Οι επιστήμονες κατάφεραν να λύσουν ένα βιολογικό μυστήριο: πώς τα φίδια – και ιδιαίτερα τα δενδρόβια φίδια – καταφέρνουν να κρατούν μεγάλο μέρος του σώματός τους όρθιο χωρίς να έχουν άκρα. Η έρευνα αυτή θα μπορούσε να συμβάλει στην ανάπτυξη νέων ρομποτικών τεχνολογιών, ειδικά ρομπότ χωρίς άκρα που θα μπορούν να κινούνται μέσα από εξαιρετικά μικρά ανοίγματα, όπως κάνουν τα φίδια.
Για τα περισσότερα χερσαία ζώα τα άκρα είναι απαραίτητα, γι’ αυτό αποτελεί διαχρονικό ερώτημα το πώς ορισμένα φίδια όχι μόνο εξελίχθηκαν χωρίς αυτά, αλλά και ευημέρησαν εξελικτικά. Το γεγονός ότι τα φίδια μπορούν να στέκονται όρθια καλύτερα ακόμη και από ορισμένα τετράποδα δείχνει ότι η απουσία ποδιών δεν τα έχει περιορίσει.
Ο καθηγητής του Χάρβαρντ L. Mahadevan συνειδητοποίησε ότι το να μπορεί ένα ζώο να κρατά περίπου το 70% του σώματός του σε κάθετη στάση, χωρίς να στηρίζεται κάπου, δεν είναι μόνο θέμα μυϊκής δύναμης αλλά και ισορροπίας. Απαιτείται επίσης εξαιρετική ιδιοδεκτικότητα – δηλαδή η ικανότητα ενός οργανισμού να αντιλαμβάνεται τη θέση των μελών του σώματός του στον χώρο. Για να κατανοήσει πώς το πετυχαίνουν τα φίδια, ο Mahadevan συγκρότησε μια ιδιαίτερα διεπιστημονική ερευνητική ομάδα.
«Για κάποιους ίσως είναι υλικό για εφιάλτες, αλλά πλέον έχουμε αναλύσει μαθηματικά και φυσικά τις κρυφές αρχές και τις στρατηγικές ελέγχου που επιτρέπουν στα φίδια να αψηφούν τη βαρύτητα», δήλωσε ο Mahadevan.
Τα ευρήματα της έρευνας μπορεί να έχουν εφαρμογή σε ρομπότ που μιμούνται τα φίδια, όπως ένα που έχει παρουσιάσει η NASA ως πιθανό εξερευνητή για την Ευρώπη, έναν από τους παγωμένους δορυφόρους του Δία. Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι ακόμη και ιατρικές συσκευές θα μπορούσαν να αξιοποιήσουν τα συμπεράσματα της μελέτης. Όπως ανέφερε ο πρώτος συγγραφέας της έρευνας, Δρ. Ludwig Hoffmann, «συγκεντρώνοντας τον έλεγχο εκεί όπου είναι πραγματικά απαραίτητος, οι μηχανικοί μπορεί να μάθουν να κατασκευάζουν μηχανές που είναι ταυτόχρονα αποδοτικές και ανθεκτικές».
Η ικανότητα των φιδιών να σηκώνουν το σώμα τους πριν επιτεθούν υπάρχει σε πολλά είδη της υποτάξης των φιδιών, πιθανώς με εξαίρεση τα θαλάσσια φίδια. Ωστόσο, τα δενδρόβια φίδια έχουν εξελίξει αυτή την ικανότητα σε εξαιρετικό βαθμό για έναν διαφορετικό σκοπό. Δεν χρειάζεται μόνο να σηκώνονται όρθια στηριζόμενα σε έναν κορμό δέντρου, αλλά και να μετακινούνται από κλαδί σε κλαδί, ανεβαίνοντας ή κατεβαίνοντας. Τα καφέ δενδρόβια φίδια μπορούν να κρατούν περισσότερο από τα δύο τρίτα του σώματός τους στον αέρα για να το πετύχουν, κάτι που κάνουν επίσης και νεαροί πύθωνες.
Οι ερευνητές κατέγραψαν σε βίντεο τρία καφέ δενδρόβια φίδια (Boiga irregularis) και έναν scrub python (Simalia amethistina) καθώς κινούνταν ανάμεσα σε πλατφόρμες που είχαν σχεδιαστεί έτσι ώστε τα φίδια να μπορούν να τις πιάσουν.
Οι κάμερες υψηλής ακρίβειας αποκάλυψαν ότι τα φίδια δεν σκληραίνουν ολόκληρο το σώμα τους, όπως θα περίμενε κανείς. Αντίθετα, δημιουργούν μια περιοχή κοντά στη βάση του σώματος από όπου υψώνονται, όπου συγκεντρώνεται η μυϊκή δύναμη. Όσο το σώμα πάνω από αυτή την «οριακή ζώνη» παραμένει σχεδόν κάθετο, η βαρύτητα δεν ασκεί ροπή που να τραβά το μπροστινό μέρος του σώματος προς τα κάτω.
Το ίδιο το σώμα του φιδιού λειτουργεί έτσι ώστε να αποτρέπει την κατάρρευση προς τα κάτω. Αυτό όμως λειτουργεί μόνο όταν το φίδι διατηρεί μια στάση εξαιρετικά ευθυτενή. Τα μοντέλα έδειξαν ότι το να διατηρεί αυτή τη σταθερότητα για αρκετή ώρα είναι στην πραγματικότητα πιο δύσκολο από το να σηκώσει το σώμα του εξαρχής. Οι επιστήμονες σημειώνουν ότι «η σταθερότητα είναι αυτή που περιορίζει το μέγιστο ύψος στο οποίο μπορεί να σταθεί ένα φίδι», αν και επισημαίνουν ότι απαιτούνται περισσότερες μετρήσεις για να επιβεβαιωθεί πλήρως αυτό το συμπέρασμα.
Παρότι η «οριακή ζώνη» είναι πολύ αποδοτική από μυϊκής άποψης, βασίζεται σε εξαιρετική αίσθηση του σώματος. Κάθε φορά που το φίδι αρχίζει να χάνει την ισορροπία του προς οποιαδήποτε κατεύθυνση, πρέπει να το αντιλαμβάνεται αμέσως και να διορθώνει τη στάση του. Οι ερευνητές σημειώνουν μάλιστα ότι ορισμένα φίδια μπορούν να παραμένουν όρθια ακόμη και στο σκοτάδι, κάτι που δείχνει ότι η όραση ίσως δεν είναι απαραίτητη για τη διαδικασία.
Ακόμη κι όταν η ισορροπία διατηρείται, τα φίδια πρέπει να γνωρίζουν ποιοι μύες πρέπει να ενεργοποιηθούν. Η ομάδα εξέτασε δύο μαθηματικά μοντέλα για το πώς μπορεί να γίνεται αυτό: το ένα βασίζεται σε τοπική σκλήρυνση του σώματος και το άλλο σε συντονισμό ολόκληρου του σώματος. Θεωρητικά, ο συνολικός συντονισμός είναι πολύ πιο αποδοτικός σε όρους ενέργειας. Παρ’ όλα αυτά, η συνεχής ταλάντωση που παρατηρείται όταν τα φίδια τεντώνουν το σώμα τους πέρα από το σημείο που μπορούν εύκολα να διατηρήσουν δείχνει ότι η διαδικασία παραμένει ιδιαίτερα απαιτητική.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό The Royal Society Interface.
Με πληροφορίες από iflscience.com
