סטארטאפים פרוקי-רגליים – בין עכבישים מנצנצים לכבישים בטוחים


אז לפני שנצלול למדע ומה בעצם קורה פה, צפו קודם בסרטון הבא –

 מה שאתם רואים בסרטון הזה זו זאבנית מנצנצת. אבל מדוע היא מנצנצת? כי הזאבנית נושאת את ולדיה על גבה (זאבנים ועקרבים הם פרוקי הרגליים היחידים שהאם נושאת את ולדיה על גבה, ושימו לב שבאיזשהו שלב בסרטון מישהו דביל מציק לזאבנית שמפילה את האבקועים שלה מהגב והם מתפזרים מסביב כמו גחלי אש).

כיצד זה קורה?

לזאבנים יש Tapetum lucidum- שכבה מחזירת אור מתחת לרשתית על השכבה הדמית בעין.

התכונה הזו של החזרת אור בחזרה לרשתית נועדה ״לנצל״ אור שכבר עבר את הרשתית ולא נקלט על ידי הפוטורצפטורים.

האור מוחזר בחזרה לרשתית, וכאן באה לידי ביטוי הגאוניות של האבולוציה- המרחק בין השכבה הדמית והרשתית הוא כזה שהאור החוזר והאור הנכנס יוצרים התאבכות בונה וכך האור מועצם! (בפשטות אפשר להסביר את זה בכך שהאור הוא למעשה גל, והפסגות של שני גלי האור- ההוא שמגיע מבחוץ וההוא שחוזר מה Tapetum lucidum משתלבות ומחזקות זו את זו).

ובשביל שאכן תהיה השתלבות מושלמת של שני הגלים האבולוציה עשתה עוד דבר גאוני- העין מתפקדת כרטרו-רפלקטור, במילים אחרות, השילוב של המבנה הפרבולי יחד עם סוג החומר שממנו עשויה הרשתית גורמים לקרני האור לחזור בדיוק בכיוון מהם באו- באותה זווית וכך מובטחת ההתאמה המלאה.


למה זה טוב…

הזאבנים הם ציידי לילה והתכונה הזו מגבירה מאוד את הרגישות הראייתית שלהם.

נו, אתם אומרים, זו לא חכמה- כמעט לכולם יש את זה, אפילו לחתולים, אפילו לבני אדם!

אז לגבי חתולים בהחלט כן, ולא זו בלבד אלא שתכונת החזרת האור הזו משפרת לחתולים את הרגישות (היכולת להבחין באור חלש) בכ50%, אבל הזאבנים בהחלט יוצאים דופן מהבחינה הזו כי זו תכונה שלא קיימת כמעט אצל מי שאינם בעלי חוליות.

אבל מלבד הזאבנים ישנם עוד מינים שאינם בעלי חוליות והם בעלי תכונת ה Tapetum lucidum וכולם עכבישים- ליתר דיוק יש עוד ארבע משפחות כאלה- עינבלנים, גלגלנים, כדורים ומסטולים, שהם בכלל לא מסטולים והם ממשפחות העכבישים הפרימטיביות ביותר, ונמצאו מאובנים שלהם מלפני 350 מליון שנים.

עוד משהו שעשוי לעניין אותך -  למצרים הייתה גרסה משלהם לאיוואסקה – אותה הם כינו "עץ החיים".

התכונה הזו קיימת גם אצל דגים ומקצת מהזוחלים אך היא נפוצה בעיקר אצל היונקים וקיימת אצל רובם המוחלט אך יש מספר חריגים-

אצל הפרימטים כולל האדם התכונה הזו לא קיימת- ולא בכדי- הפרימטים הם פעילי יום. אבל אם כך מה הן העינים האדומות שאנו רואים בתמונות? אלו הן כלי הדם של העין שנראים דרך החזרה מסוימת שקיימת בכל זאת בכל עין…

אך גם לחזירים ולקנגרואים אין עינים אדומות אלא שבניגוד לפרימטים נראה שבעבר היה להם ושהם פשוט איבדו את התכונה עם הזמן.

אבל מדוע לאבד תכונה כל כך טובה?

כי יש לזה מחיר- היכולת להחזיר אור פוגעת ברגישות לצבע, ולפעילי יום חשוב יותר להיות מסוגלים להבחין בגוונים מאשר להיות רגישים לאור.

כלומר, התנאי הראשוני הוא פעילי לילה, התנאי השני הוא, לרוב, בעלי חוליות.

המסקנה מכל זה היא שהתכונה הזו התפתחה בנפרד, באבולוציה מתכנסת, אצל חלק קטן מאוד מפרוקי הרגליים (חמש משפחות של עכבישים) ואצל בעלי החוליות.


נחזור לזאבנים… יש להם כאמור 8 עינים.

והסידור שלהם הוא שורה של ארבע עינים מישניות, מעל שתי עינים ראשיות ומעל עוד שתי עינים מישניות. עינים מישניות, אצל עכבישים, לא מבחינות בפרטים אלא רק בגווני אור וה Tapetum lucidum קיים רק בעינים המישניות מה שמרמז לנו שעבור פרוקי הרגליים יש יתרון ברגישות העינים לעוצמת האור יותר מאשר היכולת לזהות פרטים.

אלא שלאחרונה הסתבר שקיימת משפחת עכבישים נוספת עם התכונה, יותר נכון היתה;

‏Lagonomegopidae – משפחת עכבישים לתפארת שנפוצה מאוד בזמן הקריטקון ומאז נכחדה. בעבר מצאו מספר פרטים שלהם שמורים בעינבר, אבל לאחרונה מצאו מספר פרטים דווקא באבן, וזה מאוד מאוד נדיר עבור פרוקי רגליים בעלי גוף רך שלא משתמר ומתאבן היטב.

אבל מה שמצאו זה אפילו יותר מדהים- למאובנים שתוארכו ללפני 100 מיליון שנה היה Tapetum lucidum.

עוד משהו שעשוי לעניין אותך -  עיוותים בטבע: המפלצות של Fortunio Liceti

ה Tapetum lucidum שימש השראה למהנדסים שתכננו את cateyes, שזה ההתקן הנפוץ ביותר לסימוני כביש. מדובר בגומי המכיל עדשה שמצופה בחלקה האחורי בציפוי מחזיר- זהו רטרו-רפלקטור שמחזירים אור לכיוון ממנו הוא מוקרן. ההתקנים האלה נמצאים בשולי הכביש, מוגבהים מספר מלימטרים מעל האספלט ומאירים רק כשפנסי מכונית פוגעים בהם. להתקן זה יש שימוש נוסף בחיסכון חשמל- ישנם כבישים, לרוב נידחים וסיבוביים, שמעט מכוניות עוברות דרכן שפנסי התאורה שלהם מוצמדים ל cateyes  והם נידלקים אך ורק כשמכונית עוברת ומאירה בפנסיה, באופן זה ניתן לחסוך בחשמל.

By Zoney – Own work Modification of public domain image by User:Sarah777 on English Wikipedia, http://commons.wikimedia.org/wiki/File:M9Carlow.JPG, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=14975143

ישנו שימוש נוסף אחר במראה מחזירה לסנסור.

המדובר בסנסורים מסיליקון שטובים לאורך גל נראה,עבור אורכי גל ארוכים יותר הם פחות יעילים.

הבעיה עם הסיליקון, שהוא חומר חצי מוליך, קשורה לאופן שבו הסנסור ממיר אות אופטי- פוטון, באות חשמלי- אלקטרון;

בסנסורים מוליכים למחצה, ההמרה נעשית על ידי ״הקפצה״ של אלקטרונים מרמת הערכיות לרמת ההולכה, אלא שבסיליקון פער האנרגיה גדול מדי עבור פוטונים באורך גל של 1000nm ואילך (האנרגיה של הפוטון היא ביחס הפוך לאורך הגל שלו).

כדי לפתור את הבעיה, את תחתית הפיקסל מצפים בשכבה המחזירה את הפוטונים שלא נבלעו במצע (כלומר- שלא העבירו את האנרגיה שלהם לאלקטרון ו״הקפיצו״ אותו לרמת ההולכה) בחזרה למצע, מכיוון שההסתברות לכך שהפוטון כן יצליח להקפיץ אלקטרון תגדל ככל שנאריך את הדרך של הפוטון, אנו כביכול משפרים את הרגישות של הסנסור לאורכי גל ארוכים.

מדוע שנרצה לעשות זאת ולא להשתמש במקום בחומר אחר, למשל Indium gallium arsenide שמצוין לאורכי גל ארוכים? ענין של מחיר בעיקר- InGaAs הוא חומר הרבה הרבה יותר יקר.

הדוגמא הזו מן הסתם פחות נופלת לקטגוריה של חיקוי של הטבע ויותר לסוג של אבולוציה מתכנסת- בכל מקרה הטכנולוגיה הזו היתה מומצאת, regardless

מקור

השאר תגובה