برای چشمی که آموزش ندیده است، زنبورهای Megaphragma ممکن است فقط به‌صورت ذرات ریزی از گرد و غبار به نظر برسند، اما این حشرات میکروسکوپی – که تنها یک‌پنجم میلی‌متر اندازه دارند – شکارچیان قدرتمندی هستند.
شکارچیان ریزاندام
این زنبورها، طعمه‌هایی حتی کوچک‌تر از خودشان به نام تریپس را شکار می‌کنند و از آن‌ها هم به‌عنوان منبع تغذیه و هم به‌عنوان پناهگاه استفاده می‌کنند.
این زنبورهای بسیار کوچک وارد بدن تریپس‌ها شده و در آنجا تخم‌گذاری می‌کنند. تخم‌ها درون میزبان‌شان رشد کرده، تغذیه می‌شوند و به طور کامل در همان فضا بالغ می‌شوند.
این سبک زندگی غیرمعمول نیازمند آن است که زنبورها بتوانند در فضاهایی جای بگیرند که برای بیشتر حشرات غیرممکن است. بنابراین، دانشمندان همواره کنجکاو بوده‌اند که بدانند چگونه بدن و اندام‌های این زنبورها در چنین ابعاد ریز و محدودی کار می‌کنند.
مطالعه‌ای که به‌تازگی به سرپرستی دکتر گرِگور بِلوسیش از دانشکده بیوتکنولوژی دانشگاه لیوبلیانا انجام شده، شاید بخشی از این معما را حل کرده باشد.
شگفتی‌های مینیاتوری دنیای حشرات
زنبورهای Megaphragma فقط از تریپس‌ها زرنگ‌تر نیستند، بلکه نشان می‌دهند کوچک‌سازی بدن تا کجا می‌تواند پیش برود پیش از آنکه ویژگی‌های اساسی از کار بیفتند.
بیشتر حشرات برای حرکت و کاوش در محیط به چشم‌های خود متکی هستند. چشم‌های مرکب آن‌ها از واحدهای کوچکی به نام اوماتیدیوم تشکیل شده‌اند که نور ورودی را دریافت می‌کنند.
چشم‌های مرکب شگفت‌انگیز
در گونه Megaphragma viggianii، پژوهشگران تنها ۲۹ اوماتیدیوم را شمارش کرده‌اند، که در مقایسه با تعداد زیاد این واحدها در چشم‌های حشرات بزرگ‌تر، رقم بسیار کمی محسوب می‌شود.
هر اوماتیدیوم کوچک، لنزی به اندازه حدود ۸ میکرومتر دارد، اما این مقدار همچنان برای متمرکز کردن نور بر روی ساختارهای ویژه‌ی زیرین کافی است.
ربدوم که درون هر اوماتیدیوم قرار دارد (واحدهای نوری که چشم مرکب حشرات را تشکیل می‌دهند)، همچنان ضخامت کافی – حدود ۲ میکرومتر – دارد تا مقدار مناسبی از نور را دریافت کرده و سیگنال‌های نوری را به مغز ارسال کند.
این تعادل بین اندازه لنز و ضخامت ربدوم، به نظر می‌رسد که وضوح بینایی را در طول ساعات روز حفظ می‌کند.
هزینه انرژی برای بینایی
گرانول‌های رنگدانه‌ای فشرده در کناره‌های هر اوماتیدیوم قرار گرفته‌اند تا از ورود نورهای پراکنده‌ای که ممکن است باعث تاری دید شوند، جلوگیری کنند.
حفظ بینایی در این مقیاس کوچک ممکن است نیازمند انرژی زیادی باشد. برخی داده‌ها نشان می‌دهند که در این سلول‌های گیرنده‌ی نوری، میتوکندری‌های فراوانی وجود دارد، که بیانگر هزینه متابولیکی بالای بینایی است.
تشخیص نور قطبی‌شده
حدود یک‌سوم اوماتیدیوم‌ها در نزدیکی بخش بالایی چشم تجمع یافته‌اند. این ساختارهای ویژه به نظر می‌رسد که قادر به تشخیص نور قطبی‌شده باشند، قابلیتی که در بسیاری از حشرات برای جهت‌یابی در زیر آسمان باز استفاده می‌شود.
در بسیاری از گونه‌های حشرات، این بخش از چشم که به آن ناحیه لبه پشتی می‌گویند، برای مسیریابی و مهاجرت موفقیت‌آمیز ضروری است و راهنمایی پایداری را حتی در غیاب نشانه‌های بصری ارائه می‌دهد.
حسگرهای نوری اضافی
علاوه بر این، چند سلول گیرنده‌ی نور منحصر‌به‌فرد نیز در پشت ردیف اول اوماتیدیوم‌ها پنهان شده‌اند. این سلول‌ها طوری قرار گرفته‌اند که نور را به‌طور غیرمستقیم دریافت کنند.
برخی کارشناسان معتقدند که این گیرنده‌های پنهان ممکن است در تنظیم ریتم شبانه‌روزی یا دیگر فرایندهای درونی بدن نقش داشته باشند.
با وجود کوچک بودن این چشم‌ها، آن‌ها همچنان پیچیدگی شگفت‌انگیزی دارند.
سازگاری‌های چشمگیر با کوچک‌سازی شدید
این زنبورها نشان می‌دهند که کاهش اندازه دارای محدودیت‌هایی است. سلول‌های چشم همچنان دارای هسته‌هایی هستند که دست‌نخورده باقی مانده‌اند، برخلاف قسمت‌هایی از مغز زنبور که در فرآیند کوچک‌سازی، هسته‌های خود را از دست داده‌اند.
حفظ ساختارهای سلولی بزرگ‌تر ممکن است برای دریافت نور و پردازش سیگنال‌های نوری ضروری باشد. اگر چشم‌ها بیش از حد کوچک شوند، بینایی ممکن است دیگر برای پرواز یا پیدا کردن میزبان مفید نباشد.
مسیرهای آینده پژوهش
دانشمندان این چشم‌های کوچک را فرصتی برای مطالعه زیست‌شناسی در شرایط افراطی می‌دانند. درک نحوه عملکرد لنزها و حسگرهای نوری در این ابعاد می‌تواند الهام‌بخش ایده‌هایی در زمینه رباتیک میکرو یا دستگاه‌های تصویربرداری باشد.
روش‌های میکروسکوپی مدرن امکان نقشه‌برداری سه‌بعدی از این چشم‌ها را فراهم کرده‌اند که به محققان اجازه می‌دهد سیستم‌های بینایی در ابعاد کوچک را شبیه‌سازی کرده و با چشم‌های حشرات بزرگ‌تر مقایسه کنند.
الهام‌بخشی برای فناوری‌های پیشرفته
نحوه مدیریت بینایی در چنین مقیاس کوچکی، توجه مهندسان و طراحانی را که بر روی سیستم‌های تصویربرداری مینیاتوری کار می‌کنند، به خود جلب کرده است.
با مطالعه عملکرد لنزهای ریز و ساختارهای حساس به نور در این زنبورها، پژوهشگران ممکن است بتوانند میکرو-دوربین‌های بهتری برای کاربردهای پزشکی، رباتیک و نظارت توسعه دهند.
پیشرفت‌های اپتیک الهام‌گرفته از زیست‌شناسی در حال حاضر طراحی حسگرهای فوق کوچک را شکل داده‌اند.
درک نحوه بهینه‌سازی دریافت نور در این زنبورها، در عین جلوگیری از اعوجاج تصویر، می‌تواند به تحولات بزرگی در طراحی سیستم‌های تصویری فشرده که در شرایط کم‌نور یا فضاهای محدود کار می‌کنند، منجر شود.
این مطالعه در نشریه eLife منتشر شده است.
