Κι όμως, το γρανάζι δεν εφευρέθηκε από τον άνθρωπο!

Ο Κύρος Γρανάζης του φυσικού βασιλείου είναι ένα μικρό έντομο που χοροπηδά απαρατήρητο τους κήπους της Ευρώπης: τα έντομα του γένους Issus είναι το πρώτο παράδειγμα ζωντανού οργανισμού που χρησιμοποιεί λειτουργικά γρανάζια.

Τα γρανάζια λύνουν ένα πρόβλημα που δεν μπορεί να λύσει το νευρικό σύστημα. Οι νύμφες των εντόμων Ιssus έχουν εξελίξει ένα ζευγάρι από γρανάζια προκειμένου να συγχρονίζουν τα πίσω πόδια του όταν πηδούν, αναφέρουν στο περιοδικό Science ερευνητές του Πανεπιστημίου του Κέμπριτζ.

«Συνήθως θεωρούμε τα γρανάζια εξάρτημα των μηχανημάτων που σχεδιάζουν οι άνθρωποι. Αυτό όμως συμβαίνει επειδή δεν είχαμε ψάξει αρκετά. Τα γρανάζια των Issus δεν έχουν σχεδιαστεί· έχουν εξελιχθεί», σχολιάζει ο Τζορτζ Σάτον, μέλος της ερευνητικής ομάδας.

Το γρανάζι πιστεύεται ότι χρησιμοποιήθηκε πρώτα από τους Κινέζους και αργότερα η λειτουργία του περιγράφηκε από τον Αριστοτέλη και τον Αρχιμήδη. Φαίνεται όμως ότι τα γρανάζια εφευρέθηκαν στην πραγματικότητα εκατομμύρια χρόνια νωρίτερα.

Kάτω από τα πίσω πόδια τους, νύμφες των Issus φέρουν ένα ζευγάρι οδοντωτών τροχών (για την ακρίβεια, μισών τροχών) που κλειδώνουν μεταξύ τους. Τα γρανάζια αυτά εξασφαλίζουν ότι και τα δύο πόδια θα κινηθούν συγχρονισμένα όταν η νύμφη εκτελεί τα εντυπωσιακά της άλματα -το έντομο απογειώνεται σε 2 millisecond (χιλιοστά του δευτερολέπτου) και η επιτάχυνσή του φτάνει τα 400g, ή 400 φορές την επιτάχυνση της βαρύτητας.

Το πρόβλημα που αντιμετώπισαν τα Ιssus κατά την εξέλιξη είναι ότι αν το ένα πόδι τεντωθεί νωρίτερα από το άλλο, ακόμα και ελάχιστα νωρίτερα, το έντομο θα πηδήσει στραβά και θα αρχίσει να περιστρέφεται στον αέρα. Τα γρανάζια δίνουν τη λύση, αφού αναγκάζουν τα πόδια να κινούνται με διαφορά μόλις 30 microsecond, ή εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου.

«Στα Issus, ο εξωσκελετός λύνει ένα περίπλοκο πρόβλημα το οποίο δεν θα μπορούσαν να λύσουν ο εγκέφαλος και το νευρικό σύστημα», αναφέρει ο Μάλκολμ Μπάροους, πρώτος συγγραφέας της δημοσίευσης.

«Αυτός ο ακριβής συγχρονισμός θα ήταν αδύνατο να επιτευχθεί μέσω του νευρικού συστήματος, αφού οι νευρικές ώσεις [τα σήματα των νεύρων] θα απαιτούσαν υπερβολικά μεγάλο χρόνο [για τη μετάδοσή τους]» εξηγεί.

Η ερευνητική ομάδα επισημαίνει ακόμα ότι τα γρανάζια των Issus παρουσιάζουν «αξιοθαύμαστη ομοιότητα» με τα γρανάζια που χρησιμοποιούνται στα ποδήλατα και τα κιβώτια ταχυτήτων. Για παράδειγμα, κάθε δόντι του γραναζιού είναι στρογγυλεμένο στην άκρη του, προκειμένου να προστατεύεται από τη φθορά όταν μπαίνει στις εγκοπές του απέναντι γραναζιού. Το ίδιο χαρακτηριστικό υπάρχει και στα γρανάζια των ποδηλάτων.

Υπάρχουν ωστόσο και διαφορές: στα γρανάζια των εντόμων, κάθε δόντι είναι ασύμμετρο και καμπυλωμένο προς το σημείο επαφής με τις απέναντι εγκοπές -κάτι που δεν συμβαίνει στα τεχνητά γρανάζια, καθώς πρέπει να περιστρέφονται και προς τις δύο κατευθύνσεις. Τα γρανάζια του Issus αντίθετα κινούνται μόνο προς τη μία κατεύθυνση όταν το έντομο εκτοξεύεται.

Μια άλλη ενδιαφέρουσα διαπίστωση είναι ότι τα γρανάζια υπάρχουν μόνο στις νύμφες των Issus (ένθετη δεξιά) και όχι στα ενήλικα άτομα. Παραμένει ασαφές γιατί το χαρακτηριστικό αυτό εξαφανίζεται στην ενηλικίωση, ωστόσο οι ερευνητές έχουν μια πιθανή εξήγηση.

Μέχρι να ενηλικιωθεί, η νύμφη πρέπει να περάσει από αρκετά στάδια έκδυσης, στα οποία απορρίπτει τον εξωσκελετό της και αναπτύσσει νέο (όπως συμβαίνει για παράδειγμα και στα τζιτζίκια όταν βγουν από το χώμα και ανέβουν στα δέντρα.

Αυτό σημαίνει ότι, αν τα γρανάζια χαλάσουν, η νύμφη θα μπορέσει να τα ξεφορτωθεί και να αναπτύξει νέα στην επόμενη έκδυση. Αντίθετα, τα ενήλικα δεν θα είχαν δυνατότητα επισκευής, αφού δεν αλλάζουν τον εξωσκελετό τους.

Επιμέλεια: Βαγγέλης Πρατικάκης

πηγή