לא רק חתולים: חוקרים מהטכניון ואוניברסיטת חיפה מצאו כי גם כנימות עלה נופלות כמעט תמיד על הרגליים

במחקר משותף ורב תחומי שערכו חוקרים מאוניברסיטת חיפה (ד”ר משה גיש ופרופסור משה ענבר מהחוג לביולוגיה אבולוציונית וסביבתית) ומהטכניון (ד”ר גל ריבק ופרופסור מחקר דניאל ויס מהפקולטה להנדסת אוירונוטיקה וחלל, והתוכנית למערכות אוטונומיות) נמצא כי כנימות עלה אשר חומקות מסכנה ע”י נפילה מהצמח הפונדקאי מסוגלות להתהפך באויר ולנחות כמעט תמיד על הרגליים. המחקר המתאר את המנגנון האווירודינמי והמשמעות האקולוגית של התופעה התפרסם בכתב העת Current Biology.

כנימות עלה הם חרקים קטנים המתפתחים במושבות על גבי צמחים. הכנימות ניזונות על נוזלי הצמח ומינים רבים אף מזיקים לחקלאות. כאשר כנימות ניצבות בפני סכנת טריפה, פעמים רבות הן בוחרות להימלט מהצמח באמצעות נפילה לעבר הקרקע. החוקרים מצאו שמיד לאחר שכנימה נוטשת את הצמח, היא מבצעת תמרון תהפכות באוויר (באופן דומה להיפוך האוירי אותו מבצעים חתולים בעת נפילה), כך שהנחיתה מתבצעת כמעט תמיד על הצד הגחוני ללא תלות בתנוחה שבה החלה הנפילה. כנימות שנפלו מהצמח שלהן לאחר מפגש עם חיפושית טורפת (מושית השבע – “פרת משה רבנו”) נחתו על הצד הגחוני ב 95% מהמקרים כשהנפילה הייתה מגובה 20 סנטימטרים, ואילו כאשר הנפילה היתה מגבהים נמוכים יותר נפגעה אך במעט יכולת ההתהפכות באוויר. חלק מהכנימות אף הצליחו להתהפך במהלך נפילה קצרה של סנטימטרים בודדים. החוקרים השתמשו במצלמות וידאו מהירות במיוחד שתיעדו את מהלך הנפילה במהירות של למעלה מ-1000 תמונות בשנייה, על-מנת לזהות מהו המנגנון בו משתמשות הכנימות לביצוע ההיפוך האוירי. מתברר שעם תחילת הנפילה, הכנימות מרימות את רגליהן האחוריות כלפי מעלה ואחורה (ביחס לגוף) ומטות את מחושיהן הארוכים קדימה, ליצירת תנוחת נפילה קבועה ואופיינית. החוקרים יצרו מודל מתמטי המבוסס על התנגדות האוויר אשר הראה כי במהלך הנפילה, כאשר הכנימה נמצאת בתנוחה האופיינית הזו, הכוחות האווירודינמיים הפועלים על אברי הגוף (כתוצאה מהתנגדות האוויר) גורמים לכנימה להסתובב עד לנקודה בה מתקבלת יציבות אווירודינמית המבטיחה את המשך הנפילה בזווית קבועה, שבה הגחון והרגליים פונים לכיוון הקרקע. למעשה, כשגוף הכנימה נמצא בתנוחת הנפילה אופיינית הוא מהווה מעין “נחום-תקום” אווירודינמי, כאשר כל סטייה מהמצב היציב מתוקנת מיד ע”י התנגדות האויר, ללא צורך בפעולות נוספות מצד הכנימה.

החוקרים ביצעו ניסויים נוספים על מנת לנסות ולברר מהו היתרון שבנחיתה על הצד הגחוני עבור כנימה. המסקנה שאליה הגיעו היא שנחיתה על הצד הגחוני היא תנאי להיתפסות והישארות הכנימה על עלים של הצמח שבהם היא פוגעת בדרך לקרקע. עבור כנימה, הקרקע היא מקום מסוכן ביותר בו היא חשופה לטורפי-קרע (כגון נמלים), מוות ברעב והתייבשות. הכנימה אמנם נופלת מהצמח כדי להימלט מסכנה אך היא עושה כל שביכולתה להישאר על חלקים נמוכים יותר שלו כדי להימנע מלהגיע לקרקע לאחר הנפילה. מניתוח סרטי הוידאו ומתוצאות הניסויים עלה כי כאשר כנימה נוחתת על הצד הגחוני, כריות הדבקה שנמצאות בקצות הרגליים שה באות במגע עם פני השטח של העלה ובכך מאפשרות לה להיצמד בחוזקה ולבלום את המשך הנפילה. אולם, כאשר הכנימה נוחתת על הגב או על הצד, כריות ההדבקה לא באות במגע עם פני השטח והכנימה ניתזת מן העלה וממשיכה בנפילה לעבר הקרקע.

מנגנון ההיפוך האווירי מרשים בפשטותו וביעילותו, מכיוון שלא נדרש מהכנימה לעשות דבר למעט הבאת הרגליים והמחושים לתנוחת הנפילה האופיינית. הכנימה משלימה את ההיפוך בזמן קצר ביותר – תוך פחות משתי עשיריות השנייה, והחוקרים מסבירים כי הדבר מתאפשר בזכות הגודל המזערי שלה (מילימטרים ספורים). בגדלים זעירים שכאלה מהירות הנפילה של הכנימה נמוכה יחסית ולצמיגות האוויר השפעה רבה על הכוחות האווירודינמיים הפועלים על הגוף. התוצאה היא סיבוב מהיר של הגוף כבר בשלבים הראשונים של הנפילה. בניגוד לחתולים, אשר מפאת גודלם נאלצים לבצע בעת הנפילה תימרונים מורכבים על-מנת להספיק ולהתהפך בזמן, הכנימות נותנות להתנגדות האויר ולכוח המשיכה לעשות את העבודה עבורן.

המחקר מדגיש את החשיבות של הצמח לכנימות המתפתחות עליו: גם כאשר הן חייבות להימלט מחשש לטריפה מיידית, התפתח בהן מנגנון המאפשר היצמדות לחלקיו הנמוכים ולא לעזוב אותו לחלוטין.  “הבנה עמוקה יותר של הדרכים שבהן ייצור כה זעיר, ובעיקר חסר כנפיים, מצליח לתמרן ולייצב את עצמו באוויר ביעילות כה רבה יכולה לפתוח פתח למחקרים ויישומים בתחום הבקרה האטונומית”, אמרו החוקרים.

בתמונה: תנוחת הנפילה החופשית של כנימות עלה. הכנימות מביאות את המחושים למעלה וקדימה ואת הרגליים האחוריות אחורה ולמעלה ליצור תנוחה יציבה אווירודינמית המוודאת נפילה במנח נכון. אילוסטרציה Nick W. Sloff