کوی دانش - kooy

خنک سازی: شیوه های سازگاری مورچه های نقره ای صحارا برای راندن حرارت

خنک سازی: شیوه های سازگاری مورچه های نقره ای صحارا برای راندن حرارت
31 خرداد
20:30 1394
مورچه های نقره ای صحارا می توانند امواج الکترومغناطیسی را در گسترده بسیار وسیعی از طیف الکترومغناطیسی کنترل کنند. محققان موفق به کشف دو استراتژی مورد استفاده مورچه های نقره ای صحارا به منظور خنک ماندن در یکی از داغ ترین زیست محیط های جهان شده اند. محققان برای اولین بار نشان داده اند که بدن مورچه های مزبور پوشیده از موهایی منحصر به فرد است که با استفاده از آن امواج الکترومغناطیسی را در گستره بسیار وسیعی از طیف خورشیدی گرفته تا طیف تابش حرارتی کنترل کرده و به علاوه، برای کاستن از میزان درجه حرارت بدن خود از مکانیسم های فیزیکی متنوعی نیز در طیف گروه های مختلف بهره گیری می کنند.

 دو تصویر بزرگ از مورچه نقره ای: سمت چپ: مورچه های نقره ای صحارا  طی آفتاب روزانه به کاوش می پردازند و همانند قطرات جیوه غلتان بر سطح بیابان به نظر می رسند. سمت راست: ظاهر نقره ای این مورچه ها به خاطر صف انبوه موهایی است که شکل منحصر به فردی دارند.

 نان فانگ سو، استادیار فیزیک کاربردی در Columbia Engineering و همکاران وی از دانشگاه زوریخ و دانشگاه واشنگتن موفق به کشف دو استراتژی کلیدی شده اند که مورچه های نقره ای صحارا با استفاده از آنها در یکی از داغ ترین محیط های موجود روی کره زمین خود را خنک نگاه می دارند. تیم یو و همکارانش اولین محققانی هستند که ثابت کرده اند این مورچه ها از پوششی از موهای دارای شکل منحصر به فرد برای کنترل امواج الکترومغناطیسی طی گستره بسیار وسیعی، از طیف های خورشیدی گرفته (اشعه فروسرخ مرئی و غیرمرئی) تا طیف اشعه حرارتی (اشعه فروسرخ میانی) استفاده می کنند، همین طور مورچه های یادشده از مکانیسم های فیزیکی مختلفی در در طیف گروه های مختلف برای اعمال کارکرد بیولوژیکی کاهش درجه حرارت بهره گیری می کنند.

تحقیق دانشمندان مزبور با عنوان "مورچه های نقره ای صحارا و استفاده از ترکیبی از انعکاس نوری تقویت شده و اتلاف حرارت تابشی برای خنک ماندن" در تاریخ 18 ژوئن در مجله Science  به چاپ رسیده است. یو اظهار می دارد: "موردی که تیم تحقیقاتی ما مطالعه کردند نمونه گویایی است که نشان میدهد تکامل موجب سازگاری خصوصیات فیزیولوژیکی یک جاندار برای محقق سازی هدفی خاص و اطمینان از بقای آن شده است به نحوی که مورچه های نقره ای صحارا توانسته اند  خود را از حرارت سوزان حفظ نمایند. هرچند در زمینه اپتیک فیزیکی سیستم های زنده در ماوراء بنفش و محدوده مرئی این  طیف مطالعات بسیاری انجام گرفته است، ولی درک ما از نقش نور مادون قرمز در زندگی ارگانیسم ها بسیار ابتدایی است. مطالعه ما نشان می دهد نقش نور نامرئی در زندگی موجودات زنده، که چشم انسان توان دیدش را ندارد چیز کم اهمیتی نیست."

 کلید شروع  پروژه تحقیقاتی مزبور از اینجا زده شد که آیا پوشش منحصر به فرد مورچه های نقره ای در خنک نگاه داشتن این موجودات طی حرارت سوزان صحارا نقش بازی می کند یا خیر. تیم یو بعد از دریافتن نقش مهم نور مادون قرمز متوجه شد که پاسخ سوال بسیار گسترده تر از آن چیزیست که پیش از این تصور می شد. کشف این تیم تحقیقاتی که حاکی از وجود راه حل زیستی برای مقابله با  مشکل تنظیم حرارت است، می تواند منتهی به توسعه قطعات نوری مسطحِ دارای خصوصیات خنک کنندگی بهینه شود.

یو در توضیح این مسئله می افزاید: "چنین سطوح خنک کننده ای که ملهم از بیولوژی هستند، در طیف خورشیدی دارای بازتاب بالا و در طیف تابش حرارتی نیز بازده تابشی بالا خواهند داشت. در نتیجه می توان از این سطوح به عنوان سطوح خنک کننده در ماشین ها، ساختمان ها، ابزار و حتی پوشاک استفاده کرد."

مورچه های نقره ای صحارا (Cataglyphis bombycina) هنگامی که درجه حرارت سطح شن های بیابان به 70 درجه سانتی گراد می رسد در ظهر داغ به کاوش و جستجوی خود ادامه می دهند و لازم است برای بقای خود بیشتر اوقات درجه حرارت بدنشان را زیر حداکثر دمای حرارتی قابل تحملشان یعنی کمتر از 53.6 درجه سانتی گراد نگاه دارند. مورچه ها در مسیرهای طولانی که به کنکاش می پردازند بدنبال لاشه حشرات و سایر بندپایان تلف شده می گردند که در مقابل شرایط غیر قابل تحمل صحرا  از پا درآمده اند، شرایطی  که مورچه های نقره ای به خوبی از پس تاب آوردنشان برمی آیند. فعال بودن در داغ ترین لحظات روز همچنین این مزیت را در پی دارد که مورچه ها از گزند سوسمارهای شکارچی بیابان هم در امان هستند. محققان از مدت ها پیش در پی دانستن راز بقای مورچه های ظریف نقره ای (که حدود 10 میلی متر طول دارند) آنهم تحت چنین شرایط سخت و صعب زیستی بودند. 

تیم یو با بهره گیری از میکروسکوپ الکترونی و آسیاب کردن پرتو یون دریافتند مورچه ها روی سر و طرفین بدن خود دارای پوششی از مو با  شکل منحصر به فرد و مقاطع عرضی مثلثی می باشند که آنها را به دو طریق خنک نگاه می دارد. این موها تحت نورمرئی و مادون قرمز تقریبا مرئی، یعنی در منطقه تابش حداکثری خورشیدی خاصیت بازتابندگی بسیار بالایی دارند (مورچه ها با سرعت حداکثر 0.7 متر در ثانیه راه می روند و مانند قطرات جیوه غلتان روی سطح بیابان به نظر می رسند). موی مورچه ها همچنین در بخش میانیِ مادون قرمزِ طیف  الکترومغناطیسی، خاصیت بازتابندگی بالایی دارد، به نحوی که به عنوان لایه ضد انعکاسی عمل کرده و توانایی این حشرات را برای بازتاب دادن حرارت اضافی از طریق تابش حرارتی تقویت می کند، آنگاه حرارت اضافی از بدن داغ مورچه ها به سمت آسمان سرد بازتابانده می شود.

یو ادامه می دهد: "برای درک بهتر اثر تابش حرارتی می توانید لرزی را که صبحگاه به هنگام برخاستن از رختخواب به شما دست می دهد در نظر بیاورید. نیمی از اتلاف انرژی  که در چنین لحظه ای رخ می دهد به خاطر تابش حرارتی است زیرا درجه حرارت پوست شما در این وضعیت موقتا بالاتر از محیط اطراف می باشد."

 محققان متوجه شدند که افزایش بازتاب در طیف خورشیدی و بازده تابش حرارتی تقویت شده نقش مهمی را در کاهش درجه حرارت مورچه نقره ای ایفا می کند، آنهم به میزان 5 الی 10 درجه در قیاس با وضعیتی که مورچه ها هیچ مویی نداشته باشند. «نورمن نان شی» نویسنده ارشد مطالعه و دانشجوی دوه پی اچ دی که همکار یو در Columbia Engineering است اظهار می دارد: "این حقیقت که مورچه های نقره ای قادرند امواج الکترومغناطیسی را در چنین  گستره وسیعی از طیف نوری دستکاری کنند نشاندهنده آنست که کارکرد ارگان های زیستی مورچه ها که در ظاهر بسیار ساده به نظر می رسد چقدر پیچیده است." 

یو و شی برای تکمیل پروژه تحقیقی خود با رودیگر ونر استاد موسسه تحقیقات مغز از دانشگاه زوریخ سوییس و گری برنارداتاد، مهندس برق در دانشگاه واشنگتن در سیاتل همکاری کردند، این دو نفر در امر مطالعه فیزیولوژی و اکولوژی حشرات متخصص هستند. تیم Columbia Engineering  به کار طراحی و هدایت تمامی مراحل آزمایشی این مطالعه پرداختند، از جمله آزمایشهای مزبور می توان به  میکروسکوپ نوری و مادون قرمز و طیف سنجی، آزمایش ترودینامیک و شبیه سازی و مدلسازی کامپیوتری اشاره داشت. درحال حاضر محققان یادشده مشغول انطباق درس های مهندسی آموخته شده از مطالعه  مورچه های نقره ای صحارا هستند تا از آنها برای خلق اجزای ایپتیکال مسطح یا "متاسطح" استفاده کنند که متشکل از یک آرایه مسطح از عناصر نانونوری جدید بوده و واجد خواص تابشی نوری و حرارتی  می باشد. یو و تیم همکارانش قصد دارند در گام بعدی تحقیق خود را به سایر حیوانات و ارگانیسم هایی که در شرایط صعب زیستی به سر می برند گسترش بدهند و سعی در یادگیری استراتژی هایی دارند که این موجودات برای روبرو شدن با شرایط سخت زیستی از آنها بهره می گیرند. 

یو اضافه می کند: "حیوانات به منظور درک و استفاده از امواج الکترومغناطیسی استراتژی های متنوعی را برای خود تدوین کرده اند، به عنوان مثال چشم های ماهیانی که در آبهای عمیق به سر می برند آنها را قادر به مانور دادن و شکار کردن در عمق تاریک می سازد، پروانه ها از نانوساختارهای موجود در بال خود رنگ درست می کنند، زنبورهای عسل توانایی دیدن و واکنش نشان دادن به سیگنال های فوق بنفش را دارند و کرم های شب تاب نیز از سیستم های ارتباطی فلاشی استفاده می کنند. ارگان هایی که از درک و کنترل امواج الکترومغناطیسی تکامل یافته اند و اغلب هم از نظر بهینگی و هم از نظر پیچیدگی از دستگاه های آنالوگ ساخت دست انسان نیز فراتر هستند. برای شناخت و مهار مفاهیمِ طراحی طبیعی بایستی دانش مان را در مورد سیستم های پیچیده بیولوژیکی ارتقا ببخشیم  تا از این طریق بتوان دست به کار خلق فناوری های بی همتا شد."

کلمات کلیدی

اشتراک

درباره نویسنده

هنگامه خوش خلق

هنگامه خوش خلق

اینجانب فعالیت خود را به عنوان مترجم از سال 88 و با همکاری با انتشارات طاهریان آغاز کردم .و سپس به عنوان کارمند مترجم با شرکت های مختلفی همکاری داشته ام . در این میان لازم به ذکر است که فعالیت های اینجانب علاوه بر ترجمه کتاب (در آخرین مورد نشر آوند دانش)شامل ترجمه مقالات ، همکاری به عنوان مترجم شفاهی در دوره ها و سمینارهای مختلف و کار به عنوان مسئول مکاتبات و مکالمات خارجی شرکت توسعه اطلاعات بوده است .علاوه بر زبان انگلیسی ، آشنایی متوسط با زبان های اسپانیولی و ترکی استانبولی را نیز دارا می باشم .

 

شما اولین نفری باشید که برای این خبر نظر میدهد
تصویر امنیتی



عبارت در تصویر را وارد کنید


مغز انسان برای حس کردن جهان پیرامونی از محاسبات بهره می گیرد

مغز انسان برای حس کردن جهان پیرامونی از محاسبات بهره می گیرد

شاید باور این موضوع برای افرادی که همیشه با ریاضیات مشکل داشتند سخت باشد که مغز انسان بدون اینکه خودِ فرد متوجه باشد بصورت دائمی مشغول انجام حجم گسترده ای از انواع محاسبات است و اتفاقاً اینکار را بسیار خوب هم انجام می دهد. شاهد این مدعا از دانشگاه پرینستون رسیده است. در یک مطالعه جدید محققان این دانشگاه نشان دادند که چگونه مغز ما انسانها، تمامی داده های بدست آمده از محیط اطراف را که توسط حواس مختلف جمع آوری شده است ترکیب می کند تا به یک ارزیابی نهایی از وضعیت برسد که به اخذ تصمیم ها و نوع رفتارهای ما منجر می شود. این موضوع به اینجا هم ختم نمی شود و اگر در طی این فرآیند داده های جدیدی وارد شوند، مغز انسان با انعطاف پذیری حیرت انگیزی آنها را در محاسبات خود وارد کرده و حتی نتیجه محاسبات را تغییر می دهد. برای بررسی بیشتر این موضوع با کوی دانش همراه باشید...

مطالعه متن کامل
کاربرد گرافن به عنوان میکسر فرکانس

کاربرد گرافن به عنوان میکسر فرکانس

یک پروفسور، یک محقق فوق دکترا و یک دانشجوی ارشد بر روی ترامپولین (تشک پرش) پریدند! جمله فوق یک مزاح نیست بلکه آغازی برای توضیح تحقیقات جدید بر روی ماده شگفت انگیز گرافن است. گروهی به سرپرستی روبرتو د آلبا، دانشجوی ارشد فیزیک و Jeevak Parpia پروفسور و رئیس دپارتمان فیزیک، مقاله ای در Nature Nanotechnology راجع به کاربردهای دیگر برای این ماده روان، بسیار قوی و بسیار سبک منتشر کرده اند. در این تحقیق قابلیت استفاده از «تنش گرافن» بعنوان نوعی واسطه بین حالت های ارتعاشی که اجازه انتقال مستقیم انرژی از یک فرکانس به فرکانس دیگر را می دهد، نمایش داده شده است. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
اولین شواهد از همنوع خواری نئاندرتال ها در شمال اروپا

اولین شواهد از همنوع خواری نئاندرتال ها در شمال اروپا

وجود آثار و بقایای نئاندرتال ها در مناطقی که در بالای عرض 50 درجه شمالی قرار داشته باشند بسیار کم است و تا کنون نیز فقط در دو نقطه این شواهد بدست آمده است. یکی در منطقه فلدهافر آلمان و دیگری در اسپای بلژیک. مطالعه جدیدی که توسط دکتر هلن راجیر با همکاری آسیر گومژ اولیوینسا از UPV/EHU انجام گرفت باعث کشف بیشترین تعدادِ بقایای کشف شده از نئاندرتال ها در مناطق شمالی اروپا شد. در این مجموعه 5 تایی، بقایای اسکلتی 4 نوجوان (بالغ) و یک کودک به چشم می خورد که در منطقه Troisième caverne در گویت بلژیک کشف شده اند.

مطالعه متن کامل
تعیین محدودیت های موجود برای ساخت شنل نامرئی

تعیین محدودیت های موجود برای ساخت شنل نامرئی

محققانی از دانشگاه تگزاس در آوستین توانستند محدودیتهای اساسی بر سر عملکرد «شنل نامرئی کننده» را تعیین کنند. این شنل یک فناوری است که اجازه نامرئی شدن ویا تشخیص داده نشدن را به جسمِ درونش در برابر امواج رادیویی، امواج مایکروویو، نور مادون قرمز و نور مرئی می دهد. نظریه محققان تاکید می کند که استفاده از شنل برای پنهان کردن شیء درونش در مقابل یک موج خاص قابل انجام است لیکن پنهان کردن آن در برابر یک محیط پرنور (چراغانی) با طول موجهای مختلف بسیار سخت تر می شود که در این حالت تغییر اندازه شیء باعث تغییر فاکتورها و مشکلات بیشتر هم خواهد شد. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
در هنگام انقراض دایناسورها، پستانداران نیز تقریباً محو شدند

در هنگام انقراض دایناسورها، پستانداران نیز تقریباً محو شدند

بیش از نود درصد از انواع گونه های پستانداران در دوره کرتاسه (66 میلیون سال پیش) توسط همان دلایلی که دایناسورها را ازبین برد، از بین رفتند. این میزان بسیار بیشتر از آن بود که پیش از این تصور می شد. مطالعه ای که توسط محققان مرکز میلنر در دانشگاه بَث انجام شد و در نشریه Evolutionary Biology نیز منتشر گردید، مطرح می کند که همه انواع شناخته شده پستانداران که در انتهای دوره کرتاسه در آمریکای شمالی می زیسته اند، از بین رفته اند. نتایج این مطالعه نشان می دهد که این میزان معادل 93 درصد از انواع موجود در این دوره بوده است. این مطالعه همچنین بیان می کند که این انقراض، بسیار سریعتر از آنچه تصور می شد انجام گرفته است. برای بررسی بیشتر با کوی دانش همراه شوید...

مطالعه متن کامل
نکته های سلامتی: از گوش های سوراخ شده خود مراقبت کنید

نکته های سلامتی: از گوش های سوراخ شده خود مراقبت کنید

اگر از گوشهای خود که به تازگی سوراخ شده مراقبت کافی را به عمل نیاورید دچار عفونت خواهند شد. برای جلوگیری از این حالتِ ناخوشایند مواردی که در ادامه می آید را در نظر داشته باشید...

مطالعه متن کامل
تکه های فوم بسته بندی می توانند عملکرد باتری ها را بهتر کنند؟

تکه های فوم بسته بندی می توانند عملکرد باتری ها را بهتر کنند؟

گروهی از محققان دانشگاه پوردو در ایالت ایندیا، کاربرد جدیدی برای تکه های فوم بسته بندی (که برای محافظت از دستگاه ها و ... استفاده می شود) پیدا کرده اند. آن ها دریافتند که این مواد می توانند عملکرد باتری های لیتیم یونی را بهبود ببخشند.

مطالعه متن کامل
کلیدی برای حل معمای انباشت طولانی مدت کربن آلی محلول در عمق اقیانوس

کلیدی برای حل معمای انباشت طولانی مدت کربن آلی محلول در عمق اقیانوس

پژوهشگران گام مهمی برای درک مکانیسم حضور هزاران ساله کربن آلی محلول در اعماق اقیانوس برداشته اند. بخش اعظم این ماده، در زیرعمق 1000 متری حضور دارد، اما به وسیله باکتری ها مورد تخریب قرار نمی گیرد. این یافته ها بینش جدیدی برای افزایش درک ما از نحوه تنظیم چرخه جهانی کربن همگام با اقلیم جهانی فراهم می آورند.

مطالعه متن کامل
شواهد کافی برای درمان افسردگی با مصرف Omega 3 وجود ندارد

شواهد کافی برای درمان افسردگی با مصرف Omega 3 وجود ندارد

تحقیقات جدید حاکی از کم اثر بودن قرص روغن Omega 3 در درمان افسردگی عمیق است.

مطالعه متن کامل
کشف شواهد بیشتر مبنی بر زنده بودن ویروس ها

کشف شواهد بیشتر مبنی بر زنده بودن ویروس ها

با توجه به خصوصیات فیزیکی متنوع، اندازه های مختلف ژنوم و سبک های زندگی که ویروس ها دارند دسته بندی شان مشکل است. طی مطالعه ای جدید دانشمندان، زنده بودن ویروس ها و جایگاه خاص آنها را در درخت زندگی نشان دادند و در این مسیر فقط از تاخوردگی های پروتئین استفاده کردند.

مطالعه متن کامل