מקומה המרכזי של האבולוציה בתחום הביומימיקרי

למעשה, בטבע אנו יכולים למצוא פתרונות לבעיות רבות שגם אנחנו, בני האדם, מתמודדים איתן: בעיות של תנועה, הגנה, חיסכון באנרגיה, תקשורת ועוד. כך נולד תחום מדעי מרתק שנקרא ביומימיקרי: ביו = חיים ביוונית, מימסיס = חיקוי; כלומר ללמוד מהטבע, לחקות את העקרונות שלו וליישם אותם ביצירה אנושית.

אבולוציה – אקראית ובכל זאת מוצלחת

אבולוציה היא תהליך איטי, שבו יצורים משתנים עם הזמן. בכל דור נולדים באקראי פרטים שהם שונים מעט מהוריהם, חלקם עם תכונות שמעניקות להם יתרון בסביבה שבה הם חיים, כמו צבע שמסווה אותם מעיני הטורפים או מבנה גוף שמקל עליהם לרוץ או לטפס כדי להשיג מזון. הפרטים ששורדים, מעבירים את התכונות האלה לצאצאיהם. כך, במשך דורות רבים, התכונות התורמות להישרדות הפרט הולכות ונעשות מדויקות יותר ויותר, והתוצאה היא התאמות מושלמות כמעט לסביבה. כך התפתחו במהלך האבולוציה דגי עומק בעלי איברים מאירים, שעוזרים להם למשוך טרף או בני זוג, קקטוסים מדבריים בעלי קוצים שמצמצמים את איבוד המים ומגינים עליהם מפני רעייה וציפורים בעלות יכולת ניווט מדהימה,  המאפשרת להן לעבור אלפי קילומטרים ולחזור בדיוק לאותו מקום שנה אחרי שנה.

התכונות האלה לא תוכננו על ידי מהנדס או מדען, אלא התפתחו לאט-לאט, במהלך ניסוי טבעי עצום, שנמשך מיליוני שנים. אפשר לומר שהטבע הוא המעצב, המהנדס והמדען הגדול ביותר על פני כדור הארץ.

ביומימיקרי והשראה מהטבע

תחום הביומימיקרי וההשראה מהטבע מחבר בין תחומי הביולוגיה, ההנדסה, העיצוב והטכנולוגיה, ומציע דרך חדשה לחשוב על פתרונות לבעיות שלנו; לא רק איך ליצור משהו חדש, אלא איך ליצור משהו חכם, חסכוני ועמיד כמו בטבע. מדענים ומהנדסים שעוסקים בביומימיקרי שואלים שאלות כמו: איך הטבע מקרר ומאוורר מבנים בלי חשמל? איך יצורים קטנים נצמדים למשטחים חלקים בלי דבק? איך עלים מצליחים להישאר נקיים גם אחרי גשם ובוץ? הם חוקרים את המנגנונים האלה, מבינים את העקרונות שעומדים מאחוריהם, ואז מיישמים אותם ביצירת מוצרים, מכונות או חומרים חדשים.

הטבע כמורה לחיים ולחדשנות

מה שמייחד את תחום הביומימיקרי הוא הגישה. במקום לראות בטבע מאגר של משאבים לניצול, החוקרים עוסקים בביומימיקרי רואים בו מקור ידע. הטבע לא מבזבז אנרגיה, לא מייצר פסולת שאינה ממוחזרת ולא פועל נגד עצמו. כל מערכת ביולוגית פועלת בהרמוניה עם הסביבה, מתוך איזון בין צרכים ומשאבים.

כאשר מהנדסים, אדריכלים ומעצבים לומדים מהטבע, הם מאמצים גם את החשיבה הסביבתית: איך ליצור חומרים שמתפרקים בטבע? איך לבנות בלי לזהם? איך להשתמש באנרגיה בצורה יעילה? הטבע מזכיר לנו שכל פתרון צריך להיות חלק ממערכת שלמה; לא רק יפה או נוח, אלא גם יעיל, חסכוני ובר-קיימא.

המקרה של נקבת הארבה ועקרון הטוב דיו

נקבת הארבה מטילה את ביציה עמוק באדמה, שם הן מוגנות מפני טורפים ונמצאות בתנאים אופטימליים לבקיעה. לפני ההטלה הנקבה חופרת בקרקע בעזרת שני זוגות של איברי הטלה קשיחים, המבצעים תנועות מחזוריות מדויקות של פתיחה, סגירה, משיכה ודחיפה. חוקרים מאוניברסיטת תל אביב בחנו את עמידותם של איברי החפירה הללו וגילו שהם נשחקים לאורך חיי הנקבה, ופחות עמידים, למשל, מאיברי האכילה שלה. במבט ראשון זה נראה כמו כישלון של האבולוציה, אבל במחשבה מעמיקה יותר, הגיוני שאיברים שמשמשים את בעל החיים באופן שוטף (למשל, לאכילה) צריכים להיות עמידים יותר מאיברים שמשמשים אותו פעמים בודדות במהלך החיים (למשל, הטלה). ממצא זה מדגים את עקרון "הטוב דיו" (good enough) בטבע, המציע כי חומרים ומנגנונים טבעיים עונים על צרכים ספציפיים בלי לכלול שיפורים מיותרים, מה שמכונה "הנדסת יתר" במערכות מעשה ידי אדם.

מסתפקים במה שיש

חשוב לזכור שהאבולוציה "עובדת עם מה שיש", תחת אילוצים אבולוציוניים, ושתכונות מתפתחות מתוך תכונות קיימות. לכן, ניתן למצוא בטבע גם פתרונות לא אופטימליים, כמו עצב הוואגוס (Vagus nerve) בגוף האדם, שיוצא מהמוח ועובר לצוואר, לבית החזה ולבטן. אצל יונקים העצב הזה עושה עיקוף גדול ומיותר: במקום לעבור ישירות מהמוח לגרון, הוא יורד עד הלב, מקיף את עורק הגוף הראשי, ואז עולה חזרה לגרון. בג'ירפות מדובר בעיקוף שאורכו כמה מטרים! זה לא תכנון "חכם", אלא תוצאה של שינוי הדרגתי. אצל דגים, אבותיהם של היונקים, העצב עבר מסלול יעיל דרך הזימים. כשמבנה הצוואר השתנה במהלך האבולוציה, העצב "נגרר" איתו, לא נוצר מחדש. ובכל זאת, אפשר למצוא בטבע גם פתרונות רבים ויעילים להפליא, ששווה ללמוד מהם.

אבולוציה – הממציאה הגדולה בעולם

אם נחשוב על זה, הברירה הטבעית היא תהליך של "ניסוי וטעייה" ארוך בהרבה מכל מה שאנחנו עושים במעבדות. האבולוציה היא תהליך איטי אבל יצירתי: היא בוחנת אינספור וריאציות של פתרונות ומותירה רק את אלה שבאמת עובדים, כלומר, אלה שמעלים את הכשירות של הפרט שנושא אותם. במובן הזה, כשאנחנו לומדים מהטבע, אנחנו לא מחקים "סתם" יצור, אלא אנחנו לומדים מתוצאה של מיליוני שנות מחקר טבעי. ומסתבר שיש לנו עוד הרבה מה ללמוד.