یخ به خز خرس قطبی نمی‌چسبد – اما چرا؟

در گستره‌ی یخ‌زده‌ی قطب شمال، خرس‌های قطبی به‌راحتی روی یخ سر می‌خورند و در آب‌های زیر صفر شیرجه می‌زنند – اما خز آن‌ها به طرز شگفت‌انگیزی از یخ‌زدگی در امان است.

سال‌هاست که دانشمندان به این موضوع فکر می‌کنند: چگونه این شکارچیان رأس زنجیره‌ی غذایی، از تبدیل شدن به توده‌های یخی متحرک جلوگیری می‌کنند؟ پاسخ، درعین‌حال ساده و شگفت‌آور است: موی چرب.

نقش چربی در جلوگیری از چسبیدن یخ

محققان نمونه‌های موی شش خرس قطبی وحشی را بررسی کردند و دریافتند که سبوم موجود در خز آن‌ها – که از کلسترول، دیا‌سیل‌گلیسرول‌ها و اسیدهای چرب تشکیل شده است – نقش حیاتی در جلوگیری از تجمع یخ ایفا می‌کند.

زمانی که این چربی از موها حذف شد، خز خاصیت مقاومت در برابر یخ را از دست داد و مانند موی انسان رفتار کرد، که یخ به‌راحتی به آن می‌چسبد.

این پژوهش، بینش جدیدی درباره‌ی نحوه‌ی سازگاری خرس‌های قطبی با محیط سخت آن‌ها ارائه می‌دهد و همچنین امکان توسعه‌ی مواد جدیدی را فراهم می‌کند که در برابر تجمع یخ مقاوم باشند.

چربی طبیعی خز خرس قطبی

این مطالعه توسط “جولیان کارولان”، دانشجوی دکترای دانشکده‌ی شیمی کالج ترینیتی دوبلین و مرکز تحقیقاتی AMBER ایرلند، هدایت شد.

کارولان توضیح داد:
“ما میزان چسبندگی یخ را اندازه‌گیری کردیم که نشان می‌دهد یخ تا چه حد به خز می‌چسبد، خاصیت آب‌گریزی را بررسی کردیم که تعیین می‌کند آیا آب می‌تواند پیش از یخ زدن از روی سطح خز خارج شود یا نه، و زمان تأخیر یخ زدن را سنجیدیم که نشان می‌دهد قطره‌ی آب روی یک سطح خاص در دمای مشخص چه مدت طول می‌کشد تا یخ بزند.”

سپس عملکرد موی خرس قطبی را با موی انسان و دو نوع “پوست اسکی” مصنوعی مقایسه کردند.

نتایج تأیید کرد که موی چرب و نشسته‌ی خرس قطبی به‌شدت در برابر یخ مقاوم است. اما زمانی که شسته شد، چربی خود را از دست داد و مانند موی انسان رفتار کرد که یخ به‌راحتی به آن می‌چسبد.

کشفی غیرمنتظره در ترکیب شیمیایی خز

تحلیل‌های شیمیایی بیشتر، جزئیات جالبی را آشکار کرد – سبوم خرس قطبی فاقد “اسکوالن” است. این ترکیب چرب در موی انسان و پستانداران آبزی مانند سمور دریایی شایع است. عدم وجود اسکوالن در خرس‌های قطبی نشان می‌دهد که این ویژگی یک سازگاری تکاملی کلیدی برای جلوگیری از تجمع یخ است.

الهام گرفتن از طبیعت برای نوآوری‌های جدید

دکتر “ریچارد هابز” به تأثیر گسترده‌تر این کشف اشاره کرد:
“حیواناتی که در زیستگاه‌های قطبی زندگی می‌کنند، به‌عنوان منبع الهام برای توسعه‌ی مواد ضد‌یخ جدید در نظر گرفته می‌شوند.”

برای مثال، گروه “آن کیتزیک” در دانشگاه مک‌گیل اخیراً دریافتند که ساختار سلسله‌مراتبی پرهای پنگوئن جنتو، خاصیت ضد‌یخ آن‌ها را فراهم می‌کند، نه روغن چربی که روی پرها پوشیده شده است.

وی افزود:
“مطالعه‌ی ما نشان می‌دهد که خز خرس قطبی راهبردی جایگزین برای ایجاد سطحی ضد‌یخ ارائه می‌دهد که بر ترکیب خاصی از لیپیدهای موجود در سبوم خز یا چربی موی آن متکی است.”

این پژوهش نه‌تنها دلیل مقاومت خرس‌های قطبی در برابر تجمع یخ را روشن می‌کند، بلکه مسیرهای جدیدی برای توسعه‌ی پوشش‌های ضد‌یخ پایدار و سازگار با محیط‌زیست ارائه می‌دهد. محققان امیدوارند که بتوانند جایگزین‌هایی الهام‌گرفته از طبیعت برای مواد شیمیایی مضر مانند PFAS – که در حال حاضر در پوشش‌های ضد‌یخ استفاده می‌شوند – پیدا کنند.

ویژگی‌های منحصربه‌فرد خز خرس قطبی

علاوه بر کاربردهای علمی، این کشف اطلاعات ارزشمندی درباره‌ی تکنیک‌های شکار خرس قطبی و سنت‌های اینوئیت‌ها ارائه می‌دهد.

پروفسور “بودیل هولست” از دانشگاه برگن توضیح داد که این سازگاری چه مزایایی برای خرس‌های قطبی در حیات وحش دارد.

“یکی از استراتژی‌های اصلی شکار خرس‌های قطبی، ‘شکار بی‌حرکت’ است، جایی که آن‌ها بدون حرکت کنار یک سوراخ تنفسی روی یخ دراز می‌کشند و منتظر می‌مانند تا فُک‌ها به سطح بیایند. این نوع شکار اغلب به ‘تعقیب در آب’ تبدیل می‌شود، جایی که خرس قطبی با استفاده از پاهای عقبی خود به داخل آب سر می‌خورد تا طعمه‌اش را دنبال کند. هرچه چسبندگی یخ کمتر باشد، صدای تولید شده نیز کمتر خواهد بود و خرس می‌تواند سریع‌تر و بی‌صداتر سر بخورد.”

شکارچیان اینوئیت مدت‌هاست که از این مزیت آگاه بوده‌اند. آن‌ها گاهی اوقات نیمکت‌های شکار خود را با خز خرس قطبی می‌پوشانند تا هنگام حرکت روی یخ، صدا کاهش یابد. همچنین شلوارهای خرسی (که با همین اصل ساخته می‌شوند) به شکارچیان این امکان را می‌دهد که بی‌صدا حرکت کنند و طعمه را آگاه نکنند.

نکته‌ی مهم این است که روش‌های سنتی آماده‌سازی خز اینوئیت‌ها، چربی طبیعی آن را حفظ می‌کند. برخلاف خز روباه که اغلب با سنگ صابون یا خاک رس خشک تمیز می‌شود، خز خرس قطبی نشسته نگه داشته می‌شود تا ویژگی‌های منحصربه‌فرد آن حفظ شود.

پیامدهای فناوری آینده

این پژوهش نه‌تنها درک ما را از بقای حیوانات در قطب شمال عمیق‌تر می‌کند، بلکه کاربردهای عملی برای فناوری آینده دارد.

با مطالعه‌ی نحوه‌ی جلوگیری طبیعت از تجمع یخ، دانشمندان قصد دارند راه‌حل‌های پایدارتری برای صنایعی که به مواد مقاوم در برابر یخ نیاز دارند، ایجاد کنند.

خز خرس قطبی، با چربی طبیعی خود، ممکن است الهام‌بخش نسل جدیدی از پوشش‌های ضد‌یخ سازگار با محیط‌زیست باشد که می‌توانند در حمل‌ونقل، ورزش‌های زمستانی و کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار گیرند.

این مطالعه در مجله‌ی Science Advances منتشر شده است.