יהונתן שר

רגליים קרות: סוד ההליכה על הקרח של דובי הקוטב

פברואר 26, 2023

מיוחד ליום דוב הקוטב: חוקרים אמריקאים גילו את הסיבה שדובי קוטב צועדים ללא קושי על משטחי קרח ושלג שהיו גורמים לכל אחד ואחת מאיתנו להחליק – בליטות מיקרוסקופיות שמרפדות את כפות הרגליים הפרוותיות שלהם


אם יצא לכם אי-פעם לנסות ללכת על משטחי קרח או שלג חלקלקים, אתם ודאי יודעים שמדובר במשימה שנגמרת בדרך כלל בצחוק רועם מצד מי שרואה אתכם נופלים – ונוחתים על הישבן, כמובן. אל דאגה, אין מה להתבייש בנפילות הללו: הטבע לא חנן אותנו במיומנות איזון על קרח, נוכח העובדה שבני האדם המודרניים התפתחו בתהליך אבולוציוני באפריקה הלא-קפואה-במיוחד.

במחקר אמריקאי חדש נבחן יונק מעט שונה מאיתנו – דוב הקוטב (Ursus Maritimus), שהטבע בהחלט דורש ממנו להתמודד עם הליכה על משטחים חלקים וקפואים למען הישרדותו, ונמצאו מבנים קטנטנים ייחודיים בכפות רגליו שהתפתחו כדי לאפשר לו לצעוד עליהם בבטחה. נדמה שהביטוי "אם אלוהים היה רוצה שנעוף, הוא היה נותן לנו כנפיים" יכול לקבל תוספת – אם הוא היה רוצה שנלך על הקרח, הוא היה נותן לנו כפות רגליים של דוב קוטב.

לכבוד יום דוב הקוטב הבינלאומי, שמצוין בכל שנה ב-27 לפברואר (תאריך שבו אימהות דובי הקוטב וגוריהן מנמנמים יחדיו במאורותיהם): כיצד שונות כפות הרגליים נוגדות-ההחלקה של דובי הקוטב מאלו של דובים אחרים? ומדוע המחקר שבחן את השאלה הזאת קיבל מימון דווקא מחברה לייצור צמיגים לרכבים?

אם אלוהים היה רוצה שנלך על הקרח, הוא היה נותן לנו כפות רגליים של דוב קוטב. כל הזכויות שמורות לעמיר בלבן

כפי ששמם מרמז, דובי הקוטב חיים באזור הקוטב הצפוני, ומשוטטים בין גבולותיהן של חמש ארצות: ארצות הברית, קנדה, רוסיה, גרינלנד שבממלכת דנמרק ונורווגיה. הם הטורפים היבשתיים הגדולים ביותר בכדור הארץ, כשהזכרים האדירים ביותר מתנשאים לגובה של כ-3.3 מטרים כשהם נעמדים על רגליהם האחוריות ומגיעים למשקל של עד 770 קילוגרם. לדובי הים עור שחור (מה ששמעתם), לשון כחולה ופרווה שקופה שמחזירה את קרני האור הלבנות של השמש ומעניקה להם את צבעם הצחור המוכר. כפות הרגליים של דובי הקוטב קטנות ביחס לאלה של דובים אחרים, וחוקרים מעריכים שמדובר בהסתגלות שנועדה לצמצם את חום הגוף שאובד.

יש לציין שבכל זאת מדובר בכף רגל מרשימה. "הפעם הראשונה שבה נחשפתי לדוב קוטב הייתה דרך עקבה שראיתי בחוף קפוא בסבאלברד (ארכיפלג שמהווה את החלק הצפוני ביותר של נורווגיה, י.ש.)", מספר עמיר בלבן מאגף שמירת טבע בחברה להגנת הטבע, מומחה לטבע עירוני ומדריך טיולים בקטבים. "שטח הפנים שלה לא היה גדול ביחס לגוף הדוב – ועדיין, אפשר לשים את שתי הרגליים שלנו בתוך עקבה אחת שלהם".

בליטות קטנות, אחיזה גדולה

במחקר החדש, שפורסם בכתב העת Journal of The Royal Society Interface, החוקרים יצאו לבדוק מהו הגורם שמאפשר לדובי הקוטב ללכת בחופשיות ובקלילות על פני משטחים חלקים, באמצעות בחינה של כפות הרגליים שלהם. מחקר קודם, משנות ה-80, מצא שכפות רגלי דובי הקוטב מרוצפות בפפילות (papillae) – בליטות קטנות ועגולות שמגיחות מהגוף. גם בגוף האדם קיימות פפילות: בלשון, למשל, הן אחראיות על יצירת המשטח המחוספס (לצערנו, הקשר בין חספוס הלשון ויכולת ליקוק גלידה קפואה לא נבחן במחקר הנוכחי).

כף הרגל של דוב קוטב במיקרוסקופ אלקטרונים. Dr. Nathaniel Orndorf, School of Polymer Science and Polymer Engineering, The University of Akron
כף הרגל מרוצפת הפפילות של דוב קוטב במיקרוסקופ אלקטרונים. צילום: Dr. Nathaniel Orndorf, School of Polymer Science and Polymer Engineering, The University of Akron

האם הפפילות בכפות רגלי דובי הקוטב אחראיות על יצירת החיכוך המספק בינו לבין משטח הקרח החלק? כדי לענות על השאלה הזו, החוקרים השוו את כפות הרגליים של דובי הקוטב לאלו של דובים משלושה מינים אחרים, שלא מבלים זמן כה רב בהליכה על גבי קרח או משטחי שלג חלקים. הם בחנו 13 דגימות כפות רגליים מ-5 דובי קוטב, 4 דובים חומים, 3 דובים שחורים אמריקאים ודוב מלאי (דוב שמש) אחד. חשוב לציין שאף דוב לא נפגע למטרת קיום המחקר, וכל הדגימות הגיעו מאוספי מוזאונים או ממפחלצים פרטיים. בשלב הראשון, החוקרים סרקו את פני כפות הרגליים באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים כדי לדמות ולמדוד את גובהן של הפפילות שיוצאות מהן ואת רוחבן.

החוקרים מצאו שקיימות פפילות על כפות הרגליים של שלושת מיני הדובים מצפון אמריקה – דוב הקוטב, הדוב החום והדוב השחור (אך לא על רגלי הדוב המלאי האסייתי). עם זאת, גובה הפפילות ביחס לרוחבן היה גדול פי 1.5 אצל דובי הקוטב בהשוואה לדוב החום והשחור. לפי החוקרים, עובדה זו גורמת להגדלה של פני השטח של כפות רגלי דובי הקוטב – ככל שפפילה גבוהה יותר, כך היא "יוצרת" עוד פני שטח. אפשר לחשוב על כל בליטה כזו כגורד שחקים: ככל שהוא גבוה יותר, כך יש צורך ביותר חלונות כדי לכסות את פני השטח שלו. התוצאה היא שעבור כל סנטימטר מרובע מתוך כף הרגל, פני השטח בכפות הרגליים של דובי קוטב גדולים ב-30 אחוז יותר מאלה של כפות רגלי שני מיני הדובים הצפון-אמריקאים האחרים.

בשלב השני של המחקר, החוקרים הדפיסו דגמי תלת-ממד של כפות רגלי הדובים שנסרקו ובחנו את החיכוך שנוצר בין הדגמים לבין משטח שלג שאותו הם ייצרו במעבדה. הממצאים הראו שדגמי כפות רגלי דובי הקוטב יצרו 50-30 אחוז יותר חיכוך עם משטח השלג מאשר דגמי רגלי שני הדובים האחרים בעלי הפפילות. לפי החוקרים, החספוס הנוסף שנוצר בגלל הגובה הגדול יותר של פפילות רגלי דובי הקוטב מאפשר להם לייצר אחיזה טובה יותר במשטחים החלקים שעליהם הם צועדים.

דוב הולך ונעלם

לפי הערכות קיימים כיום בטבע כ-26 אלף דובי קוטב – ומספרם הולך ומתמעט במהירות. זאת בשל משבר האקלים, שמוביל לאובדן שכבת הקרח הימי שלה הדובים זקוקים עבור ציד כלבי הים – מקור המזון העיקרי שלהם. בלבן מטייל באזור הארקטי ופוגש בדובים כבר קרוב ל-15 שנה, והוא מספר על ההבדלים הניכרים לאורך התקופה הזו. "יצא לי לראות כבר כמה פעמים דובים מזי רעב ודובים מתים", הוא אומר. "רואים שינויים בבתי הגידול, בעיקר בכמות ובאיכות הקרח הימי ובהתקצרות העונה הקרה שקריטית לכל מארג המזון הארקטי".

שלושת הדובים. Dr. Nathaniel Orndorf, School of Polymer Science and Polymer Engineering, The University of Akron
מימין לשמאל: כף רגל של דוב קוטב, דוב חום ודוב מלאי. צילום: Dr. Nathaniel Orndorf, School of Polymer Science and Polymer Engineering, The University of Akron

אם אתם מעוניינים לצפות בבעלי החיים המרשימים הללו, בלבן מדגיש שיש לתת להם מרחב וכבוד. "הדרך הבטוחה ביותר לראות את הדובים היא בשיט", הוא אומר. "חשוב מאוד במהלך התצפית לא לרדוף אחר הדובים, כי אנרגיה היא משאב קריטי לקיומן של חיות הבר בחוג הארקטי, וגרימת בזבוז אנרגיה היא דבר איום ונורא". בלבן מספר שקיימת אפשרות גם לפגוש דובי קוטב רגלית, במקומות כמו מפרץ הדסון בקנדה – כל עוד שומרים מהם מרחק. "אפשר להסתובב שם ולעקוב אחרי נקבות עם גורים, או אחרי זכרים צעירים שמשחקים. כשרואים דוב קוטב נעמד על שתי הרגליים האחוריות זה מראה די מדהים".

צמיגים בהשראת דובים

מבין החוקרים שהובילו את המחקר החדש, אחד מועסק על ידי חברת Bridgestone Americas – שעוסקת בין השאר בייצור צמיגים, והמחקר מומן חלקית גם בעזרת חברת הצמיגים והגומי Goodyear. הדבר קשור למטרת המחקר: לדברי החוקרים, הוא נועד לעזור בפיתוח צמיגי שלג טובים יותר, וכן ציוד נוגד החלקה אחר, כגון כפפות או סוליות נעליים.

הפנייה של מדענים ומהנדסים אל ממלכת הטבע כדי לקחת השראה ולפתח מוצרים היא הלב של תחום הביומימיקרי (Biomimicry). "'ביו' זה חיים ו'מימיקרי' זה חיקוי", מסבירה ד"ר יעל הלפמן, מייסדת ומנכ"לית ארגון הביומימיקרי הישראלי וחברת הביומימקרי Nature Code. "מדובר על הסתכלות על הטבע כמאגר ענק של פתרונות, כשהנחת היסוד היא שרבים מהאתגרים של האנושות כבר נפתרו בטבע". לדבריה, האדם הוא חלק מהטבע – ולכן, האילוצים שפועלים על הטבע, ועל בעלי חיים שונים שפיתחו דרכי הישרדות בתנאים קשים, רלוונטיים גם אלינו, בתחומים כמו אנרגיה, מים, ביטחון, תקשורת ועוד. "הטבע הוא גדול המעצבים, שאף פעם לא סיים ולא יסיים. הכול קיים בטבע, ויש לו יתרון אדיר מבחינת זמן – היו לטבע 3.8 מיליארד שנות מחקר ופיתוח במסגרת האבולוציה".

כל הזכויות שמורות לעמיר בלבן. לשימוש בגוף כתבה זו בלבד. 3
"הדרך הבטוחה ביותר לראות את הדובים היא בשיט". כל הזכויות שמורות לעמיר בלבן

לדברי הלפמן, דוגמאות למוצרים שפותחו בשיטת הביומימיקרי כוללים צבעים לקירות שדוחים מים ולכלוך בצורה שדומה לדרך שבה פרח הלוטוס שומר על ניקיונו הססגוני, ונחיל רחפנים שפותח על ידי רפאל ושמחקה את פעילותה של להקת ציפורים בטבע למטרות פעילות בשדה הקרב העתידי.

"במקרה של המחקר החדש, מכיוון שדוב הקוטב חי על קרח שקשה להיאחז בו, קיימים בגופו מבנים שמותאמים לסביבת המחייה שלו", אומרת הלפמן. "למעשה, החוקרים שמנסים לפתח פתרונות שונים מקבלים צורה, גודל ומרקם מוכנים מראש, עם הוכחה שהם עומדים בתנאי משקל וטמפרטורה מסוימים".

אם המחקר החדש אכן יקדם את האפשרות ליצור צמיגי שלג יציבים יותר, יש לקוות שהם גם יהיו עשויים מחומרים שגורמים לפחות נזק סביבתי מאשר אלו שקיימים במרבית הצמיגים כיום. לפי הלפמן, גם בהקשר זה כדאי לקחת השראה מהסביבה. "בטבע, כל יצור מטפח את הסביבה שלו בעצם קיומו – למשל, עץ שמייצר חמצן ונותן בית לציפורים", היא אומרת. "רק דמיינו שהיינו מתכננים מוצרים שהיו מתנהגים בצורה כזאת, ושעצם קיומם היה מייצר אימפקט חיובי עבור הסביבה. יש לנו הזדמנות כמהנדסים וכמתכננים לתכנן עתיד אחר", היא מסכמת.


בעקבות הכתבה ב"זווית" הסיפור פורסם גם ב-ynet
שתפו‬        

רוצים גישה חופשית למערכי שיעור ופעילויות נלוות הקשורות לסיפור זה?

הרשמה בחינם
הוסיפו סיפור למועדפים

מילון מושגים


מערכים קשורים

thumbnail

מה אוכל הדג שבצלחת במהלך אפריל, חודש חג הפסח, הישראלים צורכים בממוצע כ-1.4 קילוגרם דגים טריים, עלייה של כ-75 אחוז לעומת שאר חודשי השנה. מחקר חדש מגלה שאם נמשיך לגדל בחקלאות המים דגים טורפים, שצורכים דגי בר רבים, עלולה להיווצר פגיעה משמעותית באוכלוסיית הדגים בים התיכון

thumbnail

כך הפרחים השתלטו על העולם מחקר ישראלי בחן את השאלה שטרדה את מנוחתו של דארווין: איך הפרחים הפכו לכזה סיפור הצלחה אבולוציוני?

thumbnail

מגן הירק לחקר האבולוציה ב-14 במרס מציינים את יום המדע הבינלאומי וזו סיבה טובה לשמוע מה יש לפרופ' אביתר נבו, זוכה פרס ישראל לחקר מדעי החיים לשנת 2016 ואחד ממדעני הסביבה החשובים בישראל, להגיד על לימוד אבולוציה בבתי הספר, על סכנות הזרמת הגז הטבעי לישראל, על שמירת הטבע ועל התכניות שלו לעתיד