ביומימיקרי

משמעות המונח ביומימיקרי היא חיקוי החיים (Biomimicry: Bio=life; mimesis=imitate). ביומימיקרי היא דיסיפלינה רב-תחומית המקדמת חיקוי ולמידה מהטבע לפתרון בעיות בדרכים מקיימות.

חדש(נ)ות מהטבע אוקטובר 2016


קוראים יקרים שלום,

שנת הפעילות הפדגוגית החלה עם פתיחתו של קורס הסמכה ברמת הנדיב ותחילת תכניות  BIOX ברחבי הארץ, בבתי הספר היסודיים ובחטיבות הביניים.

הכנס השלישי ל"ביומימיקרי – אקדמיה ותעשייה" יתקיים השנה במתכונת מורחבת בחודש יוני בתל אביב. פרטים בקרוב.

החודש נרחיב על חליפת גלישה בהשראת פרוות הבונה, על גישה ביומימטית למלחמה בחיידקים הקשורה ל"שד הטסמני", על פיתוח חומרים חזקים וגמישים בהשראת הריר של דג המיקיסנה, ועל אורגניזם מפתיע אחד- המנעלן, בעל מקור ורגליים יחודיים, העשויים להיות השראה למגוון פיתוחים.

בברכת קריאה מהנה,

צוות ארגון הביומימיקרי הישראלי  

חלום רטוב - יבש

מאת: יעל הלפמן כהן

מהנדסים ב-MIT יצרו משטח גומי דמוי פרווה, המחקה את יכולות הבידוד של פרוות הבונה, כבסיס לפיתוח חליפת צלילה ביומימטית.
 
מהנדסים ב-MIT ביקרו בחברה המייצרת חליפות גלישה, ונחשפו לצורך בחומרים שיאפשרו לגולשים לשמור על חום גופם בזמן הגלישה, מבלי לפגוע בזריזותם או לסרבל את תנועתם. גלישה היא ספורט המצטיין בתנועה מתמדת בין אוויר למים. חליפת גלישה חמה ויבשה היא החלום ה"רטוב" של גולשים רבים (חוץ מלעלות על הגל המושלם), אך החומרים הקיימים כיום לא נותנים מענה מספק לשמירה על חום ועל יובש, תוך שמירה על קלות התנועה.
החוקרים התחילו לחקור בעלי חיים קטנים וזריזים, החיים בסביבות ארקטיות, ומבלים חלק מזמנים מתחת למים וחלק מזמנם ביבשה. לבונה וללוטרה למשל, אין שכבת שומן עבה לבידוד (כמו ללווייתנים), ועדיין הם שומרים על חום גופם ואפילו על יובש בזמן צלילה, וזאת ע"י לכידת בועות אוויר בפרוותם הצפופה. בעבר כבר כתבנו על מעיל סערה שפותח בהשראת הלוטרה, והמחקר הנוכחי מעמיק בהבנת המשתנים בפרוות האורגניזמים הקשורים ליכולות הבידוד בכלל, ויכולות לכידת האוויר בפרט.  
לצורך המחקר יצרו החוקרים משטחים דמויי הפרווה בממדים שונים, בעזרת יציקות גומי. משטחים אלה שוקעו במהירויות משתנות בנוזלים בעלי צמיגות משתנה. בעזרת הדמיית וידאו הצליחו החוקרים להעריך את כמות האוויר שנלכדה בכל השקעה. 

נמצא שהמרווח בין השערות על המשטח ומהירות ההשקעה שלו, משחקים תפקיד משמעותי בקביעה כמות האוויר הנלכדת במשטח. על סמך ממצאים אלה פיתח הצוות מודל מתמטי פשוט לתיאור אפקט לכידת האוויר בפרווה. באמצעות המודל אפשר לשלוט על אורך השערות, על המרווחים ביניהן ועל סידור השערות, ולתכנן טקסטורות למהירויות צלילה שונות ולמקסום האזורים היבשים.
מודל זה אפשר ליישם בתהליכי ייצור של חומרים שונים, כמו, למשל, בבדים לחליפות צלילה. חליפות צלילה כיום עשויות מגומי קשיח, אך יתכן שאפשר להחליפו בחומר קל ממנו, עם טקסטורת שערות, כך שהאוויר ישמש לבידוד במקום הגומי, והחליפה כולה תהיה קלה ותבודד ביעילות, תשמור על חום הגוף במים הקרים ותאפשר ייבוש מהיר של החליפה מחוץ למים, כלומר תעניק לגולש את היתרונות של פרוות הבונה. 

על שדים וחיידקים

מאת: דפנה חיים-לנגפורד

מדענים גילו שחלב אם של 'השד הטסמני' מכיל ארסנל אנטי-מיקרוביאלי, אפקטיבי כלפי 25 מהחיידקים המסוכנים ביותר הידועים למדע וכלפי שש הפטריות המסוכנות ביותר הידועים למדע, כולל החיידק Staphylococcus aureus, האחראי להרעלת מזון, לדלקת ראות ועוד.

השד הטסמני (שם מדעי: Sarcophilus harrisii) הוא חיית כיס אוכלת-כל הגדולה ביותר בעולם, והוא מצוי היום רק באי האוסטרלי טסמניה. מיבשת אוסטרליה נכחד השד הטסמני ככל הנראה על ידי הדינגו, כלב הבר האוסטרלי. זהו יונק קטן יחסית וחזק מאוד. ראשו וצווארו הגדולים מקנים לו את אחת הנגיסות החזקות ביותר בקרב יונקים והוא משתמש ביכולת זו לא רק בקרבות להשגת בת זוג, אלא גם לגיוון במזון. הדיאטה של השד הטסמני כוללת טרף של יונקים בגדלים שונים, אבל גם נבלות בשלבי ריקבון משתנים, התורמים לריח הפה הדוחה האופייני לו. 
התמונה באדיבות Charlieatyourservice

 מסתבר שגור שד טסמני, כמרבית חיות הכיס, נולד טרם סיים את התפתחותו ובהיוולדו הוא חסר מערכת חיסון נרכשת, המתפתחת רק עם הגיעו לגיל 90 יום, וזאת כשהוא גדל ושורד בכיס האם שורץ החיידקים. היכולת של גורי השד הטסמני לשרוד בתנאים אלה ללא מערכת חיסון מפותחת הציתה את דמיונם של החוקרים, שפנו לבדוק את חלב האם. לאחר אפיון גנטי, נמצא שחלב האם, כמו גם רירית הכיס, עשירים בפפטידים אנטי-מיקרוביאליים, שהם אפקטיביים כלפי שורה ארוכה של חיידקים ופטריות פתוגניות. פפטידים אנטי-מיקרוביאליים מהווים חלק ממערכת החיסון המולדת. בחלב האם האנושי למשל, יש רק פפטיד אנטי-מיקרוביאלי אחד. החוקרים סינתזו שני פפטידים בעלי טווח פעולה רחב, שנמצאו אפקטיביים כלפי חיידקים מזיקים לאדם.

לאור החשש שחיידקים עמידים לאנטיביוטיקה יגרמו למוות בשנים הקרובות יותר מאשר סרטן, כתוצאה מהירידה באפקטיביות של סוגי האנטיביוטיקה הקיימים, בודקים החוקרים בימים אלה את רמת הבטיחות של הפפטיד לשימוש באדם, כחלק מהמאמץ הבינלאומי לפתח ארסנל חדש של סוגי אנטיביוטיקה שיתמודדו עם איום החיידקים העמידים.  (ראו ידיעה על חברת אומניקס הישראלית, המפתחת פפטידים אנטי-מיקרוביאליים בהשראת חרקים).

**למרות היכולת הנדירה להתמודד עם חיידקים עמידים, השד הטסמני נמצא היום בסכנת הכחדה חמורה עקב התפרצות של devil facial tumour disease, פרזיט מדבק הגורם להם לסרטן פנים קטלני. עם זאת, לאחר שני עשורים של התמודדות עם המחלה, נראה שהשד הטסמני החל לפתח עמידות לפרזיט יוצר הסרטן – מנפלאות מערכת החיסון של השדונית.

האם דג מעמקים ישפיע על עתידה של תעשיית הטקסטיל ?

מאת: רינת ברקו-פילוסוף

ריר ייחודי של דג המיקיסנה נחקר כבסיס לפיתוח חומרים חזקים וגמישים.
 
מיכל שלם של דגי מיקסינה  (Myxine), דג דמוי צלופח החי במעמקים, יוכל להציע, יום אחד, סוג חדשני של חומר חזק וגמיש ,חומר שיוכל לשמש לחיזוק מבנה אפודי המגן ואף לחיזוק חלקי רכב חזקים במשקל קל ועוד.
דג המיקסינה הוא דג חסר לסתות וחסר עמוד שדרה, הנראה כמקור לא צפוי לחומר מתקדם שכזה, אבל הוא יכול להפריש ריר המורכב מסיבים חזקים וגמישים. לפחות, זו התקווה הגדולה של דאגלס פאדג', ביולוג באוניברסיטת Guelph בקנדה. פאדג' שומר 50-100 דגים מסוג זה במכלי מי ים קרירים על מנת להפיק מהם את הריר. 

נוזל צמיגי זה הוא מנגנון הגנה יוצא מן הכלל. הדג עשוי לשחרר רק 90 מיליגרם של חומר חלבי, מרוכז, "טרום רירי", מבלוטות בעור שלו, גם במים קרים כאשר הוא מותקף על ידי טורפים. חומר זה מתערבב במי הים ומייצר כמעט ליטר של חומר צמיגי, היוצר רשת צמיגית ומלוכדת.  מדענים מאמינים שחומר זה חוסם את פתחי הזימים של הדגים המותקפים וכך הם מרפים מאחיזתם בדג המיקסינה.  
לריר יישומים ביומימטיים אפשריים רבים:
אותם סיבים עשויים להחליף בעתיד את הסיבים הסינטטיים המבוססים כיום על נפט. כמו כן ניתן יהיה לשלב את הסיבים בבניית קסדות בטיחות או להחליף את החומר הארוג באפודי מגן. הסיבים יכולים לשמש לחיזוק חלקי רכב ללא תוספת משקל ואף כתחליף לג'ל המצוי בחיתולים חד פעמים , לדבק לפלסטרים ועוד. 

אורגניזם החודש – המנעלן, מלך הביצה

מאת: עדי וייס

בין היצורים יוצאי הדופן שתוכלו למצוא באפריקה, נמצאת גם ציפור בעלת מראה פרהיסטורי-משהו, גדולת ממדים, בעלת מקור משונה ורגליים רחבות - זהו המנעלן, או בשמו הלטיני- balaeniceps rex (בתרגום חופשי ''ראש-לוויתן מלכותי''). למנעלן קרוב משפחה מוכר בישראל - השקנאי המצוי, שעובר בישראל בדרכו מצפון כדור הארץ לדרום ולהיפך. אך הדמיון בין השניים לא גדול כשזה מגיע לפרטים הקטנים.
לחוקרים, נראה המנעלן כמו מיזוג מוזר בין שקנאי, חסידה ואנפה, אך יש לו מאפיינים מיוחדים משלו. קודם כל - זהו עוף ביצות המצוי באפריקה המזרחית בלבד, באזורי ביצה טרופיים המשתרעים בין סודן וזמביה. המנעלנים לא נודדים, ועקב הרס בתי גידול, ציד וסחר כחיות מחמד, נותרו בטבע רק 8,000-5,000 פרטים - והמין נחשב בסכנת הכחדה.


החיים באזורי הביצות עיצבו למנעלן צורה יוצאת דופן; הוא מתנשא לגובה אימתני בשביל ציפור- עד מטר וחצי, ומשקלו מגיע עד שישה קילוגרם – לכן הוא נחשב לאחת הציפורים הכבדות הקיימות. ראשו גדול במיוחד יחסית לגופו, ורגליו דקות וארוכות, בעלות ציפורניים ארוכות - וללא קרומי שחייה כמו שיש לשקנאים.
צורת המקור הייחודית שלו זוכה להתייחסות בשמו בשפות כמו ערבית ואנגלית- למנעלן מקור מאסיבי דמוי נעל, רוחבו עד 20 ס''מ ואורכו עד 24 ס''מ, ובקצהו וו דמוי קרס. הוו משמש אותו, בעת לכידת דגי ריאות, שפמנונים ואף תנינים צעירים שהוא שולה מהמים, כדי לערוף את ראשו של הטרף. למקור כוח רב, ויחד עם עיניו הגדולות הממוקדות קדימה, הוא מקנה למנעלן מראה של יצור מהאגדות. עם זאת, מדובר בבעל חיים עדין ושקט בדרך כלל. המנעלן צד כשהוא אורב במשך שעות ללא תנועה לבעלי חיים (כך הרוויח גם את הכינוי statue-like bird). הזמנים היחידים בהם הוא משמיע רעש הם בטקסי החיזור. גם כאן המקור משמש אותו ביעילות, להפקת צלילים שלאוזן האנושית עשויים להישמע כיריות רובה.  
בהיותו מיזוג מיוחד של תכונות מעופות שונים, מנגנון תפיסת הטרף וצורת הציד של המנעלן מעט שונים משל קרובי משפחתו.  צורת המקור וריבוי השימושים בו, כמו גם מבנה רגליו הדקות, המסוגלות לשאת את משקל גופו הגדול יחסית גם על פני גופי מים עומדים, עשויים להוות השראה לעיצובים קלים אך חזקים בתחום ההנדסה, בתחום העיצוב ובתחומים אחרים.