مطالعه بال حشرات با منطق هندسی

تفسیر الگوی پیچیده بال سنجاقک به کمک ریاضیات

رگه‌های زیبا و مسحورکننده که در بال‌های سنجاقک‌ها و دیگر حشرات خودنمایی می‌کنند، مانند اثر انگشت هستند. در حقیقت هر یک از آن‌ها منحصربه‌فرد بوده و از یک الگوی مشخص پیروی می‌کند. یک مطالعه و پردازش توسط قوانین و الگوهای ریاضی ممکن است این مسئله را که چگونه برخی رشته‌های نازک، به نام رگه‌های ثانویه، این الگوهای پیچیده را در بال سنجاقک‌ها تشکیل، توضیح دهد.

با کمک الگوی ریاضی، می‌توان بال‌های سنجاقک و بخش‌های مختلف آن را بازسازی کرد که تقریباً مشابه نمونه طبیعی این حشره است. از این تکنیک برای شبیه‌سازی بال سایر حشرات با ساختار بال پیچیده مانند ملخ‌ها نیز می‌توان استفاده کرد.

به گفته حشره‌شناسان، بال حشرات دارای دو نوع از رگه‌ها و خطوط است که هر دو در پشتیبانی از ساختار این اندام پروازی، نقش مهمی ایفا می‌کنند. نوع اولیه این رگه‌ها بیشتر به صورت طولانی و مستقیم هستند و در مکان‌های مشابه روی بال حشرات مختلف یافت می‌شوند. اما رگه‌های کوچک‌تر، که رگه‌های ثانویه نام دارند، از نظر توزیع مکانی، در جاهای متفاوتی از بال این جانوران کوچک ایجاد می‌شوند.

این دو نوع سبک خطوط موجود در بال حشرات، در کنار هم ساختاری زیبا و شبیه به قطعات کاشی معرق یا شیشه‌های رنگی ایجاد می‌کنند که الهام‌بخش مطالعات گروهی از دانشمندان قرار گرفت. در این پروژه، دانشمندان ۴۶۸ بال از ۲۳۲ گونه مختلف حشرات را بررسی کرده و الگو و ساختار آن‌ها را از نظر دایره‌ای یا کشیده و ممتد بودن، مورد مطالعه قراردادند.

اعضای این تیم تحقیقاتی در ۱۷ ژانویه سال جاری میلادی در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم (Proceedings of the National Academy of Sciences) ، مراحل تشکیل بال‌های حشراتی مانند سنجاقک را بر اساس الگوهای طبیعی بازسازی کرده و با شبیه‌سازی جز به جز بال این حشره، فرایندهای رشد بال حشرات و مراحل مختلف تکاملی آن را ترسیم کردند. در این مطالعات، پژوهشگران در ابتدا برای مطالعه دقیق رگه‌های اولیه، بال حشرات را به مناطق بزرگی تقسیم کرده و هر یک را به طور مجزا مورد مطالعه قراردادند. در ادامه، پژوهشگران به طور تصادفی سطوح صاف موجود در سطح بال را بررسی کرده و آن‌ها را مراکز مهارکننده نامیدند که در هر یک از بال‌ها وجود دارد. احتمالاً این مناطق در دنیای حشرات، از ایجاد برخی واکنش‌های شیمیایی روی بال آن‌ها جلوگیری می‌کند.

محققان سپس مکان‌هایی مربوط به طرح‌ها و رگه‌های ثانویه را از طریق یک مکانیزم ریاضی که بهنام Voronoi tessellation موسوم است، انتخاب کردند. این بخش‌ها یک منطقه را در اطراف هر مرکز بازدارنده در بر می‌گرفت تا هر نقطه‌ای درون یک بخش به مرکز بازدارنده آن نزدیک تر باشد. در نهایت، بال حشره با همین الگو رشد کرده و بخش‌هایی از بال نیز به همین صورت کشیده‌تر می‌شود.

به این ترتیب با کمک الگوی ریاضی، می‌توان بال‌های سنجاقک و بخش‌های مختلف آن را بازسازی کرد که تقریباً مشابه نمونه طبیعی این حشره است. از این تکنیک برای شبیه‌سازی بال سایر حشرات با ساختار بال پیچیده مانند ملخ‌ها نیز می‌توان استفاده کرد.

البته باید به این موضوع نیز اشاره کرد که پژوهشگران هیچ نظریه‌ای درباره ساختار شیمیایی تشکیل‌دهنده بال حشرات و رشد آن نداشته و تنها با کمک الگوهای ریاضی، توانستد الگوهای پیچیده روی بال حشراتی همچون سنجاقک را تفسیر کنند. این مطالعات می‌تواند توضیحات مشابه مبتنی بر ریاضی را به منظور بررسی چگونگی شکل‌گیری دیگر الگوهای موجود در طبیعت مطرح کرده و چگونگی ساختار خطوط برخی جانوران همچون گورخر ماهی را تفسیر کرد.

ترجمه: فاطمه کردی

منبع: sciencenews