חוקרים דנים פיתחו משוואה אוניברסלית המנבאת את תדירות פעימות הכנפיים ושבץ סנפיר של בעלי חיים שונים תוך שימוש במסת הגוף ושטח הכנף. קרדיט: twoday.co.il.com
חוקרים מאוניברסיטת רוסקילדה בדנמרק פיתחו משוואה אוניברסלית שיכולה לחזות ביעילות את התדירות של פעימות כנפיים ומכות סנפיר שנעשו על ידי ציפורים, חרקים, עטלפים ולווייתנים. מחקר פורץ דרך זה פורסם לאחרונה בכתב העת PLOS ONE.
יכולת הטיסה התפתחה באופן עצמאי בין קבוצות חיות שונות. ביולוגים גרסו שכדי למזער את הוצאת האנרגיה במהלך הטיסה, תדירות התהודה הטבעית של הכנפיים צריכה להכתיב את תדירות נפנוף הכנפיים. עם זאת, מציאת תיאור מתמטי אוניברסלי של טיסה מתנופפת התבררה כקשה.
במחקרם השתמשו החוקרים בניתוח ממדים כדי לחשב משוואה המתארת את תדירות פעימות הכנפיים של ציפורים, חרקים ועטלפים מעופפים, ואת מכות הסנפיר של בעלי חיים צוללים, כולל פינגווינים ולווייתנים.
אימות אמפירי של המשוואה האוניברסלית
החוקרים גילו שבעלי חיים מעופפים וצוללים מכים את כנפיהן או סנפיריהן בתדירות פרופורציונלית לשורש הריבועי של מסת גופן, חלקי שטח כנפיהן. הם בדקו את דיוק של המשוואה על ידי תכנון תחזיותיה כנגד נתונים שפורסמו על תדירות פעימות כנפיים עבור דבורים, עש, שפיריות, חיפושיות, יתושים, עטלפים וציפורים, בגודל של יונקי דבש ועד ברבורים.
נתוני תדירות פעימות כנפיים עבור מגוון בעלי חיים מעופפים לעומת השורש הריבועי של מסת החיה חלקי שטח הכנף/סנפיר. קרדיט: Jensen et al., 2024, PLOS ONE, CC-BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
השוואה בין מינים ותובנה היסטורית
הם גם השוו את התחזיות של המשוואה מול נתונים שפורסמו על תדירות שבץ סנפיר עבור פינגווינים ועוד כמה מִין של לווייתן, כולל גבנונים ולווייתנים צפוניים. הקשר בין מסת הגוף, אזור הכנף ותדירות פעימות הכנפיים מראה מעט הבדלים בין בעלי חיים מעופפים וצוללים, למרות הבדלים עצומים בגודל גופם, צורת הכנפיים וההיסטוריה האבולוציונית שלהם.
בנוסף, החוקרים הדגימו כיצד המשוואה שלהם יכולה לספק תובנות לגבי תדירות פעימות הכנפיים של מינים שנכחדו. באמצעות המשוואה שלהם העריכו החוקרים שהפטרוזאור הנכחד Quetzalcoatlus northropi, בעל החיים המעופף הידוע הגדול ביותר, מכה את כנפיו בגודל 10 מטרים רבועים בתדירות של 0.7 הרץ.
השלכות על ביולוגיה וטכנולוגיות עתידיות
המחקר מראה שלמרות הבדלים פיזיים עצומים, בעלי חיים שונים כמו פרפרים ועטלפים פיתחו קשר קבוע יחסית בין מסת הגוף, אזור הכנפיים ותדירות פעימות הכנפיים. החוקרים מציינים כי עבור חיות שחיה לא מצאו פרסומים עם כל המידע הנדרש; נתונים מפרסומים שונים חוברו יחד כדי לבצע השוואות, ובמקרים מסוימים, צפיפות בעלי החיים הוערכה על סמך מידע אחר. יתר על כן, בעלי חיים קטנים במיוחד – קטנים יותר מכל אלה שעדיין התגלו – כנראה לא יתאימו למשוואה, מכיוון שהפיזיקה של דינמיקת הנוזלים משתנה בקנה מידה כה קטן. יכולות להיות לכך השלכות בעתיד על ננו-בוטים מעופפים. המחברים אומרים שהמשוואה היא ההסבר המתמטי הפשוט ביותר שמתאר במדויק את פעימות כנפיים ומשיכות סנפיר ברחבי ממלכת החיות.
המחברים מוסיפים: "בהבדל של כמעט פקטור 10000 בתדירות פעימות כנפיים/סנפיר, הנתונים של 414 בעלי חיים מהלוויתן הכחול ועד היתושים נופלים על אותו קו. כפיזיקאים, הופתענו לראות עד כמה התחזית הפשוטה שלנו לגבי נוסחת פעימות הכנפיים עובדת עבור אוסף כל כך מגוון של בעלי חיים".
מימון: מחקר זה נתמך על ידי מענק VIL16515 של קרן VILLUM.
