Μηχανικά γρανάζια... παρά φύσιν!

Η φύση δημιουργεί και ο άνθρωπος ανακαλύπτει

Τα γρανάζια είναι οδοντωτοί τροχοί που συνήθως λειτουργούν ανά ζεύγη. Ένας οδοντωτός τροχός δηλαδή συμπλέκεται με έναν άλλον οδοντωτό μηχανισμό, με σκοπό την αλλαγή κατεύθυνσης ή ταχύτητας. Σκοπός τους είναι η μετάδοση της κίνησης και έτσι τα βρίσκουμε σε κάθε μηχανή που έχει ως σκοπό την κίνηση, όπως τα ποδήλατα, οι μοτοσυκλέτες και τα αυτοκίνητα. Θεωρούνται ως ένας από τους παλαιότερους μηχανισμούς που είναι γνωστοί στην ανθρωπότητα και μία από τις σημαντικότερες εφευρέσεις. Πρόκειται όμως πράγματι για ανθρώπινη εφεύρεση;

Οι επιστήμονες Malcolm Burrows και Gregory Sutton, από το Πανεπιστήμιο του Cambridge, ήταν οι πρώτοι που ανακάλυψαν την ύπαρξη μηχανικών γραναζιών στη φύση. Στη μελέτη τους που δημοσιεύθηκε από το επιστημονικό περιοδικό Science, έδειξαν την ύπαρξη καμπυλωτών οδοντωτών λωρίδων, από αντίθετα «δόντια», στα οπίσθια πόδια του εντόμου Issus. Μέσω ενός συνδυασμού ανατομικής ανάλυσης και λήψης υψηλής ταχύτητας βίντεο των φυσιολογικών κινήσεων του Issus, οι ερευνητές κατάφεραν να ανακαλύψουν ότι οι λωρίδες αυτές αναμειγνύονται και περιστρέφονται σαν μηχανικά γρανάζια κι έτσι συγχρονίζουν τα πόδια του εντόμου όταν αυτό ξεκινά ένα άλμα. Το εντυπωσιακό αυτό εύρημα δείχνει ότι τα μηχανικά γρανάζια, που προηγουμένως θεωρείτο ότι ήταν αποκλειστικά ανθρωπογενής κατασκευή, έχουν έναν εξελικτικό «πρόγονο». Σύμφωνα με τους ίδιους τους επιστήμονες, αυτό αποτελεί την «πρώτη παρατήρηση μηχανικών γραναζιών σε μια βιολογική δομή». 

Τα γρανάζια στα πίσω άκρα του Issus έχουν αξιοσημείωτη τεχνική ομοιότητα με εκείνα που βρίσκονται σε κάθε ποδήλατο και μέσα σε κάθε κιβώτιο ταχυτήτων αυτοκινήτου. Κάθε δόντι γραναζιού έχει μια στρογγυλεμένη γωνία στο σημείο που συνδέεται με την ταινία γραναζιών, χαρακτηριστικό όμοιο με τα τεχνητά γρανάζια. Έτσι, όπως και στα γρανάζια ποδηλάτων, έχουμε ένα μηχανισμό απορρόφησης κραδασμών ώστε να αποτρέπεται η διάτμηση των δοντιών. Τα δόντια γραναζιού στα αντίθετα πόδια κλειδώνουν μαζί, εξασφαλίζοντας σχεδόν πλήρη συγχρονισμό στην κίνηση των ποδιών. Τα πόδια κινούνται πάντα μέσα σε 30 μικροδευτερόλεπτα μεταξύ τους, με ένα μικροδευτερόλεπτο (ίσο με το ένα εκατοστό του ενός δευτερολέπτου). Το κλείδωμα αυτό είναι κρίσιμο για τα ισχυρά άλματα που είναι ο πρωταρχικός τρόπος μεταφοράς αυτού του εντόμου. Ακόμη και μικροσκοπικές αποκλίσεις στο συγχρονισμό μεταξύ των ταχυτήτων των ποδιών του, κατά την προώθησή του, θα είχαν ως αποτέλεσμα το Issus να περιστρέφεται εκτός ελέγχου. Όπως δήλωσαν οι ίδιοι οι ερευνητές, ο ακριβής αυτός συγχρονισμός θα ήταν αδύνατο να επιτευχθεί μέσω του νευρικού συστήματος, καθώς οι νευρικές σηματοδοτήσεις θα χρειαζόντουσαν πολύ χρόνο για τον εξαιρετικά αυστηρό συντονισμό που απαιτείται. Η ανάπτυξη μηχανικών γραναζιών, δίνει τη δυνατότητα στο Issus να στείλει νευρικά σήματα στους μύες του για να παραχθεί η ποσότητα δύναμης ώστε ένα πόδι αρχίσει να ωθεί το άλμα. Τότε, αμέσως τα γρανάζια αλληλοσυνδέονται, δημιουργώντας απόλυτο συγχρονισμό, και επιτυγχάνεται το άλμα.

«Στο Issus, ο σκελετός χρησιμοποιείται για την επίλυση ενός πολύπλοκου προβλήματος που δεν μπορεί να κάνει ο εγκέφαλος και το νευρικό σύστημα» υπογραμμίζει ο Καθ. Malcolm Burrows, ένας εκ των ερευνητών της μελέτης. «Συνήθως πιστεύουμε ότι τα γρανάζια είναι κάτι που συναντάμε σε μηχανήματα που έχουν σχεδιαστεί από τον άνθρωπο. Καταλάβαμε όμως πως αυτό ισχύει διότι δεν είχαμε κοιτάξει αρκετά καλά στη φύση», πρόσθεσε ο δεύτερος μελετητής Δρ. Gregory Sutton και παραθέτει  «Αυτά τα γρανάζια δεν είναι σχεδιασμένα αλλά αποτελούν προϊόν εξέλιξης. Αντιπροσωπεύουν, δηλαδή, μηχανήματα υψηλής ταχύτητας και ακριβείας που εξελίχθηκαν για συγχρονισμό στο ζωικό κόσμο.

Πόσα μυστικά ακόμα βρίσκονται στη φύση…; Μήπως τελικά έχει όλες τις απαντήσεις για εμάς; 

Πηγή: University of Cambridge - Research News: Functioning ‘mechanical gears’ seen in nature for the first time