"Έντομα: Ολυμπιονίκες σε Άλματα εις Μήκος, με Γρανάζια Κιβωτίου Ταχυτήτων" - Άγγελος Αντωνέλης

  "Έντομα: Ολυμπιονίκες σε Άλματα εις Μήκος, με Γρανάζια Κιβωτίου Ταχυτήτων"  

του  Άγγελου Αντωνέλη 

Αγαπητοί  επισκέπτες,
 
Για  τα  έντομα  χωρίς  πτερά,  όπως  πχ οι:  νεαρές ακρίδες, γρύλλοι, ψύλλοι κλπ, η ικανότητά τους  να πηδούν  ψηλά- γρήγορα, και  με  μεγάλη  ακρίβεια,  είναι σημαντική  για την επιβίωσή τους.
 
Για την αποφυγή  της σύλληψής του,  ένα  άπτερο  έντομο,  πρέπει  να  είναι ικανό να  πηδά  αμέσως,  μετά  τη  γέννησή  του.

Το  κάθε  άλμα  ωστόσο, είναι από τις πιο εντυπωσιακές ικανότητες αυτών των εντόμων, αφού  προϋποθέτει σε συνδυασμό,  πλήθος  εκπληκτικών  εξειδικεύσεων  πχ ανατομικών, λειτουργικών κ.α., προκειμένου αυτό να είναι,  γρήγορο  και κατά το δυνατόν  μεγάλου μήκους, ώστε να αποφεύγεται η θήρευσή τους.
 
Έτσι, προκαλεί  ιδιαίτερη   εντύπωση, το  ότι, αυτά τα τόσο  μικρά  άπτερα  έντομα, όπως  πχ οι:  νεαρές ακρίδες, μήκους ολίγων  χιλιοστών του μέτρου, 3-5 mm,  είναι   από  τους  καλύτερους  Άλτες  μήκους, του  Πλανήτη μας!!!
 
Από  τα  τρία  ζεύγη  των  ποδιών  τους  (εμπρόσθια, μεσαία, οπίσθια), που η σχέση μήκους τους είναι αντίστοιχα  1: 1 : 1.35, στο κάθε άλμα τους, συμμετέχουν  μόνο  τα  οπίσθια πόδια τους, που είναι, και τα επιμηκέστερα.
 
Αυτά  τα  τόσο  μικρά, ελαφρά  έντομα  με  μάζα περί τα  7mgr,  κατορθώνουν  και   κάνουν μεγάλα  άλματα, κατά  200 και πλέον  φορές   το μήκος  του  σώματος τους.!!!,  με ταχύτητες  που  φθάνουν τα   14km/hr.

Έναρξη του Άλματος 

 

Γρανάζια  Euler   

 
Συγκριτικά πχ. ο χρυσός Ολυμπιονίκης στο Άλμα εις μήκος της πρόσφατης Ολυμπιάδος  2021, είχε  ρεκόρ 7,695m, που αντιστοιχούσε σε  4,6  μόνο φορές, το ύψος του.
 
Έτσι αυτή η  εξαιρετική  ικανότητα για  μεγάλα  άλματα, από τόσο  μικρά άπτερα έντομα, αποτελούσε ισχυρή πρόκληση στην  ερμηνεία  της, για  τους  Μηχανικούς και Βιολόγους.
 
Ωστόσο, εκ του ότι, τα πόδια στα άπτερα αυτά έντομα, εκφύονται πλευρικά, αν το ένα εκτιναχθεί ενωρίτερα, κατά κλάσμα του sec, από το άλλο, το έντομο θα πέσει πλάγια, γρήγορα  περιστρεφόμενο, αποτελώντας και την εύκολη λεία για τον  θηρευτή του.
 
Έτσι  κάθε άλμα, στα άπτερα  αυτά  έντομα, για να είναι  επιτυχές, προϋποθέτει  τον  απόλυτο  συντονισμό  και των  δυό πίσω ποδιών του, ώστε  αυτά  να  το  ωθούν   ταυτόχρονα, προς τα  εμπρός.
 
Μετά από πολύχρονες  ερευνητικές  μελέτες, βρέθηκε το  2013  ότι,  αυτές  οι  άπτερες  νεαρές  ακρίδες  με  (3-5) mm   συνολικό  μήκος,  κατορθώνουν   αυτόν   τον   βαθμό  συγχρονισμού,  χάρις  σε 2 μικροσκοπικά  βιολογικά γρανάζια, που  ευρίσκονται  σε αντίστοιχες θέσεις, στα δυό πίσω  πόδια κάθε νεαρού εντόμου, (νύμφη), πάνω από το μηρό τους, στο τροχαντήρα τους, σε ένα τοξοειδές- ημικυκλικό- τμήμα του, μήκους 400 μm (1μm = 10-6m).
 
Κάθε ένα από αυτά, τα γρανάζια,  έχει  12 ομοιόμορφα και ισαπέχοντα μεταξύ τους δόντια που εναλλάσονται με ισάριθμες  εσοχές, που  αυτές,  είναι  μορφολογικά  συμπληρωματικές, με τα αντίστοιχα  δόντια του γραναζιού  του  άλλου  ποδιού.
 
 Με τη βοήθεια ηλεκτρονικού μικροσκοπίου,  διαπιστώθηκε  ότι  κάθε  δόντι  σε  κάθε   γρανάζι   έχει ύψος 15-30μm, πλάτος 20μm (ένα κλάσμα του πλάτους μιας τρίχας) και απόσταση από το επόμενό του κατά 30μm.  (1μm = 10-6 m )
 
Η  θέση δε  κάθε  γραναζιού, του κάθε ποδιού, στο  ημικυκλικό τμήμα του τροχαντήρα του, είναι η κατάλληλη για να  είναι  εφικτή  η  αλληλεπίδρασή  του,  με το ομόλογό του,  του άλλου ποδιού.
 
Στην εκκίνηση για το άλμα, τα δυό γρανάζια "κλειδώνουν’’ μεταξύ τους, περιστρεφόμενα με την ίδια γωνιακή ταχύτητα, επιτυγχάνοντας έτσι  έναν  τέλειο  συγχρονισμό,  με  αναλογία μετάδοσης της περιστροφικής κίνησης τους,  1:1
 
Η χρονική διαφορά  κατά την εκκίνηση του άλματος  μεταξύ των δύο ποδιών του εντόμου, είναι μόνο, 1/300.000 του δευτερολέπτου!!!
 
Σύμφωνα με τους  ερευνητές,  ένας τόσο ακριβής συγχρονισμός  θα ήταν αδύνατο να επιτευχθεί  μέσω του νευρικού συστήματος, αφού οι νευρικές ώσεις του, απαιτούν  πολύ περισσότερο χρόνο, 5 χιλιοστά του δευτερολέπτου, για τον  συντονισμό των ποδιών του.
 
Έτσι οι μυς και των δυό πίσω ποδιών του εντόμου, που ευρίσκονται  εξωτερικά του ζεύγους των γραναζιών, το  ωθούν  ταυτόχρονα -συγχρονισμένα - κατα το  άλμα  του,  πάντα  προς τα  εμπρός.!!!
 
Στην αρχή του άλματος του, στα δυό πρώτα χιλιοστά του δευτερολέπτου, το έντομο έχει αποκτήσει επιτάχυνση σχεδόν 400 g (όπου g η επιτάχυνση του βαρυτικού πεδίου της γης), μια τιμή κατά 20 φορές ανώτερη από αυτήν που  ένας αστροναύτης  μπορεί  να  αντέξει.!!!
 
Φθάνοντας τα δυό αλληλοεμπλεκόμενα γρανάζια στο σημείο τερματισμού τους, μετά  τα  400 μm, αυτά ‘’ξεκλειδώνουν’’.
 
Τα δόντια των βιολογικών γραναζιών είναι λίγο κυρτοειδή, η μορφολογία τους είναι ασύμμετρη, μοιάζουν με πτερύγια καρχαρία, αλληλοσυνδέονται τέλεια σαν φερμουάρ, και έτσι επιτρέπουν περιστροφή  μόνο προς μια κατεύθυνση.
 
Αντίθετα, στα τεχνικά  γρανάζια που χρησιμοποιούνται στις μηχανές μας, τα  δόντια  τους  έχουν σχήμα συμμετρικό, για να έχουν τη δυνατότητα να είναι λειτουργικά, και προς τις δυό κατευθύνσεις,   εμπρός ή πίσω.
 
Πρόσθετα  είναι αξιοσημείωτο το ότι, η νεαρή ακρίδα  δεν   διατηρεί   τα  γρανάζια της  καθ 'όλη τη διάρκεια του  κύκλου  ζωής της. Έτσι ενόσω αυτή  αυξάνει το μέγεθός της,  κατά  διαστήματα, υφίσταται   5-6 φορές εκδύσεις, όπου καταστρέφει κάθε φορά  τον  εξωσκελετό της, (μαζί και τα 2 γρανάζια της), παράγοντας αντίστοιχα μεγαλύτερο εξωσκελετό και  γρανάζια.!!!
 
Ωστόσο μετά την τελευταία έκδυσή της, η  ενήλικη,  με πτερά  πλέον ακρίδα, δεν  έχει  γρανάζια. Γιατί;
 
Μια  πιθανή  εξήγηση είναι, το ότι  αυτή,  χάρις στα πτερά που διαθέτει, μπορεί να διορθώνει, την όποια απόκλιση της  κατεύθυνσης,  της  πτήσης  της. !!!
 
Φίλοι  επισκέπτες,
 
αναντίρρητα αυτά τα μοριακά γρανάζια  των νεαρών ακρίδων (νύμφες ) αποτελούν  παράδειγμα  υψηλής micro- τεχνολογίας.
 
Έτσι και, όταν το 1900  Έλληνες  σφουγγαράδες  βρήκαν  τον αρχαίο  Μηχανισμό των Αντικυθήρων, - τον ποιό  προηγμένο  τεχνολογικό  μηχανισμό  που  έχει  ανακαλυφθεί  από  την αρχαιότητα - και  διαπιστώθηκε ότι αυτός αποτελείται από  γρανάζια, αναγνωρίσθηκε αμέσως ως προϊόν ενός ευφυούς  σχεδιασμού.
 
Το ίδιο  ισχύει, κατά πολύ  περισσότερο και  σήμερα,  όταν  διαπιστώνουμε  και  στα  μικρά  αυτά  έντομα,   όχι μόνο την  ύπαρξη  αλληλεπιδρώντων  μοριακών  γραναζιών,  για τα επιτυχή  άλματά τους, αλλά και το σύνολο των στρατηγικών επιβίωσης και διαιώνισής των.
 
Καταληκτικά, εύχομαι για  όλους μας, να ισχύουν οι  ρήσεις:
 
‘’Όσο περισσότερο σπουδάζω επιστήμη, τόσο περισσότερο πιστεύω στον Θεό.’’  Albert Einstein
 
‘’Ο Θεός  μας  έδωσε  εμφανή  αποδεικτικά  στοιχεία, για να πείθονται αυτοί, που έχουν ανοιχτή καρδιά και  μυαλό…’’ Blaise Pascal 

Ακρίδα σε στάδιο νύμφης. Εικόνα  προσφορά  Mal. Burrows Γρανάζια   Μηχανισμών  Αντικυθήρων: Το μυστήριο του πρώτου Υπολογιστή

‘’Αυτά είναι Μαθηματικά: Μια μηχανική συσκευή που ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά υποθαλάσσια το 1900 δείχνει και, πόσο προηγμένοι ήταν οι Έλληνες.’’