מדוע בקשקשי דגים יש כ-30 גבישים בערימה, ואילו הערימות של העכבישים מכילות מספר קטן הרבה יותר של לוחות?
כיצד רוכשים הדגים את הקשקשים הנוצצים שלהם? שאלה זאת מעסיקה מדענים כבר מאות שנים. באמצע המאה ה-17 היה המדען הבריטי רוברט הוק בין הראשונים שניסו לפענח את הרכב השכבה החיצונית של הזנבזיף – חרק בצבע אפור כסוף. עד שנות ה-60 של המאה ה-19 הצליחו מדענים לגלות את החומר האחראי לצבע המתכתי: גואנין, שהוא גם אחד ממרכיבי הדי-אן-אי.
רק עם הופעת מכשור מתקדם, המאפשר לצפות בחומרים ברמות רזולוציה גבוהות במיוחד, התחילו מדענים להבין כיצד המבנים העשויים גואנין – שהם חסרי צבע כשלעצמם – מסוגלים ליצור אפקטים ססגוניים כל-כך.
באחרונה השתמשו ד"ר אביטל לוי-ליאור, פרופ' סטיבן ויינר ופרופ' ליאה אדדי מהמחלקה לביולוגיה מבנית, יחד עם ד"ר אייל שמעוני מהמחלקה לתשתיות למחקר כימי, כולם מהפקולטה לכימיה במכון ויצמן למדע, במספר שיטות מיקרוסקופיות מתקדמות כדי לבחון ננו-מבנים של גואנין בקשקשי דגים ובעכבישים.
"הגואנין הוא החומצה הגרעינית היחידה שמופיעה לעיתים קרובות מחוץ לגדילי הדי-אן-אי, והגבישים שהוא יוצר מצויים במספר מינים של בעלי-חיים, ומשמשים בעיקר לצורך שליטה בקרני האור", אומר פרופ' ויינר. "אפשר למצוא אותו בעור, בקשקשים, ולעיתים גם בעיניים של בעלי-חיים".
גבישי גואנין, כשהם גדלים ללא גורם מכוון, יוצרים צורה של גושים עבים. המדענים בדקו מספר סוגים של עכבישים – בהתבסס על מידע שקיבלו מד"ר ג'ף אוקספורד מאוניברסיטת יורק, בריטניה – המכילים גושי גואנין כאלה ברקמות שלהם. צבעם של עכבישים אלה אינו כסוף, אלא לבן עמום. לעומת זאת, גבישי גואנין המצויים בקשקשי דגים ובעכבישים כסופים יוצרים צורה של לוחות שטוחים ודקים, אשר מחזירים את אור השמש באופן חזק ובכיוון אחד. כאשר הלוחות מסודרים בערימה זה על גבי זה, מתנגש האור שמוחזר מהשכבות השונות עם קרני האור הנכנסות, דבר שגורם לאפקט הנצנוץ.
פרופ' ויינר: "התאים המיוחדים בהם נוצרים גבישי הגואנין מוכרחים לשלוט בגידולם כדי שיתפתחו בצורה ובכיוון הנכון, וגם יסתדרו במבנה הנכון של ערימות. התאים עושים את זה באמצעות שלפוחיות נפרדות לכל גביש".
החוקרים מצאו, כי לוחות הגואנין בדגים ובעכבישים דומים בגודלם ובעוביים. בנוסף ליכולתם להחזיר אור, גם הרווחים בין הלוחות והכיוונים שלהם קובעים את מידת הזוהר של התוצר הסופי. בשני היצורים, הלוחות מסודרים בערימות: בקשקשי דגים יש כ-30 גבישים בערימה, ואילו הערימות של העכבישים מכילות מספר קטן הרבה יותר של לוחות. מתברר, כי העכבישים מפצים על המחסור באמצעות מבנים דמויי כריך, שבהם "מילוי" של גואנין לא גבישי מצוי בין שני לוחות גואנין גבישיים. יחד עם ד"ר דן אורון ואוסיפ שוורץ, מהמחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות, חישבו המדענים את מידת החזר האור הצפוי מכל אחד מהמבנים, והגיעו למסקנה כי הדגים והעכבישים משיגים בערך אותה רמה של החזר אור.
פרופ' ויינר: "נראה כי שני המבנים יעילים באותה מידה. עם זאת, הממצאים שלנו מראים כי הדגים והעכבישים משתמשים במנגנונים שונים מעט כדי לשלוט בגידול הגבישים. עובדה זו מרמזת, כי למרות ששני הצבעים נראים דומים לעין, הם עברו התפתחות אבולוציונית נפרדת. למעשה, אפשר להניח כי השימוש בגבישי גואנין התפתח פעמים רבות במינים שונים".
5 Responses
יש יתרון להחזר האור כי מבחינת טורפים יש אפקט של מראה. אם אני לא טועה על טורפים ימיים שראייתם מותאמת לתנאים שמתחת למים האפקט עובד יותר מאשר עלינו שמותאמים לראייה בתווך אווירי.
עכבישים זה עניין אחר כנראה.
יש רק מספר קטן של מיני עכבישים כסופים. איני בקיא בעכבישים ובאקוסיסטמות של עכבישים כסופים, כך שאיני יודע מדוע בכלל יש עכבישים כאלה ומה הסיבה להיותם כסופים.
ל-2. תודה מר סתר, אבל מדוע עכבישים צריכים לנצנץ?
הייתרון האבולוציוני של נצנוץ הקשקשים בדגים הוא שתודות לכך הם מוסווים כאשר מסתכלים עליהם מלמעלה. כך גם הגחון הבהיר, נטול הקשקשים מספק הסוואה כאשר מסתכלים על הדג מלמטה.
נראה כי לגבי הדגים החזר האור ונצנוץ הקשקשים נותן יתרון אבולוציוני כלשהו.
השאלה , מהו אותו יתרון ?
ואולי היתרון אינו בברק המוחזר מהקשקשים אלא מכך שפני השטח של הקשקשים
חלקים מאוד ומקטינים בכך את החיכוך עם המים.
ואילו הברק הנובע מחלקות פני שטח הקשקש הנו תוצא לוואי בלבד של פני השטח
החלקים.