سیناپرس/ اخیرا محققان ریاضیات عجیبی را درباره بی مهرگان کوچک با نام علمی Lumbriculus variegatus که معمولاً به عنوان کرم سیاه کالیفرنیا شناخته می شود، کشف کرده اند.
محققان مؤسسه فناوری جورجیا در ایالات متحده، کرم‌های سیاه را برای سال‌ها مورد مطالعه قرار داده و از ظرفیت آن‌ها برای حرکت فوق ‌سریع و رفتار جمعی شگفت زده شده‌ اند. جالب اینجاست که آنها گره‌های عظیم یا حباب‌ها را با هزاران کرم تشکیل می ‌دهند که می ‌توانند در چند میلی‌ثانیه پراکنده شوند.
در مطالعه جدید، محققان از امواج فراصوت برای پرتاب نور جدید روی لکه‌های کرم استفاده کرده و جزئیاتی را آشکار کردند که می ‌تواند طراحی ربات‌ هایی با مهارت‌های مشابه را نشان دهد.
سعد باملا (Saad Bhamla) استادیار دانشکده مهندسی شیمی و بیومولکولی در مؤسسه فناوری جورجیا و یکی از محققان این پژوهش می ‌گوید: ما می ‌خواستیم مکانیک دقیق پشت این که چگونه کرم‌ها دینامیک حرکت خود را برای دستیابی به گره ‌شدن و باز کردن فوق سریع تغییر می‌ دهند، درک کنیم.

او می ‌افزاید: همچنین، کرم ها رشته ‌های معمولی مانند رشته، کابل یا اسپاگتی نیستند، اینها گره‌های زنده و فعالی هستند که از تعادل خارج شده ‌اند.

به گفته محققان، کرم‌های سیاه وحشی در آمریکای شمالی و اوراسیا زندگی می‌ کنند، جایی که در آب‌های کم عمق در لبه‌های حوضچه‌ها، دریاچه‌ها و مرداب‌ها زندگی کرده و گیاهان مرده و میکروارگانیسم‌ها را در گل می‌خورند. طول آن ها از حدود ۴ تا ۸ سانتی متر متغیر است، اما آنها همچنین می توانند به طور پیچیده خود را به هم بچسبانند و یک گره کرم زنده با حداکثر ۵۰ هزار کرم تشکیل دهند.
تشکیل دادن این چنین گره هایی به آن‌ها کمک می ‌کند در شرایط سخت، مانند دمای شدید یا کمبود آب که باعث مرگ کرم‌های تنها می ‌شود، زنده بمانند. تحقیقات نشان داده است که یک گروه از کرم ها می توانند به صورت جامد یا مایع رفتار کرده و حتی می تواند تصمیم گیری جمعی را نشان دهند. جالب اینجاست که در حالی که کرم‌ها ممکن است چندین دقیقه را صرف بافتن و گره زدن بکنند، می ‌توانند تنها در چند میلی ثانیه خود را از هم جدا کنند.

هری توازون (Harry Tuazon) مهندس زیستی و یکی از پژوهشگران این مطالعه می گوید: وقتی نور ماوراء بنفش را به سمت گره های کرم نشانه گرفتم، آنها به طرز انفجاری پراکنده شدند. اما برای درک این مانور پیچیده و مسحورکننده، آزمایش ‌هایی را فقط با چند کرم شروع کردم.
توازون می‌ گوید: گره‌ها و درهم‌تنیدگی‌ها ناحیه ‌ای جذاب هستند که در آن فیزیک و مکانیک با ریاضیات بسیار جالبی روبرو می ‌شوند. به نظر می ‌رسد این کرم‌ها گزینه خوبی برای بررسی اصول توپولوژیکی در سیستم‌های ساخته شده از رشته‌ها هستند.

محققان در یک ویدیو متوجه شدند که یک کرم با الگوی شکل هشت انگلیسی در حال حرکت است، با این حال، پژوهشگران به این فکر می کردند که آیا این حرکت ممکن است بخشی از راز شکست های فوق سریع گره ها باشد.
محققان امیدوار بودند که بتوانند یک گره کرمی را به صورت ریاضی توضیح دهند و نحوه درهم پیچیده شدن و پراکندگی کرم ها را مدل کنند، اما به داده های بیشتری نیاز دارند و ثبت تصاویر دقیق از ساختار یک لکه دشوار بود.

در نهایت، محققان تکنیک اولتراسوند را امتحان کردند که کارساز بود. آنها یک گره کرم را در ژله غیر سمی بی حرکت کردند و از یک دستگاه سونوگرافی برای مشاهده داخل آن استفاده کردند. دانشمندان از این داده‌ها برای ایجاد یک مدل ریاضی برای درهم‌تنیدگی و باز کردن کرم سیاه استفاده کرده و پیش‌بینی کردند که هر کرم باید حداقل با دو کرم دیگر در هنگام ادغام در هم تنیده شود.
محققان گزارش می‌دهند که تجسم‌های مدل آن‌ها با ویدیوهای واقعی درهم‌تنیدگی و باز شدن کرم‌ها مطابقت داشته و نشان می‌ دهد که چگونه حرکات مارپیچ کرم‌ها به آنها اجازه می ‌دهد به سرعت در هم بپیچند، به گونه‌ ای که مکانیزم رهاسازی سریع را که بر حرکات مشابه متکی است، تنظیم کند.

شرح کامل این مطالعه در مجله تخصصی Science منتشر شده است.