Bližší pohľad na prepracovaný hmyz, ktorý inšpiroval inžinierov nespočetnými spôsobmi.
Už viac ako 130 miliónov rokov zdobia našu planétu motýle. Počas veľkej časti našej vlastnej histórie sme si ich užívali, ale nikdy sme o nich veľa nevedeli. Za posledných 10 rokov sa to zmenilo. Pomocou špičkových nástrojov veda objavila doteraz netušené pravdy o týchto „lietajúcich kvetoch“ – z toho, ako panovník motýle migrujú tisíce kilometrov každú jeseň do pohoria v Mexiku, aby vytvorili také úžasné krídla vzory. A niektoré z týchto objavov dokonca pomohli výskumníkom nájsť nové spôsoby, ako prospieť zdraviu ľudí.
Prečítajte si viac v Jazyk motýľovod Wendy Williams, publikované Simonom a Schusterom 2. júna 2020.
Pred niekoľkými rokmi Konstantin Kornev z Clemson University sprevádzal svoje malé dcéry, keď naháňali motýle na slnečnom poli v Južnej Karolíne. Dievčatá považovali sýte farby hmyzu a nestále letové správanie za neodolateľne lákavé.
Čoskoro aj Kornev podľahol kúzlu hmyzu. Motýle poletovali zo skaly cez blato ku kvetu, opakovane sa odvíjali a znovu stáčali dlhý tenký trubicovitý prívesok, ktorý vyčnieval z oblasti úst. Často tieto rozvinuté nástroje položili na rôzne povrchy a nechali ich tam niekoľko sekúnd naraz.
Predpokladal, že získavajú potravu. Ale ako? Prijatá múdrosť tvrdila, že motýle používajú tieto nástroje na popíjanie, podobne ako my používame slamky na pitie.
To, čo videl, však nedávalo zmysel. Niekedy sa zdalo, že motýľ vložil svoj prívesok - nazývaný proboscis - do kvetu, očividne "upíjal" nektár. Inokedy boli tieto probosciky položené pozdĺž stvrdnutej pôdy alebo dokonca skalných povrchov. „Uchlipkávanie“ zo skaly sa zdalo nepravdepodobné.
Biologický génius týchto krikľavých, trblietavých tvorov ho zasiahol plnou silou. Dialo sa niečo oveľa zaujímavejšie ako obyčajné popíjanie. Ale čo?
Jeho zvedavosť nezaháľala. Kornev je materiálový inžinier. Materiáloví inžinieri – vyrábajú nové materiály. Kornev však netvorí od nuly. Rovnako ako samotná evolúcia stavia na tom, čo už existuje.
Mal podozrenie, že motýle môžu poskytnúť dôležité vodítka k otázke, ktorej čelil on a ďalší výskumníci: ako na to transportujú nekonečne malé kvapôčky tekutiny s priemerom nie väčším ako niekoľko mikrónov pozdĺž dlhých, úzkych rúrky.
Riešenie tohto problému by malo dôležité dôsledky pre také rôznorodé oblasti, ako je chirurgia mozgu, srdcová chirurgia, čistá fyzika, aplikovaná elektronika... motýľ proboscis, ktorý koniec koncov pracuje na rovnakom probléme už viac ako 130 miliónov rokov evolúcie, má nejaké chytré riešenia ponuka?
Aby to zistil, Kornev položil na dosku kvapôčky vody obsahujúce cukor a natočil motýle, ako sa kŕmili. Spomalením filmu mohol sledovať hmyz v spomalenom zábere.
Ako sa očakávalo, motýle jednoducho nesrkali. Ale jednoznačne prehĺtali. Hľadal vedeckú literatúru a zistil, že je pozoruhodné, že žiadna publikovaná práca sa touto otázkou nezaoberá. Po stovky rokov prakticky každý bral ako samozrejmosť, že motýľ proboscis je slamka na pitie.
Kornev a Clemson využívajú moderné high-tech mikroskopy, ktoré umožňujú pozorovanie na multimikrónovej úrovni. biológ motýľov Peter Adler spolu s postgraduálnym študentom Matthewom Lehnertom začali skúmať proboscis, a to ako vo vnútri, tak aj von.
Zistili, že motýle vymysleli rôzne vysoko efektívne dopravné systémy, ktoré pohybujú kvapôčkami, len a niekoľko mikrónov v priemere, cez ich proboscices využitím základných fyzikálnych síl, ako je kapilára akcie.
Každý druh to robí vlastným jedinečným spôsobom. Niektoré druhy môžu meniť priemer vnútornej trubice, buď ju rozširovať alebo stenčovať, aby sa do nej zmestili tekutiny rôznych viskozít. Napríklad med alebo miazga zo stromov by vyžadovali širší priemer ako voda.
Niektoré proboscis sú vysoko perforované, čo umožňuje hmyzu „zašpiniť“ filmy na skalných povrchoch, ako napríklad papierové utierky zašpinia kuchynské škvrny. Iný druh má na špičkách svojich proboscis ostré pílovité „zuby“, ktoré dokážu prerezať dužinu ovocia – alebo v niektorých prípadoch zvierat (vrátane ľudí) – aby sa dostali k živinám vo vnútri.
Tieto objavy majú dôležité využitie pre ľudské technológie. Napríklad motýľom inšpirované sondy môžu čoskoro dopraviť toxické protirakovinové látky do vnútra rakovinových buniek. revolučný prelom, ktorý by lekárom umožnil ničiť divoko sa replikujúce rakovinové bunky, ale minimalizoval riziká pre zdravie tkanív.
Alebo evolučné stratégie vypracované motýľmi môžu pomôcť chirurgom dodať nanolitre množstvo krvi do najmenších ľudských krvných ciev, čím sa zabráni ich vzniku zbavený kyslíka. Ďalšie nástroje inšpirované motýľmi môžu pomôcť zdravotníckym pracovníkom dodávať vakcíny bez toho, aby riskovali infekcie spojené s injekciami ihly.
Ostatné výskumné tímy sú nadšené z ďalších doplnkov motýľov. Biologička Adrianna Briscoe a inžinier Jahoe Lee z Kalifornskej univerzity sa spojili, aby študovali mikroštruktúry na motýlích krídlach, ktoré hmyzu umožňujú zahriať sa a ochladiť v extrémnom prostredí. S pomocou postgraduálneho študenta Anirudh Krishna môže ich objav pomôcť vyvinúť nové a energeticky účinnejšie stavebné materiály.
Nipam Patel, riaditeľ morského biologického laboratória v Massachusetts a celoživotný zberateľ motýľov, študoval mikroskopickú štruktúru šupín, ktoré pokrývajú motýlie krídla. Jeho výskum ukázal, že úžasný modrý morfo motýľ získava svoju trblietavú modrú farbu nie z pigmentu, ale z tvarov mikroštruktúr stupnice podobných vianočným stromčekom, ktoré rozptyľujú všetky frekvencie svetla, ale Modrá.
Tento objav má aj rôzne praktické využitie. Radislav Potyrailo z GE Global napríklad očakáva, že štruktúra modrého morfa mu pomôže vyriešiť praktický problém, ako vyvinúť malé a lacné senzory, ktoré dokážu rozpoznať jedovaté plyny v atmosfére alebo ktoré môžu upozorniť astmatikov na prítomnosť vzduchom prenášaných dráždivých látok, ktoré spúšťajú dýchanie núdzové situácie.
Ako vedeli aj dve malé dcéry inžiniera Korneva, motýle samé o sebe vzbudzujú úctu. Ale génius motýľov nám tiež pomáha zachraňovať ľudské životy.
