شدن را به كفه هاي صدف مي دهد، بار ديگر آب به درون بدن موجود زنده وارد مي شود و به اين ترتيب عضله به وضعيت اوليه خود باز مي گردد. اين باز و بسته شدن ها باعث حركت موجود زنده در درون آب مي شود و تا زماني كه در معرض خطر شكارچيان قرار گرفته باشد اين عمل مي تواند ادامه داشته باشد.
منبع: نشريه دانستنيها، شماره 18.