להתחבא כמו תמנון

התבוננות מעמיקה בבעלי חיים ובעולם הטבע באופן כללי יכולה להוות השראה לפיתוחים רלוונטיים לאדם – בתחומי הרפואה, הטכנולוגיה, השמירה על הסביבה ולפעמים גם האופנה. עלי הלוטוס, למשל, שעמידים בצורה מיטבית למים, היוו השראה ליצרני המטריות הראשונים בסין לפני 1700 שנה, וגם כיום הם נחקרים באופן אינטנסיבי על מנת ליצור בדים עמידים למים לתעשיית האופנה, ואפילו ממברנות יעילות יותר למכונות לב-ריאה.

תגלית חדשה שהתפרסמה לאחרונה מלמדת על כך שדיונונים ותמנונים יכולים להוות השראה לפיתוחים הקשורים בהסוואה, ולהיות אפילו רלוונטיים ליצירת ביגוד צבאי. בין היתר, נחקר התחום באופן מעמיק גם בישראל.

השראה מהטבע

פיתוחים טכנולוגיים רבים, פשוטים ומתוחכמים כאחד, אשר מהווים חלק משמעותי משגרת היום-יום שלנו, התחילו בהתבוננות פשוטה בטבע. תחום הביומימיקרי, חיקוי הטבע והביולוגיה, הוא תחום שהולך ונהיה נפוץ יותר ויותר בשנים האחרונות, ומהווה השראה עבור פיתוחים במגוון רחב מאוד של נושאים. החודש למשל, פורסם כי קיימים בקרום התא (ממברנה) של חיידקים מסוימים פיגמנטים צהובים שמאפשרים להם להתגונן מרדיקלים חופשיים, שעלולים לגרום להם לפגיעה קשה. אותם רדיקלים חופשיים גורמים גם לפגיעה תאית בבני אדם  ל"הזדקנות" העור. הבנת תכונה זו של החיידקים תוכל אולי לסייע בפיתוח מוצרים קוסמטיים שמאטים את הזדקנות העור.

גם בעלי חיים ימיים רבים משמשים השראה לפיתוחים אנושיים. האוקיינוסים היוו את בית הגידול של ראשית החיים. לאורך האבולוציה התפתחו במקורות ימיים מינים רבים ומגוונים, והצורך להתמודד עם תנאים משתנים ואף קיצוניים, כגון טמפרטורה משתנה, טורפים וזרמים חזקים, גרמו לכך שמינים ימיים פיתחו יכולות הישרדות מגוונות, אשר לא התפתחו אצל רבים מבעלי החיים על היבשה.

דוגמה מעניינת לבעל חיים שתרם רבות לתחום הביומימיקרי הינו הכריש. עורם של הכרישים עשוי קשקשים תלת-ממדיים דמויי שיניים. הזרמים שנוצרים סביב קשקשים אלה מפחיתים את החיכוך עם המים ותורמים ליכולתו של הכריש לשחות במהירות. על כן, הם תרמו לעיצובם של בגדי ים עבור שחיינים.

תנועה סילונית במים

בין מחלקות בעלי החיים השונות שהתפתחו לאורך האבולוציה במעמקי הים, אחת הייחודיות היא הראש-רגלִיִים (Cephalopods), שהיא חלק ממערכת הרכיכות. במחלקה זו ניתן למצוא בין היתר את הדיונונים והתמנונים, שהם מהמפותחים שביצורים הימיים ובחסרי החוליות. בארץ, נחקרים התמנונים בהיבטים שונים במעבדתם של ד"ר ניר נשר וד"ר טל שומרת בפקולטה למדעי הים של מכללת רופין. "הצפלופודים פיתחו יכולות קוגניטיביות והתנהגויות מרשימות, בעיקר כאשר משווים אותם לחלק נכבד מהרכיכות האחרות, שהן חסרות מוח מרכזי מאורגן", מסביר נשר. "מוחם של הראש-רגליים, יכולות ההסוואה שלהם, העיניים שלהם ויכולות ההתחדשות שלהם הופכות אותם לבעלי חיים מפותחים וייחודיים", מוסיף איתמר כץ, שעובד במעבדתם של נשר ושמרת.

העיניים שלהם, לדוגמה, שונות מאוד משלנו. "בעוד שהעיניים שלנו כוללות שלושה מדוכים – תאים שעוזרים לנו לראות צבע – עיניהם של הראש-רגליים כוללים אחד, מה שהופך אותם לעיוורי צבעים. למרות 'חולשה' זו, לראש-רגליים יש גם יכולת לשלוט בעדשה של העין שלהם, באופן שמאפשר להם לראות טוב גם באוויר וגם במים – בשונה מבני האדם, שרואים טוב רק באוויר, ומדגים, שרואים טוב רק במים", מוסיף כץ.

נוסף על כך, פיתחו התמנונים גוף ייחודי שמאפשר להם מגוון יכולות תנועה, כמו שחייה, זחילה ותנועה סילונית במים, והם מסוגלים לדחוק את גופם הגמיש דרך מעברים צרים וחריצים. "יכולות אלו מחייבות שליטה מתוחכמת אך פשוטה כדי להימנע מעומס חישובי אדיר על המוח", מסביר נשר. כלל התכונות האלה מובילות לכך שמחקר התמנונים פונה יותר ויותר לכיוון היישומי.

התפתחותם האבולוציונית של יצורים אלה הפכה אותם גם לבעלי הצבעוניות ומבנה העור המורכבים והייחודיים ביותר בעולם החי, ואלה משמשים אותם להסוואה ולתקשורת. "בעור של התמנון יש מספר סוגים של כרומטופורים (Chromtophore) – שקים קטנים שמסתירים בתוכם אזור עם צבע", מסביר נשר. הכרומטופור הוא האיבר שאחראי על הצבעוניות המשתנה של התמנונים: הכרומטופורים מסודרים בשכבות בעור, וכל שכבה מכילה כרומטופורים בעלי צבע זהה (צהובים למטה ושחורים בשכבה העליונה). התא בנוי כשקיק שמכיל פיגמנט בצבע מסוים. השק מוקף בשרירים שאל כל אחד מהם יכול להגיע גירוי עיצבי. כאשר כזה מגיע, השרירים מתכווצים ומותחים את השק עם הפיגמנט לצדדים כך שהוא מתרחב ומשתטח, ובכך הם חושפים או מחביאים את האזור הצבוע ומאפשרים לראות את הצבע של הפיגמנט בצורה ברורה.

לקלוט אור דרך העור

במעבדתם של נשר ושל שמרת, נחקרות תכונות רבות של התמנונים. בשיטות שונות נבדקות יכולות למידה וזיכרון, יכולתם לשלוט בזרועותיהם, אשר מסוגלות לתפוס אובייקטים ולזחול גם כאשר הן מתנתקות מהתמנון, ואף יכולות ההסוואה שלהם. המעבדה ממוקמת ממש בסמוך לים – ולכן מוזנת ממי הים, אשר מאפשרים לגדל תמנונים בתנאים דומים לטבעיים. בשנים האחרונות החוקרים היו שותפים למספר מחקרים במימון האיחוד האירופי, כדוגמת פיתוח רובוט לעבודות תת-מימיות ופיתוח זרוע גמישה למטרות רפואיות.

כעת, בפרויקט משותף עם אוניברסיטת טאפטס בארצות הברית (Tufts University) ועם חיל הים האמריקאי, הם חוקרים את הכרומטופורים בדיונונים, ונעשות בדיקות מעבדה מורכבות על מנת להבין את יכולות שינוי הצבע המהירות שלהם. על אף שהם עיוורי צבעים, יכולת ההסוואה של התמנונים כמעט מושלמת, ובעזרת הכרומטופורים הם מתאימים עצמם לצבעי ולמרקם הסביבה. בנוסף, כאשר נבדקים תמנונים עיוורים לחלוטין, יכולת ההסוואה אינה מתקיימת, כך שהמנגנון שמאפשר להם לשנות את צבעם לצבעי הסביבה אינו ברור לחלוטין, אבל דורש ראייה דרך העניים. "ידוע שמערכת הכרומטופורים מגיבה לאור שנקלט דרך חיישנים בעור של התמנון, מה שמעלה את האפשרות שלפחות חלק מיכולת ההסוואה שלו נובעת מקליטה ישירה של אור דרך העור", מספר נשר.

על מנת להבין יותר את המערכת העצבית שמאפשרת את צבעוניות התמנון ואת ההשתנות הצבעית המהירה, נלקחות במעבדתו של נשר ושמרת דגימות של רקמות עור של תמנונים. הדגימות יכולות להמשיך לתפקד גם כאשר הן אינן מחוברות לתמנון. על הדוגמאות מופעלים גירויים עצביים ותאורה משתנה, ולאחר מכן, בעזרת טכניקות של עיבוד תמונה, נעשה ניסיון להבין את אופן פעולת הכרומטופורים. בעוד שבמעבדתו של נשר ושמרת נחקר הפן הביולוגי, באוניברסיטת טאפט חלק מצוות החוקרים כולל מהנדסים, אשר בודקים גם היבטים יישומיים של התגליות.

לאחרונה, מאמר שהתפרסם בכתב העת nature communications מראה גם הוא תכונות ייחודיות של הכרומטופורים. במחקר, אשר כלל טכניקות מורכבות של עיבוד תמונה, ביוכימיה ושימוש בנוגדנים, התגלה כי ננו-מבנים חלבוניים בתוך הכרומטופורים משפיעים על גוון הצבע (צהוב בגוונים משתנים, למשל), ואף גורמים לכך שכאשר מסתכלים על התמנון מזוויות שונות מתקבלים באותו אזור צבעים שונים. גם תכונות אלה תורמות רבות לפוטנציאל שיש במנגנון זה לפיתוחים שמטרתם הסוואה.

הבנת המגנונים הביולוגיים של אורגניזמים שונים סייעה לאדם בתחומים רבים. מבין תחומים אלה, חקר יכולות ההסוואה של בעלי החיים הימיים הינו חדש יחסית. תחום זה יכול להביא לפיתוחים שרלוונטיים למטרות צבאיות ואחרות, ובכך להמשיך ולהרחיב את תפקידיה של הביומימיקרי. ניתוב משאבים לתחומי מחקר כאלה והמשך שיתופי פעולה עם גופי מחקר בינלאומיים, יאפשרו התקדמות בתחום החשוב הזה.

כתבה נועה רובין,  זווית – סוכנות העת למדע ולסביבה