Super-fast insect urination powered by the physics of superpropulsion

سعد بھملا اپنے گھر کے پچھواڑے میں تھا جب اس نے ایک ایسی چیز دیکھی جو اس نے پہلے کبھی نہیں دیکھی تھی: ایک کیڑے پیشاب کرتے ہوئے۔ اگرچہ دیکھنا تقریباً ناممکن تھا، لیکن اس کیڑے نے اپنی دم پر تقریباً ایک بالکل گول بوند بنالیا اور پھر اسے اتنی تیزی سے چھوڑ دیا کہ ایسا لگتا تھا کہ یہ غائب ہوتا ہے۔ چھوٹے کیڑے نے گھنٹوں خود کو بار بار فارغ کیا۔

عام طور پر یہ سمجھا جاتا ہے کہ جو کچھ اندر جاتا ہے اسے باہر آنا چاہیے، اس لیے جب بات جانوروں میں سیال حرکیات کی ہو، تو تحقیق زیادہ تر اخراج کے بجائے کھانا کھلانے پر مرکوز ہے۔ لیکن جارجیا انسٹی ٹیوٹ آف ٹکنالوجی کے اسکول آف کیمیکل اینڈ بائیو مالیکولر انجینئرنگ کے اسسٹنٹ پروفیسر بھملا کا خیال تھا کہ اس نے جو کچھ دیکھا وہ معمولی نہیں تھا۔

بھملا نے کہا کہ \”اخراج کی سیال حرکیات کے بارے میں بہت کم معلومات ہیں، اس کے جانوروں کی شکلیات، توانائی اور رویے پر اثرات کے باوجود\”۔ \”ہم یہ دیکھنا چاہتے تھے کہ کیا اس چھوٹے سے کیڑے نے اس طرح پیشاب کرنے کے لیے کوئی ہوشیار انجینئرنگ یا فزکس ایجادات کی ہیں۔\”

بھملا اور ایلیو چلیتا، جو ایک بایو انجینیئرنگ کے گریجویٹ طالب علم ہیں، نے اس بات کی تحقیق کی کہ شیشے والے پروں والے نشانے باز – فصلوں میں بیماری پھیلانے کے لیے بدنام چھوٹے کیڑے کیسے اور کیوں خارج کرتے ہیں۔ کمپیوٹیشنل فلوڈ ڈائنامکس اور بائیو فزیکل تجربات کا استعمال کرتے ہوئے، محققین نے اخراج کے سیال، توانائی بخش، اور بایو مکینیکل اصولوں کا مطالعہ کیا، جس سے یہ بات سامنے آئی کہ گلابی انگلی کی نوک سے چھوٹا کیڑا کس طرح فزکس اور بائیو انجینیئرنگ کا کارنامہ انجام دیتا ہے۔ ان کی تحقیق، میں شائع ہوئی۔ نیچر کمیونیکیشنز، حیاتیاتی نظام میں اس رجحان کا پہلا مشاہدہ اور وضاحت ہے۔

چھوٹا لیکن غالب: کیڑوں کے اخراج کا مشاہدہ

محققین نے تیز رفتار ویڈیوز اور مائیکروسکوپی کا استعمال کرتے ہوئے اس بات کا بخوبی مشاہدہ کیا کہ کیڑے کی دم کے آخر میں کیا ہو رہا ہے۔ انہوں نے سب سے پہلے ایک انتہائی اہم بایو فزیکل ٹول کے ذریعے ادا کیے گئے کردار کی نشاندہی کی جسے اینل اسٹائلس کہا جاتا ہے، یا جیسا کہ بھملا نے کہا، ایک \”بٹ فلکر\”۔

چلیتا اور بھملا نے مشاہدہ کیا کہ جب شارپ شوٹر پیشاب کرنے کے لیے تیار ہوتا ہے تو مقعد کا اسٹائلس غیر جانبدار پوزیشن سے پیچھے کی طرف گھومتا ہے تاکہ کیڑے مائع کو نچوڑ کر جگہ بنا سکے۔ ایک قطرہ بنتا ہے اور آہستہ آہستہ بڑھتا ہے کیونکہ اسٹائلس ایک ہی زاویہ پر رہتا ہے۔ جب قطرہ اپنے بہترین قطر کے قریب پہنچتا ہے، تو اسٹائلس تقریباً 15 ڈگری پیچھے گھومتا ہے، اور پھر، پنبال مشین پر فلیپرز کی طرح، ناقابل یقین رفتار سے قطرہ کو لانچ کرتا ہے۔ سٹائلس 40Gs سے زیادہ تیز کر سکتا ہے — تیز ترین اسپورٹس کاروں سے 10 گنا زیادہ۔

چلیتا نے کہا، \”ہم نے محسوس کیا کہ اس کیڑے نے ایک چشمہ اور لیور کو کیٹپلٹ کی طرح مؤثر طریقے سے تیار کیا ہے اور یہ ان ٹولز کو تیز رفتاری سے پیشاب کی بوندوں کو بار بار پھینکنے کے لیے استعمال کر سکتا ہے۔\”

اس کے بعد، محققین نے مقعد اسٹائلس کی حرکت کی رفتار کی پیمائش کی اور ان کا موازنہ بوندوں کی رفتار سے کیا۔ انہوں نے ایک حیران کن مشاہدہ کیا: ہوا میں بوندوں کی رفتار مقعد کے اسٹائلس سے زیادہ تیز تھی جو انہیں ٹمٹماتا ہے۔ انہیں توقع تھی کہ بوندیں اسی رفتار سے حرکت کریں گی جس رفتار سے مقعد اسٹائلس، لیکن بوندیں اسٹائلس سے 1.4 گنا زیادہ رفتار سے شروع ہوئیں۔ رفتار کے تناسب نے سپر پروپلشن کی موجودگی کا مشورہ دیا – ایک اصول جو پہلے صرف مصنوعی نظاموں میں دکھایا گیا تھا جس میں ایک لچکدار پروجیکٹائل کو توانائی میں اضافہ ہوتا ہے جب اس کے لانچ کا وقت پروجیکٹائل کے وقت سے ملتا ہے، جیسے غوطہ خور اسپرنگ بورڈ سے چھلانگ لگانے کا وقت لگاتا ہے۔

مزید مشاہدے پر، انہوں نے محسوس کیا کہ اسٹائلس نے بوندوں کو کمپریس کیا ہے، جس سے لانچ ہونے سے عین قبل سطحی تناؤ کی وجہ سے توانائی کا ذخیرہ ہوتا ہے۔ اس کی جانچ کرنے کے لیے، محققین نے پانی کی بوندوں کو ایک آڈیو اسپیکر پر رکھا، ان کو تیز رفتاری سے کمپریس کرنے کے لیے کمپن کا استعمال کیا۔ انہوں نے دریافت کیا کہ، چھوٹے پیمانے پر، جب پانی کی بوندیں شروع ہوتی ہیں، تو وہ موروثی سطح کے تناؤ کی وجہ سے توانائی کو ذخیرہ کرتے ہیں۔ اور اگر صحیح وقت پر ہو، تو بوندوں کو انتہائی تیز رفتاری سے لانچ کیا جا سکتا ہے۔

لیکن یہ سوال کہ شارپ شوٹر بوندوں میں کیوں پیشاب کرتے ہیں ابھی تک جواب نہیں ملا۔ ایک شارپ شوٹر کی تقریباً صفر کیلوری والی خوراک صرف پودوں کے زائلم سیپ پر مشتمل ہوتی ہے — ایک غذائیت کی کمی والا مائع جس میں صرف پانی اور معدنیات کا سراغ ہوتا ہے۔ وہ روزانہ اپنے جسمانی وزن سے 300 گنا زیادہ زائلم سیپ پیتے ہیں اور اس لیے انہیں مسلسل پینے اور مؤثر طریقے سے اپنے سیال فضلہ کو خارج کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، جو کہ 99 فیصد پانی ہے۔ دوسری طرف مختلف حشرات بھی خصوصی طور پر زائلم سیپ پر کھانا کھاتے ہیں لیکن طاقتور طیاروں میں خارج ہو سکتے ہیں۔

ٹیم نے شارپ شوٹر کے نمونے خصوصی لیب میں بھیجے۔ مائیکرو سی ٹی اسکینوں نے بھملا اور چلیٹا کو شارپ شوٹر کی شکل کا مطالعہ کرنے اور کیڑوں کے اندر سے پیمائش کرنے کے قابل بنایا۔ انہوں نے معلومات کا استعمال ایک شارپ شوٹر کو اس کی بہت چھوٹی مقعد کی نالی کے ذریعے سیال کو دھکیلنے کے لیے درکار دباؤ کا حساب لگانے کے لیے کیا، اس بات کا تعین کرتے ہوئے کہ شارپ شوٹر کو پیشاب کرنے کے لیے کتنی توانائی درکار ہے۔

ان کی تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ سپرپروپلسیو بوندوں کا اخراج شارپ شوٹرز کے لیے فی فیڈنگ-اخراج سائیکل کے دوران توانائی کے تحفظ کے لیے ایک حکمت عملی کے طور پر کام کرتا ہے۔ شارپ شوٹرز کو ان کے چھوٹے سائز اور توانائی کی رکاوٹوں کی وجہ سے بڑے سیال متحرک چیلنجوں کا سامنا کرنا پڑتا ہے، اور قطروں میں پیشاب کرنا ان کے لیے خارج ہونے کا سب سے زیادہ توانائی کا موثر طریقہ ہے۔

کیڑے سپرپروپلشن کے لیے امید افزا ایپلی کیشنز

حیاتیات، طبیعیات اور انجینئرنگ کو ملا کر، تحقیق کے کئی شعبوں پر اثرات مرتب ہوتے ہیں۔ جانوروں کے رویے، سائز، اور ارتقاء میں اخراج کے کردار کو سمجھنا ماحولیات اور آبادی کی حرکیات کے لیے استعمال ہو سکتا ہے۔ مثال کے طور پر، شارپ شوٹر کیلیفورنیا اور فلوریڈا میں ایک اہم زراعتی کیڑے ہیں کیونکہ وہ انگور کے باغوں اور لیموں کی فصلوں میں بیماریاں پھیلاتے ہیں، جس سے لاکھوں ڈالر کا نقصان ہوتا ہے۔ شارپ شوٹر کا اخراج ممکنہ طور پر ویکٹر کی نگرانی کے آلے کے طور پر کام کر سکتا ہے کیونکہ ممکنہ طور پر موسمیاتی تبدیلی کے ساتھ مسئلہ مزید خراب ہو جائے گا۔ ٹیم کا تجزیہ اخراج کے عمل کا مطالعہ کرنے کی اہمیت پر بھی زور دیتا ہے کیونکہ وہ کسی جاندار کے رویے کے بارے میں کثیر جہتی نقطہ نظر کو ظاہر کر سکتے ہیں۔

اس بات کا مطالعہ کرنا کہ کس طرح شارپ شوٹر سپر پروپلشن کا استعمال کرتے ہیں اس بارے میں بھی بصیرت فراہم کر سکتے ہیں کہ ایسے نظاموں کو کس طرح ڈیزائن کیا جائے جو کم توانائی کے ساتھ چپکنے اور چپکنے پر قابو پاتے ہیں۔ ایک مثال کم طاقت والی واٹر انجیکشن پہننے کے قابل الیکٹرانکس ہے، جیسے کہ ایک سمارٹ گھڑی جو آلہ سے پانی کو ہٹانے کے لیے اسپیکر وائبریشن کا استعمال کرتی ہے۔

ڈائریکٹوریٹ فار بائیولوجیکل میں ایک پروگرام ڈائریکٹر مریم ایشلے راس نے کہا، \”اس مطالعے کا موضوع سنکی اور باطنی معلوم ہو سکتا ہے، لیکن یہ اس طرح کی تحقیقات سے ہے کہ ہم اپنے عام انسانی تجربے سے باہر سائز کے پیمانے پر جسمانی عمل کے بارے میں بصیرت حاصل کرتے ہیں۔\” یو ایس نیشنل سائنس فاؤنڈیشن میں سائنسز، جس نے اس کام کو جزوی طور پر فنڈ فراہم کیا۔ \”شارپ شوٹر جس چیز سے نمٹ رہے ہیں وہ ایسا ہی ہوگا جیسا کہ ہم بیچ بال کے سائز کے میپل سیرپ کے گلوب کو بھگانے کی کوشش کر رہے ہیں جو ہمارے ہاتھ سے چپکا ہوا تھا۔ اس مسئلے کو حل کرنے کے لیے ان چھوٹے کیڑوں نے جو موثر طریقہ تیار کیا ہے اس سے بائیو انسپائرڈ حل نکل سکتے ہیں۔ مائکرو مینوفیکچرنگ ایپلی کیشنز جیسے الیکٹرانکس میں سالوینٹس کو ہٹانا یا ساختی طور پر پیچیدہ سطحوں سے تیزی سے پانی بہانا۔\”

محض حقیقت یہ ہے کہ کیڑے پیشاب کرتے ہیں خود ہی مجبور ہے، زیادہ تر اس وجہ سے کہ لوگ اکثر اس کے بارے میں نہیں سوچتے ہیں۔ لیکن طبیعیات کے عینک کو روزمرہ کے چھوٹے حیاتیاتی عمل میں لاگو کرنے سے، محققین کا کام آنکھوں سے ملنے والے چھوٹے رویوں کی تعریف کرنے کے لیے نئی جہتیں ظاہر کرتا ہے۔

\”یہ کام تجسس سے چلنے والی سائنس کے قیمتی ہونے کے خیال کو تقویت دیتا ہے،\” چلیتا نے کہا۔ \”اور حقیقت یہ ہے کہ ہم نے ایک ایسی چیز دریافت کی ہے جو بہت دلچسپ ہے – حیاتیاتی نظام میں بوندوں کی سپر پروپلشن اور طبیعیات کے بہادر کارنامے جن کا دوسرے شعبوں میں اطلاق ہوتا ہے – اسے اور بھی دلکش بنا دیتا ہے۔\”

یوٹیوب ویڈیو: https://youtu.be/bO8Xy6-u5Rc



>Source link>

>>Join our Facebook page From top right corner. <<

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *