الكشف عن أسرار سلة زهور فينوس

يشتهر إسفنج سلة زهور فينوس بوجود زوج من الروبيان المتكاثر بداخله، والذي يصبح محاصرًا داخل جسم الإسفنج ويستمر في العيش هناك بشكل تكافلي. كما أن  الأجزاء الخارجية للإسفنج مصنوعة من ألياف زجاجية منسوجة بشكل معقد. هذه البيولوجيا الرومانسية هي السبب في تقديم إسفنج أعماق البحار كهدايا زفاف في اليابان – وكان دافعًا لفريق من المهندسين للبحث عن كيفية مرور الماء عبر الإسفنج، ما يساعده على الازدهار.

افترض الفريق البحثي أن أنماط الإسفنج اللافتة للنظر من النتوءات والثقوب قد غيرت تدفق المياه داخل وحول الكائنات الحية. لكن من الناحية اللوجستية فإن تجربة تحت الماء لتحديد تأثير كل خاصية هيكلية كانت ستكون مستحيلة بدلاً من ذلك، أجرى الفريق سلسلة من عمليات المحاكاة، التي تم تطويرها على مدار عقد من الزمن، على أحد أجهزة الكمبيوتر العملاقة الأكثر قوة في إيطاليا.

 عن هذه المحاكاة يقول " ساورو سوتشي ، كبير الباحثين التنفيذيين في المعهد الإيطالي للتكنولوجيا في روما والمؤلف المشارك للدراسة الجديدة التي نُشرت في مجلة Nature:" أعتقد أن هذا يمثل المحاكاة في أفضل حالاتها".

قام الباحثون ببناء نموذج افتراضي ثلاثي الأبعاد يعتمد على قياسات الإسفنج الحقيقي. بعد ذلك قاموا بمحاكاة مليارات من الجسيمات الفردية التي تمر عبره، مع وبدون النتوءات والثقوب. واكتشف الباحثون أن البنية الشبكية المسامية للكائن الحي تقلل السحب من تدفق الماء، وأن الحواف تخفف من قوة الماء وتخلق دوامات صغيرة داخل الإسفنج. هذه الدوامات تسهل على بيض الإسفنج والحيوانات المنوية الاختلاط مع السماح للإسفنجة - والروبيان بداخلها - بالتغذية بكفاءة أكبر.

وفقًا لمؤلف الدراسة الرئيس "جياكومو فالكوتشي" من جامعة روما تور فيرغاتا، فإن هذه "الفائدة المزدوجة" المتمثلة في المتانة والخصوبة قد فاجأت الفريق لأن التكيفات التطورية لتعزيز نجاح التكاثر غالبًا ما تضر بالكائن الحي في أشياء أخرى (يعد ذيل الطاووس الجذاب ولكن الثقيل في نفس الوقت أحد الأمثلة على مثل هذه المقايضة).

تقول "لورا ميلر"، عالمة الرياضيات ومهندسة الطب الحيوي بجامعة ولاية أريزونا والتي لم تشارك في الدراسة:" في البحث المستقبلي، يمكن تطبيق نفس طريقة المحاكاة على الكائنات الحية الأخرى التي لم تشهد دراسة ديناميكيات السوائل بدقة على الإطلاق - توضح "ميلر" أن البنية المعقدة للشعاب المرجانية يمكن أن تكون هدفًا واحدًا. بالإضافة إلى ذلك، فقد ألهمت سلال زهور فينوس بالفعل المواد الحيوية، بما في ذلك مطبوعة ثلاثية الأبعاد تحمل حمولة أكبر دون التواء من خلال فهم خصائص تدفق الإسفنج أيضًا، كما يأمل المؤلفون المشاركون في الدراسة أن تساعد مبادئ التصميم التي تقلل السحب على تعزيز ناطحات السحاب والغواصات وسفن الفضاء في المستقبل.

المصدر: scientificamerican