سجن فظيع 2: كيفية دغدغة صائدة الذباب ولا تؤكل

لقد أعطانا التطور العديد من الحيوانات غير العادية. البعض منهم غير عادي لدرجة أن مكتشفيهم أطلقوا عليهم اسم المحتالين (كما كان الحال مع خلد الماء في عام 1797). ولكن ليس فقط الحيوانات يمكن أن تتباهى بأنواع غير قياسية ، فمن بين ممثلي النباتات هناك أيضًا غربان بيضاء ، أي النباتات التي لا ترغب في الجلوس على نظام غذائي مشمس ، ولكنها تفضل الحشرات العصيرية والحيوانات الصغيرة الأخرى كطبق اليوم. في وقت سابق ، تعرفنا بالفعل على دراسة قام فيها العلماء بفحص مصيدة ذباب فينوس وأشواكها الهامشية.... اليوم علينا أن نكتشف مدى حساسية هذه الأشواك. أجرى علماء من جامعة زيورخ (سويسرا) سلسلة من التجارب العملية ، كان الغرض منها قياس سرعة رد فعل فينوس صائدة الذباب على لمسة قوة معينة. كيف بالضبط دغدغ العلماء صائد الذباب ، ومدى سرعة تفاعله ، وكيف تفسر هذه النتائج تفضيلات تذوق الطعام للنباتات المفترسة؟ سنجد إجابات لهذه الأسئلة في تقرير العلماء. اذهب.

أسس البحث

من أجل عدم توسيع هذا السرد ، يتم إخفاء وصف Venus flytrap (الذي تم استخدامه بالفعل في المقالة السابقة) تحت المفسد:





الفكرة الرئيسية لآلية إطلاق مصيدة فينوس صائدة الذباب هي أن الفريسة المستقبلية تحتاج إلى لمس شعري حساس للنبات في غضون 30 ثانية. كل لمسة منهم تنتج إمكانية عمل * مطلوبة لإغلاق المصيدة. يعتقد العلماء هذا لمدة 200 عام ، ولكن هل النظرية متوافقة مع الممارسة؟



على مدار سنوات البحث ، استنتج العلماء سيناريو الأحداث التي يجب (نظريًا) أن تتكشف أثناء مطاردة صائد الذباب:

• نبات جائع يجذب الحشرات عن طريق إفراز مركبات متطايرة ؛
• تستكشف حشرة غير ذكية النبات (تأمل في الحصول على طعام مجاني) ، حيث تلامس خلالها واحدة من الشعيرات الست الحساسة ، مما يتسبب في إمكانية فعل (AP من إمكانية الفعل)
• 30 , «It’s a trap!», , ;
• (, ), (C₁₂H₁₈O₃) .

نتيجة لذلك ، تتحول "بتلات" صائد الذباب المفتوحة سابقًا إلى نوع من المعدة ، حيث يتم هضم الفريسة غير الناجحة.



في هذا العمل ، قرر العلماء النظر بالتفصيل في عملية تحويل التحفيز الميكانيكي للشعر الحساس إلى إشارة كهربائية. نحن نعلم على وجه اليقين أن لمس الشعر الحساس يفتح قنوات أيونية حساسة للميكانيكية ، لكننا لم نتمكن بعد من تحديد هذه القنوات.



بينما تكون هذه القنوات المفترضة مفتوحة ، تزداد إمكانات المستقبل * (RP من إمكانات المستقبل ) ، وإذا كان انحراف الشعر كبيرًا بما يكفي ، فإن RP يصل إلى عتبة تتجلى فوقها AP.

* — , .



* — , .



* — .

الصورة رقم 1



سابقًا ، كانت هناك محاولات لربط المحفزات الميكانيكية وتوليد جهد الفعل ، ولكن لم تكن هناك أدوات مناسبة للقياسات الدقيقة. في حالة الدراسة التي نراجعها اليوم ، استخدم العلماء مستشعر قوة يستند إلى MEMS * مركب على نظام ميكروبيوتيك للتحكم بدقة في سرعة وسعة الانحراف ، وقياس القوة المطبقة في نفس الوقت ( 1A و 1B ).

MEMS * (الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة) عبارة عن أجهزة تجمع بين المكونات الإلكترونية الدقيقة والميكانيكية الدقيقة.

الصورة رقم 2



بهذه الطريقة ، تمكن العلماء من تحديد نطاق المعلمات بدقة التي يؤدي فيها انحراف الشعر إلى إغلاق المصيدة ، بينما قام مستشعر القوة الثاني بقياس القوة اللحظية المتولدة (الصورة أعلاه).

نتائج البحث

أثناء التجارب ، أخذ العلماء في الاعتبار أن العناكب والذباب والنمل (الفريسة الشائعة لصائد الذباب) ستؤدي إلى انحراف الشعر الحساس بسرعة. ونتيجة لذلك ، تم نشر النظام الميكروبيوتيك بأقصى سرعة لتقليد هذه المحفزات. نتج عن ذلك سرعة زاوية ابتدائية عالية في المدى من 10 إلى 20 راديان / ثانية.



وجدت دراسات سابقة أن النمل ينحرف عن الشعر الحساس بسرعة زاويّة من 0.25 - 7.8 راد / ث ، لكن أبطأ من الذباب. لذلك ، فإن المعلمات المستخدمة أعلى من المعلمات الحقيقية ، وهي مناسبة تمامًا لتقييم قدرات Venus flytrap.



في مثل هذه السرعات العالية ، تكون مدة الانحراف أقصر بكثير من العوامل الأخرى التي تعتمد على الوقت ، مثل تسوس RP واسترخاء الشعر الحسي (1F ).



مع مراعاة الانحراف الزاوي بدلاً من الانحراف الخطي ، أصبح من الممكن تصحيح الاختلافات في ارتفاع ملامسة المسبار الحسي بالنسبة إلى مكان تضييق الشعر الحسي ، فضلاً عن الاختلافات المتعلقة بأشكال الأشكال الهندسية المختلفة للشعر الحسي ( 1B و 2C و 2 D ). ومن ثم ، يمكن تقريب أحد الانحرافات من خلال زيادة منفصلة في التخالف الزاوي ، ويعتمد تشغيل AP بشكل أساسي على حجم التخالف الزاوي.



تم تعريف الانحراف على أنه مزيج من الإزاحة الزاوية للأمام والخلف ، على غرار ما يحدث عندما تلمس الفريسة شعرة. يتألف كل قياس من انحرافين متتاليين بفاصل زمني 1 ثانية بينهما حتى إزاحة زاوية معينة θ. إذا لم يتم إغلاق المصيدة ، يتم اتباع مرحلة انتظار (دقيقتان) للتأكد من إعادة تعيين RP تمامًا. يرجع الانتظار لمدة دقيقتين بالضبط ، وليس أكثر / أقل ، إلى حقيقة أن سلسلة من التجارب السابقة أظهرت أنه في درجات حرارة أقل من 30 درجة مئوية ، يلزم انحرافين من الشعر في غضون 30-40 ثانية لإغلاق المصيدة بسرعة وبشكل كامل.



بعد مرحلة الانتظار ، تكرر الإجراء مع زيادة النزوح الزاوي حتى يتم تشغيل آلية إغلاق المصيدة ( 1C و 1 D). حدث هذا عندما تم الوصول إلى متوسط ​​عتبة الإزاحة θ = 0.18 راد أو متوسط ​​عتبة عزم الدوران τ = 0.8 μN · م (ن = 21).



لاحظ العلماء أن إغلاق المصيدة لم يُسجل أبدًا إذا كان θ أقل من 0.12 راد و below كان أقل من 0.50 ميكرومتر / م ( 1E ). لذلك ، فإن هذه المؤشرات هي الحد الأدنى للانحراف الزاوي المطلوب لتحريك إغلاق المصيدة في ظل ظروف هذه التجربة. كان من الممكن أيضًا تحديد أنه لكي تعمل المصيدة ، يجب أن تطبق الحشرة قوة (F) تبلغ 0.5 ملي نيوتن بالقرب من أطراف الشعر أو 5 ملي نيوتن بالقرب من القاعدة.



قدمت قياسات AP رابطًا بين انحراف الشعر الحسي وإغلاق المصيدة. عندما كان انحرافان متتاليان أقل بكثير من عتبة التحيز (θ << 0.12 rad) ، لم يلاحظ أي AP. بالنسبة لسعة الانحراف بالقرب من عتبة الإزاحة (θ <0.12 راد) ، تم اكتشاف نقطة وصول واحدة بعد الانحراف الثاني.



يشير هذا إلى أن كلا انحراف الشعر ساهم في RP وأن عتبة تحريض AP لم يتم الوصول إليها إلا عند الانحراف الثاني. كما هو متوقع ، لم يكن AP واحد كافياً لتشغيل المصيدة.



الافتراض القائل بأن كل لمسة تؤدي إلى تشغيل AP يكون صالحًا فقط إذا تجاوز انحراف الشعر الحسي عتبة الإزاحة. إذا كان الأمر كذلك ، فقد تم إنشاء نقطتي وصول (واحد لكل انحراف للشعر) وتسبب في إغلاق المصيدة ( 1 درجة مئوية ).





انحراف مزدوج للشعر الحساس ينتج عنه نقطتا وصول وإغلاق مصيدة.



تشير هذه النتائج إلى أن الانحراف السريع للشعر الحساس يزيد من RP إلى مستوى معين يعتمد على سعة الانحراف الزاوي. يمكن لـ RPs تكديس ويمكنها استدعاء AP بعد انحرافات متعددة إذا كانت أقل من عتبة الانحراف. ومع ذلك ، فإن إنشاء نقطة وصول واحدة لكل لمسة لا يحدث إلا إذا كان انحراف الشعر الحساس أعلى من عتبة الانحراف.



بعبارة أخرى ، سيتم إنشاء جهد فعل فقط عندما يكون الشعر الحساس "مضطربًا" بدرجة كافية. لكن إمكانية الحركة من طلقة واحدة لا تكفي لتحريك إغلاق المصيدة. يتناسب هذا جيدًا مع النظرية القائلة بأن صائدي الذباب لن يضيعوا طاقتهم في إغلاق المصيدة في كل مرة يلمس فيها شيء أو شخص شعرهم. خلاف ذلك ، قد يكون هناك العديد من الفخاخ الخاملة بدون أي طاقة (مثل التغذية) (تمكنت الفريسة من الهروب ، أو كانت الفريسة صغيرة جدًا ، أو أنها لم تكن فريسة على الإطلاق ، ولكنها قمامة).



بالنظر إلى أن الزيادة في RP مع الانحرافات المتعددة هي مادة مضافة ، سيكون من المنطقي افتراض أن الإزاحة المستمرة (طويلة المدى) للشعر يمكن أن يكون لها تأثير مماثل.



لاختبار هذه الفرضية ، رفض العلماء الشعر الحساس لصائد الذباب خارج عتبة الإزاحة الزاوية وثبته في هذا الوضع لمدة 30 ثانية ( 1F ). ومع ذلك ، هذا لم يطلق الفخاخ.



تسبب الإزاحة الأولية في حدوث AP واحد ، وبعد ذلك عاد التوتر بسرعة إلى خط الأساس ، على الرغم من بقاء الشعر منحرفًا.



إذا كان التحيز المستمر هو المساهمة في RP ، فسيتعين عليه أن يظل أعلى من الحد الأدنى ، وفي هذه الحالة كان من المتوقع وجود سلسلة AP. أظهرت التحليلات الإضافية أن عدم المحاذاة الزاوي يلعب دورًا مهمًا في RP ، لكن انحراف الشعر الثابت لا يساهم بأي شكل من الأشكال.



من الغريب أن الوضع كان مختلفًا في التجارب السابقة: أدت نزوح واحد من الشعر إلى إغلاق المصيدة. ومع ذلك ، لم يكن هذا إزاحة فردية متكاملة ، ولكن العديد من عمليات النزوح الصغيرة ، نظرًا لأن التذبذبات المصحوبة بانحراف يدوي للشعر ربما تكون أكبر من عتبة الإزاحة الزاوية.



وكانت المرحلة التالية من الدراسة لخلق شحنة تراكم (ECB الكهروميكانيكية ) نموذج ، والتي يتوقع من المستغرب إغلاق اعتراضات من لمسة واحدة.



بناءً على البيانات التي تم الحصول عليها أثناء التجارب ، طور العلماء نموذجًا بسيطًا لدراسة حدود الإزاحة الزاوية والسرعة التي تتفاعل فيها المصائد.



في نموذج ECB ، يؤدي الانحراف الميكانيكي إلى تراكم الشحنة RP كدالة للسرعة الزاوية ω والإزاحة θ ، بينما تتبدد الشحنات باستمرار. إذا تجاوزت الرسوم المتراكمة حدًا معينًا من Q ^th _RP ، يحدث AP. بالإضافة إلى ذلك ، تم تنفيذ فترة مقاومة للحرارة t _RP ، تمثل الفاصل الزمني المطلوب لتنشيط نقطة وصول أخرى.



نتيجة لذلك ، توقع النموذج أنه إذا كانت الانحرافات سريعة جدًا و / أو صغيرة جدًا ، فقد يتطلب الأمر أكثر من انحرافين من هذا القبيل لإغلاق المصيدة (المنطقة الحمراء عند 3 أ ).





الصورة رقم 3



هذا يرجع إلى حقيقة أن انحرافًا واحدًا لا يكفي لتنشيط AP ( 3B) ، كما أظهرت التجارب العملية ( 1C ، المركز).



وبالمثل ، أظهر النموذج أن السرعات الزاوية المنخفضة جدًا (ω <0.04 راديان / ثانية) لا يمكنها ملء RP.



لكن أكثر نتائج المحاكاة غير المتوقعة كانت التنبؤ بمدى السرعات الزاوية المتوسطة (0.04 راد / ث <ω <10 راديان / ثانية) ، حيث يكون الانحراف واحدًا كافيًا لتنشيط اثنين أو أكثر من نقاط الوصول ، والتي تعد ضرورية لإغلاق المصيدة ( 3 ب ).



ومع ذلك ، فإن مثل هذا التنبؤ يتعارض مع فكرة كيفية عمل آلية مصيدة فينوس صائدة الذباب. لذلك ، قرر العلماء التحقق مما إذا كان يمكن تحقيق هذا النموذج في الممارسة العملية.





انحراف واحد للشعر الحساس يؤدي إلى إغلاق المصيدة.



والمثير للدهشة أن إغلاق المصيدة حدث بالفعل مع انحراف واحد للشعر ، إذا كانت السرعات الزاوية منخفضة بدرجة كافية.



لتضييق نطاق القيم التي يحدث فيها هذا ، قام العلماء مرارًا وتكرارًا بتحويل نفس الشعيرات الحسية بسرعات زاوية مختلفة حتى يتم إغلاق المصيدة. كانت هناك فجوة دقيقتين بين انحرافين متتاليين حتى تعافى المصيدة ونفد RP.



تم تحديد الحد الأدنى للسرعة الزاوية المطلوبة لإغلاق المصيدة عند انحراف واحد عن طريق زيادة السرعة الزاوية تدريجياً بعد كل انحراف (ن = 17). كانت السرعة الابتدائية أقل من 0.009 راديان / ثانية ، لأن المصيدة لم تُغلق أبدًا بهذه السرعة.





الصورة رقم 4



تم إجراء انحرافات شعر مفردة لاحقة مع زيادة تدريجية في السرعة حتى تم تشغيل المصيدة ( 4A ).



تم تحديد الحد الأعلى بطريقة مماثلة ، بدءًا من ω> 3 راديان / ثانية متبوعًا بانخفاض تدريجي (ن = 9).



بالإضافة إلى ذلك ، تم إجراء سلسلة أخرى من التجارب بانحراف واحد (ن = 5) ، حيث ظلت سرعة مسبار القوة ثابتة ، مما أدى إلى سرعة زاوية وسيطة بين 0.2 و 0.4 راديان / ثانية ، بينما زاد الإزاحة الزاوية تدريجيًا أثناء وقت الانحرافات اللاحقة للحصول على الحد الأدنى المطلوب للمصيدة لتعمل في ظل ظروف انحراف واحد للشعر.



حددت جميع الانحرافات المفردة التي تؤدي إلى إغلاق المصيدة ، جنبًا إلى جنب مع المنبهات السابقة التي لم يحدث إغلاق المصيدة ، المنطقة التي يتسبب فيها انحراف واحد في الإغلاق ( 4B ).



يمكن أن يتسبب انحراف واحد في إغلاق المصيدة عند السرعات الزاوية المتوسطة للانحراف (0.03 راد / ث ≤ ω ≤ 4 راديان / ث). لكن الانحراف وحده عند السرعات المنخفضة أو الأعلى لن يكون كافياً.



أظهرت التجارب ، حيث كان معدل انحراف الشعر منخفضًا نوعًا ما ، أن المصيدة قد تم تشغيلها عندما اقترب المستشعر من قاعدة الشعر وعندما كان المستشعر يتحرك بعيدًا عنها.





يؤدي الانحراف الفردي للشعر الحساس إلى وجود نقطتي وصول أثناء الانحناء الأولي ، مما يؤدي إلى إغلاق المصيدة.



عندما تم إغلاق المصيدة أثناء اقتراب المسبار ، لوحظت إمكانات عمل متتالية ( 4C ) أثناء انحراف الشعر . عندما تم إغلاق المصيدة أثناء إزالة المسبار ، ظهرت نقطة وصول واحدة في لحظة انحراف الشعر ، والثانية بعد إزالة المسبار ، عندما عاد الشعر إلى موضعه الأصلي ( 4D ). في كلتا الحالتين ، أدى AR الثاني إلى الإغلاق الفوري للمصيدة.



في الختام ، قرر العلماء قياس قوة الإغلاق للمصيدة ( 5 أ ).





الصورة رقم 5



بالنسبة للمصيدة 48 ، كان متوسط ​​قيمة قوة الإمساك F _{الإغلاق} 73 ملي نيوتن (5 فولت) ، وكان نطاق القيم من 18 إلى 174 مليون نيوتن.



هذه القيم أقل من تلك المنشورة سابقًا (140-150 مليون نيوتن). هناك تفسير لذلك: في هذه الحالة ، تم قياس القوة في بداية إغلاق المصيدة ، وفي الملاحظات السابقة ، تم قياس القوة المؤثرة على حواف منشورات مصيدة الأوراق عند الانتهاء من الإغلاق.



نظرًا لأن القوة المقاسة تعتمد بشكل كبير على موضع محول الطاقة وأيضًا على اتجاه وحجم الصفيحة ، فإن عزم الإغلاق _قريب حول منتصف الصفيحة بمتوسط ​​قيمة 0.65 mN · m هو أفضل قيمة لوصف قوة إغلاق المصيدة ( 5C ). كان وقت التأخير ، أي الوقت بين التحفيز الميكانيكي وبداية إغلاق المصيدة ، 0.6 ± 0.3 ثانية.



لمزيد من التعارف التفصيلي مع الفروق الدقيقة في الدراسة ، أوصي بإلقاء نظرة عليهاتقرير العلماء .

الخاتمة

صائدة فينوس لا تعمل مثل الفهد ، ليس لديها سم قاتل مثل الكوبرا ، وبالتأكيد لا تسمع فريستها مثل البومة. لكن هذا النبات هو بالفعل أحد أفضل الحيوانات آكلة اللحوم على هذا الكوكب ، حيث تعمل آلية الصيد الخاصة به مثل الساعة.



في هذا العمل ، كان العلماء قادرين على تحديد ما يجب أن تكون عليه هذه المعلمات أو تلك حتى تعمل المصيدة. كما اتضح ، في معظم الحالات ، لتحريك المصيدة ، يجب على الضحية ارتكاب خطأين متتاليين: أولاً ، لمس الشعر الحسي لمصيدة الذباب ؛ والثاني هو القيام بذلك مرة أخرى.



يؤدي الانحراف المتكرر للشعر عن موضعه الأولي إلى توليد جهد فعل ثانٍ يبدأ عملية إغلاق المصيدة. ومع ذلك ، فقد أظهرت المحاكاة أنه في ظل ظروف معينة ، قد تكون اللمسة الواحدة كافية ، ولكن في الواقع ، من غير المرجح أن يكون ذلك.



بمعنى آخر ، هل يمكن أن تكون مصيدة فينوس صائدة البعوض؟ لا ، لأن مصاصي الدماء هؤلاء صغيرون جدًا وذكيون جدًا. لكن صائد الذباب لا يندم على الذباب أو القواقع.



شكرًا لاهتمامكم ، ابقوا فضوليين واستمتعوا بعطلة نهاية أسبوع سعيدة يا رفاق! :)

قليلا من الدعاية

أشكركم على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ تريد أن ترى المزيد من المحتويات الشيقة؟ ادعمنا من خلال تقديم طلب أو التوصية للأصدقاء ، VPS السحابية للمطورين من 4.99 دولارًا أمريكيًا ، وهو تناظرية فريدة من خوادم مستوى الدخول التي اخترعناها لك: الحقيقة الكاملة حول VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 مراكز) 10 جيجا بايت DDR4 480 جيجا بايت SSD 1 جيجا بايت في الثانية من 19 دولار أو كيفية تقسيم السيرفر بشكل صحيح؟ (تتوفر الخيارات مع RAID1 و RAID10 ، حتى 24 مركزًا وحتى 40 جيجا بايت DDR4).



هل Dell R730xd 2x أرخص في مركز بيانات Equinix Tier IV في أمستردام؟ فقط لدينا 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6 جيجا هرتز 14C 64 جيجا بايت DDR4 4x960 جيجا بايت SSD 1 جيجا بايت في الثانية 100 تلفزيون من 199 دولارًا في هولندا!Dell R420 - 2x E5-2430 2.2 جيجا هرتز 6C 128 جيجا بايت DDR3 2x960 جيجا بايت SSD 1 جيجا بايت في الثانية 100 تيرا بايت - من 99 دولارًا! اقرأ عن كيفية بناء البنية التحتية للمبنى. فئة مع استخدام خوادم Dell R730xd E5-2650 v4 بتكلفة 9000 يورو مقابل فلس واحد؟