ראשי | חרקים | עכבישנים | ספרות אנטומולוגית | אתרי טבע מומלצים | מפות | אודות | יצירת קשר      About
האתר עוסק בפרוקי הרגליים של ישראל, חרקים, עכבשנים ועוד. מאות מאמרים, קטלוג עכבישים בישראל וקטלוג עקרבים בישראל
 
לחיפוש בתכני האתר גלול ובחר 'חפשו בארכיון המאמרים'
   
insectour
שימוש בחומרים מצריך לעיתים הפעלת כוח; כדי לשבור, לחדור או לשנות את צורתם. אבל כוח הוא רק חלק מהעניין. על מנת לחדור או לעבד חומר בעזרת חומר אחר, ובהשקעה אנרגטית קטנה יחסית, אנו צריכים חומר שיהיה קשה ממנו.
 
בעלי חיים מתמודדים לא פעם עם חומרים קשים; כדי להשיג את מזונם או לעצב את סביבת החיים שלהם. חיתוך או חדירה לרקמות קשות או סיביות מצריך הפעלת כוח רב. צמחים מתמודדים עם אוכלי צמחים (הרביבורים) בדרכים מגוונות, למשל: אחסון תרכובות שוחקות כגבישי צורן או גבישי קלציום אוקסלט, הגורמים לשחיקה מהירה של שיניים (חולייתנים) או לסתות חותכות (פרוקי־רגליים).
עבור יצורים קטנים, כמו פרוקי­־רגליים, האתגר גדול במיוחד, מאחר והכוח שהם יכולים להפעיל, על אותו חומר, בהשוואה ליונק גדול למשל, הוא קטן מאוד. יתוש וזאב צריכים (כל אחד למטרתו) לחדור עור של אייל קנדי, אולם היתוש יכול להפעיל כוח שהוא 1/105 מהכוח אליו נזקק הזאב לאותה מטרה. נמלים חקלאיות וחלזונות חותכים עלים שהם גם מזונו של קוף השאגן Alouatta (מרכז ודרום אמריקה). זרעים קשים מהווים מזון לבעלי חיים זעירים וגדולים כאחד Schofield) 2016). אחת האסטרטגיות שנועדו להתגבר על מחסום קשיות החומר היא שימוש ב'כלים' חדים מאוד. החיסרון הבולט של אסטרטגיה כזו הוא שכלים כאלו מגלים רגישות לשבירה. חיזוק 'כלים' בחומרים קשים יותר, כמו מתכות, הוא פיתרון שכיח בעולם החי.
 
תקריב ללסת של קמפונית פולחת.
להבי הלסתות נתונים לעומסי שחיקה גדולים.
 
לפרוקי־רגליים שלד חיצוני (קוטיקולה) הבנוי מתרכובות פולימריות אורגניות, המרובדות במטריצות מורכבות על מנת להשיג שילוב אופטימלי של חוזק וגמישות. תכונות השלד החיצוני אינן אחידות בכל שטחו; התכונות המכניות של השלד משתנות כפונקציה של עובי וקשיחות החומר. רקמת מפרקים הינה רכה וגמישה בכדי לאפשר לפרקים לנוע. פרקי גוף המכילים איברים חיוניים ושרירים נוטים להיות קשיחים יותר כדי למנוע קריסה וכמובן להגן על מבנה הגוף. איברים קוטיקולריים הנתונים לעומסים גבוהים במיוחד נוטים להיות הקשים ביותר. לסתות חותכות (מנדיבולות) צריכות לרסק מזון קשה בלי להישבר או להישחק מהר. ציפורני פיסות הרגליים צריכות להיאחז מבלי להישבר וצינור הטלה דקיק צריך לפעמים לחדור רקמות קשות במיוחד. עבור אורגניזמים המתמודדים עם חומרים קשים איברים אלו הם כלי עבודה לכל הדבר, כלים קוטיקולריים שצריכים לעמוד בלחצי שבירה ושחיקה לאורך כל חייהם.
 
הרבה לפני שהאדם החל להשתמש במתכות ליצירת כלים מכפילי כוח, התפתחו בטבע מנגנונים ביוכימיים המשתמשים במתכות והלוגנים לחיזוק מבנים ביולוגים בחלקי גוף שונים של אורגניזמים. שימוש כזה רווח בפרוקי־רגליים יבשתיים וימיים וגם בתולעים.
הגדלת קשיות של איברים/כלים קוטיקולריים מושגת, בין השאר, תודות לצבירה והשקעה של מתכות כבדות (לעיתים שילוב בינן) כמו: אבץ, מגנזיום, נחושת, ברזל וסידן ויסודות הלוגנים, כמו: כלור וברום. להשקעת מתכות בקוטיקולה שני היבטים, הנוגעים קרוב לודאי למנגנונים ביומכניים שונים. לדוגמא: אבץ מצוי, לעיתים קרובות, בריכוזים גבוהים באזורים הנתונים לשחיקה מתמדת. במינים אחדים של טרמיטים, ריכוז גבוה של אבץ בלהבי הלסתות מעניק שיפור של 20% בעמידות לשחיקה, לעומת מינים עם לסתות נטולות אבץ (Cribb 2007). שימוש דומה באבץ נמצא בציפורני פיסות הרגליים, בעוקצים (הן של עקרבים והן של חרקים), בחלקים שונים של צבתות עקרבים וסרטנים, בציפורני כליצרות של עכבישים ועוד. במצב אחר, מוצאים ריכוז נמוך של מתכת המפוזרת במבנה הקוטיקולרי באופן אחיד או מדורג. לדוגמא: בדוקרנים של חדק המציצה, בפשפש הניזון על מוהל זרעים (צריך לחדור קליפה קשה), מוצאים מגנזיום בפיזור אחיד ובריכוז הקטן מכדי לתרום לכאורה לקשיות המבנה. אולם יתכן מאוד שמגנזיום תורם לחוזק מבני (למשל: עמידות לשבירה) בדרכים ביומכניות אחרות שלא מוכרות עדיין (.(1991 Fontain
 
שיפור תכונות מכניות של מבנים ביולוגים, על ידי השקעת מתכות, היא דוגמא נפלאה לתהליכים אבולוציוניים. המתכות אינן מושקעות בקוטיקולה כצבירי אטומים (כמו ברדיד אלומיניום) אלא משולבות ברמת יון בודד הנקשר לתרכובות (כנראה חלבונים) הבונות את הקוטיקולה. זו כנראה אחת הסיבות שמשקעי מתכות באיברים קוטיקולריים התגלו לראשונה רק בשנת 1982, על ידי Hillerton וחובריו. קשה מאוד לגלות אטום בודד אם לא מחפשים אותו במכוון, כל שכן אם הוא מצוי רק באיברים מאוד מסויימים וזעירים מאוד; למשל: קצה עוקץ העקרב, קצה ציפורן בפיסת הרגל, קצה ציפורן הכליצרה בעכביש או בשוליים החותכים בלסת של נמלה זעירה. מבנים אלו זעירים מאוד, אך פועלים תחת לחצים גדולים מאוד בעת השימוש בהם.
 
ציפורני הכליצרות ברוב העכבישים הן עדינות במיוחד.
הן פועלות כמחט רפואית והקצה שלהן חד מאוד ודקיק במיוחד.
 
אחד מהחוקרים המובילים במחקר על השקעת מתכות בכלים קוטיקולריים בפרוקי־רגליים הוא Robert M. S. Schofield מאוניברסיטת אורגון בארה"ב.
מאמר של Schofield משנת 2002 עוסק בהשקעת אבץ בפועלות של נמלים חקלאיות מהמין Atta sexdens. נמלים אלו מגדלות פטריות על מצע אורגני המעובד מעלים שנקטמים על העצים ומובאים על ידי פועלות מלקטות לקן. נמצא שעיקר תהליך השקעת האבץ בלסתות מתבצע לאחר סיום תהליך הבירוס (התהליך הכימי בו הקוטיקולה הרכה מתקשה לאחר ההתנשלות) ובמהלך תקופה של 3-4 שבועות, בהן הנמלה הבוגרת מצוייה בשלב חניכות, בו היא אינה יוצאת מהקן ומבצעת רק מטלות פנים (חניכות כזו מוכרת מנמלים בכלל) כמו טיפול בולדות, ואינה כוללת מטלות המצריכות מגע של הלסתות עם עצמים קשים. Schofield מציין את ההבדלים במעורבות נמלים חניכות במטלות הקן. עיבוד עלים בקן נעשה בשני שלבים: קיצוץ ולעיסה (באתרים דומים). אחוז גבוה יותר של נמלים חניכות משתתפות בשלב הלעיסה, המתבצע עם הלסתות האמצעיות (מקסילות) מאשר בשלב הקיצוץ, המתבצע עם הלסתות העליונות (מנדיבולות). Schofield טוען שלגיל המנדיבולות תפקיד נכבד בהגדרת התפקיד של פועלת בוגרת. חיתוך עלים היא מטלה הדורשת יותר אנרגיה ושימוש בלסתות שאינן קשות מספיק יגרום גם לשחיקה מהירה יותר. לכן נמלים חניכות יופנו לחיתוך עלים בקן ומחוצה לו (ליקוט) רק כאשר הלסתות שלהן תגענה לבגרות המתאימה.
על אף התרומה של השקעת מתכות בעמידות הלסתות, שחיקתם היא בלתי נמנעת. במאמר משנת 2010 Schofield וחובריו מראים ששחיקת לסתות של מלקטות  בנמלים חקלאיות (Atta cephalotes) משפיעה על הארגון החברתי והקצאת המשאבים בקן הנמלים. נמצא שמלקטות עם מנדיבולות שחוקות עוברות כמעט בלעדית לעבודת סבלות (סחיבת עלים).
 
נמלה חקלאית חותכת עלה. להבי הלסתות פועלים כמספריים.
 
מאמר משנת 2003 (השקעת אבץ, מגנזיום וסידן בכלים קוטיקולריים של נמלה Tapinoma sessile ועקרב Vaejovis spinigerus) מצביע על כך שהשקעת המתכת בנמלה ובעקרב שנחקרו נעשית רק לאחר תום מרבית שלב הבירוס. אבץ מגיע אל האזורים הנחוצים דרך מערכת של תעלות נונומטריות המצויות רק באיברים הללו. אחת התעלומות היא מאלו מאגרים בגוף מגיע האבץ. נמצא שגוף הנמלה מכיל כמות אבץ הגדולה, עשרות מונים מהכמות המצויה בכלים הקוטיקולריים. אבץ מצוי בגוף של הנמלה באופן טבעי, עבור שימוש בתהליכים ביוכימיים וגם נאגר באזור המעי התיכון, אולם המחקר לא מצא שינויים בתכולת האבץ בגוף הנמלה, באזורים מוכרים וההשערה היא שהאבץ המושקע מגיע ממאגרים לא מוכרים הפזורים בגוף הנמלה.
Schofield מעריך על סמך ממצאי המחקר ומחקרים תומכים אחרים, שהדמיון בצורת ההשקעה ובתהליכי ההשקעה שבין הנמלה לעקרב, המייצגים כל אחד קבוצה טקסונומית נפרדת אך קרובה יחסית (שניהם פרוקי־רגליים), מהווה עדות תומכת להשערה שהשקעה של מתכות כבדות והלוגנים למטרת חיזוק מבנים ביולוגים היא קדומה מאוד והחלה בטרם החלה הפרדה בין שתי הקבוצות.
 
חיזוק להשערת התכונה הקדומה התקבל ממאובן בן 46 מיליוני שנים, של חיפושית ממשפחת הקצרחפיתיים Staphylinidae, שהתגלה על ידי חוקרים מהסמית'סוניאן בארה"ב. המאובן הזעיר השתמר היטב ואיפשר לבצע אנליזה של הלסתות, שהעלתה שבקצה הלהבים החותכים קיימת תכולה גבוהה של אבץ (13%~). במקביל נעשתה אנליזה של לסתות של קצרחפית מודרנית, הדומה לפרט המאובן ונמצא שהן מכילות 3%~ אבץ. החוקרים סוברים שהתכולה הגבוהה יחסית במאובן היא תוצא של אובדן חומר מקורי במהלך התאבנות הפרט (Greenwalt 2016). המחקר מצביע על כך שמרבית המחקרים על השקעת מתכות בלסתות של חיפושיות נעשו על מינים המכרסמים חומר עצי קשה ואילו הקצרחפיות הן חרקים טורפים הניזונים מפרוקי־רגליים קטנים שהן מוצאות בשכבת הקרקע העליונה.
ממצא אף עתיק יותר זוהה בענבר בן 98 מיליוני שנים. מדובר בנמלה שהתקיימה בתקופת הקרטיקון והתבלטה בלסתות גדולות במיוחד ושלוחה קוטקולרית ארוכה, דמוית קרן. נמלה זו השתייכה לשושלת אבולוציונית שנכחדה. סריקת רנטגן העלתה שהקרן מחוזקת במה שנראה כחלקיקי מתכת (לא נעשתה אנליזה של החומר המצריכה פגיעה במאובן). אחת ההשערות לגבי התפקיד של הקרן המחוזקת הוא סיוע ללסתות, המתפקדות כמלכודת, בלכידת הטרף גדול וחזק.
 
השוואת לסתות נמלה חקלאית ( A. cephalotes) לפני ואחרי שחיקה.
 
השקעת מתכות בכלים קוטיקולריים מוכרת במאות מינים מקבוצות רבות של חרקים, בהם: חגבאים, תיקאים (טרמיטים), פשפשאים, מקלונאים, חיפושיות, זבובאים (זחלים) פרפראים (זחלים) דבוראים וגם מנדלים ועכבישנים (עקרבים ועכבישים). מחקרים הראו שמשקעי מתכות הם ספציפיים לאתרים חותכים, דוקרים או שוחקים ואצל חיפושיות וטרמיטים נמצאה תאימות גבוהה עם קשיות מקורות המזון.
 
Cribb וחובריה הראו ב־2007 את השפעת השקעת האבץ בלסתות על העמידות שלהן לשחיקה מול לסתות נטולות אבץ. במחקר ממשיך Cribb וחובריה השוו תכולת אבץ בלסתות של טרמיטים המייצגים את כל תת־המשפחות בתת־סדרת הטרמיטים (Cribb 2008). נמצא שבקבוצות המצויות בבסיס השושלת, כלומר מוצאן הקדום ביותר, אין בלהבי הלסתות משקעי אבץ וכמות המגנזיום זניחה. הנחת החוקרים היא שממצא זה מייצג את המצב באב הקדמון של הטרמיטים. למרות שלא אותר אבץ בלסתות, נמצא שמתקיימים בקוטיקולה מספר אלמנטים ביוכימיים החיוניים להשקעת אבץ.
בכל שאר קבוצות הטרמיטים נמצאה כמות קטנה של מגנזיום וכמות זעירה של אבץ, למעט בקבוצה אחת; טרמיטי עץ Kalotermitidae. בקבוצה זו נמצאה כמות אבץ משמעותית בלהבי הלסתות. ממצא זה מחדד את הקשר בין אורח החיים והדיאטה, לפרופיל משקעי מתכות בלסתות של טרמיטים. לסתות מחוזקות בטרמיטי עץ קשורות כפי הנראה לסביבה יבשה מאוד ונבירה בחלקי עץ קשים (לחות גבוהה מסייעת לרכך עץ). מבחן שחיקה ללסתות של טרמיט עץ בהשוואה למינים מייצגים מתת־משפחות אחרות מצביע על כך שלסתות עם תכולת אבץ גבוהה מגלות עמידות גבוהה יותר לשחיקה.
מאמר מאוחר יותר של Stewart וחובריו 2011 הראה שאחסון מתכות בטרמיט Tumulitermes tumuli מאוסטרליה נעשה בצינורות מלפיגי (חלק ממערכת ההפרשה).
 
מיפוי רנטגן של לסתות טרמיטים. גווני אדום צהוב מממפים את ריכוז המגנזיום בלהבי החיתוך.
 
דוגמא נוספת לקורלציה בין עמידות בשחיקה לשימוש במתכת או שילוב מתכות במבנים קוטיקולריים מוצאים במאמר של Fontaine 1991. במחקר שנעשה ביערות מחטניים בקולומביה הבריטית (קנדה) הראו החוקרים מתאם חזק בין חרקים נוברי זרעים ועץ לנוכחות של מתכות בלסתות או מבנים אחרים הקשורים לאכילה. קבוצות החרקים שנבדקו במחקר כללו זחלי פרפראים נוברי זרעים, חיפושיות נוברות זרעים וחיפושיות נוברות עצה, חיפושיות טורפות הנוברות בעצים אחר חרקים נוברי עץ, פשפשי זרעים המוצצים מוהל מזרעים קשים, צרעות המתפתחות בתוך זרעים, זבובאים המתפתחים בעפצים או איצטרובלים. בכל המינים שמשתמשים בלסתות לנבירה נמצאו בהן ריכוזים של אבץ ואילו במינים מוצצים נמצאו ריכוזים של מגנזיום או סידן או שילוב של השניים.
Morgan וחובריו (2003) מצביעים על כך שאבץ מצוי בלסתות של זחלים (פרפראים וחיפושיות) הנוברים בזרעים קשים, אך לא בזחלים (חיפושיות) הנוברים בזרעים שנוגעו וקיימים בהם כבר פתחי חדירה.
 
מיפוי רנטגן של לסת של זחל של תנשמית. ריכוז האבץ מסומן בכחול.
 
דוגמא מהקצה האחר, מוצאים בחרקים המטילים ביצים בתוך רקמות קשות של צמחים (עלים, פירות או גזעים). רקמות צמחיות מציבות אתגרים לא פשוטים לאיברי ההטלה. רקמות צמחיות מכילות ליגנין - פולימר אורגני המקנה לדופן התאים בצמח חוזק מכני, במיוחד בעצים. הליגנין מקשה לאכול את הצמח או/ו לחדור דרך הרקמות הקשות והסיביות.
לצרעות פרזיטואידיות (על נוברי עץ) ממספר משפחות צינור הטלה ארוך וגמיש במיוחד, הכולל 2 דוקרנים עם ראשים משוננים הפועלים לסרוגין כמשורים זעירים. צינור הטלה כזה מסוגל לחדור עמוק דרך קליפת גזע עץ, קליפת פרי או מעטפת עפץ נוקשה. Quicke וחובריו (1998) הראו שהשקעת מתכות בקוטיקולה או בכלים קוטיקולריים נפוצה בדבוראים המטילים בתוך רקמות צמחים. אבץ נמצא בדוקרנים של איברי הטלה בקודחניתיים Siricidae (משפחה של נוברי עץ באל־שניציים), המחדירים את צינור ההטלה לתוך גזעי עצים. אבץ נימצא גם באיברי הטלה של מינים רבים בעל־המשפחה כלצידים Chalcidoidea הכוללת מספר משפחות של צרעות פרזיטואידיות. בצרעה פרזיטואידית ממשפחת הפטרומילתיים התוקפת חרקים המתפתחים בתוך פרי של תאנה, להבי הדוקרנים המשוננים של צינור ההטלה מכילים אבץ (Kundanati 2014).
 
אצל צרעתניים Ichneumonidae (צרעות פרזיטואדיות) נמצא רק מגנזיום. בעל־משפחה Megalyroidea (צרעות פרזיטואידיות) נמצאו אבץ ומגנזיום באיבר ההטלה (אולם באתרים שונים). אצל צרעות עוקצות או המטילות ברקמות רכות, או שאינן מטילות לתוך רקמות, לא נמצאה השקעת מתכות (למעט במשפחה חדבטניים Bethylidae). השקעת אבץ נפוצה בלסתות של דבוראים המכרסמים דרך רקמות צמחיות בדרכם החוצה לאחר גיחה מהגולם, גם במינים שלא נמצאה אצלם השקעת מתכות באיברי ההטלה Quicke) וחובריו 1998).
 
Polidori וחובריו (2013) בדקו את הקשר שבין השקעת מתכות בכלים קוטיקולריים בצרעות יוצרות עפצים או תוקפות/פולשות עפצים לבין קשיות החומר הצמחי. בין השאר נמצא קשר חיובי בין ריכוזים גבוהים של מתכת (אבץ, מגנזיום, סידן או שילוב שלהם) למינים החודרים לריקמה צמחית קשה. נמצא קשר נסיבתי בין רמת הקושי של המצע לריכוז ולמיקום של המתכת בכלי הקוטיקולרי - ריכוזי אבץ נמצאו בדוקרני צינור הטלה של מינים הקודחים בעצפים קשים ולא במינים קרובים, שאינם קודחים או במינים יוצרי עפצים המטילים ברקמות עלים שהן עדיין רכות יחסית.
 
נקבת צרעתן מהמין Exeristes roborator מטילה לתוך קרקפת של חורשף צהוב, בתוכה חבוי זחל של חדקונית.
 
Schofield & Lefevre 1989, היו הראשונים להראות השקעת מתכות בכלים קוטיקולריים בעכבישים. השקעת אבץ בריכוזים גבוהים נמצאה בשכבה דקה מאוד על פני ציפורני הכליצרות. לעומת זאת ב'שיני' הכליצרה ובציפורני הבחנינים וציפורני פיסות הרגל לא נמצא אבץ, אבל נמצא מגנזיום. השקעת מתכות בעכבישים מפתיעה משהו, משום שעכבישים אינם צריכים לחדור רקמות מאוד קשות, ועל הרוב (במיוחד במינים עם כליצרות עדינות), הם חודרים את הקוטיקולה של טרפם בנקודות הרכות, כמו למשל בין הפרקים, שם הקוטיקולה רכה ודקה. בין המינים שנחקרו בהקשר הזה היו: גלגלן הצלב Araneus diadematus; מין בונה רשתות. פרוונית מהסוג Aphonopelma; מין קרקעי. זאבן מסוג Alopecosa; מין משוטט הרודף אחר טרפו. מחקר זה מעלה שאלות על הנסיבות האבולוציוניות של השקעת מתכות בעכבישים ואתר ההשקעה של כל מתכת. האם השקעת המתכות נוגעת רק לשיפור החוזק המכני של הקוטיקולה? אופן הפעולה המכני של האיברים, בהם נמצאה השקעת מתכות, שונה; הן מטבע תפקידם ומכך גם העומסים הפועלים עליהם, והן מאורח החיים של כל מין. לציפורני פיסות הרגליים דרישות מכניות שונות מאשר ל'שיני' הכליצרות שמטרתן לרסק את הטרף ולסחוט את הנוזלים כדי לאפשר מציצת נוזלים. ציפורני הכליצרות צריכות לא רק לחדור את רקמת הטרף אלא גם לעמוד בלחץ ההתנגדות שלו עד שהארס יגרום למותו.
מחקרים מאוחרים הראו שמבנה הכליצרות אינו אחיד וציפורני הכליצרות עשויות מקוטיקולה בעלת מבנה סריגי מדורג הן ברמה הכללית והן ברמה המיקרונית, דירוג זה מתקיים גם בהשקעת המתכות, כאשר הריכוזים הגבוהים מצויים בקצה החד ביותר של הציפורן. המתכות מושקעות בתוך מטריצות חלבוניות הבונות את הקוטיקולה ותורמות לחיזוק המבנה שלה, הקשיות שלה ופיזור עומסים יעיל לאורך הכליצרה. Politi וחובריה 2017, הראו שהשקעת האבץ בקצה ציפורן הכליצרה נעשית לאחר תהליך הבירוס הראשוני שלאחר ההתנשלות והאבץ נע לאתר ההשקעה דרך מערכת תעלות ננומטרית המצויה בקצה ציפורן הכליצרה.
חקר מבנה הקוטיקולה בציפורן הכליצרה, הדרך בה מושקעות בה מתכות והאופן בו הן משנות את תכונות הקוטיקולה יאפשר בעתיד פיתוח חומרים מרוכבים חדשניים על ידי שימוש בחומרי גלם זולים עבור ייצור מוצרים הדורשים תכונות ייחודיות בצורה, בחוזק המבני ובאלסטיות.
 
מפוי רנטגן של כליצרות ושיני כליצרות של גלגלן הצלב.
מימין ניתן לראות את הפיזור המשתנה של המתכות השונות.
 
הידע המדעי על התהליכים הביולוגים הקשורים בהשקעת מתכות, במיוחד בכלים קוטיקולריים מצוי רק בתחילתו. החוקרים ממשיכים לפתח שיטות מחקר ומעקב כדי להבין טוב יותר את כלל התהליכים והשלבים הנוגעים להשקעת מתכות.
השימוש של הטבע בטכנולוגיות של חומרים מרוכבים בכלל אינו חדש לנו והמחקר המודרני עוסק רבות בהבנה של התהליכים הביוכימיים והביומכניים, לא רק במטרה להבין טוב יותר את היצורים עצמם וההיסטוריה האבולוציונית שלהם, אלא גם, ואולי בעיקר, כדי ללמוד כיצד ליישם את ידע בתחום הביומימטיקה1 והשימוש בביו־חומרים2 או בחומרים מרוכבים חדשים לפיתוחים תעשייתיים ואפילו ביישומים עבור הדברה ידידותית של מזיקי חקלאות (למשל פיתוח מעכבי השקעת מתכות).
 
האבולוציה היא המעבדה הכי גדולה והכי מנוסה בעולם. כל מה שאנו מכירים (וזה רק אפס קצה) הוא תוצר מיליוני שנים של ניסיונות הבוררים את התוצאות הטובות ביותר לזמן הרלוונטי. בפרספקטיבה של חיי אדם ואפילו של גיל האנושות, האבולוציה משקפת אינספור מחקרים שלעולם לא נוכל לחזור עליהם או לגלות מחדש. מסיבה זו האבולוציה והתוצאות שלה מאפשרות לנו לבחון רעיונות ותהליכים קיימים או נכחדים ולהתאים אותם, במידת האפשר, לצרכים שלנו בעלות נמוכה יחסית של זמן אדם ומשאבים כלכליים. הסוד הוא לבחון את סודות הטבע ולאמץ או להתבסס על פתרונות קיימים לצרכים עכשוויים ועתידיים. אבל הזמן פועל לרעתנו, כמין דומיננטי בעולם שביר, אנו הולכים ומאבדים במהירות שיא אוצרות ידע וחוכמה שנצברו בטבע במשך חייו של כדור הארץ. וכל זאת בתמורה לפתרונות קצרי טווח קלים אך עתירי משאבים, הפוגעים במערכת האקולוגית העדינה שאנו, בין ונרצה או לא, חלק ממנה, עד הסוף הבלתי נמנע.
 
אין ספק שקיימים עוד אלפי מינים העושים שימושים ביומכניים במתכות והלוגנים. האם נספיק לזהות מינים אלו ולהבין מי מהם יכול, דרך מחקר ופיתוח, לתרום לשיפור הרווחה האנושית? כמה מהם יאבדו לעד תחת מכבשי הקידמה, כמה השקעה בשעות מחקר ומשאבים כספיים נצטרך כדי להמציא מחדש מה שהטבע ברר כמוצלח ביותר עבור צרכים מוגדרים?
 
1. ביומימטיקה - משמעות המושג היא "חקיינות של הטבע". הביומימטיקה (או ביומימיקרי) לוקחת את המודל הביולוגי שבו פותר הטבע בעיה ומנסה להשליך אותו אל התחום המדעי ולהיעזר בו לפתרון בעיה דומה.
2. ביו־חומרים - חומרים המשמשים להחלפת חלקים של מערכות ביולוגיות או לפעולה במגע קרוב עם רקמות חיות.

 
מקורות נבחרים:
 
insectour
שימוש בחומרים מצריך לעיתים הפעלת כוח; כדי לשבור, לחדור או לשנות את צורתם. אבל כוח הוא רק חלק מהעניין. על מנת לחדור או לעבד חומר בעזרת חומר אחר, ובהשקעה אנרגטית קטנה יחסית, אנו צריכים חומר שיהיה קשה ממנו.
 
בעלי חיים מתמודדים לא פעם עם חומרים קשים; כדי להשיג את מזונם או לעצב את סביבת החיים שלהם. חיתוך או חדירה לרקמות קשות או סיביות מצריך הפעלת כוח רב. צמחים מתמודדים עם אוכלי צמחים (הרביבורים) בדרכים מגוונות, למשל: אחסון תרכובות שוחקות כגבישי צורן או גבישי קלציום אוקסלט, הגורמים לשחיקה מהירה של שיניים (חולייתנים) או לסתות חותכות (פרוקי־רגליים).
עבור יצורים קטנים, כמו פרוקי­־רגליים, האתגר גדול במיוחד, מאחר והכוח שהם יכולים להפעיל, על אותו חומר, בהשוואה ליונק גדול למשל, הוא קטן מאוד. יתוש וזאב צריכים (כל אחד למטרתו) לחדור עור של אייל קנדי, אולם היתוש יכול להפעיל כוח שהוא 1/105 מהכוח אליו נזקק הזאב לאותה מטרה. נמלים חקלאיות וחלזונות חותכים עלים שהם גם מזונו של קוף השאגן Alouatta (מרכז ודרום אמריקה). זרעים קשים מהווים מזון לבעלי חיים זעירים וגדולים כאחד Schofield) 2016). אחת האסטרטגיות שנועדו להתגבר על מחסום קשיות החומר היא שימוש ב'כלים' חדים מאוד. החיסרון הבולט של אסטרטגיה כזו הוא שכלים כאלו מגלים רגישות לשבירה. חיזוק 'כלים' בחומרים קשים יותר, כמו מתכות, הוא פיתרון שכיח בעולם החי.
 
תקריב ללסת של קמפונית פולחת.
להבי הלסתות נתונים לעומסי שחיקה גדולים.
 
לפרוקי־רגליים שלד חיצוני (קוטיקולה) הבנוי מתרכובות פולימריות אורגניות, המרובדות במטריצות מורכבות על מנת להשיג שילוב אופטימלי של חוזק וגמישות. תכונות השלד החיצוני אינן אחידות בכל שטחו; התכונות המכניות של השלד משתנות כפונקציה של עובי וקשיחות החומר. רקמת מפרקים הינה רכה וגמישה בכדי לאפשר לפרקים לנוע. פרקי גוף המכילים איברים חיוניים ושרירים נוטים להיות קשיחים יותר כדי למנוע קריסה וכמובן להגן על מבנה הגוף. איברים קוטיקולריים הנתונים לעומסים גבוהים במיוחד נוטים להיות הקשים ביותר. לסתות חותכות (מנדיבולות) צריכות לרסק מזון קשה בלי להישבר או להישחק מהר. ציפורני פיסות הרגליים צריכות להיאחז מבלי להישבר וצינור הטלה דקיק צריך לפעמים לחדור רקמות קשות במיוחד. עבור אורגניזמים המתמודדים עם חומרים קשים איברים אלו הם כלי עבודה לכל הדבר, כלים קוטיקולריים שצריכים לעמוד בלחצי שבירה ושחיקה לאורך כל חייהם.
 
הרבה לפני שהאדם החל להשתמש במתכות ליצירת כלים מכפילי כוח, התפתחו בטבע מנגנונים ביוכימיים המשתמשים במתכות והלוגנים לחיזוק מבנים ביולוגים בחלקי גוף שונים של אורגניזמים. שימוש כזה רווח בפרוקי־רגליים יבשתיים וימיים וגם בתולעים.
הגדלת קשיות של איברים/כלים קוטיקולריים מושגת, בין השאר, תודות לצבירה והשקעה של מתכות כבדות (לעיתים שילוב בינן) כמו: אבץ, מגנזיום, נחושת, ברזל וסידן ויסודות הלוגנים, כמו: כלור וברום. להשקעת מתכות בקוטיקולה שני היבטים, הנוגעים קרוב לודאי למנגנונים ביומכניים שונים. לדוגמא: אבץ מצוי, לעיתים קרובות, בריכוזים גבוהים באזורים הנתונים לשחיקה מתמדת. במינים אחדים של טרמיטים, ריכוז גבוה של אבץ בלהבי הלסתות מעניק שיפור של 20% בעמידות לשחיקה, לעומת מינים עם לסתות נטולות אבץ (Cribb 2007). שימוש דומה באבץ נמצא בציפורני פיסות הרגליים, בעוקצים (הן של עקרבים והן של חרקים), בחלקים שונים של צבתות עקרבים וסרטנים, בציפורני כליצרות של עכבישים ועוד. במצב אחר, מוצאים ריכוז נמוך של מתכת המפוזרת במבנה הקוטיקולרי באופן אחיד או מדורג. לדוגמא: בדוקרנים של חדק המציצה, בפשפש הניזון על מוהל זרעים (צריך לחדור קליפה קשה), מוצאים מגנזיום בפיזור אחיד ובריכוז הקטן מכדי לתרום לכאורה לקשיות המבנה. אולם יתכן מאוד שמגנזיום תורם לחוזק מבני (למשל: עמידות לשבירה) בדרכים ביומכניות אחרות שלא מוכרות עדיין (.(1991 Fontain
 
שיפור תכונות מכניות של מבנים ביולוגים, על ידי השקעת מתכות, היא דוגמא נפלאה לתהליכים אבולוציוניים. המתכות אינן מושקעות בקוטיקולה כצבירי אטומים (כמו ברדיד אלומיניום) אלא משולבות ברמת יון בודד הנקשר לתרכובות (כנראה חלבונים) הבונות את הקוטיקולה. זו כנראה אחת הסיבות שמשקעי מתכות באיברים קוטיקולריים התגלו לראשונה רק בשנת 1982, על ידי Hillerton וחובריו. קשה מאוד לגלות אטום בודד אם לא מחפשים אותו במכוון, כל שכן אם הוא מצוי רק באיברים מאוד מסויימים וזעירים מאוד; למשל: קצה עוקץ העקרב, קצה ציפורן בפיסת הרגל, קצה ציפורן הכליצרה בעכביש או בשוליים החותכים בלסת של נמלה זעירה. מבנים אלו זעירים מאוד, אך פועלים תחת לחצים גדולים מאוד בעת השימוש בהם.
 
ציפורני הכליצרות ברוב העכבישים הן עדינות במיוחד.
הן פועלות כמחט רפואית והקצה שלהן חד מאוד ודקיק במיוחד.
 
אחד מהחוקרים המובילים במחקר על השקעת מתכות בכלים קוטיקולריים בפרוקי־רגליים הוא Robert M. S. Schofield מאוניברסיטת אורגון בארה"ב.
מאמר של Schofield משנת 2002 עוסק בהשקעת אבץ בפועלות של נמלים חקלאיות מהמין Atta sexdens. נמלים אלו מגדלות פטריות על מצע אורגני המעובד מעלים שנקטמים על העצים ומובאים על ידי פועלות מלקטות לקן. נמצא שעיקר תהליך השקעת האבץ בלסתות מתבצע לאחר סיום תהליך הבירוס (התהליך הכימי בו הקוטיקולה הרכה מתקשה לאחר ההתנשלות) ובמהלך תקופה של 3-4 שבועות, בהן הנמלה הבוגרת מצוייה בשלב חניכות, בו היא אינה יוצאת מהקן ומבצעת רק מטלות פנים (חניכות כזו מוכרת מנמלים בכלל) כמו טיפול בולדות, ואינה כוללת מטלות המצריכות מגע של הלסתות עם עצמים קשים. Schofield מציין את ההבדלים במעורבות נמלים חניכות במטלות הקן. עיבוד עלים בקן נעשה בשני שלבים: קיצוץ ולעיסה (באתרים דומים). אחוז גבוה יותר של נמלים חניכות משתתפות בשלב הלעיסה, המתבצע עם הלסתות האמצעיות (מקסילות) מאשר בשלב הקיצוץ, המתבצע עם הלסתות העליונות (מנדיבולות). Schofield טוען שלגיל המנדיבולות תפקיד נכבד בהגדרת התפקיד של פועלת בוגרת. חיתוך עלים היא מטלה הדורשת יותר אנרגיה ושימוש בלסתות שאינן קשות מספיק יגרום גם לשחיקה מהירה יותר. לכן נמלים חניכות יופנו לחיתוך עלים בקן ומחוצה לו (ליקוט) רק כאשר הלסתות שלהן תגענה לבגרות המתאימה.
על אף התרומה של השקעת מתכות בעמידות הלסתות, שחיקתם היא בלתי נמנעת. במאמר משנת 2010 Schofield וחובריו מראים ששחיקת לסתות של מלקטות  בנמלים חקלאיות (Atta cephalotes) משפיעה על הארגון החברתי והקצאת המשאבים בקן הנמלים. נמצא שמלקטות עם מנדיבולות שחוקות עוברות כמעט בלעדית לעבודת סבלות (סחיבת עלים).
 
נמלה חקלאית חותכת עלה. להבי הלסתות פועלים כמספריים.
 
מאמר משנת 2003 (השקעת אבץ, מגנזיום וסידן בכלים קוטיקולריים של נמלה Tapinoma sessile ועקרב Vaejovis spinigerus) מצביע על כך שהשקעת המתכת בנמלה ובעקרב שנחקרו נעשית רק לאחר תום מרבית שלב הבירוס. אבץ מגיע אל האזורים הנחוצים דרך מערכת של תעלות נונומטריות המצויות רק באיברים הללו. אחת התעלומות היא מאלו מאגרים בגוף מגיע האבץ. נמצא שגוף הנמלה מכיל כמות אבץ הגדולה, עשרות מונים מהכמות המצויה בכלים הקוטיקולריים. אבץ מצוי בגוף של הנמלה באופן טבעי, עבור שימוש בתהליכים ביוכימיים וגם נאגר באזור המעי התיכון, אולם המחקר לא מצא שינויים בתכולת האבץ בגוף הנמלה, באזורים מוכרים וההשערה היא שהאבץ המושקע מגיע ממאגרים לא מוכרים הפזורים בגוף הנמלה.
Schofield מעריך על סמך ממצאי המחקר ומחקרים תומכים אחרים, שהדמיון בצורת ההשקעה ובתהליכי ההשקעה שבין הנמלה לעקרב, המייצגים כל אחד קבוצה טקסונומית נפרדת אך קרובה יחסית (שניהם פרוקי־רגליים), מהווה עדות תומכת להשערה שהשקעה של מתכות כבדות והלוגנים למטרת חיזוק מבנים ביולוגים היא קדומה מאוד והחלה בטרם החלה הפרדה בין שתי הקבוצות.
 
חיזוק להשערת התכונה הקדומה התקבל ממאובן בן 46 מיליוני שנים, של חיפושית ממשפחת הקצרחפיתיים Staphylinidae, שהתגלה על ידי חוקרים מהסמית'סוניאן בארה"ב. המאובן הזעיר השתמר היטב ואיפשר לבצע אנליזה של הלסתות, שהעלתה שבקצה הלהבים החותכים קיימת תכולה גבוהה של אבץ (13%~). במקביל נעשתה אנליזה של לסתות של קצרחפית מודרנית, הדומה לפרט המאובן ונמצא שהן מכילות 3%~ אבץ. החוקרים סוברים שהתכולה הגבוהה יחסית במאובן היא תוצא של אובדן חומר מקורי במהלך התאבנות הפרט (Greenwalt 2016). המחקר מצביע על כך שמרבית המחקרים על השקעת מתכות בלסתות של חיפושיות נעשו על מינים המכרסמים חומר עצי קשה ואילו הקצרחפיות הן חרקים טורפים הניזונים מפרוקי־רגליים קטנים שהן מוצאות בשכבת הקרקע העליונה.
ממצא אף עתיק יותר זוהה בענבר בן 98 מיליוני שנים. מדובר בנמלה שהתקיימה בתקופת הקרטיקון והתבלטה בלסתות גדולות במיוחד ושלוחה קוטקולרית ארוכה, דמוית קרן. נמלה זו השתייכה לשושלת אבולוציונית שנכחדה. סריקת רנטגן העלתה שהקרן מחוזקת במה שנראה כחלקיקי מתכת (לא נעשתה אנליזה של החומר המצריכה פגיעה במאובן). אחת ההשערות לגבי התפקיד של הקרן המחוזקת הוא סיוע ללסתות, המתפקדות כמלכודת, בלכידת הטרף גדול וחזק.
 
השוואת לסתות נמלה חקלאית ( A. cephalotes) לפני ואחרי שחיקה.
 
השקעת מתכות בכלים קוטיקולריים מוכרת במאות מינים מקבוצות רבות של חרקים, בהם: חגבאים, תיקאים (טרמיטים), פשפשאים, מקלונאים, חיפושיות, זבובאים (זחלים) פרפראים (זחלים) דבוראים וגם מנדלים ועכבישנים (עקרבים ועכבישים). מחקרים הראו שמשקעי מתכות הם ספציפיים לאתרים חותכים, דוקרים או שוחקים ואצל חיפושיות וטרמיטים נמצאה תאימות גבוהה עם קשיות מקורות המזון.
 
Cribb וחובריה הראו ב־2007 את השפעת השקעת האבץ בלסתות על העמידות שלהן לשחיקה מול לסתות נטולות אבץ. במחקר ממשיך Cribb וחובריה השוו תכולת אבץ בלסתות של טרמיטים המייצגים את כל תת־המשפחות בתת־סדרת הטרמיטים (Cribb 2008). נמצא שבקבוצות המצויות בבסיס השושלת, כלומר מוצאן הקדום ביותר, אין בלהבי הלסתות משקעי אבץ וכמות המגנזיום זניחה. הנחת החוקרים היא שממצא זה מייצג את המצב באב הקדמון של הטרמיטים. למרות שלא אותר אבץ בלסתות, נמצא שמתקיימים בקוטיקולה מספר אלמנטים ביוכימיים החיוניים להשקעת אבץ.
בכל שאר קבוצות הטרמיטים נמצאה כמות קטנה של מגנזיום וכמות זעירה של אבץ, למעט בקבוצה אחת; טרמיטי עץ Kalotermitidae. בקבוצה זו נמצאה כמות אבץ משמעותית בלהבי הלסתות. ממצא זה מחדד את הקשר בין אורח החיים והדיאטה, לפרופיל משקעי מתכות בלסתות של טרמיטים. לסתות מחוזקות בטרמיטי עץ קשורות כפי הנראה לסביבה יבשה מאוד ונבירה בחלקי עץ קשים (לחות גבוהה מסייעת לרכך עץ). מבחן שחיקה ללסתות של טרמיט עץ בהשוואה למינים מייצגים מתת־משפחות אחרות מצביע על כך שלסתות עם תכולת אבץ גבוהה מגלות עמידות גבוהה יותר לשחיקה.
מאמר מאוחר יותר של Stewart וחובריו 2011 הראה שאחסון מתכות בטרמיט Tumulitermes tumuli מאוסטרליה נעשה בצינורות מלפיגי (חלק ממערכת ההפרשה).
 
מיפוי רנטגן של לסתות טרמיטים. גווני אדום צהוב מממפים את ריכוז המגנזיום בלהבי החיתוך.
 
דוגמא נוספת לקורלציה בין עמידות בשחיקה לשימוש במתכת או שילוב מתכות במבנים קוטיקולריים מוצאים במאמר של Fontaine 1991. במחקר שנעשה ביערות מחטניים בקולומביה הבריטית (קנדה) הראו החוקרים מתאם חזק בין חרקים נוברי זרעים ועץ לנוכחות של מתכות בלסתות או מבנים אחרים הקשורים לאכילה. קבוצות החרקים שנבדקו במחקר כללו זחלי פרפראים נוברי זרעים, חיפושיות נוברות זרעים וחיפושיות נוברות עצה, חיפושיות טורפות הנוברות בעצים אחר חרקים נוברי עץ, פשפשי זרעים המוצצים מוהל מזרעים קשים, צרעות המתפתחות בתוך זרעים, זבובאים המתפתחים בעפצים או איצטרובלים. בכל המינים שמשתמשים בלסתות לנבירה נמצאו בהן ריכוזים של אבץ ואילו במינים מוצצים נמצאו ריכוזים של מגנזיום או סידן או שילוב של השניים.
Morgan וחובריו (2003) מצביעים על כך שאבץ מצוי בלסתות של זחלים (פרפראים וחיפושיות) הנוברים בזרעים קשים, אך לא בזחלים (חיפושיות) הנוברים בזרעים שנוגעו וקיימים בהם כבר פתחי חדירה.
 
מיפוי רנטגן של לסת של זחל של תנשמית. ריכוז האבץ מסומן בכחול.
 
דוגמא מהקצה האחר, מוצאים בחרקים המטילים ביצים בתוך רקמות קשות של צמחים (עלים, פירות או גזעים). רקמות צמחיות מציבות אתגרים לא פשוטים לאיברי ההטלה. רקמות צמחיות מכילות ליגנין - פולימר אורגני המקנה לדופן התאים בצמח חוזק מכני, במיוחד בעצים. הליגנין מקשה לאכול את הצמח או/ו לחדור דרך הרקמות הקשות והסיביות.
לצרעות פרזיטואידיות (על נוברי עץ) ממספר משפחות צינור הטלה ארוך וגמיש במיוחד, הכולל 2 דוקרנים עם ראשים משוננים הפועלים לסרוגין כמשורים זעירים. צינור הטלה כזה מסוגל לחדור עמוק דרך קליפת גזע עץ, קליפת פרי או מעטפת עפץ נוקשה. Quicke וחובריו (1998) הראו שהשקעת מתכות בקוטיקולה או בכלים קוטיקולריים נפוצה בדבוראים המטילים בתוך רקמות צמחים. אבץ נמצא בדוקרנים של איברי הטלה בקודחניתיים Siricidae (משפחה של נוברי עץ באל־שניציים), המחדירים את צינור ההטלה לתוך גזעי עצים. אבץ נימצא גם באיברי הטלה של מינים רבים בעל־המשפחה כלצידים Chalcidoidea הכוללת מספר משפחות של צרעות פרזיטואידיות. בצרעה פרזיטואידית ממשפחת הפטרומילתיים התוקפת חרקים המתפתחים בתוך פרי של תאנה, להבי הדוקרנים המשוננים של צינור ההטלה מכילים אבץ (Kundanati 2014).
 
אצל צרעתניים Ichneumonidae (צרעות פרזיטואדיות) נמצא רק מגנזיום. בעל־משפחה Megalyroidea (צרעות פרזיטואידיות) נמצאו אבץ ומגנזיום באיבר ההטלה (אולם באתרים שונים). אצל צרעות עוקצות או המטילות ברקמות רכות, או שאינן מטילות לתוך רקמות, לא נמצאה השקעת מתכות (למעט במשפחה חדבטניים Bethylidae). השקעת אבץ נפוצה בלסתות של דבוראים המכרסמים דרך רקמות צמחיות בדרכם החוצה לאחר גיחה מהגולם, גם במינים שלא נמצאה אצלם השקעת מתכות באיברי ההטלה Quicke) וחובריו 1998).
 
Polidori וחובריו (2013) בדקו את הקשר שבין השקעת מתכות בכלים קוטיקולריים בצרעות יוצרות עפצים או תוקפות/פולשות עפצים לבין קשיות החומר הצמחי. בין השאר נמצא קשר חיובי בין ריכוזים גבוהים של מתכת (אבץ, מגנזיום, סידן או שילוב שלהם) למינים החודרים לריקמה צמחית קשה. נמצא קשר נסיבתי בין רמת הקושי של המצע לריכוז ולמיקום של המתכת בכלי הקוטיקולרי - ריכוזי אבץ נמצאו בדוקרני צינור הטלה של מינים הקודחים בעצפים קשים ולא במינים קרובים, שאינם קודחים או במינים יוצרי עפצים המטילים ברקמות עלים שהן עדיין רכות יחסית.
 
נקבת צרעתן מהמין Exeristes roborator מטילה לתוך קרקפת של חורשף צהוב, בתוכה חבוי זחל של חדקונית.
 
Schofield & Lefevre 1989, היו הראשונים להראות השקעת מתכות בכלים קוטיקולריים בעכבישים. השקעת אבץ בריכוזים גבוהים נמצאה בשכבה דקה מאוד על פני ציפורני הכליצרות. לעומת זאת ב'שיני' הכליצרה ובציפורני הבחנינים וציפורני פיסות הרגל לא נמצא אבץ, אבל נמצא מגנזיום. השקעת מתכות בעכבישים מפתיעה משהו, משום שעכבישים אינם צריכים לחדור רקמות מאוד קשות, ועל הרוב (במיוחד במינים עם כליצרות עדינות), הם חודרים את הקוטיקולה של טרפם בנקודות הרכות, כמו למשל בין הפרקים, שם הקוטיקולה רכה ודקה. בין המינים שנחקרו בהקשר הזה היו: גלגלן הצלב Araneus diadematus; מין בונה רשתות. פרוונית מהסוג Aphonopelma; מין קרקעי. זאבן מסוג Alopecosa; מין משוטט הרודף אחר טרפו. מחקר זה מעלה שאלות על הנסיבות האבולוציוניות של השקעת מתכות בעכבישים ואתר ההשקעה של כל מתכת. האם השקעת המתכות נוגעת רק לשיפור החוזק המכני של הקוטיקולה? אופן הפעולה המכני של האיברים, בהם נמצאה השקעת מתכות, שונה; הן מטבע תפקידם ומכך גם העומסים הפועלים עליהם, והן מאורח החיים של כל מין. לציפורני פיסות הרגליים דרישות מכניות שונות מאשר ל'שיני' הכליצרות שמטרתן לרסק את הטרף ולסחוט את הנוזלים כדי לאפשר מציצת נוזלים. ציפורני הכליצרות צריכות לא רק לחדור את רקמת הטרף אלא גם לעמוד בלחץ ההתנגדות שלו עד שהארס יגרום למותו.
מחקרים מאוחרים הראו שמבנה הכליצרות אינו אחיד וציפורני הכליצרות עשויות מקוטיקולה בעלת מבנה סריגי מדורג הן ברמה הכללית והן ברמה המיקרונית, דירוג זה מתקיים גם בהשקעת המתכות, כאשר הריכוזים הגבוהים מצויים בקצה החד ביותר של הציפורן. המתכות מושקעות בתוך מטריצות חלבוניות הבונות את הקוטיקולה ותורמות לחיזוק המבנה שלה, הקשיות שלה ופיזור עומסים יעיל לאורך הכליצרה. Politi וחובריה 2017, הראו שהשקעת האבץ בקצה ציפורן הכליצרה נעשית לאחר תהליך הבירוס הראשוני שלאחר ההתנשלות והאבץ נע לאתר ההשקעה דרך מערכת תעלות ננומטרית המצויה בקצה ציפורן הכליצרה.
חקר מבנה הקוטיקולה בציפורן הכליצרה, הדרך בה מושקעות בה מתכות והאופן בו הן משנות את תכונות הקוטיקולה יאפשר בעתיד פיתוח חומרים מרוכבים חדשניים על ידי שימוש בחומרי גלם זולים עבור ייצור מוצרים הדורשים תכונות ייחודיות בצורה, בחוזק המבני ובאלסטיות.
 
מפוי רנטגן של כליצרות ושיני כליצרות של גלגלן הצלב.
מימין ניתן לראות את הפיזור המשתנה של המתכות השונות.
 
הידע המדעי על התהליכים הביולוגים הקשורים בהשקעת מתכות, במיוחד בכלים קוטיקולריים מצוי רק בתחילתו. החוקרים ממשיכים לפתח שיטות מחקר ומעקב כדי להבין טוב יותר את כלל התהליכים והשלבים הנוגעים להשקעת מתכות.
השימוש של הטבע בטכנולוגיות של חומרים מרוכבים בכלל אינו חדש לנו והמחקר המודרני עוסק רבות בהבנה של התהליכים הביוכימיים והביומכניים, לא רק במטרה להבין טוב יותר את היצורים עצמם וההיסטוריה האבולוציונית שלהם, אלא גם, ואולי בעיקר, כדי ללמוד כיצד ליישם את ידע בתחום הביומימטיקה1 והשימוש בביו־חומרים2 או בחומרים מרוכבים חדשים לפיתוחים תעשייתיים ואפילו ביישומים עבור הדברה ידידותית של מזיקי חקלאות (למשל פיתוח מעכבי השקעת מתכות).
 
האבולוציה היא המעבדה הכי גדולה והכי מנוסה בעולם. כל מה שאנו מכירים (וזה רק אפס קצה) הוא תוצר מיליוני שנים של ניסיונות הבוררים את התוצאות הטובות ביותר לזמן הרלוונטי. בפרספקטיבה של חיי אדם ואפילו של גיל האנושות, האבולוציה משקפת אינספור מחקרים שלעולם לא נוכל לחזור עליהם או לגלות מחדש. מסיבה זו האבולוציה והתוצאות שלה מאפשרות לנו לבחון רעיונות ותהליכים קיימים או נכחדים ולהתאים אותם, במידת האפשר, לצרכים שלנו בעלות נמוכה יחסית של זמן אדם ומשאבים כלכליים. הסוד הוא לבחון את סודות הטבע ולאמץ או להתבסס על פתרונות קיימים לצרכים עכשוויים ועתידיים. אבל הזמן פועל לרעתנו, כמין דומיננטי בעולם שביר, אנו הולכים ומאבדים במהירות שיא אוצרות ידע וחוכמה שנצברו בטבע במשך חייו של כדור הארץ. וכל זאת בתמורה לפתרונות קצרי טווח קלים אך עתירי משאבים, הפוגעים במערכת האקולוגית העדינה שאנו, בין ונרצה או לא, חלק ממנה, עד הסוף הבלתי נמנע.
 
אין ספק שקיימים עוד אלפי מינים העושים שימושים ביומכניים במתכות והלוגנים. האם נספיק לזהות מינים אלו ולהבין מי מהם יכול, דרך מחקר ופיתוח, לתרום לשיפור הרווחה האנושית? כמה מהם יאבדו לעד תחת מכבשי הקידמה, כמה השקעה בשעות מחקר ומשאבים כספיים נצטרך כדי להמציא מחדש מה שהטבע ברר כמוצלח ביותר עבור צרכים מוגדרים?
 
1. ביומימטיקה - משמעות המושג היא "חקיינות של הטבע". הביומימטיקה (או ביומימיקרי) לוקחת את המודל הביולוגי שבו פותר הטבע בעיה ומנסה להשליך אותו אל התחום המדעי ולהיעזר בו לפתרון בעיה דומה.
2. ביו־חומרים - חומרים המשמשים להחלפת חלקים של מערכות ביולוגיות או לפעולה במגע קרוב עם רקמות חיות.

 
מקורות נבחרים:
 
X סגור חלון
  לחווית גלישה משופרת מומלץ לגלוש באמצעות מסך גדול
גם בפייסבוק