מאת: מאיה גבעון
בחודש שעבר ערכנו
היכרות עם מתודולוגיית עקרונות החיים – סט תבניות שפותח על ידי המכון האמריקאי
לביומימיקרי , שאמור לסייע ולשמש כלי במהלך עבודת תכנון וחשיבה ביומימטית. כל אחד
מעקרונות החיים מייצג דפוס חוזר, שזוהה על ידי חוקרים באורגניזמים ובמערכות שונות
בטבע. הדפוס מרמז על אסטרטגיית הישרדות (=קיימות), שניצחה את מבחן הזמן, ולכן היא
ככל הנראה אפקטיבית ומתאימה לתנאי הסביבה. העקרונות משותפים למגוון אורגניזמים.
השבוע נכיר שני
עקרונות נוספים בסדרה.
הטבע משלב התפתחות עם
גדילה
עיקרון זה מתייחס
לאופן בו מתרחשים תהליכים של צמיחה פיזית והתפתחות בטבע. מושם דגש על אבחנה
בין גדילה, שהיא הגדלת המידות הפיזיות של האורגניזם או של חלקים ממנו, לעומת
התפתחות, הכוללת את צמיחת התשתיות המאפשרות למערכת הגדלה לתפקד. שתי התופעות
צריכות להתרחש במקביל ובאופן מבוקר ומאוזן, כדי לאפשר למערכת לתפקד באופן
תקין. לדוגמא, בעת צמיחתו של עץ, הוא משקיע משאבים הן בגדילה לאורך, לגובה
ולרוחב, והן בפיתוח צינורות ההובלה שיאפשרו לחומרי ההזנה להגיע לאזורים החדשים של
העץ. תהליך אחד ללא השני ייצור תוצאה בלתי תקינה, של עץ שאינו מתפקד. בהשלכה
למערכות אנושיות, השלכת איזון נכון בין גדילה התפתחות יכול לסייע לפיתוח ערים,
למשל: איך לפתח ערים ולהרחיב אותן, ובד בבד למנוע תופעות מוכרות של הזנחת מרכזי
הערים ונדידת אוכלוסיה חזקה לפרברים.
מנגנונים תחת עקרון
זה כוללים:
1.
שילוב מרכיבים מודולריים: רוב החיים בנויים מיחידות בסיס פשוטות, המתחברות זו לזו
בדרכים שונות. המגוון והמורכבות הרבים הקיימים בטבע נוצרים בזכות מגוון אינסופי של
צירופים. לדוגמא:
4 בסיסי יסוד מרכיבים
את הד.נ.א, והם מהווים קוד ל-22 חומצות אמיניות, שמרכיבות אלפי חלבונים שונים.
2.
הטבע בעל יכולת התארגנות עצמאית: הטבע יוצר את התנאים האופטימליים על מנת
שהמרכיבים יוכלו להגיב זה עם זה וליצור מבנים, רקמות, אברים ואורגניזמים מורכבים –
לרוב ללא "גוף אחראי". האצות הראשונות למשל, נוצרו משיתוף פעולה שהחל
להתרקם בין יצורים חד תאיים שהתקבצו יחד, התחילו לשתף משאבים זה עם זה,
"גילו" שזה יעיל ובהדרגה התחילו להתמיין ולהתמחות בתפקידים שונים. בתי
גידול אקולוגיים הם תוצאה של מינים רבים שהתארגנו יחד, והתוצאה היא מערכת, שהיא
מורכבת ועשירה יותר מסך מרכיביה. בתהליכים אלה אין, בשום שלב, גוף יחיד המפקח או
המנהל את התהליך.
3.
תהליכי ייצור “bottom up”– שיטת ייצור bottom up נפוצה מאוד בתהליכי ייצור אנושיים. בייצור המוני, נוצר משטח
חומר זהה ממנו נגזרות הצורות הרצויות, תהליך הגורם לבזבוז רב של חומר. בניגוד
לאדם, עץ אינו מייצר משטח גדול ואז גוזר ממנו עלים. כל עלה נבנה מחדש תא אחר תא,
ובאופן זה נחסכים משאבים רבים ואין שאריות מיותרות.
תהליכי ייצור
ידידותיים לחיים
התהליכים הכימיים
בטבע תומכים בתנאי החיים: הם עושים שימוש אופטימלי באנרגיה ובמשאבים, אינם
יוצרים חומרי לוואי שהמערכת הטבעית אינה יכולה להשתמש בהם, ואינם גורמים נזק.
לעיתים קרובות, מוקנות תכונות לאורגניזם על ידי המבנה, ולא על ידי שימוש בחומר.
לדוגמא: צבע פיזיקלי הנובע משכבה חיצונית הגורמת להחזרת אור – במקום שימוש
בפיגמנטים (קיים במיני ציפורים שונות וכן בפרפרים ובחרקים אחרים). יכולת הדבקה,
המוקנית על ידי מבנה המעודד אלפי קשרים פיזיקליים חלשים ברמה המולקולרית (כפי
שמתרחש בין רגלי הלטאה לקיר) – במקום שימוש בדבק.
מנגנונים המשתייכים
לעקרון זה כוללים:
1.
פירוק תרכובות למרכיבים בלתי מזיקים – בטבע, חומרי לוואי, שאריות ותוצרים של
תהליכים מתפרקים לאותם היסודות, או לחומרי המוצא הפשוטים, אשר יחזרו למעגל החומר
והם אינם גורמים נזק.
רעל הוא חומר שהמערכת
אינה יודעת להתמודד איתו כחלק מהתפקוד השוטף שלה, והצטברותו מפריעה למערכת ומזיקה
לה. אורגניזמים מייצרים לעיתים חומרים רעילים (טוקסינים) בכוונה תחילה, למטרה
מסוימת, ובכמויות מוגבלות. גם תרכובות אלה, כשהן משוחררות לסביבה בסופו של דבר,
מתפרקות באופן טבעי, ללא השקעת אנרגיה, לחומרי יסוד בלתי מזיקים. לדוגמא, ארס של
נחש קטלני לטרף שלו. אבל לאחר שהנחש השיג את מטרתו, והנחש מעכל את הטרף, הארס
מתפרק בגוף הנחש ואינו מזיק לו. להבדיל, חומרי הדברה, הנפוצים בשימוש האדם, לרוב
אינם מתפרקים באופן טבעי, אלא מצטברים בתוך המערכת האקולוגית ויוצרים נזק נוראי.
2.
כימיה על בסיס מים. כל התהליכים הכימיים בטבע מתרחשים בסביבה מימית. לא רק זאת,
אלא שלרוב יהיו תנאי הייצור בתוך גוף חי, בטמפ' גוף קבועה, בתנאי לחץ נמוך
ובחומציות מסוימת. למרות המגבלה בתנאים, לכאורה, מצליח הטבע ליצור מגוון רחב ביותר
של חומרים שונים בתוך גוף חי: שיניים, עצמות, שנהב, נוצות, שיער, קורי עכביש
(חזקים פי 6 מפלדה), פנינים ועוד.
3.
הטבע בונה באופן סלקטיבי, תוך שימוש במבחר מצומצם בלבד של יסודות. פחמן, חמצן,
מימן וחנקן (המסומנים על פי סימני היסודות בטבלה המחזורית COHN), מרכיבים את רוב החומרים
החיים. בנוסף, משתתפות בתרכובות, בכמויות מזעריות, גם מתכות שונות, כגון: זרחן,
מגנזיום, סידן, ברזל, נחושת ואבץ. אנחנו, לעומת זאת, משתמשים בכל יסודות
הטבלה המחזורית, כולל בכאלה שאינם נמצאים בטבע באופן טבעי, ואף מוסיפים אלפי
תרכובות כימיות סינטטיות חדשות בכל שנה למדפים. חלקן מתגלות כמסוכנות לאדם
ולסביבה וחלקן אינו פריק ויישאר כאן הרבה אחרינו.
עקרונות החיים יכולים
לשמש כלי תכנוני, וכן כלי רב עוצמה בעת שיפור מוצרים ושכלולם, כמו גם שכלול
שירותים ורעיונות קיימים. אפשר להיעזר בהם כאמת מידה, ולאחר הרעיון הראשוני לבדוק
את עצמנו, האם הפתרון שחשבנו עליו יוכל להתקיים בטבע? אם הוא אינו מתאים לעקרונות
החיים, סביר להניח שפתרון כזה לא היה שורד לאורך זמן, וכדאי לחזור לשולחן השרטוט /
לסיעור מוחות...
