ماذا يمكن أن تعلمنا المخلوقات البحرية اللزجة عن صنع الغراء

ماذا لو استطعنا أن نستخدم القدرة على اللزوجة في المخلوقات البحرية مثل بلح البحر والمحار والبرنقيل، والتي ترفض أن تتزحزح حتى على السواحل الرطبة والعاصفة؟ لنغطس في العالم الرائع للحيوانات التي تصنع الغراء والأسمنت الخاص بها مع العالم جوناثان ويلكر - ولنستعرض بعض الأشياء المدهشة التي يمكننا تعلمها من كيفية قيامها بذلك.

أود منكم مشاركتي في رحلة ميدانية،

وأريد أن أذهب إلى الشاطئ
وأن آخذكم كلكم إلى الشاطئ

فنستمتع بجو البحر والرذاذ المالح.

ولننزل إلى حافة الماء،

وستلاحظون أننا نتعرض لضرب الأمواج،

وأنه يصعب جداً البقاء ثابتين في المكان.

ولكن الآن، انظروا للأسفل،

وما سترون

أن الصخور مغطاة
بكل أنواع المخلوقات البحرية،

التي تبقى فقط في مكانها هناك، بدون مشكلة.

ومن الواضح أنه إذا أردتم البقاء أحياء

في هذه البيئة المتطلبة،

فإن وجودكم يعتمد على قدرتكم
على صنع الغراء، في الواقع.

لذا دعوني أقدم لكم بعض أبطال قصتنا،

فقط عدد قليل منهم.

هذا بلح البحر،

وستلاحظون أنه يغطي الصخور.

لقد صنعت المواد اللاصقة،

وتعلق على الصخور،

وتلتصق ببعضها البعض أيضًا.

وتبقى مع بعضها كمجموعة.

هذه صورة مقربة لشعاب من المحار،

والمحار كائنات مدهشة.

وما تفعله هو أنها تلتصق مع بعضها البعض،

وتصنع أنظمة الشعاب الضخمة والواسعة.

ويمكن أن تمتد لكيلومترات طولًا،
وأمتار عمقًا،

ويمكن القول إنها الأكثر تأثيرًا

على مدى صحة أي نظام بيئي في الساحل،

لأن ما تفعله هو تصفية المياه باستمرار،

وتحفظ الرمل والتراب في مكانه.

في الواقع، تعيش أنواع أخرى
داخل هذه الشعاب.

ثم إذا كنتم تفكرون في ما يحدث
عندما تأتي العاصفة،

إذا كان لارتفاع العاصفة
أن يصل إلى أميال من هذه الشعاب،

فسيكون الساحل وراءها محميًا.

لذلك إنها مهمة جدًا.

إذا كنتم قد ذهبتم إلى أي شاطئ صخري
في أي مكان في العالم،

فربما تعرفون كيف تبدو البرنقيل.

وما تفعله هذه الحيوانات...

وهي أنواع عديدة، هذه فقط ثلاثة منها...

هو أنها تصنع مادة لاصقة،

وتلتصق ببعضها البعض، وتلتصق بالصخور،

وتبني مجتمعات، وبهذا،

تحصل على الكثير
من مزايا البقاء على قيد الحياة.

وأحد هذه المزايا هي أن أي واحد منها
يتعرض إلى أقل قدر من الاضطراب

أو أي عوامل ضارة
يمكن أن تحدث في تلك البيئة.

لذا تلتصق جميعها هناك.

ثم، أيضًا، يوجد أمان في الكثرة،

لأنه يساعد أيضًا على إبعاد المفترسات،

لأنه، على سبيل المثال، إذا أراد
طائر نورس أن يلتقطك ويأكلك،

فسيكون صعبًا جدًا بالنسبة لطيور النورس
إذا كانت عالقة معاً.

وشيء آخر هو أنه يساعد أيضًا
في الكفاءة الإنجابية.

لذلك يمكنكم أن تتخيلوا أنه
عندما يقرر السيد والسيدة برنقيل،

"حسنًا، حان الوقت لننجب طفل برنقيل صغير"

لن أخبركم كيف يفعلون ذلك الآن...

ولكن عندما يقرران
أن الوقت حان للقيام بذلك،

فإنه أسهل كثيرًا وكفاءته التكاثرية أعلى

لو عاشوا قريبًا من بعضهم البعض.

لذلك نريد أن نفهم كيف تفعل ذلك،
كيف تلتصق،

ولا أستطيع أن أخبركم بكل التفاصيل،

لأنه شيء ما زلنا نحاول اكتشافه،

لكن دعوني أعطيكم لمحة صغيرة

عن بعض الأشياء التي نحاول القيام بها.

هذه الصورة لواحدة من أنظمة أحواض السمك
التي لدينا في مختبرنا،

وكل شيء في الصورة جزء من النظام،

وبالتالي ما نفعله هو أننا نحتفظ...

ويمكنكم أن تروا في الخزان الزجاجي،
هناك في الأسفل، توجد حفنة من بلح البحر،

لدينا ماء مبرد، ولدينا دورة إضاءة،

لدينا بالفعل اضطراب في النظام

لأن الحيوانات تعطينا المزيد
من المواد اللاصقة

عندما تكون المياه مضطربة.

لذا نحثها على صنع المادة اللاصقة،
ونجمعها، وندرسها.

هي موجودة هنا في (إنديانا).

وبقدر ما تعرف،
هي في ولاية (مين) في فبراير،

ويبدو أنها سعيدة جدًا،
بقدر ما نستطيع أن نقول.

وأيضاً نعمل مع محار البحر،

وفي الأعلى، صورة لشعاب صغيرة
في ولاية (كارولينا) الجنوبية،

وأكثر ما نهتم به هو رؤية
كيفية تمسكها ببعضها البعض،

كيف ترتبط.

وما ترونه في الصورة السفلى

هو محارتان تتمسكان ببعضهما.

ونريد أن نعرف ماذا يوجد بينهما،

ولذلك في كثير من الأحيان،
سنقطعهما وننظر إليهما،

وفي السلسلة التالية من الصور لدينا هنا،

تستطيعون أن تروا، في الأسفل،
سيكون لدينا صدفتين،

صدفة من حيوان، وصدفة من حيوان آخر،

والأسمنت بينهما.

وإذا نظرتم إلى الصورة على اليمين،

فربما يمكنكم رؤية

أن هناك بنية في صدفة كل حيوان،

ولكن، الأسمنت في الواقع يبدو مختلفًا.

ولذا نستخدم كل الأنواع
من الأدوات البيولوجية والكيميائية

لنفهم ما يحدث هناك،

وما وجدناه هو أن البنيات مختلفة

والكيمياء مختلفة في الواقع،
وهذا مثير للاهتمام.

وهذه الصورة...

أعتقد أني سأتراجع قبل أن أخبركم ما هذا.

هل تعرفون الرسوم المتحركة
"باص المدرسة العجيب"؟

أو إذا كنتم أكبر من ذلك بقليل،
"رحلة رائعة،" أليس كذلك؟

وتذكرون، كان لديهم هذه الشخصيات

التي تنكمش إلى أبعاد مجهرية،

ثم يقومون بالدخول

ويسبحون ويطيرون
حول كل هذه البنيات البيولوجية؟

أفكر أن هذا مشابه لذلك،
إلا أنه حقيقي، في هذه الحالة.

فما فعلناه أننا أخذنا
محارتين ملتصقتين ببعضهما،

وقد كانت هذه المنطقة مليئة تماما بالأسمنت،

وما اكتشفناه هو أن الأسمنت يحتوي
على الكثير من المكونات المختلفة،

ولكن بشكل عام، هناك أجزاء صلبة غير لاصقة،

وهناك أجزاء ناعمة لاصقة،

وما فعلناه هو أننا أزلنا
الأجزاء غير اللاصقة بشكل انتقائي

لنعرف ما يربط الحيوانات فيما تبقى،

وما حصلنا عليه هو هذا،
ويمكننا أن نرى وجود اللاصق اللزج

الذي يمسكهما معًا.

وأعتقد أنها مجرد صورة رائعة،

لأنه يمكنكم تخيل أنفسكم
وأنتم تحلقون وتعودون إلى هناك.

على أي حال، هذه بعض الأشياء
التي نفعلها لفهم

كيف يمكن للحياة البحرية صنع هذه المواد.

ومن منظور أساسي،
من المثير حقًا أن نتعلم عنها.

ولكن ماذا نريد أن نفعل بهذه المعلومات؟

حسنًا، هناك الكثير
من التطبيقات التكنولوجية

إذا استطعنا استغلال ما تقوم به الحيوانات.

لذا دعوني أقدم لكم مثالًا واحدًا.

تخيلوا أنكم في المنزل،

وكسرتم تمثالًا أو قدحًا مفضلًا
أو شيئًا من هذا القبيل؟

وتريدون إصلاحه.

إذن، أين ستذهبون؟

ستذهبون إلى مكاني المفضل في المدينة،

وهو ممر الغراء في متجر الأدوات.

أنا أعلم أين تقضون الليالي،

لأنكم مطلعون، ورائعون، لأنكم هنا،

وتذهبون إلى الحانات والحفلات الموسيقية -

وهذا هو المكان الذي أتسلى فيه كل ليلة.

على أي حال، ما أريدكم أن تفعلوه

هو الحصول على واحد
من كل مادة لاصقة على الرف،

وإحضاره إلى المنزل،

ولكن قبل أن تجربوا لصق القطع معًا،

أريدكم أن تجربوا القيام بذلك
في دلو من الماء.

إنها لن تعمل، أليس كذلك؟ كلنا نعرف هذا.

فمن الواضح، أن الحياة البحرية قد حلت ذلك،

لذلك ما نحتاج إليه
هو إيجاد طرق لنقلد ذلك بأنفسنا.

وأحد المشاكل هنا،

أنه لا يمكنكم الذهاب والحصول
على المواد من الشاطئ،

لأنه إذا حصلتم على حفنة من بلح البحر

وحاولتم استخراج اللاصق منها،

سوف تحصلون على القليل من المادة،

ولكن لن يكون لديكم ما يكفي
لفعل أي شيء بها،

فقط ما يكفي للرؤية.

نحتاج إلى توسيع نطاق هذا الأمر،
مثل مقياس عربة القطار.

في الأعلى توجد صورة لأنواع الجزيئات

التي تستخدمها الحيوانات لتصنع الغراء،

وهي جزيئات طويلة جدًا، تسمى البروتينات،

ولدى هذه البروتينات
بعض الأجزاء الفريدة إلى حد ما

التي تسبب الخصائص اللاصقة.

ما نريد أن نقوم به هو أخذ
الأجزاء الصغيرة من هذه التركيبة،

ووضعها في جزيئات طويلة أخرى
يمكننا الحصول عليها

ولكن لأشياء يمكننا القيام بها
على نطاق واسع حقًا،

التي تعرفونها كالبلاستيك أو البوليمرات،

وإلى حد ما نبسّط ما تفعله،

ثم نضع هذه المركبات اللاصقة
في هذه الجزيئات الكبيرة.

فنطور العديد من الأنظمة اللاصقة
أثناء القيام بذلك،

وعندما نصنع مادة لاصقة جديدة تبدو جيدة،

ماذا نفعل؟

نجربها في المختبر، فنلصق الأشياء معًا.

أخذنا القليل من الغراء
وألصقنا قطعتين من المعدن

وأردنا تعليق شيء فيها،

لذلك استخدمنا وعاء من بلح البحر الحي
واعتقدنا أننا كنا أذكياء جدًا.

(يضحك)

بالطبع نستخدم كمًا كبيرًا
في هذا الأمر في أغلب الأحيان،

وهكذا نقارنها بالمواد اللاصقة التجارية،

ولدينا بالفعل بعض المواد الآن
أقوى من الغراء الفائق.

بالنسبة لي، هذا رائع حقًا.

فهو يوم جيد في المختبر،
إنها أقوى من الغراء الفائق.

وهنا شيء آخر يمكننا القيام به.

هذا خزان به مياه البحر،

وفي تلك المحقنة
واحدة من تركيباتنا اللاصقة،

وما نفعله هو أننا نوزعها بالكامل تحت الماء

على قطعة من المعدن.

ومن ثم، نريد أن نصنع
رابطة لاصقة أو مشتركة،

فنأخذ قطعة أخرى من المعدن

ونضعها هناك فقط.

وقد تريدون أن تمنحوها بعض الوقت،
وأن تعطوها فرصة،

لذلك سنضع وزنًا عليها، ليس بالكثير.

هذا أنبوب به رصاص، ليس بالكثير.

ثم ندعها تبقى هناك للحظات.

لذلك هي لم تتعرض للهواء أبداً.
إنها تحت الماء تماما.

ونرفعها

لا أعرف أبدًا ماذا سيحدث.

أنا دائمًا قلق جدًا هنا.

نرفعها...

وهي عالقة.

بالنسبة لي، هذا رائع حقًا.

فيمكننا الحصول على التصاق
قوي جدًا تحت الماء.

ربما، هو الأقوى أو على الأقل واحد من أقوى

المواد اللاصقة تحت الماء على الإطلاق.

إنها حتى أقوى من المواد
التي تصنعها الحيوانات،

لذلك بالنسبة لنا، إنها مثيرة جدًا.
إنها رائعة.

إذن ماذا نريد أن نفعل بهذه الأشياء؟

حسنًا، هنا بعض المنتجات
التي ربما تعرفونها.

فكروا في الهواتف والحواسيب المحمولة
والخشب الرقائقي في معظم البنيات،

داخل السيارة، والأحذية،
وسجل الهاتف، وأشياء من هذا القبيل.

جميعها تثبت معًا بالمواد اللاصقة،

وهناك مشكلتان رئيسيتان مع المواد اللاصقة

التي تستخدم في هذه المواد.

الأول أنها سامة.

فالأسوأ هنا هو الخشب الرقائقي.

الخشب الرقائقي أو الكثير من الأثاث،
أو الأرضيات الخشبية...

مكون رئيسي للمواد اللاصقة هنا
هو الفورمالدهايد،

وربما سمعتم عنه.

إنه غاز، وهو أيضًا مادة مسرطنة،

ونحن نبني الكثير من الهياكل
بهذه المواد اللاصقة،

ونتنفس أيضًا
الكثير من هذه المادة المسرطنة.

ليس ذلك جيدًا، من الواضح. صحيح؟

المسألة الأخرى أن هذه المواد اللاصقة
كلها دائمة.

فماذا تفعلون بالحذاء أو السيارة
أو الحاسب المحمول

في نهاية حياته، عندما تنتهون من استخدامه؟

في معظم الأحيان، ينتهون في مكب النفايات.

ويوجد الكثير من المواد الثمينة هناك،

التي سنحب أن نستخرجها ونعيد تدويرها.

ولا يمكننا فعل ذلك بسهولة

لأنها عالقة جميعًا معًا بشكل دائم.

إذن، ها هي إحدى الطرق
لمحاولة حل بعض من هذه المشاكل،

وما فعلناه هنا أننا أخذنا جزيء آخر طويل

يمكننا الحصول عليه من الذرة،

ثم في ذلك الجزيء،

وضعنا بعضًا من التركيبات
اللاصقة من بلح البحر.

ولأن الأساس لدينا الذرة وبلح البحر،

نسميها (بوليمر سرف وترف).

وهي تلتصق بشكل جيد.

إنها قوية جدًا.

إنها أيضًا من مواد طبيعية. وهذا جيد.

لكن ربما الأهم من ذلك، هنا،
أنها أيضًا قابلة للتحلل،

ويمكننا تحليلها
تحت ظروف معتدلة للغاية، بالماء.

وما يمكننا القيام به
أنه يمكننا ضبط الأشياء

ويمكننا ربطها بقوة عندما نريد،

ولكن بعد ذلك يمكننا أيضًا أن نفصلها.

إنه شيء نفكر فيه.

وهنا حيث يود الكثيرون منا أن يكونوا.

حسنًا، في الواقع، في هذه الحالة المحددة،
هذا مكان لا نريد أن نكون فيه،

ولكننا نرغب في استبدال هذا.

فالغرز، والرَزَّاْت، والبراغي:

هذه هي الطريقة التي نعالجك بها
لو خضعت لجراحة أو إصابة.

إنها مخيفة. وهي مؤلمة.

وفي حالة الغرز، انظروا إلى مقدار ما نحدثه

من ضغوط ميكانيكية مركزة
عندما تجمع الأشياء معًا.

نحن نصنع مواقع للعدوى.

فتح ثقوب في الأنسجة السليمة.
إنها ليست جيدة جدًا.

أو إذا كنت بحاجة إلى شريحة
لتمسك عظامك معًا،

انظروا إلى مقدار العظم الصحي
الذي علينا ثقبه

فقط لنثبت الشريحة في مكانها.

هذا أمر فظيع.

بالنسبة لي، يبدو أن هذه الأشياء اخترعت
في غرفة تعذيب من القرون الوسطى،

لكنها نجارة الجراحة الحديثة.

لذلك أحب إذا استطعنا استبدال أنظمة
مثل هذه بالمواد اللاصقة.

نعمل على ذلك، ولكن هذا ليس سهلًا.

لذا فكروا فيما سنحتاجه
من مواد لاصقة في هذه الحالات.

أولًا وقبل كل شيء، سنحتاج
مادة لاصقة يمكن إعدادها

في بيئة رطبة.

وإذا نظرتم إلى الصورة السخيفة
الصغيرة هناك،

إنها فقط لتوضيح أن حوالي 60
في المئة من أجسادنا مكون من الماء،

لذلك فهي بيئة رطبة.

وهي توضح أيضًا سبب
كوني عالمًا وليس فنانًا.

لم أفوت الفرصة على الإطلاق.

المتطلبات الأخرى
نحتاج إلى لاصق طبي حيوي جيد:

نحتاج أن يرتبط بقوة، بالطبع،

ويجب ألا يكون سامًا.

لا نريد إيذاء المرضى.

والحصول على أي اثنين من تلك المتطلبات
في مادة سهل جدًا.

لقد تم القيام به عدة مرات.
ولكن الحصول على الثلاثة لم يتم.

إنه صعب للغاية.

وإذا بدأت التحدث إلى الجراحين،
من الصعب إرضاءهم -

"آه، في الواقع أريد أن أضع اللاصق
في نفس الإطار الزمني للجراحة ."

أو، "آه ، أريد أن تتحلل المادة اللاصقة

حتى يمكن لأنسجة المريض
إعادة تصميم الموقع."

لذلك هذا صعب حقًا. ونحن نعمل على ذلك.

هذه مجرد صورة واحدة لدينا.

إذن ما نفعله هو أننا نحصل
على كل أنواع العظام والجلد

والأنسجة اللينة والصلبة،
وأحيانًا نضربها بمطرقة.

عادةً، نقطعها بأشكال دقيقة.

ثم نلصقها مرة أخرى معًا.

لدينا بعض النتائج المثيرة،
وبعض المواد القوية،

وبعض الأشياء التي تبدو كأنها ليست سامة،

تصلح مع الرطوبة،

ولكني لن أخبركم أننا قمنا
بحل مشكلة الالتصاق الرطب،

لأننا لم نفعل ذلك بعد،

لكنه بالتأكيد هدفنا المستقبلي.

هذا شيء نود أن نراه يتقدم في المستقبل.

وهناك الكثير من المجالات الأخرى،
التي يمكنكم تخيل أننا قد نكون أفضل حالاً

إذا استطعنا أن نستخدم فيها المزيد
من المواد اللاصقة.

حتى مستحضرات التجميل.

فإذا فكرتم في الناس الذين يضعون
أظافر أو رموش صناعية،

ماذا يستخدمون؟

يستخدمون المواد اللاصقة السامة
في الوقت الحالي.

لذلك حان الوقت لاستبدالها.

هذا شيء نود القيام به.

ثم هناك مجالات أخرى أيضًا.

لذا فكروا في السيارات والطائرات.

كلما خف وزنهم،

زادت كفاءة استهلاك الوقود.

ولذا إذا استطعنا الابتعاد عن المسامير
والابتعاد عن اللحام

ووضع المزيد من المواد اللاصقة هناك،

فقد نكون أفضل حالاً

مع الجيل المقبل من وسائل النقل.

لذلك بالنسبة لنا، يعود هذا كله إلى الشاطئ.

فننظر حولنا ونتساءل،
"كيف تلتصق هذه الكائنات البحرية؟

وماذا يمكننا أن نفعل بهذه التكنولوجيا؟"

وأعتقد أن لدينا حقًا الكثير
من الأشياء التي لا يزال بإمكاننا تعلمها

من علم الأحياء ومن الطبيعة.

لذا ما أود تشجيعكم على فعله في المستقبل

أن تتركوا الهواتف والحواسيب المحمولة
غير القابلة لإعادة التدوير ،

واخرجوا واستكشفوا العالم الطبيعي،

ثم ابدؤوا بطرح بعض الأسئلة الخاصة بكم.

شكرًا جزيلًا.

(تصفيق)