Skrivena fizika iza oblika ružinog trna

Ruže su poznate po svom trnju, oštrim strukturama koje mogu da ubodu. Veruje se da trnje ili bodlje odvraćaju životinje od hranjenja biljkama, a takođe i da pomaže ružama penjačicama da se uhvate za drugu vegetaciju.

U poređenju sa bodljama koje se nalaze na mnogim drugim biljkama i onima koje je čovek stvorio, trnje ruža ima donekle neobičan oblik. Kada se poprečno preseku, razne druge bodlje su približno okrugle, ali bodlje ruže teže da imaju ovalni poprečni presek, piše Phys.org.

Preporučujemo

Istraživači sa Tehničkog univerziteta Danske i Univerziteta u Orhusu nedavno su pokušali da bolje razumeju zašto su ruže možda razvile ovu neobično pljosnatu geometriju trnja, sprovodeći laboratorijske eksperimente sa veštačkim bodljama i materijalima sličnim koži.

Njihovi nalazi, objavljeni u Journal of the Royal Society Interface, sugerišu da bi ovalni oblik bodlji ruže mogao biti kompromis između stabilnijih okruglih bodlji i spljoštenih, manje stabilnih bodlji koje više liče na sićušna sečiva.

- Već nekoliko godina radim na fizici ubadanja i sečenja, crpeći inspiraciju iz knjige „O veličini i životu“ Mekmahona i Bonera, objavljene 1983. godine. To je starija knjiga, ali ima lepe primere kako fizika može biti uključena u ograničavanje funkcionalnosti i tehničkih i živih sistema. Posebno su elegantne analize odnosa dužine i prečnika čeličnih eksera i skaliranje brzine veslanja sa brojem veslača. Jednostavno smo pokušali da razumemo zašto bodlje ruže imaju ovalni poprečni presek - izjavio je za Phys.org Kore H. Jensen, vodeći autor rada.

Proučavajući različite oštre i šiljaste strukture koje se nalaze u prirodi, Jensen je shvatio da se bodlje ruže razlikuju od onih kod mnogih drugih biljaka. Konkretno, otkrio je da imaju neobično spljošten ovalni poprečni presek, naročito u poređenju sa cilindričnim bodljama drugih biljaka kao što su kaktusi ili glog.

- Kružne grede, kao što su ekser ili igla, dobre su za ubadanje. Dakle, ako je ideja samo zaštita biljke, ne vidim razlog da bodlje ne budu kružne. To me je iznenadilo - rekao je Jensen.

Da bi razumeli zašto su bodlje ruže pljosnatije od onih kod mnogih drugih biljaka, istraživači su napravili veštačke bodlje koristeći fleksibilan materijal na bazi silikona koji se zove polidimetilsiloksan (PDMS). Osigurali su da se ove bodlje razlikuju po obliku poprečnog preseka, u rasponu od približno kružnih do sve užih i pljosnatijih oblika. Zatim su pomerali veštačke bodlje kroz želatin koristeći malog robota. To im je omogućilo da utvrde kako svaka bodlja klizi preko mekih materijala, uključujući ljudsku kožu.

- Dizajnirali smo jednostavan eksperiment kako bismo testirali performanse bodlji u zavisnosti od njihovog oblika. Pomerali smo ih u želatinu koristeći malog robota koji je mogao da oponaša kretanje životinje u odnosu na stabljiku ruže. Ispostavilo se da su ovalne bodlje relativno bolje u sečenju (ili možda u pomaganju biljci da se penje). One nadmašuju kružne bodlje, koje teže da se saviju ili iskrive pod pritiskom - objasnio je Jensen.

Istraživači su primetili da su kružne bodlje imale tendenciju da se savijaju u pravcu u kojem su se kretale, praveći samo površinske ogrebotine na želatinu. Nasuprot tome, umereno spljoštene bodlje imale su ivicu sličnu sečivu i dovoljno strukturne stabilnosti da prorežu želatin. Rezultati tima sugerišu da bi neobičan oblik bodlji ruže mogao da im omogući da bolje seku kroz meke površine. Naredne studije mogle bi pokušati da utvrde da li bodlje sa ovalnim poprečnim presekom mogu imati i druge prednosti.

- Volim eksperimente koji ispituju granice biološkog dizajna. Lako je tvrditi da je ova ili ona karakteristika teoretski optimalna. Ja, kao i mnogi drugi, to smo radili i ranije. Ali kvantifikovanje performansi suboptimalnih strategija u laboratoriji je nekako zabavnije i pruža bolji uvid - rekao je Jensen.

U budućnosti, uvid koji su prikupili Jensen i njegove kolege Sabrina Genis i Mateo Pecula mogao bi potencijalno doprineti dizajnu veštačkih bodlji za specifične primene. To bi moglo uključivati, na primer, medicinske, poljoprivredne i industrijske alate, kao i robotske sisteme od kojih se zahteva da seku kroz meke materijale.

- I dalje me zanima oblik bodlji. Jedna oblast za koju smatram da je zanimljiva jeste efekat ponovljene upotrebe. Kakav je oblik istrošene igle? Nedavno smo radili na tome, koristeći olovke kao modelni sistem, i voleo bih da pokušam slične eksperimente na biološkim uzorcima - dodao je Jensen.

(Telegraf Nauka/Phys.org)