מוסכם בדרך כלל כי זרע "שוחה" על ידי מכות או סיבוב זנבותיהם הרכים. עם זאת, צוות מחקר בראשות מדענים גילה כי זרעי קרניים נעים על ידי סיבוב הזנב והראש. הצוות בדק את דפוס התנועה והדגים אותו באמצעות רובוט. המחקר שלהם הרחיב את הידע על תנועת המיקרואורגניזמים וסיפק השראה לתכנון הנדסת רובוטים.
תגלית מפתיעה
המחקר גילה מצב תנועה חדש ומיוחד של זרעי קרן, שהם מכנים "המודל של הליקס כפול הטרוגני (HDH)." "זה היה למעשה תגלית מקרית,"
הכל התחיל במחקר נוסף של הצוות לפיתוח טכניקות הזרעה מלאכותית לחקלאות של דגי סחוס, כולל כרישים וקרניים, אשר השלד שלהם מורכב לגמרי או במידה רבה מסחוס. "דגים סחוסים יכולים לשמש כ"מפעל" לייצור נוגדנים כנגד מחלות, כולל COVID-19. אז רצינו לפתח טכניקות של הזרעה מלאכותית כדי לחוות אותן לחקלאות ימית בעלת ערך רב, "אמר.
במהלך תהליך זה, הצוות הופתע מאוד כאשר צפה לראשונה במבנה הייחודי ובתנועת השחייה של זרעי הקרן תחת המיקרוסקופ. הם גילו שראש זרע הקורה נמצא במבנה סלילי ארוך ולא עגול, והוא מסתובב יחד עם הזנב בעת שחייה.
הצוות חקר עוד את מנגנון ההנעה שלו, במיוחד את התפקיד המדויק של הראש בתנועה. הם גילו כי זרעי קרניים מורכבים מחלקים סליליים הטרוגניים: ראש ספירלה קשיח וזנב רך, המחוברים באמצעות "אמצע" המספק אנרגיה לתנועה סיבובית. ראש זרע הקרן הוא לא רק "מיכל" של החומרים הגנטיים, אלא גם מאפשר את ההנעה יחד עם הזנב הרך.
כדי להבין יותר את מצב התנועה, הצוות ניתח כמות גדולה של נתוני שחייה וצפה במבנה הפנימי של הזרעונים בננומטריה. מכיוון שהראש והזנב של זרע הקרני הסתובבו באותו כיוון במהירות וסיבובים שונים וסיבובים בעת שחייה, הצוות כינה זאת כהנעה של סלילות כפולות הטרוגניות (HDH).
על פי הניתוח הסטטיסטי שלהם, הראש תרם כ- 31% מכוח ההנעה הכולל, שהוא הנעת הראש הראשונית שנרשמה בכל הזרעונים הידועים. בגלל תרומת הראש, יעילות התנועה של זרע הקרן גבוהה יותר ממינים אחרים כמו סטרלט ושור, המונעים רק על ידי הזנב.
"דרך הנעה לא מסורתית שכזו לא רק מספקת לזרעי קרניים יכולת הסתגלות גבוהה למגוון רחב של סביבות צמיגות, אלא גם מובילה ליכולת תנועה ויעילות מעולה".
יכולת הסתגלות סביבתית גבוהה
יכולת ההסתגלות הסביבתית מכריעה בבחירה הטבעית. הראש והזנב של זרעי הקרן יכולים להתאים את תנועתם ואת תרומתם להנעה בהתאם לצמיגות הסביבתית ולשחות במהירויות שונות לתנועה קדימה. לפיכך, זרעונים של קרניים יכולים לנוע בסביבות שונות עם מגוון רחב של צמיגות, ולהפגין יכולת הסתגלות סביבתית גבוהה.
הצוות מצא גם כי לזרעי קרניים יכולת שחייה דו כיוונית ייחודית, כלומר הם יכולים לשחות לא רק בכיוון קדימה אלא גם בכיוון אחורה. יכולת כזו מספקת יתרונות לזרע בטבע, במיוחד כאשר הם נתקלים במכשולים. וזרעים אחרים עם ראש כדור או בצורת מוט אינם יכולים להשיג תנועה דו כיוונית.
הודות למודל HDH, לראש הספירלה של זרעונים יש יכולת סיבוב פעילה. מכיוון שהראש והזנב תורמים להנעה, הזווית ביניהם תייצר כוח רוחבי על הגוף, המאפשר לזרע הקרן להסתובב, מראה גמישות גבוהה בתנועתו.
רובוט בהשראת ביו מדגים את דגם ה- HDH
דגם ה- HDH המוזר הראה תכונות נרחבות בתנועתיות ויעילות והיווה השראה לצוות בעיצוב מיקרו-רובוטים. הרובוט בהשראת הביו, גם עם ראש ספירלה קשיח וזנב רך, הפגין עליונות דומות על פני קונבנציונאליות מבחינת יכולת הסתגלות ויעילות תחת אותה קלט כוח. זה יכול לנוע במיומנות בסביבה עם נוזלים, גם כאשר הצמיגות משתנה.
יכולות כאלה יכולות לספק תובנות לעיצוב רובוט שחייה למשימות הנדסיות מאתגרות ביו-רפואי יישומים בגוף האדם עם סביבות נוזלים מורכבות, כמו בתוך כלי הדם.