8 دقیقه
یک تصویر تاثیرگذار از تار عنکبوت که با میکروسکوپ الکترونی ثبت شده است، برنده جایزه اصلی مسابقه عکاسی رویال سوسایتی در سال ۲۰۲۵ شد. این عکسِ برنده — مطالعهای بزرگنماییشده از تار گونهای عنکبوت که به «شبکهافکن» یا عنکبوت کمینگیر معروف است — ساختاری مرکب را نشان میدهد که الاستیسیته بسیار بالا را با استحکام کششی زیاد ترکیب کرده و علاوه بر جنبه بصری چشمگیر، سرنخهای جدیدی برای پژوهش در مواد زیستی و بیومواد (biomaterials) ارائه میدهد. این میکروگرافی نه تنها به عنوان یک اثر هنری علمی چشمنواز مطرح است، بلکه دادههای میکروساختاری کمّی فراهم میکند که میتواند برای مدلسازی رفتار مکانیکی و طراحی فیبرهای مهندسیشده به کار رود.
یک تار طراحیشده برای شکار
میکروگراف برنده، تار متعلق به Asianopis subrufa را به تصویر میکشد؛ گونهای که به عنکبوتهای «شبکهافکن» یا ambush spider شناخته میشود. برخلاف عنکبوتهای گویافکن (orb-weavers) که به شکل ایستا منتظر طعمه میمانند، عنکبوتهای شبکهافکن یک تور کوچک مستطیلی را بین پاهای جلویی خود نگه میدارند و آن را بهطور فعال بر روی حشرات بیخبر میاندازند. زیر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) تار به صورت معماری لایهای و تودرتو دیده میشود: یک هسته درونی کشسان که اطراف آن را چندین لایه از فیلامنتهای محکمتر با قطرهای متفاوت فراگرفتهاند. این هستهی نرم و پوشش صلبتر در کنار هم یک آرایش کامپوزیتی ایجاد میکنند که شرایط عملکردی ویژهای برای شکار در هوا فراهم میآورد.
ترکیب هسته کشسان و غلاف لایهای و قوی توضیح میدهد که چگونه تور کوچک میتواند به سرعت تغییر شکل دهد تا طعمه را فراگیرد و در عین حال در برابر پارگی مقاومت نشان دهد. این ویژگی عملکردیِ دینامیک از منظر مهندسی مهم است؛ زیرا تور باید انرژی جنبشی برخورد را جذب و پراکنده کند بدون آنکه ساختار کلی آن فروپاشد. تصویر علاوه بر نشان دادن نبوغ بیولوژیک ابزار یک شکارگر، جزئیات میکروساختاری قابل اندازهگیریای فراهم میآورد که دانشمندان مواد (materials scientists) میتوانند از آن برای مدلسازی توزیع بار (load distribution)، مقاومت به خستگی (fatigue resistance) و جذب انرژی در کامپوزیتهای فیبری استفاده کنند. این دادهها برای طراحی الیاف جدید در حوزههایی مانند بخیههای پزشکی، البسه فنی، و رباتیک نرم اهمیت دارد.
چرایی اهمیت میکروساختار
میکروسکوپهای الکترونی میتوانند ویژگیهایی را آشکار کنند که در بزرگنماییهای پایینتر قابل مشاهده نیستند — فیبریلهای زیرمیکرونی، سطوح تماس میان لایهها و نواحی با دانسیته متغیر. این میکروساختارها خاصیتهای مکانیکی مانند مدول یانگ (Young’s modulus یا مدول الاستیسیته)، قابلیت کشش (extensibility) و سختی یا تافنس (toughness) را کنترل میکنند. برای مهندسانی که در تلاش برای طراحی الیاف انعطافپذیر و مقاوم برای کاربردهایی از بخیههای پزشکی تا رباتهای نرم هستند، چنین الگوها و «نقشههای طبیعی» ارزش زیادی دارند، چرا که نشان میدهند چگونه ترکیب مواد با خواص متفاوت میتواند عملکرد مکانیکی بهینه را پدید آورد.
تلاشهای بیومیمیکری (biomimicry) پیش از این نیز از ایدههای تار عنکبوت استفاده کردهاند تا الیاف مصنوعی با دوام و تافنس بالاتر تولید کنند؛ از ترکیب پلیمرها و ساختارهای لایهای تا فناوریهای سنتز پروتئینی. برنده رویال سوسایتی توجه را بار دیگر به عنکبوتهای شبکهافکن معطوف میکند: تارسنگ این گونه باید انرژی جنبشی یک شکار در حال پرواز را جذب و دفع کند؛ یک چالش عملکردی که اندکی متفاوت از مسأله بار ایستا است که تارهای گویافکن معمولاً حل میکنند. شناخت دقیقتر میکروساختار ممکن است به توسعه مواد بیوفناوری-الهام کمک کند که رفتار دینامیک بهتری در جذب انرژی و مقاومت به پارگی داشته باشند.
دیگر برندگان برجسته و صحنههای جهانی
عکاس: پیتر هادسون
در بخش رفتار حیوانی، پیتر هادسون دو نر از گونه مرغچمنی بزرگِ دشتی (Tympanuchus cupido) را در نمایش جنسی و رقابتی معروف به lek ثبت کرده است. این عکس لحظه پرشها و برخوردهای هوایی را منجمد میکند؛ حرکتهایی که برای اثبات سلطه و جذب جفت به کار میروند. ثبت این نوع رفتارها در عکاسی علمی-میدانی اهمیت دارد زیرا رفتارشناسی را روشن میکند و میتواند به مطالعات زیستشناسی رفتاری، اکولوژی تکاملی و حفاظت از زیستگاهها کمک کند.
عکاس: فیلیپو کاروگاتی
ورودی بخش اکولوژی از فیلیپو کاروگاتی، لکهای از بچهقورباغهها را نشان میدهد که در ماتریکسی ژلاتینی بر تنه درختی در ماداگاسکار معلقاند؛ گونهای که احتمالاً به Guibemantis liber تعلق دارد. این تصاویر میدانی مراحل اولیه زندگی و میکروزیستگاهها را مستندسازی میکنند؛ دادههایی حیاتی برای برنامهریزی حفاظتی در نقاط گرم تنوع زیستی (biodiversity hotspots). چنین تصاویر میتوانند اطلاعرسانی کنند که کدام زیستگاهها برای بقای گونهها حساسترند و چه اقداماتی برای حفاظت از آنها باید در اولویت قرار گیرد.
عکاس: ایرینا پترووا اداماتسکی
ایرینا پترووا اداماتسکی مقام دوم بخش رفتار حیوانی را با تصویری از پروانه آتلَس (Attacus atlas) به دست آورد که نوک بالهایش شبیه سر مار به نظر میرسد — نمونهای کلاسیک از تقلید مورفولوژیک (mimicry) که فرصت شکار توسط پرندگان را کاهش میدهد. این گونه از آمیختگیهای بصری برای دفاع تکاملی بهره میبرد و نشانگر ارتباط میان ساختار مورفولوژیک و رفتار پرندهخواران است.
عکاس: فلیپه ریوس سیلوا
در بخش علوم زمین و اقلیم، عکس فلیپه ریوس سیلوا ابرهای استراتوکمولوس ساحلی را بر فراز صحرای آتاکاما ثبت کرده است؛ صحنهای که مطالعه و توسعه روشهای برداشت مه (fog-harvesting) را برجسته میسازد. پژوهشهای مربوط به تکنیکهای جمعآوری رطوبت غیرفوری از اقیانوس و تبدیل آن به آب قابل شرب برای جوامع خشک، از فناوریهای پایدار و مقرونبهصرفهای هستند که میتوانند به رفع مشکلات آب در مناطق کمآب کمک کنند. عکسها در این زمینه میتوانند هم جنبه علمی و هم پیامرسانی عمومی داشته باشند.
عکاس: آمان چوکشی
آمان چوکشی طلوع خورشید در قطب جنوب را پس از شش ماه شب قطبی به تصویر کشیده است و آن را به پانورامای ۳۶۰ درجهای تبدیل کرده که در قالب یک «سیاره کوچک» استرئوگرافیک نمایش داده میشود. تصویر، با لبههایی از شفق سبز و ارغوانی و تاج کهکشان راه شیری، نیازمند آمادهسازی ویژه تجهیزات عکاسی برای سرمای شدید و صبوری در بادهای منفی ۷۰ درجه سلسیوس است. این نوع عکاسی قطبی اغلب مستلزم باتریهای مخصوص، عایقبندی تجهیزات و برنامهریزی لجستیکی پیچیده است.
پیامدهای علمی و فناوری
تصاویر با وضوح بالا مانند اینها دو نقش مهم ایفا میکنند: اولا پدیدههای طبیعی را با دقت علمی مستندسازی میکنند و ثانیاً محرک پژوهشهای بینرشتهای میشوند. دانشمندان مواد از الگوهای کمّی برای طراحی فیبر بهره میبرند؛ اکولوژیستها و کارشناسان حفاظت رکوردهای بصری از رفتارها و مراحل زندگی نادر به دست میآورند؛ و دانشمندان جوی میتوانند از شواهد عکاسی برای برقراری ارتباط پژوهشهای اقلیمی با عموم و سیاستگذاران استفاده کنند. این همزیستی بین میکروسکوپ، کار میدانی و خلاقیت تصویری باعث پیشرفت فهم علمی و الهامبخشی فناوری میشود.
دیدگاه تخصصی
«این میکروگراف بیش از یک تصویر زیبا است»، دکتر لنا اورتیز، دانشمند مواد متخصص در الیاف الهامگرفته از زیست، میگوید. «این تصویر یک نقشه مورفولوژیک دقیق فراهم میآورد که به ما اجازه میدهد فرضیههایی را درباره چگونگی تنظیم الاستیسیته و استحکام توسط میکروساختارهای لایهای آزمایش کنیم. ترجمه این الگوها به پلیمرهای مصنوعی میتواند به تولید نسوج سبکتر و مقاومتر و بخیههای پزشکی با عملکرد بهتر منجر شود.»
تصاویر مسابقات بینالمللی مانند رویال سوسایتی نشان میدهند که چگونه میکروسکوپ، کار میدانی و دید خلاقانه با هم ترکیب میشوند تا فهم علمی را ارتقا دهند و فناوری را الهامبخشند. از فیبریلهای ریز تار تا مناظری قطبی، هر عکس داستانی سرشار از داده درباره چگونگی حل مسائل مهندسی توسط طبیعت روایت میکند. برای پژوهشگران مواد، زیستمندان و معماران مواد جدید، چنین منابع تصویری میتوانند نقطه شروعی برای ایدهپردازی، مدلسازی و طراحی نمونههای اولیه باشند؛ و برای عموم، درک بهتری از زیبایی و پیچیدگی دنیای طبیعی فراهم آورد.
منبع: smarti
نظرات
نووا_ایکس
عکسها هم علمی هم هنری، فقط کاش لینک به دیتاست یا فایلهای کامل میکروگراف میذاشتن تا بتونیم دانلود کنیم و مدلسازی کنیم
پمپزون
تصاویر خیلی زیبا و الهامبخشن ولی متن یه ذره شلوغ شده، کاش نمودارهای مقاومت و اعداد بیشتری میذاشتن. با این حال خوب بود.
امیر
من تو آزمایشگاه با الیاف مشابه کار کردم، این ساختار هسته غلاف رو قبلاً دیده بودم ولی نه اینقدر واضح. جالبه، باید بیشتر روش کار کنیم
دیتاپالس
واقعاً این میکروگراف چقدر قابل تعمیمه؟ یعنی میشه ازش فیبر مصنوعی ساخت یا فقط تو طبیعت همینطوره؟ سوال دارم...
بیونیکس
وااای، عکس تار عنکبوت زیر SEM واقعاً خیرهکنندهست! نمیدونستم ساختارش انقدر پیچیدهست... کلی ایده لو داد بهم
ارسال نظر