Pogled izbliza na složene insekte koji su inspirirali inženjere na bezbroj načina.
Više od 130 milijuna godina leptiri krase naš planet. Veći dio naše vlastite povijesti uživali smo u njima, ali nikada nismo puno znali o njima. U proteklih 10 godina to se promijenilo. Koristeći alate visoke tehnologije, znanost je otkrila do sada neslućene istine o ovim "letećim cvjetovima"—od toga kako monarh leptiri svake jeseni migriraju tisućama milja do planinskog lanca u Meksiku kako bi stvorili tako zapanjujuća krila uzorci. A neka od tih otkrića čak su pomogla istraživačima da pronađu nove načine za dobrobit zdravlja ljudi.
Pročitajte više u Jezik leptiraWendy Williams, objavili Simon and Schuster 2. lipnja 2020.
Prije nekoliko godina, Konstantin Kornev sa Sveučilišta Clemson pratio je svoje mlade kćeri dok su lovile leptire po sunčanom polju u Južnoj Karolini. Djevojke su smatrale da su blistave boje kukaca i nemirno ponašanje u letu neodoljivo privlačni.
Ubrzo je i Kornev pao pod čari insekata. Leteći od kamena do blata do cvijeta, leptiri su više puta odmotavali i ponovno uvijali dugački, tanki cjevasti dodatak koji je stršio iz područja usta. Često su te razmotane instrumente polagali na razne površine i ostavljali ih ondje nekoliko sekundi odjednom.
Pretpostavio je da nabavljaju hranu. Ali kako? Primljena mudrost je tvrdila da leptiri koriste ove alate za pijuckanje, slično kao što mi koristimo slamke.
Međutim, ono što je vidio nije imalo smisla. Ponekad se činilo da leptir ubacuje svoj dodatak — koji se naziva proboscis — u cvijet, očito "pijuckajući" nektar. U drugim su slučajevima ti proboscices bili položeni duž stvrdnute zemlje ili čak kamenih površina. “Pjuckanje” iz kamena činilo se malo vjerojatnim.
Biogenijalnost ovih kitnjastih, svjetlucavih stvorenja pogodila ga je punom snagom. Događalo se nešto mnogo zanimljivije od pukog pijuckanja. Ali što?
Njegova znatiželja nije bila besposlena. Kornev je inženjer materijala. Inženjeri materijala—stvaraju nove materijale. Ali Kornev ne stvara od nule. Kao i sama evolucija, on se nadovezuje na ono što već postoji.
Sumnjao je da bi leptiri mogli dati važne tragove za pitanje s kojim su se on i drugi istraživači suočavali: kako prenose infinitezimalno malene kapljice tekućine, ne veće od nekoliko mikrona u promjeru, duž dugih, uskih cijevi.
Rješavanje ovog problema imalo bi važne implikacije za različita polja poput kirurgije mozga, operacije srca, čiste fizike, primijenjene elektronike... Moglo bi proboscis leptira, koji na kraju krajeva radi na istom problemu više od 130 milijuna godina evolucije, ima pametnih rješenja za ponuda?
Kako bi saznao, Kornev je stavio kapljice vode koja je sadržavala šećer na radnu ploču i snimio leptire dok su se hranili. Usporavanjem filma mogao je usporeno gledati kukce.
Kao što se i očekivalo, leptiri nisu samo pijuckali. Ali očito su jeli. Pretražio je znanstvenu literaturu i otkrio da se, što je neobično, nijedan objavljeni rad ne bavi ovim pitanjem. Stotinama godina gotovo su svi uzimali zdravo za gotovo da je rit leptira slamka za piće.
Koristeći se modernim mikroskopima visoke tehnologije koji omogućuju gledanje na višemikronskoj razini, Kornev i Clemson Biolog za leptire Peter Adler, zajedno s diplomiranim studentom Matthewom Lehnertom, počeo je ispitivati proboscis, kako iznutra tako i van.
Otkrili su da su leptiri osmislili različite vrlo učinkovite transportne sustave koji pokreću kapljice, samo a nekoliko mikrona u promjeru, kroz svoje proboscices koristeći prednosti osnovnih fizičkih sila poput kapilara akcijski.
Svaka vrsta to čini na svoj jedinstven način. Neke vrste mogu promijeniti promjer unutarnje cijevi, bilo proširiti je ili istanjiti, kako bi se prilagodile tekućinama različitih viskoziteta. Med ili sok drveća, na primjer, zahtijevaju veći promjer nego voda.
Neki proboscisi su jako perforirani, što omogućuje kukcima da "upijaju" filmove na kamenim površinama, kao što papirnati ručnici upijaju kuhinjske prolive. Druga vrsta ima oštre "zube" poput pile na vrhovima svojih proboscisa koji mogu prorezati meso voća - ili u nekim slučajevima, životinja (uključujući ljude) - kako bi došli do hranjivih tvari iz njih.
Ova otkrića imaju važnu primjenu u ljudskim tehnologijama. Na primjer, sonde nadahnute leptirima mogle bi uskoro isporučiti toksična sredstva protiv raka u unutrašnjost stanica raka—a revolucionarno otkriće koje bi liječnicima omogućilo uništavanje divlje razmnožavajućih stanica raka, ali minimiziralo rizike za zdrave tkiva.
Ili, evolucijske strategije koje su razvili leptiri mogu pomoći kirurzima da isporuče nano-litre količine krvi do najsitnijih ljudskih krvnih žila, čime se sprječava njihov nastanak bez kisika. Drugi alati inspirirani leptirima mogu pomoći medicinskim stručnjacima da daju cjepiva bez rizika od infekcija povezanih s injekcijama iglom.
Drugi istraživački timovi uzbuđeni su drugim priborom za leptire. Biologinja Adrianna Briscoe i inženjer Jahoe Lee, obje sa Sveučilišta u Kaliforniji udružile su se u istraživanju mikrostrukture na leptirovim krilima koje omogućuju kukcima da se zagriju i ohlade u ekstremnim okruženjima. Uz pomoć diplomskog studenta Anirudha Krishne, njihovo bi otkriće moglo pomoći u razvoju novih i energetski učinkovitijih građevinskih materijala.
Nipam Patel, direktor Morskog biološkog laboratorija Massachusettsa i cjeloživotni sakupljač leptira, proučavao je mikroskopsku strukturu ljuskica koje prekrivaju krila leptira. Njegovo je istraživanje pokazalo da zadivljujući plavi morfo leptir svoju svjetlucavu plavu boju ne dobiva od pigmenta, već ali iz božićnog drvca poput oblika mikrostruktura ljestvice koje raspršuju sve frekvencije svjetlosti osim plava.
Ovo otkriće također ima različite praktične primjene. Radislav Potyrailo iz GE Globala, na primjer, očekuje da će mu struktura ljestvice plavog morfoa pomoći riješiti praktični problem kako razviti male, jeftine senzori koji mogu detektirati otrovne plinove u atmosferi ili koji mogu upozoriti astmatičare na prisutnost iritansa u zraku koji potiču disanje hitnim slučajevima.
Leptiri sami po sebi izazivaju strahopoštovanje, što su znale dvije mlade kćeri inženjera Korneva. No, genij leptira također nam pomaže spasiti ljudske živote.
